JPS61261103A - 鉄道車両用車輪 - Google Patents
鉄道車両用車輪Info
- Publication number
- JPS61261103A JPS61261103A JP60103457A JP10345785A JPS61261103A JP S61261103 A JPS61261103 A JP S61261103A JP 60103457 A JP60103457 A JP 60103457A JP 10345785 A JP10345785 A JP 10345785A JP S61261103 A JPS61261103 A JP S61261103A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wheel
- reinforced composite
- vehicle
- fiber
- composite material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
- Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、車両の走行中に車輪を前縁として発生する
騒音を低減する九めの繊維強化複合材料を使用した鉄道
車両用車輪に関する。
騒音を低減する九めの繊維強化複合材料を使用した鉄道
車両用車輪に関する。
従来の技術
鉄道車両用車輪は、通常第７図Ａに示すように、鋼を素
材として鋳造又は鍛造により一体車輪又は輪心と外輪を
別個に作って組立てた組立車輪として作られる。
材として鋳造又は鍛造により一体車輪又は輪心と外輪を
別個に作って組立てた組立車輪として作られる。
このような鋼製車輪は鋼自体の振動減衰性が低いため、
制動時や曲線通過時は音圧レベル及び周波数が高く、き
しり音と呼ばれる極めて不快な騒音の発生源となってい
た。
制動時や曲線通過時は音圧レベル及び周波数が高く、き
しり音と呼ばれる極めて不快な騒音の発生源となってい
た。
鉄道車両においても公害防止の観点から騒音低減−が要
望されており、その九め車輪に基づく上記騒音を防止す
るため、例えば第７図ＢＫ示す弾性車輪や第７図ＣＫ示
す防音車輪等が実用化されている。
望されており、その九め車輪に基づく上記騒音を防止す
るため、例えば第７図ＢＫ示す弾性車輪や第７図ＣＫ示
す防音車輪等が実用化されている。
しかしながら、これらの車輪は防音材や拘束板などの部
材を付加するため、組立てが複雑で手間がかかり、しか
も車輪の重量が増大し、車両の走行性能を低下させるこ
とがある。
材を付加するため、組立てが複雑で手間がかかり、しか
も車輪の重量が増大し、車両の走行性能を低下させるこ
とがある。
発明が解決しようとする問題点
上記のごとく、従来の弾性車輪や防音車輪は騒′ 音
発生の防止には有効であるが、重量の増大に伴って、車
両のばね下重量が増し、その結果車両の走行性能が低下
していた。
発生の防止には有効であるが、重量の増大に伴って、車
両のばね下重量が増し、その結果車両の走行性能が低下
していた。
この発明は、かかる現状にかんがみ、車輪の重量を増大
させることなく、むしろ軽減して車両の走行性能を向上
させると共に、騒音の発生を防止しうる車輪を提案する
ものである。
させることなく、むしろ軽減して車両の走行性能を向上
させると共に、騒音の発生を防止しうる車輪を提案する
ものである。
問題点を解決する丸めの手段
この発明は、繊維方向が軸線に対しなす配向角θが４０
°≦θ≦８５°を満足する斜交対称積層材からなる高強
度の繊維強化複合材料を一部又は全部に使用して車輪を
構成した鉄道車両用車輪を要旨とし、高強度の繊維強化
複合材料で車輪全体を一体成形するか、又は外輪部分を
除いた残り全体を高強度の繊維強化複合材料で構成する
か、あるいは外輪部分とハブ部分を除いた中間部分を高
強度の繊維強化複合材料で構成するのである。
°≦θ≦８５°を満足する斜交対称積層材からなる高強
度の繊維強化複合材料を一部又は全部に使用して車輪を
構成した鉄道車両用車輪を要旨とし、高強度の繊維強化
複合材料で車輪全体を一体成形するか、又は外輪部分を
除いた残り全体を高強度の繊維強化複合材料で構成する
か、あるいは外輪部分とハブ部分を除いた中間部分を高
強度の繊維強化複合材料で構成するのである。
作用
この発明における高強度の繊維強化複合材料とは、炭素
繊維強化型樹脂（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化型樹脂（
ＧＦＲＰＣ、ケプラー繊維強化型樹脂（ＫＦＲＰ ）を
いうのである。
繊維強化型樹脂（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化型樹脂（
ＧＦＲＰＣ、ケプラー繊維強化型樹脂（ＫＦＲＰ ）を
いうのである。
この発明においては、例えば炭素繊維強化複合材料（以
下ＣＦＲＰと称す）の振動減衰比を鋼と比較して示し九
第３図からもわかるように、これらの繊維強化複合材料
の振動減衰性は鋼の約１０倍もあって優れており、又強
度と比重の比率、すなわち比強障が鋼の３〜５倍あるこ
とを利用して、繊維強化複合材料を車輪の全体又は一部
に使用するものであり、これにより車輪が音源となる騒
音を低減すると共に、車輪の重量を軽減することにより
車両の走行性能を向上させることができる。
下ＣＦＲＰと称す）の振動減衰比を鋼と比較して示し九
第３図からもわかるように、これらの繊維強化複合材料
の振動減衰性は鋼の約１０倍もあって優れており、又強
度と比重の比率、すなわち比強障が鋼の３〜５倍あるこ
とを利用して、繊維強化複合材料を車輪の全体又は一部
に使用するものであり、これにより車輪が音源となる騒
音を低減すると共に、車輪の重量を軽減することにより
車両の走行性能を向上させることができる。
なお、繊維強化複合材料は異方性材料であり、物性や強
度は繊維方向により極端に異なる。その−例として、一
方向炭素繊維エポキシ複合材料の配向角θと弾性率及び
引張り強度との関係を第４図に示す。又、第５図に示す
ように、車輪に垂直に作用する縦破壊荷重Ｐと車軸方向
に作用する横破壊荷重Ｑとの比Ｑ／Ｐは配向角θにより
変化するが、車輪の設計上、Ｑ／Ｐは図中に斜線で示す
０．４〜０．７５の範囲が要求される。
度は繊維方向により極端に異なる。その−例として、一
方向炭素繊維エポキシ複合材料の配向角θと弾性率及び
引張り強度との関係を第４図に示す。又、第５図に示す
ように、車輪に垂直に作用する縦破壊荷重Ｐと車軸方向
に作用する横破壊荷重Ｑとの比Ｑ／Ｐは配向角θにより
変化するが、車輪の設計上、Ｑ／Ｐは図中に斜線で示す
０．４〜０．７５の範囲が要求される。
したがって、この発明においては、所要の強度をつる丸
め、第２図に示す斜交対称プリプレグシートの積層材が
使用される。
め、第２図に示す斜交対称プリプレグシートの積層材が
使用される。
実施例
、実施例１
第２図に示すように、水平線となす角度θ（配向角）ｔ
一種々変えたエポキシ樹脂含浸のＣＦＲＰプリプレグシ
ートを用いて、外径５９Ｗ、内径２０１１１１゜幅１０
６のリングを製作した。すなわち、繊維方向が軸線に対
しなす配向角がθの斜交対称プリプレグｖ−）（１３！
マンドレ／Ｉ／ （２）の回りに巻き付け（Ａ図）、寸
−トクレープ装置（３）を用いて加圧、加熱して厚肉パ
イプ（４）を製作する（Ｂ図）。この厚肉パイプ（４）
を幅１０１に切断して上記リングを作るのである。
一種々変えたエポキシ樹脂含浸のＣＦＲＰプリプレグシ
ートを用いて、外径５９Ｗ、内径２０１１１１゜幅１０
６のリングを製作した。すなわち、繊維方向が軸線に対
しなす配向角がθの斜交対称プリプレグｖ−）（１３！
マンドレ／Ｉ／ （２）の回りに巻き付け（Ａ図）、寸
−トクレープ装置（３）を用いて加圧、加熱して厚肉パ
イプ（４）を製作する（Ｂ図）。この厚肉パイプ（４）
を幅１０１に切断して上記リングを作るのである。
上記リングについて、配向角θと強度の関係を調べた。
その結果を第５図に示す。第５図は横破壊荷重Ｑと縦破
壊荷重Ｐとの比Ｑ／Ｐと配向角θの関係を示し念もので
あるが、車輪の設計においてはＱ／Ｐは０．４〜０．７
５が要求されており、この値を満すには配向角θは４０
°〜８５°の範囲にあることが条件となることがわかる
。
壊荷重Ｐとの比Ｑ／Ｐと配向角θの関係を示し念もので
あるが、車輪の設計においてはＱ／Ｐは０．４〜０．７
５が要求されており、この値を満すには配向角θは４０
°〜８５°の範囲にあることが条件となることがわかる
。
又、上記リングを用いて振動減衰比を測定した結果を第
３図に示す。なか、比較のため同形状の鋼に対しても測
定した。この結果より、 ＣＦＲＰの振動減衰比は全振
動数領域において、鋼に比べて大きく、又高振動数にな
るほど両者の差が大きくなることがわかる。
３図に示す。なか、比較のため同形状の鋼に対しても測
定した。この結果より、 ＣＦＲＰの振動減衰比は全振
動数領域において、鋼に比べて大きく、又高振動数にな
るほど両者の差が大きくなることがわかる。
実施例２
エポキシ樹脂を含浸したＣＦＲＰ斜交対称プリプレグシ
ート（配向角θ＝６５°）を用いて第２図に示す方法に
より厚肉パイプを作り、これを素材として第１図Ａ、に
示すように、車輪全体を繊維強化複合材料で構成し、第
２図ＤＫ示すように外周面を機械加工してフランジ（５
）を付は踏面を形成した一体車輪（６）、又第１図ＢＫ
示すように外輪（７） ｅ鋼で、輪心（８） ′ｆ：繊
維強化複合材料で作り、両者間を複数のボルト（９）で
締結し九組立車輪、及び外輪（７）とハブαＱを鋼で、
両者間の中間部α乃を繊維強化複金材料で作り、王者を
それぞれ複数のボルト（９）で締結した組立車輪を製作
した。
ート（配向角θ＝６５°）を用いて第２図に示す方法に
より厚肉パイプを作り、これを素材として第１図Ａ、に
示すように、車輪全体を繊維強化複合材料で構成し、第
２図ＤＫ示すように外周面を機械加工してフランジ（５
）を付は踏面を形成した一体車輪（６）、又第１図ＢＫ
示すように外輪（７） ｅ鋼で、輪心（８） ′ｆ：繊
維強化複合材料で作り、両者間を複数のボルト（９）で
締結し九組立車輪、及び外輪（７）とハブαＱを鋼で、
両者間の中間部α乃を繊維強化複金材料で作り、王者を
それぞれ複数のボルト（９）で締結した組立車輪を製作
した。
そして、第１図Ａの一体車輪及び第１図Ｂの組立車輪を
ブレーキ試験機（図面省略）に取付けてブレーキを負荷
し、そのとき発生する騒音レベルを測定した。又、比較
のため第７図ＡＫ示す普通一体車輪及び第７図Ｂに示す
弾性車輪についても同じ条件で試験しな。その結果を第
２表に示す。
ブレーキ試験機（図面省略）に取付けてブレーキを負荷
し、そのとき発生する騒音レベルを測定した。又、比較
のため第７図ＡＫ示す普通一体車輪及び第７図Ｂに示す
弾性車輪についても同じ条件で試験しな。その結果を第
２表に示す。
なお、その際の試験条件を第１表に示す。
第１表試験条件
（以下余白）
上記結果より、この発明の実施により車輪全体をＣＦＲ
Ｐで構成したものは従来の弾性車輪に匹敵した騒音低減
が達成され、又車輪のプレード部のみにＣＦＲＰを使っ
た組立車輪も通常の一体車輪に比べ著しく騒音が低減し
ていることがわかる。
Ｐで構成したものは従来の弾性車輪に匹敵した騒音低減
が達成され、又車輪のプレード部のみにＣＦＲＰを使っ
た組立車輪も通常の一体車輪に比べ著しく騒音が低減し
ていることがわかる。
又、上記各車輪の重量を測定した結果を第３表に示す。
第３表車輪重量
上記結果より、この発明の実施による車輪は通常車輪に
比べ重量は著しく低減し、殊に一体車輪の場合は従来の
半分以下に軽くできることがわかる。
比べ重量は著しく低減し、殊に一体車輪の場合は従来の
半分以下に軽くできることがわかる。
このように車輪の重量を低減することは、車両のばね下
重量を低減することにつながり、車両の走行性能（走行
安定限界速度、乗心地など）を向上させる。−例として
第６図に、ばね下重量が車両の安定限界速度に及ぼす影
響を、車両動力学で用いられる固有振動解析により求め
た結果を示す。
重量を低減することにつながり、車両の走行性能（走行
安定限界速度、乗心地など）を向上させる。−例として
第６図に、ばね下重量が車両の安定限界速度に及ぼす影
響を、車両動力学で用いられる固有振動解析により求め
た結果を示す。
なお、この際のばね下重量以外の車両諸元は標準的な私
鉄電車のものを用いた。この結果より、最も軽量のこの
発明の実施による一体車輪ＣＩ）の安定限界速度が最も
大きく、又この発明の実施による組立車輪（ｎ）の安定
限界速度も通常車輪に比べ督しく向上して６ることがわ
かる。
鉄電車のものを用いた。この結果より、最も軽量のこの
発明の実施による一体車輪ＣＩ）の安定限界速度が最も
大きく、又この発明の実施による組立車輪（ｎ）の安定
限界速度も通常車輪に比べ督しく向上して６ることがわ
かる。
発明の効果
この発明は、特定の配向角をなす斜交対称積層材からな
る高強度の繊維強化複合材料を車輪の一部又は全部に使
用することにより、車輪を音源とする騒音を低減し防音
効果を発揮すると共に、重量が低減することにより車両
のばね下重量が軽減され、車両性能を向上できる。
る高強度の繊維強化複合材料を車輪の一部又は全部に使
用することにより、車輪を音源とする騒音を低減し防音
効果を発揮すると共に、重量が低減することにより車両
のばね下重量が軽減され、車両性能を向上できる。
第１図はこの発明の実施による車輪の一部断面図でＡ図
はＣＦＲＰによる一体車輪、Ｂ図と０図は部分的にＣＦ
ＲＰｆ：使つ九姐立車、ｆｆ＆ 、第２図は繊維強化複
合材料による車輪の製造工程を示す説明図、第３図はＣ
ＦＲＰと鋼の振＠減衰比を示す図表、第４図はＣＦＲＰ
の繊維の配向角θと弾性率との関係を示す線図、第５図
はＣＦＲＰの配向角θと車輪のＱ／Ｐとの関係を示す線
図、第６図は車両のばね下重量と安定限界速度との関係
を示す線図、第７図は通常車輪を示す一部断面図で、Ａ
図は鋼製一体車輪、Ｂ図は外輪と輪心の間尺弾性体を介
装し比弾性車輪、０図は防音車輪の一例である。 ｌ・・・斜交対称プリプレグシート、２・・・マンドレ
ル、３・・・す−トクレープ、４−・・厚肉パイプ、６
・・・一体車檜、Ｉ・・・発明のＣＦＲＰ一体車輪、■
・・・発明のＣＦＲＰ組立車輪、■・・・通常のｗ４製
一体車憤、■・・・通常の弾性車輪。 出願人 住友金属工業株式会社 代理人 押 １） 良 久 第１図 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ）
第２図 第３図 振動数（Ｈ２） 第４図 配向角θ（ｄｅｇ） 第５図 配向角θ（ｄｅｇ） 第６図 ばね丁市鼠ＣＫｙ） 第７図
はＣＦＲＰによる一体車輪、Ｂ図と０図は部分的にＣＦ
ＲＰｆ：使つ九姐立車、ｆｆ＆ 、第２図は繊維強化複
合材料による車輪の製造工程を示す説明図、第３図はＣ
ＦＲＰと鋼の振＠減衰比を示す図表、第４図はＣＦＲＰ
の繊維の配向角θと弾性率との関係を示す線図、第５図
はＣＦＲＰの配向角θと車輪のＱ／Ｐとの関係を示す線
図、第６図は車両のばね下重量と安定限界速度との関係
を示す線図、第７図は通常車輪を示す一部断面図で、Ａ
図は鋼製一体車輪、Ｂ図は外輪と輪心の間尺弾性体を介
装し比弾性車輪、０図は防音車輪の一例である。 ｌ・・・斜交対称プリプレグシート、２・・・マンドレ
ル、３・・・す−トクレープ、４−・・厚肉パイプ、６
・・・一体車檜、Ｉ・・・発明のＣＦＲＰ一体車輪、■
・・・発明のＣＦＲＰ組立車輪、■・・・通常のｗ４製
一体車憤、■・・・通常の弾性車輪。 出願人 住友金属工業株式会社 代理人 押 １） 良 久 第１図 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ）
第２図 第３図 振動数（Ｈ２） 第４図 配向角θ（ｄｅｇ） 第５図 配向角θ（ｄｅｇ） 第６図 ばね丁市鼠ＣＫｙ） 第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 繊維方向が軸線に対しなす配向角θが４０°≦θ≦
８５°を満足する斜交対称積層材からなる高強度の繊維
強化複合材料を車輪の一部又は全部に使用して構成した
ことを特徴とする鉄道車両用車輪。 ２ 外輪部分を除いた残り全体を高強度の繊維強化複合
材料で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の鉄道車両用車輪。 ３ 外輪部分とハブ部分を除いた中間部分を高強度の繊
維強化複合材料で構成したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の鉄道車両用車輪。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60103457A JPS61261103A (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | 鉄道車両用車輪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60103457A JPS61261103A (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | 鉄道車両用車輪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61261103A true JPS61261103A (ja) | 1986-11-19 |
Family
ID=14354552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60103457A Pending JPS61261103A (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | 鉄道車両用車輪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61261103A (ja) |
-
1985
- 1985-05-15 JP JP60103457A patent/JPS61261103A/ja active Pending
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