带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮的制作方法

本发明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。
背景技术：
：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。本发明从合理化轨道车辆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。技术实现要素：本发明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；本发明的有益效果：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是本发明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是本发明带三段相切圆弧S形辐板结构车轮的轮辐内侧轮廓构造示意图；图3是本发明带三段相切圆弧S形辐板结构车轮的轮辐外侧轮廓构造示意图；图4是本发明一种带三段相切圆弧的轨道车辆S形辐板结构车轮；图5是本发明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发明的具体实施方式作进一步的说明。如图1、图2和图3所示，本发明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的直线圆锥面和半径为rf1中心角为af1的e2-d1圆弧锥面；外侧包括了斜角为ω2圆锥面、终点在E4的直线圆锥面和半径为RF2、中心角为AF2的E4-D4圆弧锥面；点d1-D1处于同一水平面，之间距离为最小轮辐厚度w1，满足几何数学规则：以内侧为依据时，内侧轮廓可选择rf1和θ1确定，外侧轮廓可根据H1选择RF2或ω2确定H1＝(wR-w1/2-rf1sinθ1)tgθ1+rf1cosθ1(1)以外侧为依据时，外侧轮廓可选择RF2和ω2确定，内侧轮廓可根据H1选择rf1或θ1确定H1＝(WR-wR-w1/2-RF2sinω2)tgω2+RF2cosω2(2)进一步的是，所述轮毂-轮辐过渡区5，基本轮廓包含辐板上端中心距轮毂内侧距离wG、高度H2和最大辐板厚度w3三个参数，内侧包括了斜角为θ2、终点在e4的直线圆锥面和半径为rf2、中心角为af2的e4-d4的圆弧锥面；外侧包括了斜角为ω1、终点在E2的直线圆锥面和半径为RF1、圆心角为AF1的E2-D1的圆弧锥面；点d4-D4处于同一水平面，之间距离为最大轮辐厚度w3，满足几何数学规则：以内侧为依据时，内侧轮廓可选择rf2和θ2确定，外侧根据H2选择RF1或ω1确定轮廓H2＝(wG-w3/2-rf2sinθ2)tgθ2+rf2cosθ2(3)以外侧为依据时，外侧轮廓可选择RF1和ω1确定，内侧根据H2选择rf2或θ2确定H2＝(WG-w3/2-wG-RF1cosω1)tgω1+RF1cosω1(4)进一步的是，所述辐板区2，基本轮廓包含宽度H、高度h和辐板厚度w1、w2、w3五个参数，内外侧各由三段相切圆弧组成。其中，所述宽度H为轮对中左右车轮-轨道接触点距与车轮辐板上端中心距之差的二分之一，也等于辐板上下中心的距离:H＝(DC-DWS)/2(5)所述高度尺寸h为:h＝RW-HW-RG-HG-H1-H2(6)所述辐板2内侧轮廓包含d1-d2、d2-d3和d3-d4三段相切圆弧，分别满足如下几何数学规则d1-d2段，由下式确定a1后确定r1即可确定[(H+w2cosβ-w1)/(h-w2cosβ)]sina1+cosa1=1r1=0.5(h-w2cosβ)/sina1---(7)]]>d2-d3-d4段，由下式选择a3后确定a2，进而确定半径r2和r3可确定a2=a1-a3r3-r3cosa3+r2(cosa3-cosa1)=(H+w3-w2cosβ)/2r3sina3+r2(sina1-sina3)=(h+w2sinβ)/2---(8)]]>所述辐板2外侧轮廓包含D1-D2、D2-D3和D3-D4三段相切圆弧，分别满足如下几何数学规则D1-D2段，由下式确定A1后确定R1即可确定[(H+w2cosβ-w3)/(h-w2cosβ)]sinA1+cosA1=1R1=0.5(h-w2cosβ)/sinA1---(9)]]>D2-D3-D4段，由下式选择A3后确定A2，进而确定半径R2和R3可确定A2=A1-A3R3-R3cosA3+R2(cosA3-cosA1)=(H+w3-w2cosβ)/2R3sinA3+R2(sinA1-sinA3)=(h+w2sinβ)/2---(10)]]>所述β为辐板区2中心线与垂直线的夹角，即tgβ＝H/h；从上述辐板区2及及轮辋-轮辐过渡区4、轮毂-轮辐过渡区5轮廓的确定过程包括，确定辐板中心位置参数wR和wG及厚度参数w1、w2、w3，选择过渡圆弧半径rf1-直线锥角θ1、d3-d4段圆弧的圆心角a3和过渡圆弧半径rf2-直线锥角θ2确定车轮轮辐内侧的轮廓，选择过渡圆弧半径RF1或直线锥角ω1、D3-D4圆弧的圆心角A3和过渡圆弧半径RF2或直线锥角ω2确定轮辐外侧轮廓。如图4所示，一种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。采用轮辋-辐板-轮毂结构基本对称方案设计，所述轮辋区1包含宽度为135mm、内外厚度为65～68.5mm及轮缘-踏面轮廓围成的区域；所述轮毂3包含宽度为170mm、厚度为54mm及孔半径为R92的区域；所述轮辋-辐板过渡区4，包含辐板中心位于距轮辋内侧70mm处、内外侧高度分别为的41.1～37.6mm的区域，其内轮廓由斜角为11°的直线锥面紧接着半径为R37圆心角为79.5°的圆弧锥面组成，其外轮廓由斜角为8°的直线锥面紧接着半径为R35圆心角为81.5°的圆弧锥面组成；所述轮毂-辐板过渡区5，包含辐板中心位于距轮毂内侧80mm处、内外侧高度都为的33.7mm的区域，其内侧轮廓由斜角为8°的直线锥面紧接着半径为R51圆心角为81.4°的圆弧锥面组成，其外轮廓由斜角为8°的直线锥面紧接着半径为R52圆心角为82.3°的圆弧锥面组成；所述辐板区2，包含内外侧高度都为的114.2mm、上下对称中心距25mm的区域，其内侧轮廓由半径为R120-中心角为26.7°、半径为R120-中心角为14.7°和半径为R140-中心角为12°的三段相切圆弧面组成，其外侧轮廓由半径为R132-中心角为24°、半径为R120-中心角为10.5°和半径为R160.5-中心角为13.5°的三段相切圆弧面组成；所述辐板区2中心线与垂直线的夹角β为12.35°。如图5所示，一种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。采用轮辋-辐板结构对称、轮毂-轮辐非对称结构方案设计，所述轮辋区1包含宽度为135mm、厚度为50mm及轮缘-踏面轮廓围成的区域；所述轮毂3包含宽度为178mm、厚度为44mm及孔半径为R111围成的区域；所述轮辋-辐板过渡区4，包含辐板中心位于距轮辋内侧56mm处、内外侧高度都为的51mm的区域，其内侧轮廓由斜角为20°的直线锥面紧接着半径为R50圆心角为64°的圆弧锥面组成，其外侧轮廓由斜角为20°的直线锥面紧接着半径为R38圆心角为70°的圆弧锥面组成；所述轮毂-辐板过渡区5，包含辐板中心位于距轮毂内侧60.5mm处、包含内外侧高度都为的49.8mm的区域，其内侧轮廓由斜角为24°的直线锥面紧接着半径为R44圆心角为66°的圆弧锥面组成，其外侧轮廓由斜角为12°的直线锥面紧接着半径为R34圆心角为78°的圆弧锥面组成；所述辐板2，包含内外侧高度都为的151.7mm、上下对称中心距63mm的区域，其内侧轮廓包含半径为R95.5-中心角为47.8°、半径为R95-中心角为23.7°和半径为R120.5-中心角为24.1°的三段相切圆弧面组成，其外轮廓包含半径为R99-中心角为45.8°、半径为R100-中心角为25°和半径为R125.5-中心角为20.8°的三段相切圆弧面组成；所述辐板区2中心线与垂直线的夹角β为22.55°。当前第1页1 2 3