帶三段相切圓弧的軌道車輛S形輻板結構車輪的制作方法

本發明涉及列車零部件領域，具體涉及帶三段相切圓弧的軌道車輛S形輻板結構車輪。
背景技術：
：輻板形狀對軌道車輛車輪的結構強度和剛度有較大的影響。現有鐵路車輪按照輻板形貌可分為直輻板、S形輻板、波浪形輻板、盆形輻板四種。直輻板具有質量小、橫向剛度小的特點，缺點是徑向剛度過大、軸向剛度較小，常用于輪盤制動情況，便于安裝制動盤。相對于直輻板，S形輻板車輪具有較小的徑向剛度，從而可使車輪具有一定的徑向彈性，可以改善輪軌接觸垂向動荷響應。與此同時，S形輻板使車輪具有較小的軸向剛度，也可改善輪軌接觸橫向動荷響應。進一步，S形輻板增加了表面面積，從而可改善踏面制動的熱傳遞。波形輻板車輪徑向剛度更小和更大的軸向剛度。盆形輻板是鐵路貨車車輪為適應鑄造工藝而采用的結構形式。常見S形輻板車輪的輻板通常采用兩段圓弧，即除自輪轂向輪輻的過渡包含一段直線和圓弧線輪廓，以及除自輪輞向輪輻的過渡包含一段直線和圓弧線過渡外，車輪內外側的輻板輪廓都由兩段圓弧組成。對輪輻過渡輪廓及輻板輪廓的設計如何進行，處于無章可循的狀態，基本上由設計者的經驗決定，總體上難以保證車輪結構剛度與強度的合理性。需要具有原理創新的、有章可循的軌道車輛S形輪輻結構的設計。本發明從合理化軌道車輛S形輻板結構車輪設計出發，發展了一種原理性的、滿足規范幾何數學模型的帶三段相切圓弧輻板結構車輪，保證鐵路車輪具有合理的剛度與強度。技術實現要素：本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：帶三段相切圓弧的軌道車輛S形輻板結構車輪，所述車輪由依次連接的輪輞區1、輪輞-輪輻過渡區4、輻板區2、輪轂-輪輻過渡區5和輪轂區3組成；所述輪輞-輪輻過渡區4為從輪輞區1到輻板區2逐漸收窄的區域，輪輞-輪輻過渡區4的兩側均為弧形；所述輪輞-輪輻過渡區4一側的弧形由第一圓弧錐面和第一直線圓錐面構成，所述第一圓弧錐面為以輪輞-輪輻過渡區4與輻板區2的一側連接點為起點，半徑為rf1、中心角為af1的圓弧錐面；所述第一直線圓錐面的斜角為θ1、起點為輪輞區1與輪輞-輪輻過渡區4一側的連接點，第一直線圓錐面的終點與第一圓弧錐面的終點連接；輪輞-輪輻過渡區4另一側的弧形由第二圓弧錐面和第二直線圓錐面構成；所述第二圓弧錐面為以輪輞-輪輻過渡區4與輻板區2的另一側連接點為起點，半徑為RF2、中心角為AF2的圓弧錐面；所述第二直線圓錐面的斜角為ω2、起點為輪輞區1與輪輞-輪輻過渡區4另一側的連接點；第二圓弧錐面的終點和第二直線圓錐面的終點連接；所述第一圓弧錐面、第一直線圓錐面、第二圓弧錐面和第二直線圓錐面位于同一水平面，所述輪輞-輪輻過渡區4兩側之間的最小間距假設為w1，則輪輞-輪輻過渡區4的高度H1滿足如下條件：當輪輞-輪輻過渡區4以一側為依據時，該側輪廓根據rf1和θ1確定，另一側輪廓根據H1選擇RF2或ω2根據如下公式1確定：H1＝(wR-w1/2-rf1sinθ1)tgθ1+rf1cosθ1(公式1)當輪輞-輪輻過渡區4以另一側為依據時，該側輪廓根據RF2和ω2確定，一側輪廓根據H1選擇rf1或θ1根據如下公式2確定：H1＝(WR-wR-w1/2-RF2sinω2)tgω2+RF2cosω2(公式2)所述輪轂-輪輻過渡區5為從輪轂區3到輻板區2逐漸收窄的區域，所述輪轂-輪輻過渡區5的兩側均為弧形；所述輪轂-輪輻過渡區5一側的弧形由第三圓弧錐面和第三直線圓錐面構成，所述第三圓弧錐面為以輪轂-輪輻過渡區5與輻板區2的一側連接點為起點，半徑為rf2、中心角為af2的圓弧錐面；所述第一直線圓錐面的斜角為θ2、起點為輪轂區3與輪轂-輪輻過渡區5一側的連接點，第三直線圓錐面的終點與第三圓弧錐面的終點連接；輪轂-輪輻過渡區5另一側的弧形由第四圓弧錐面和第四直線圓錐面構成；所述第四圓弧錐面為以輪轂-輪輻過渡區5與輻板區2的另一側連接點為起點，半徑為RF1、圓心角為AF1的圓弧錐面；所述第四直線圓錐面的斜角為ω1、起點為輪轂區3與輪轂-輪輻過渡區5另一側的連接點；第四圓弧錐面的終點和第四直線圓錐面的終點連接；所述第三圓弧錐面、第三直線圓錐面、第四圓弧錐面和第四直線圓錐面位于同一水平面，所述輪轂-輪輻過渡區5兩側之間的最小間距假設為w3，則輪輞-輪輻過渡區4的高度H2滿足如下條件：以輪轂-輪輻過渡區5一側為依據時，該側輪廓根據rf2和θ2確定，另一側根據H2選擇RF1或ω1根據如下公式3確定：H2＝(wG-w3/2-rf2sinθ2)tgθ2+rf2cosθ2(公式3)以輪轂-輪輻過渡區5另一側為依據時，該側輪廓根據RF1和ω1確定，一側根據H2選擇rf2或θ2根據如下公式4確定：H2＝(WG-w3/2-wG-RF1cosω1)tgω1+RF1cosω1(公式4)所述輻板區2為連接輪輞-輪輻過渡區4和輪轂-輪輻過渡區5的區域，所述輻板區2的兩側各由三段相切圓弧組成，設輻板區2的寬度H為輻板區2上下中心的水平距離，通過如下公式5計算：H＝DC-DWS(公式5)所述Dc為輻板區(2)下中心與車輪輪輞內側的水平距離，Dws為輻板區(2)上中心與車輪輪輞內側的水平距離；所述輻板區2的高度尺寸h根據如下公式6計算：h＝RW-HW-RG-HG-H1-H2(公式6)所述Rw為車輪半徑，Hw為輪輞區1的輪輞厚度，RG為輪轂區3的輪轂孔的半徑，HG為輪轂區3的輪轂厚度；所述輻板區2的一側輪廓包含三段相切圓弧，分別滿足如下幾何條件：第一段，由如下公式7確定圓心a1后確定半徑r1即可確定：第二段和第三段，由如下公式8選擇圓心a3后確定圓心a2，進而確定半徑r2和半徑r3可確定：所述輻板區2另一側輪廓包含三段相切圓弧，分別滿足如下幾何條件：第一段，由下式確定圓心A1后確定半徑R1即可確定第二段和第三段，由下式選擇A3后確定A2，進而確定半徑R2和R3可確定：所述β為輻板區2中心線與垂直線的夾角，即tgβ＝H/h；本發明的有益效果：發展了帶三段相切圓弧的軌道車輛S形輻板結構車輪的原理性結構，確保了鐵路S形輻板車輪具有合理的剛度和強度。附圖說明圖1是本發明帶三段相切圓弧的軌道車輛S形輻板結構車輪示意圖；圖2是本發明帶三段相切圓弧S形輻板結構車輪的輪輻內側輪廓構造示意圖；圖3是本發明帶三段相切圓弧S形輻板結構車輪的輪輻外側輪廓構造示意圖；圖4是本發明一種帶三段相切圓弧的軌道車輛S形輻板結構車輪；圖5是本發明一種帶三段相切圓弧的軌道車輛S形輻板結構車輪。具體實施方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明。如圖1、圖2和圖3所示，本發明的帶三段相切圓弧的軌道車輛S形輻板結構車輪，由輪輞區1、輻板區2、輪轂區3、輪輞-輪輻過渡區4和輪轂-輪輻過渡區5組成。所述輪輞區1由輪輞厚度HR、輪輞寬度WR及輪緣-踏面輪廓圍成的區域；所述輪轂區3由輪轂厚度HG、輪轂寬度WG和孔半徑RG圍成的區域；所述輻板區2及輪輞-輪輻過渡區4、輪轂-輪輻過渡區5，由輻板上下中心位置wG和wR，根據輻板厚度尺寸w1、w2和w3要求，按照規范步驟與三段相切圓弧的幾何數學規則確定。進一步的是，所述輪輞-輪輻過渡區4，基本輪廓包含輻板下端中心距輪輞內側距離wR、高度H1和最小輪輻厚度w1三個參數，內側包括了斜角為θ1終點在e2的直線圓錐面和半徑為rf1中心角為af1的e2-d1圓弧錐面；外側包括了斜角為ω2圓錐面、終點在E4的直線圓錐面和半徑為RF2、中心角為AF2的E4-D4圓弧錐面；點d1-D1處于同一水平面，之間距離為最小輪輻厚度w1，滿足幾何數學規則：以內側為依據時，內側輪廓可選擇rf1和θ1確定，外側輪廓可根據H1選擇RF2或ω2確定H1＝(wR-w1/2-rf1sinθ1)tgθ1+rf1cosθ1(1)以外側為依據時，外側輪廓可選擇RF2和ω2確定，內側輪廓可根據H1選擇rf1或θ1確定H1＝(WR-wR-w1/2-RF2sinω2)tgω2+RF2cosω2(2)進一步的是，所述輪轂-輪輻過渡區5，基本輪廓包含輻板上端中心距輪轂內側距離wG、高度H2和最大輻板厚度w3三個參數，內側包括了斜角為θ2、終點在e4的直線圓錐面和半徑為rf2、中心角為af2的e4-d4的圓弧錐面；外側包括了斜角為ω1、終點在E2的直線圓錐面和半徑為RF1、圓心角為AF1的E2-D1的圓弧錐面；點d4-D4處于同一水平面，之間距離為最大輪輻厚度w3，滿足幾何數學規則：以內側為依據時，內側輪廓可選擇rf2和θ2確定，外側根據H2選擇RF1或ω1確定輪廓H2＝(wG-w3/2-rf2sinθ2)tgθ2+rf2cosθ2(3)以外側為依據時，外側輪廓可選擇RF1和ω1確定，內側根據H2選擇rf2或θ2確定H2＝(WG-w3/2-wG-RF1cosω1)tgω1+RF1cosω1(4)進一步的是，所述輻板區2，基本輪廓包含寬度H、高度h和輻板厚度w1、w2、w3五個參數，內外側各由三段相切圓弧組成。其中，所述寬度H為輪對中左右車輪-軌道接觸點距與車輪輻板上端中心距之差的二分之一，也等于輻板上下中心的距離:H＝(DC-DWS)/2(5)所述高度尺寸h為:h＝RW-HW-RG-HG-H1-H2(6)所述輻板2內側輪廓包含d1-d2、d2-d3和d3-d4三段相切圓弧，分別滿足如下幾何數學規則d1-d2段，由下式確定a1后確定r1即可確定[(H+w2cosβ-w1)/(h-w2cosβ)]sina1+cosa1=1r1=0.5(h-w2cosβ)/sina1---(7)]]>d2-d3-d4段，由下式選擇a3后確定a2，進而確定半徑r2和r3可確定a2=a1-a3r3-r3cosa3+r2(cosa3-cosa1)=(H+w3-w2cosβ)/2r3sina3+r2(sina1-sina3)=(h+w2sinβ)/2---(8)]]>所述輻板2外側輪廓包含D1-D2、D2-D3和D3-D4三段相切圓弧，分別滿足如下幾何數學規則D1-D2段，由下式確定A1后確定R1即可確定[(H+w2cosβ-w3)/(h-w2cosβ)]sinA1+cosA1=1R1=0.5(h-w2cosβ)/sinA1---(9)]]>D2-D3-D4段，由下式選擇A3后確定A2，進而確定半徑R2和R3可確定A2=A1-A3R3-R3cosA3+R2(cosA3-cosA1)=(H+w3-w2cosβ)/2R3sinA3+R2(sinA1-sinA3)=(h+w2sinβ)/2---(10)]]>所述β為輻板區2中心線與垂直線的夾角，即tgβ＝H/h；從上述輻板區2及及輪輞-輪輻過渡區4、輪轂-輪輻過渡區5輪廓的確定過程包括，確定輻板中心位置參數wR和wG及厚度參數w1、w2、w3，選擇過渡圓弧半徑rf1-直線錐角θ1、d3-d4段圓弧的圓心角a3和過渡圓弧半徑rf2-直線錐角θ2確定車輪輪輻內側的輪廓，選擇過渡圓弧半徑RF1或直線錐角ω1、D3-D4圓弧的圓心角A3和過渡圓弧半徑RF2或直線錐角ω2確定輪輻外側輪廓。如圖4所示，一種帶三段相切圓弧的軌道車輛S形輻板結構車輪，由輪輞區1、輻板區2、輪轂區3、輪輞-輪輻過渡區4和輪轂-輪輻過渡區5。采用輪輞-輻板-輪轂結構基本對稱方案設計，所述輪輞區1包含寬度為135mm、內外厚度為65～68.5mm及輪緣-踏面輪廓圍成的區域；所述輪轂3包含寬度為170mm、厚度為54mm及孔半徑為R92的區域；所述輪輞-輻板過渡區4，包含輻板中心位于距輪輞內側70mm處、內外側高度分別為的41.1～37.6mm的區域，其內輪廓由斜角為11°的直線錐面緊接著半徑為R37圓心角為79.5°的圓弧錐面組成，其外輪廓由斜角為8°的直線錐面緊接著半徑為R35圓心角為81.5°的圓弧錐面組成；所述輪轂-輻板過渡區5，包含輻板中心位于距輪轂內側80mm處、內外側高度都為的33.7mm的區域，其內側輪廓由斜角為8°的直線錐面緊接著半徑為R51圓心角為81.4°的圓弧錐面組成，其外輪廓由斜角為8°的直線錐面緊接著半徑為R52圓心角為82.3°的圓弧錐面組成；所述輻板區2，包含內外側高度都為的114.2mm、上下對稱中心距25mm的區域，其內側輪廓由半徑為R120-中心角為26.7°、半徑為R120-中心角為14.7°和半徑為R140-中心角為12°的三段相切圓弧面組成，其外側輪廓由半徑為R132-中心角為24°、半徑為R120-中心角為10.5°和半徑為R160.5-中心角為13.5°的三段相切圓弧面組成；所述輻板區2中心線與垂直線的夾角β為12.35°。如圖5所示，一種帶三段相切圓弧的軌道車輛S形輻板結構車輪，由輪輞區1、輻板區2、輪轂區3、輪輞-輪輻過渡區4和輪轂-輪輻過渡區5。采用輪輞-輻板結構對稱、輪轂-輪輻非對稱結構方案設計，所述輪輞區1包含寬度為135mm、厚度為50mm及輪緣-踏面輪廓圍成的區域；所述輪轂3包含寬度為178mm、厚度為44mm及孔半徑為R111圍成的區域；所述輪輞-輻板過渡區4，包含輻板中心位于距輪輞內側56mm處、內外側高度都為的51mm的區域，其內側輪廓由斜角為20°的直線錐面緊接著半徑為R50圓心角為64°的圓弧錐面組成，其外側輪廓由斜角為20°的直線錐面緊接著半徑為R38圓心角為70°的圓弧錐面組成；所述輪轂-輻板過渡區5，包含輻板中心位于距輪轂內側60.5mm處、包含內外側高度都為的49.8mm的區域，其內側輪廓由斜角為24°的直線錐面緊接著半徑為R44圓心角為66°的圓弧錐面組成，其外側輪廓由斜角為12°的直線錐面緊接著半徑為R34圓心角為78°的圓弧錐面組成；所述輻板2，包含內外側高度都為的151.7mm、上下對稱中心距63mm的區域，其內側輪廓包含半徑為R95.5-中心角為47.8°、半徑為R95-中心角為23.7°和半徑為R120.5-中心角為24.1°的三段相切圓弧面組成，其外輪廓包含半徑為R99-中心角為45.8°、半徑為R100-中心角為25°和半徑為R125.5-中心角為20.8°的三段相切圓弧面組成；所述輻板區2中心線與垂直線的夾角β為22.55°。當前第1頁1 2 3