本发明专利技术公开了带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮，由轮辋区、辐板区、轮毂区、轮辋‑轮辐过渡区和轮毂‑轮辐过渡区构成。所述轮辋区由轮辋厚度、轮辋宽度及轮缘‑踏面轮廓围成的区域组成；所述轮毂区由轮毂厚度、轮毂宽度和孔半径围成的区域构成；所述辐板区及轮辋‑轮辐过渡区、轮毂‑轮辐过渡区，由辐板上下中心位置，根据辐板最小厚度、最大厚度、中间厚度尺寸要求，按照规范步骤与三段相切圆弧的几何数学规则确定。给出了带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮的原理性结构，可确保了铁路S形辐板车轮具有合理的刚度和强度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及列车零部件领域，具体涉及带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮。
技术介绍
辐板形状对轨道车辆车轮的结构强度和刚度有较大的影响。现有铁路车轮按照辐板形貌可分为直辐板、S形辐板、波浪形辐板、盆形辐板四种。直辐板具有质量小、横向刚度小的特点，缺点是径向刚度过大、轴向刚度较小，常用于轮盘制动情况，便于安装制动盘。相对于直辐板，S形辐板车轮具有较小的径向刚度，从而可使车轮具有一定的径向弹性，可以改善轮轨接触垂向动荷响应。与此同时，S形辐板使车轮具有较小的轴向刚度，也可改善轮轨接触横向动荷响应。进一步，S形辐板增加了表面面积，从而可改善踏面制动的热传递。波形辐板车轮径向刚度更小和更大的轴向刚度。盆形辐板是铁路货车车轮为适应铸造工艺而采用的结构形式。常见S形辐板车轮的辐板通常采用两段圆弧，即除自轮毂向轮辐的过渡包含一段直线和圆弧线轮廓，以及除自轮辋向轮辐的过渡包含一段直线和圆弧线过渡外，车轮内外侧的辐板轮廓都由两段圆弧组成。对轮辐过渡轮廓及辐板轮廓的设计如何进行，处于无章可循的状态，基本上由设计者的经验决定，总体上难以保证车轮结构刚度与强度的合理性。需要具有原理创新的、有章可循的轨道车辆S形轮辐结构的设计。本专利技术从合理化轨道车辆S形辐板结构车轮设计出发，发展了一种原理性的、满足规范几何数学模型的带三段相切圆弧辐板结构车轮，保证铁路车轮具有合理的刚度与强度。
技术实现思路
本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮，所述车轮由依次连接的轮辋区1、轮辋-轮辐过渡区4、辐板区2、轮毂-轮辐过渡区5和轮毂区3组成；所述轮辋-轮辐过渡区4为从轮辋区1到辐板区2逐渐收窄的区域，轮辋-轮辐过渡区4的两侧均为弧形；所述轮辋-轮辐过渡区4一侧的弧形由第一圆弧锥面和第一直线圆锥面构成，所述第一圆弧锥面为以轮辋-轮辐过渡区4与辐板区2的一侧连接点为起点，半径为rf1、中心角为af1的圆弧锥面；所述第一直线圆锥面的斜角为θ1、起点为轮辋区1与轮辋-轮辐过渡区4一侧的连接点，第一直线圆锥面的终点与第一圆弧锥面的终点连接；轮辋-轮辐过渡区4另一侧的弧形由第二圆弧锥面和第二直线圆锥面构成；所述第二圆弧锥面为以轮辋-轮辐过渡区4与辐板区2的另一侧连接点为起点，半径为RF2、中心角为AF2的圆弧锥面；所述第二直线圆锥面的斜角为ω2、起点为轮辋区1与轮辋-轮辐过渡区4另一侧的连接点；第二圆弧锥面的终点和第二直线圆锥面的终点连接；所述第一圆弧锥面、第一直线圆锥面、第二圆弧锥面和第二直线圆锥面位于同一水平面，所述轮辋-轮辐过渡区4两侧之间的最小间距假设为w1，则轮辋-轮辐过渡区4的高度H1满足如下条件：当轮辋-轮辐过渡区4以一侧为依据时，该侧轮廓根据rf1和θ1确定，另一侧轮廓根据H1选择RF2或ω2根据如下公式1确定：H1＝(wR-w1/2-rf1sinθ1)tgθ1+rf1cosθ1 (公式1)当轮辋-轮辐过渡区4以另一侧为依据时，该侧轮廓根据RF2和ω2确定，一侧轮廓根据H1选择rf1或θ1根据如下公式2确定：H1＝(WR-wR-w1/2-RF2sinω2)tgω2+RF2cosω2 (公式2)所述轮毂-轮辐过渡区5为从轮毂区3到辐板区2逐渐收窄的区域，所述轮毂-轮辐过渡区5的两侧均为弧形；所述轮毂-轮辐过渡区5一侧的弧形由第三圆弧锥面和第三直线圆锥面构成，所述第三圆弧锥面为以轮毂-轮辐过渡区5与辐板区2的一侧连接点为起点，半径为rf2、中心角为af2的圆弧锥面；所述第一直线圆锥面的斜角为θ2、起点为轮毂区3与轮毂-轮辐过渡区5一侧的连接点，第三直线圆锥面的终点与第三圆弧锥面的终点连接；轮毂-轮辐过渡区5另一侧的弧形由第四圆弧锥面和第四直线圆锥面构成；所述第四圆弧锥面为以轮毂-轮辐过渡区5与辐板区2的另一侧连接点为起点，半径为RF1、圆心角为AF1的圆弧锥面；所述第四直线圆锥面的斜角为ω1、起点为轮毂区3与轮毂-轮辐过渡区5另一侧的连接点；第四圆弧锥面的终点和第四直线圆锥面的终点连接；所述第三圆弧锥面、第三直线圆锥面、第四圆弧锥面和第四直线圆锥面位于同一水平面，所述轮毂-轮辐过渡区5两侧之间的最小间距假设为w3，则轮辋-轮辐过渡区4的高度H2满足如下条件：以轮毂-轮辐过渡区5一侧为依据时，该侧轮廓根据rf2和θ2确定，另一侧根据H2选择RF1或ω1根据如下公式3确定：H2＝(wG-w3/2-rf2sinθ2)tgθ2+rf2cosθ2 (公式3)以轮毂-轮辐过渡区5另一侧为依据时，该侧轮廓根据RF1和ω1确定，一侧根据H2选择rf2或θ2根据如下公式4确定：H2＝(WG-w3/2-wG-RF1cosω1)tgω1+RF1cosω1 (公式4)所述辐板区2为连接轮辋-轮辐过渡区4和轮毂-轮辐过渡区5的区域，所述辐板区2的两侧各由三段相切圆弧组成，设辐板区2的宽度H为辐板区2上下中心的水平距离，通过如下公式5计算：H＝DC-DWS (公式5)所述Dc为辐板区(2)下中心与车轮轮辋内侧的水平距离，Dws为辐板区(2)上中心与车轮轮辋内侧的水平距离；所述辐板区2的高度尺寸h根据如下公式6计算：h＝RW-HW-RG-HG-H1-H2 (公式6)所述Rw为车轮半径，Hw为轮辋区1的轮辋厚度，RG为轮毂区3的轮毂孔的半径，HG为轮毂区3的轮毂厚度；所述辐板区2的一侧轮廓包含三段相切圆弧，分别满足如下几何条件：第一段，由如下公式7确定圆心a1后确定半径r1即可确定：第二段和第三段，由如下公式8选择圆心a3后确定圆心a2，进而确定半径r2和半径r3可确定：所述辐板区2另一侧轮廓包含三段相切圆弧，分别满足如下几何条件：第一段，由下式确定圆心A1后确定半径R1即可确定第二段和第三段，由下式选择A3后确定A2，进而确定半径R2和R3可确定：所述β为辐板区2中心线与垂直线的夹角，即tgβ＝H/h；本专利技术的有益效果：发展了带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮的原理性结构，确保了铁路S形辐板车轮具有合理的刚度和强度。附图说明图1是本专利技术带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮示意图；图2是本专利技术带三段相切圆弧S形辐板结构车轮的轮辐内侧轮廓构造示意图；图3是本专利技术带三段相切圆弧S形辐板结构车轮的轮辐外侧轮廓构造示意图；图4是本专利技术一种带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮；图5是本专利技术一种带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。如图1、图2和图3所示，本专利技术的带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮，由轮辋区1、辐板区2、轮毂区3、轮辋-轮辐过渡区4和轮毂-轮辐过渡区5组成。所述轮辋区1由轮辋厚度HR、轮辋宽度WR及轮缘-踏面轮廓围成的区域；所述轮毂区3由轮毂厚度HG、轮毂宽度WG和孔半径RG围成的区域；所述辐板区2及轮辋-轮辐过渡区4、轮毂-轮辐过渡区5，由辐板上下中心位置wG和wR，根据辐板厚度尺寸w1、w2和w3要求，按照规范步骤与三段相切圆弧的几何数学规则确定。进一步的是，所述轮辋-轮辐过渡区4，基本轮廓包含辐板下端中心距轮辋内侧距离wR、高度H1和最小轮辐厚度w1三个参数，内侧包括了斜角为θ1终点在e2的直线圆锥面本文档来自技高网...
【技术保护点】
带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮，所述车轮由依次连接的轮辋区(1)、轮辋‑轮辐过渡区(4)、辐板区(2)、轮毂‑轮辐过渡区(5)和轮毂区(3)组成；所述轮辋‑轮辐过渡区(4)为从轮辋区(1)到辐板区(2)逐渐收窄的区域，轮辋‑轮辐过渡区(4)的两侧均为弧形；所述轮辋‑轮辐过渡区(4)一侧的弧形由第一圆弧锥面和第一直线圆锥面构成，所述第一圆弧锥面为以轮辋‑轮辐过渡区(4)与辐板区(2)的一侧连接点为起点，半径为rf1、中心角为af1的圆弧锥面；所述第一直线圆锥面的斜角为θ1、起点为轮辋区(1)与轮辋‑轮辐过渡区(4)一侧的连接点，第一直线圆锥面的终点与第一圆弧锥面的终点连接；轮辋‑轮辐过渡区(4)另一侧的弧形由第二圆弧锥面和第二直线圆锥面构成；所述第二圆弧锥面为以轮辋‑轮辐过渡区(4)与辐板区(2)的另一侧连接点为起点，半径为RF2、中心角为AF2的圆弧锥面；所述第二直线圆锥面的斜角为ω2、起点为轮辋区(1)与轮辋‑轮辐过渡区(4)另一侧的连接点；第二圆弧锥面的终点和第二直线圆锥面的终点连接；所述第一圆弧锥面、第一直线圆锥面、第二圆弧锥面和第二直线圆锥面位于同一水平面，所述轮辋‑轮辐过渡区(4)两侧之间的最小间距假设为w1，则轮辋‑轮辐过渡区(4)的高度H1满足如下条件：当轮辋‑轮辐过渡区(4)以一侧为依据时，该侧轮廓根据rf1和θ1确定，另一侧轮廓根据H1选择RF2或ω2根据如下公式1确定：H1＝(wR‑w1/2‑rf1sinθ1)tgθ1+rf1cosθ1 (公式1)当轮辋‑轮辐过渡区(4)以另一侧为依据时，该侧轮廓根据RF2和ω2确定，一侧轮廓根据H1选择rf1或θ1根据如下公式2确定：H1＝(WR‑wR‑w1/2‑RF2sinω2)tgω2+RF2cosω2 (公式2)所述轮毂‑轮辐过渡区(5)为从轮毂区(3)到辐板区(2)逐渐收窄的区域，所述轮毂‑轮辐过渡区(5)的两侧均为弧形；所述轮毂‑轮辐过渡区(5)一侧的弧形由第三圆弧锥面和第三直线圆锥面构成，所述第三圆弧锥面为以轮毂‑轮辐过渡区(5)与辐板区(2)的一侧连接点为起点，半径为rf2、中心角为af2的圆弧锥面；所述第一直线圆锥面的斜角为θ2、起点为轮毂区(3)与轮毂‑轮辐过渡区(5)一侧的连接点，第三直线圆锥面的终点与第三圆弧锥面的终点连接；轮毂‑轮辐过渡区(5)另一侧的弧形由第四圆弧锥面和第四直线圆锥面构成；所述第四圆弧锥面为以轮毂‑轮辐过渡区(5)与辐板区(2)的另一侧连接点为起点，半径为RF1、圆心角为AF1的圆弧锥面；所述第四直线圆锥面的斜角为ω1、起点为轮毂区(3)与轮毂‑轮辐过渡区(5)另一侧的连接点；第四圆弧锥面的终点和第四直线圆锥面的终点连接；所述第三圆弧锥面、第三直线圆锥面、第四圆弧锥面和第四直线圆锥面位于同一水平面，所述轮毂‑轮辐过渡区(5)两侧之间的最小间距假设为w3，则轮辋‑轮辐过渡区(4)的高度H2满足如下条件：以轮毂‑轮辐过渡区(5)一侧为依据时，该侧轮廓根据rf2和θ2确定，另一侧根据H2选择RF1或ω1根据如下公式3确定：H2＝(wG‑w3/2‑rf2sinθ2)tgθ2+rf2cosθ2 (公式3)以轮毂‑轮辐过渡区(5)另一侧为依据时，该侧轮廓根据RF1和ω1确定，一侧根据H2选择rf2或θ2根据如下公式4确定：H2＝(WG‑w3/2‑wG‑RF1cosω1)tgω1+RF1cosω1 (公式4)所述辐板区(2)为连接轮辋‑轮辐过渡区(4)和轮毂‑轮辐过渡区(5)的区域，所述辐板区(2)的两侧各由三段相切圆弧组成，设辐板区(2)的宽度H为辐板区(2)上下中心的水平距离，通过如下公式5计算：H＝DC‑DwS (公式5)所述Dc为辐板区(2)下中心与车轮轮辋内侧的水平距离，Dws为辐板区(2)上中心与车轮轮辋内侧的水平距离；所述辐板区(2)的高度尺寸h根据如下公式6计算：h＝Rw‑Hw‑RG‑HG‑H1‑H2 (公式6)所述Rw为车轮半径，Hw为轮辋区(1)的轮辋厚度，RG为轮毂区3的轮毂孔的半径，HG为轮毂区(3)的轮毂厚度；所述辐板区(2)的一侧轮廓包含三段相切圆弧，分别满足如下几何条件：第一段，由如下公式7确定圆心a1后确定半径r1即可确定：第二段和第三段，由如下公式8选择圆心a3后确定圆心a2，进而确定半径r2和半径r3可确定：所述辐板区(2)另一侧轮廓包含三段相切圆弧，分别满足如下几何条件：第一段，由下式确定圆心A1后确定半径R1即可确定第二段和第三段，由下式选择A3后确定A2，进而确定半径R2和R3可...
【技术特征摘要】
1.带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮，所述车轮由依次连接的轮辋区(1)、轮辋-轮辐过渡区(4)、辐板区(2)、轮毂-轮辐过渡区(5)和轮毂区(3)组成；所述轮辋-轮辐过渡区(4)为从轮辋区(1)到辐板区(2)逐渐收窄的区域，轮辋-轮辐过渡区(4)的两侧均为弧形；所述轮辋-轮辐过渡区(4)一侧的弧形由第一圆弧锥面和第一直线圆锥面构成，所述第一圆弧锥面为以轮辋-轮辐过渡区(4)与辐板区(2)的一侧连接点为起点，半径为rf1、中心角为af1的圆弧锥面；所述第一直线圆锥面的斜角为θ1、起点为轮辋区(1)与轮辋-轮辐过渡区(4)一侧的连接点，第一直线圆锥面的终点与第一圆弧锥面的终点连接；轮辋-轮辐过渡区(4)另一侧的弧形由第二圆弧锥面和第二直线圆锥面构成；所述第二圆弧锥面为以轮辋-轮辐过渡区(4)与辐板区(2)的另一侧连接点为起点，半径为RF2、中心角为AF2的圆弧锥面；所述第二直线圆锥面的斜角为ω2、起点为轮辋区(1)与轮辋-轮辐过渡区(4)另一侧的连接点；第二圆弧锥面的终点和第二直线圆锥面的终点连接；所述第一圆弧锥面、第一直线圆锥面、第二圆弧锥面和第二直线圆锥面位于同一水平面，所述轮辋-轮辐过渡区(4)两侧之间的最小间距假设为w1，则轮辋-轮辐过渡区(4)的高度H1满足如下条件：当轮辋-轮辐过渡区(4)以一侧为依据时，该侧轮廓根据rf1和θ1确定，另一侧轮廓根据H1选择RF2或ω2根据如下公式1确定：H1＝(wR-w1/2-rf1sinθ1)tgθ1+rf1cosθ1 (公式1)当轮辋-轮辐过渡区(4)以另一侧为依据时，该侧轮廓根据RF2和ω2确定，一侧轮廓根据H1选择rf1或θ1根据如下公式2确定：H1＝(WR-wR-w1/2-RF2sinω2)tgω2+RF2cosω2 (公式2)所述轮毂-轮辐过渡区(5)为从轮毂区(3)到辐板区(2)逐渐收窄的区域，所述轮毂-轮辐过渡区(5)的两侧均为弧形；所述轮毂-轮辐过渡区(5)一侧的弧形由第三圆弧锥面和第三直线圆锥面构成，所述第三圆弧锥面为以轮毂-轮辐过渡区(5)与辐板区(2)的一侧连接点为起点，半径为rf2、中心角为af2的圆弧锥面；所述第一直线圆锥面的斜角为θ2、起点为轮毂区(3)与轮毂-轮辐过渡区(5)一侧的连接点，第三直线圆锥面的终点与第三圆弧锥面的终点连接；轮毂-轮辐过渡区(5)另一...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵永翔，陈旭，王强，杨旭峰，何华武，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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