JPH1029401A - 屈曲が少ない鉄道用車輪 - Google Patents

屈曲が少ない鉄道用車輪

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JPH1029401A JP9096659A JP9665997A JPH1029401A JP H1029401 A JPH1029401 A JP H1029401A JP 9096659 A JP9096659 A JP 9096659A JP 9665997 A JP9665997 A JP 9665997A JP H1029401 A JPH1029401 A JP H1029401A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 転がり面２および輪縁３を有するリム１と、
ハブ４と、薄板５と、薄板部とリムとの結合領域６と、
薄板部とハブとの結合領域７とから成り、薄板部５の部
分は薄板部とリムとの結合領域６と薄板部５との接合部
にある点Ａから薄板部とハブの結合領域７と薄板部５と
の接合部にある点Ｂまで延びた子午線ＡＢに沿った部分
である、子午面Ｐに直角な軸線ＸＸ’を回転中心とする
鉄道用車輪の屈曲を少なくする。 【解決手段】 ２点Ａ、Ｂは子午面Ｐの互いに反対側に
あり且つ子午線ＡＢと子午面Ｐとの交点Ｉに対して対称
であり、交点Ｉは曲線ＡＢの変曲点である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はシュー(sabot) によって
制動した時にわずかな屈曲(dejettement) を生じる鉄道
用車輪に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本発明車輪は非常に重い積荷を積んだ貨
車の車輪、さらには高速旅客列車の車輪、特に時速約 2
40km以下の速度で走行可能な振り子(pendulaire)式高速
列車の車輪として用いることもできる。リムおよびハブ
と、ハブとリムとを連結するディスクまたは薄板部(toi
le) とによって構成される鉄道用車輪は多数知られてい
る。この車輪を軽量化するためにはシューがリム上を摩
擦制動する際に生じる熱によって車輪に生じる応力を最
小にする必要があり、そのために薄板部の子午線をリム
近くに屈曲点を有する曲線形状にすることが提案されて
いる。この形式の鉄道用車輪の例はフランス国特許第
2,687,098号に記載されている。
【０００３】制動によって車輪に生じる応力および膨張
によって「屈曲(dejettement) 」とよばれる変形が薄板
部に生じる。その結果、ハブに対するリムの軸方向位置
が変化し、同一車軸の２つの車輪のリムの間隔が減少す
る。この屈曲があまりに大きくなると転轍機のような鉄
道装置の通過が困難になる。逆に、屈曲が過剰に大きく
なる問題を防ぐために車軸荷重を制限して、運転時の車
輪の発熱を制限する必要がある。これは特に長い制動を
必要とする勾配のある鉄道線路、例えば山岳地域におけ
る峠をこえる線路の場合である。
【０００４】制動時に存在する発熱屈曲と車輪冷却後の
残留屈曲とを区別する必要がある。後者は発熱によって
車輪が永久変形した屈曲である。フランス国特許第 2,6
87,098号の図面に記載の車輪はわずかな残留屈曲を示し
ているが、この車輪は、軽量化した全ての車輪の場合と
同様に、屈曲に対して敏感であるため許容される使用条
件が著しく制限される。この車輪はこの制約のために非
常に重い積荷を積載した貨車、特に山岳線路では使用で
きない。また、絶えず発熱することによって車輪には比
較的大きな残留引張り応力が生じ、それが使用寿命を制
限する。
【０００５】屈曲、一般には運転時の形状安定性は高速
旅客列車の車輪、特に振り子式列車用に設計された車輪
でも問題になる。すなわち、時速が 240 km 以上の速度
で走行する列車は複式運転(banalise)線路、すなわち高
速用に作られてはいない勾配の線路上を走り、また、車
軸に取付けたディスクとシューとの複合ブレーキを備え
ている。こうした使用条件から、この車輪の薄板部の子
午線を曲線にして、車輪に半径方向および軸方向の弾性
を十分に与え、連続的なブレーキ作用または緊急停車時
の非常に大きなブレーキ作用下での変形を最小にするこ
とが極めて望ましい。これらの条件は列車の安全性を保
証する上で必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記問
題点を解決して、発熱屈曲および残留屈曲に対する感度
が低く、必要に応じて振り子式旅客高速列車にも取付け
ることができる、引張り残留応力のレベルが大幅に低下
した鉄道用軽量車輪を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、転がり面およ
び輪縁を有するリムと、ハブと、薄板部と、薄板部とリ
ムとの結合領域と、薄板部とハブとの結合領域とから成
り、薄板部の部分は薄板部とリムとの結合領域と薄板部
との接合部にある点Ａから薄板部とハブの結合領域と薄
板部との接合部にある点Ｂまで延びた子午線ＡＢに沿っ
た部分である、子午面Ｐに直角な軸線ＸＸ’を回転中心
とする鉄道用車輪において、２つの点ＡおよびＢは子午
面Ｐの互いに反対側にあり且つ子午線ＡＢと子午面Ｐと
の交点Ｉに対して対称であり、交点Ｉは曲線ＡＢの変曲
点であることを特徴とする鉄道用車輪を提供する。
【０００８】点Ｉから軸線ＸＸ’までの距離は車輪の外
側半径の0.5 〜0.65倍であるのが好ましい。点Ａにおけ
る曲線ＡＢの接線ＴA と点Ｂにおける曲線ＡＢの接線Ｔ
B は子午面Ｐに対して平行であるのが好ましい。点Ａを
子午面Ｐに対して輪縁と同じ側にさせた時に屈曲に対す
る感度は最小にある。車輪を最大限に軽量化するために
は、薄板部の厚さｅを線ＡＢに沿って点Ｂから点Ａまで
規則的に減少させ且つ例えば線ＡＢに沿って測定した点
Ｂまでの距離の関数で線形に減少させるのが好ましい。
点Ｂでの厚さに対する点Ａでの厚さの比は0.5 〜0.55に
するのが好ましい。
【０００９】この車輪はセンタリングさせるのが好まし
い。子午面Ｐから輪縁の外側面までの距離は約70〜85mm
であるのが望ましい。以下、振り子式高速列車用車輪の
子午面の片側断面を示す図を参照して本発明をさらに詳
細に説明するが、本発明が下記実施例に限定されるもの
ではない。
【００１０】
【実施例】本発明の車輪の幾何形状の一般原理は貨車用
車輪および高速列車用車輪で同じであるが、先ず最初に
使用態様とは無関係な一般原理を説明し、次に振り子式
高速列車用車輪の幾何形状を説明する。
【００１１】図１は鉄道用車輪の子午線断面の半分を示
しており、この車輪は中間面Ｐに対して直角な軸線Ｘ
Ｘ’を回転中心とする回転部品である。この車輪は外周
部にリム１を有し、リムの厚さの中央面は上記中間面Ｐ
内にある。リム１は転がり面２と、輪縁３とを有し、そ
の軸線側には車軸を受ける軸穴８を有するハブ４を有し
ている。ハブ４とリム１との間は薄板部５によって結合
されている。この薄板部５はリム１との結合領域６とハ
ブ４との結合領域７とを有している。薄板部５の部分
は、薄板部５とリム１の結合領域６との接合部に位置し
た点Ａから、薄板部５とハブ４との結合領域７の接合部
に位置した点Ｂまで延びた子午線ＡＢに沿った部分であ
る。２つの点ＡとＢは子午面Ｐの両側に位置し、子午線
ＡＢと中間面Ｐとの交点Ｉに対して対称である。点Ｉは
曲線ＡＢの変曲点である。曲線部分ＡＩとＩＢは、点Ａ
と点Ｂとの間の半径方向距離ｈ（中間面Ｐと平行に測定
した距離）の半分より大きい半径Ｒを有する円の弧であ
る。一般的には曲線部分ＡＩとＩＢは点Ｉに対して対称
である。
【００１２】点Ｉから軸ＸＸ’までの距離は車輪の外側
半径の0.5 〜0.65倍であり、この半径は車輪が新しいと
きは中間面Ｐと転がり面２との交点Ｃから軸ＸＸ’まで
の距離であり、車輪が古くなった時は点Ｃ’から軸Ｘ
Ｘ’までの距離である。点Ａでの曲線ＡＢとの接線ＴA
は点Ｊで薄板部５とリム１との境界線Ｊ1 Ｊ2を切断
し、点Ｂでの曲線ＡＢとの接線ＴB は点Ｍで薄板部５と
ハブ４との間の境界線Ｍ1 Ｍ2 を切断する。境界線Ｊ1
Ｊ2 は点Ｐ1 で中間面Ｐを切断し、境界線Ｍ1 Ｍ2 は点
Ｐ2 で中間面Ｐを切断する。距離Ｐ1 Ｊと距離Ｐ2 Ｍは
ほぼ等しい長さ、換言すれば製造誤差の範囲内で等し
い。接線ＴA 、ＴB などは製造誤差の範囲内で中間面Ｐ
に平行であるのが好ましい。
【００１３】点Ａは中間面Ｐの輪縁３と同じ側にある。
薄板部５の厚さｅは線ＡＢに沿って点Ｂから点Ａまでほ
ぼ線形的、規則的に減少する。この鉄道用車輪はセンタ
リングされている。このことは中間面Ｐがリムの厚さの
中央に位置し且つハブの厚さ中央に位置することを意味
する。本発明で屈曲が制限されるのは、先ず、点Ａおよ
びＢ点がＩに対して対称に配置され且つ点Ｉが曲線ＡＢ
の変曲点にあるためである。この構造では制動によって
発生した熱は線ＡＢを中間面Ｐに平行に変形させようと
する。屈曲は変曲点Ｉが車輪の半径中央に近いほど制限
される。さらに、接線ＴA およびＴB が中間面Ｐに対し
てほぼ平行であるときに屈曲は制限される。
【００１４】曲線ＡＢは必ずしも２つの円弧でなくても
よく、例えば、三次元曲線の一部でもよい。点Ａは必ず
しも中間面Ｐの輪縁と同じ側でなくてもよいが、残留屈
曲が残る恐れがある場合には車輪の間隔を広げる傾向が
あるので、線路上での安定性を良くするためにはこのよ
うに配置するのが好ましい。車輪をセンタリングさせる
ことも必須ではないが、そうすることによって車軸首部
での回転曲げ応力を制限することができる。薄板部の厚
さを少しづつ変えることによって車輪を最大限軽量化す
ることができる。特に、薄板部を鍛造した時に。鉄道用
車輪は鍛造品か鋳物である。換言すればその幾何学形状
にある程度の不正確さを持つ部品であるので、上記の特
徴は「ほぼ」すなわち数mmの誤差の範囲内でしか達成さ
れない。
【００１５】本発明の車輪は車軸負荷が25トン、制動力
が30分間に40kWまでの貨車用車輪に適している。本発明
車輪は少なくとも時速240km 以下で走行可能な振り子式
高速列車にも適している。この場合の車輪は、対称面Ｐ
をリム１の厚さの中心を通し、ハブ４を輪縁３の方に少
しずらして、センタリングさせないのが好ましい。薄板
部５は中間面Ｐ内にある変曲点Ｉを有する子午線ＡＢを
中心とした厚さで作られている。新しい車輪は外側半径
Ｒ1 が 457.2 mm であり、点Ａ、Ｂはそれぞれ半径Ｒ2
＝316.2 mm、Ｒ3 ＝204.6 mmの円上にあり、従って、点
Ｉは半径Ｒ4 ＝260.4 mmの円上にある。Ｒ4 ／Ｒ1 の比
は0.57であり、点ＡとＢとの間の半径方向距離ｈは111.
6 mmである。子午線の部分ＡＩおよびＩＢはそれぞれ半
径Ｒ5 ＝65mm、Ｒ6＝65mmの円弧であり、両方とも半径
方向の距離ｈの半分より大きい。
【００１６】薄板部の厚さはハブ側でｅ1 ＝32mmであ
り、リムのｅ2 ＝19.05 mmまで規則的に減少する。この
減少はほぼ線形的に起こる。点ＡおよびＢでの接線ＴA
およびＴB は中間面Ｐに平行である。薄板部５とリム１
との間の境界線Ｊ1 Ｊ2 と接線ＴA との交点Ｊは輪縁３
側で中間面Ｐから32.2mmの距離にある。。薄板部５とハ
ブ４との間の境界線Ｍ1 Ｍ2 と接線ＴB との交点Ｍは輪
縁３の反対側で中間面Ｐから27.8mmの距離にある。リム
の厚さｅ3 は 136.5 mm であり、ハブは厚さｅ4＝169.1
mmである。中間面Ｐは輪縁３と反対側にあるハブ面か
ら軸方向に69.9mmの距離にある。輪縁３側のリムの側面
は輪縁側にあるハブ側面に対して22.225mm後退して配置
されている。さらに、車輪には油の注入孔９が形成され
ている。この注油孔９はハブ４の軸穴８と連通し、車輪
を車軸に取付ける際に車輪の分解を容易にするために加
圧油を注入するのに用いられる。
【００１７】本発明車輪は軸方向および半径方向の優れ
た弾性と優れた耐制動性とを有し、屈曲がわずかで、リ
ムと薄板部との間の結合領域の残留応力は圧縮応力だけ
である。上記の車輪の具体的な寸法は特定用途について
最適化であり、当業者は必要に応じてそれと異なる使用
条件に合せて変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 鉄道用車輪の子午線断面。 １ リム ２ 転がり面 ３ 輪縁 ４ ハブ ５ 薄板部 ６、７ 結合領域 ８ 軸穴 Ｈ 変曲点 Ｐ 中間面、子午面
フロントページの続き (72)発明者 ベルナール カト フランス国 59943 ルフランクーク ア レ ドゥ レスタン 260 (72)発明者 ジェルベ ガボリ フランス国 77590 ボワ ル ロワ ア ンパッス ミュシドラ（番地なし)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 子午面Ｐに直角な軸線ＸＸ’を回転中心
    とし、転がり面(2) および輪縁(3) を有するリム(1)
    と、ハブ(4）と、薄板部(5) と、薄板部とリムとの結合
    領域(6) と、薄板部とハブとの結合領域(7) とから成
    り、薄板部(5) の部分は薄板部とリムとの結合領域(6)
    と薄板部(5) との接合部にある点Ａから薄板部とハブの
    結合領域(7) と薄板部(5) との接合部にある点Ｂまで延
    びた子午線ＡＢに沿った部分である、鉄道用車輪におい
    て、 ２つの点Ａ、Ｂは子午面Ｐの互いに反対側にあり且つ子
    午線ＡＢと子午面Ｐとの交点Ｉに対して対称であり、交
    点Ｉは曲線ＡＢの変曲点であることを特徴とする鉄道用
    車輪。
  2. 【請求項２】 点Ｉから軸線ＸＸ’までの距離が車輪の
    外側半径の0.5 〜0.65倍である請求項１に記載の鉄道用
    車輪。
  3. 【請求項３】 薄板部とリムとの境界線Ｊ1 Ｊ2 と点Ａ
    での曲線ＡＢの接線ＴA との交点Ｊから子午面Ｐまでの
    距離が、薄板部とハブとの境界線Ｍ1 Ｍ2 と点Ｂでの曲
    線ＡＢの接線ＴB との交点Ｍから子午面Ｐまでの距離に
    等しく、好ましくは点ＡおよびＢにおける曲線ＡＢの接
    線ＴA およびＴB が子午面Ｐと平行である請求項１〜２
    のいずれか一項に記載の鉄道用車輪。
  4. 【請求項４】 曲線部分ＡＩおよびＢＩが点Ｉに対して
    対称である請求項１〜３のいずれか一項に記載の鉄道用
    車輪。
  5. 【請求項５】 曲線部分ＡＩおよびＢＩが円弧である請
    求項４に記載の鉄道用車輪。
  6. 【請求項６】 円弧が点ＡとＢとの間の半径方向距離ｈ
    の半分より大きい請求項５に記載の鉄道用車輪。
  7. 【請求項７】 点Ａが子午面Ｐの輪縁(3) と同じ側にあ
    る請求項１〜６のいずれか一項に記載の鉄道用車輪。
  8. 【請求項８】 薄板部の厚さｅが線ＡＢに沿って点Ｂか
    ら点Ａまで規則的に減少する請求項１〜７のいずれか一
    項に記載の鉄道用車輪。
  9. 【請求項９】 薄板部の厚さｅが線ＡＢに沿って測定し
    た点Ｂまでの距離の関数で線形で減少する請求項８に記
    載の鉄道用車輪。
  10. 【請求項１０】 センタリングされている請求項１〜９
    のいずれか一項に記載の鉄道用車輪。
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DE (2) DE69700441C5 (ja)
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