弯曲辐板轨道车轮的制作方法

本实用新型属于轨道车辆零部件技术领域，更具体地说，是涉及一种弯曲辐板轨道车轮。

背景技术：

轨道车辆的车体重量直接影响能耗，车辆组成构件通过结构的优化设计及新材料的运用可有效降低重量，进而减少能耗。轨道车轮主要由轮毂，辐板，轮辋三部分组成，车轮结构主要指的是辐板结构。辐板结构主要分为5种：S型辐板，铃形辐板(又称双S型辐板)，盆型辐板，直辐板，斜辐板。S型辐板，铃型辐板(又称双S型辐板)，盆型辐板又可归类于弯曲辐板。设计踏面制动轨道车轮，须同时考虑应力及变形。辐板结构对轨道车辆车轮的刚度、强度及变形有直接影响。直辐板因便于安装制动盘，常用于轮盘制动的轨道客车车辆，但其力学性能较差。弯曲辐板因具有较小的径向刚度及最优的热力学性能，常用于踏面制动轨道车辆，也可用于轴盘制动轨道车辆。欧洲的车轮设计校核标准UIC 510-5和EN 13979-1对由车轮-轨道接触产生的机械载荷及由踏面制动产生的热载荷方面对轨道车轮的设计做出了规定。S型辐板车轮及盆型辐板车轮因在踏面制动条件下，轴向变形超出UIC 510-5及EN 13979-1标准规定范围，故不适用于UIC 510-5及EN 13979-1标准。欧洲的ORE920车轮是典型的铃形辐板踏面制动车轮，定型于UIC 510-5及EN 13979-1标准问世前，目前，已安全运行几十年，运用UIC 510-5及EN 13979-1对其结构进行有限元计算，其静强度及疲劳强度均超出标准规定范围。设计轨道车轮，也需考虑其结构适合批量生产，特别是易于锻造。在生产中发现，某些轨道车轮，力学性能优异，但锻造有较大难度，锻造合格率较低，导致成本升高、交货期延迟。而现有技术中的轨道车轮，无法满足轻量化要求，制造工艺复杂，无法满足批量生产需求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单，制造工艺简单，制造成本低，在确保具有良好制动性能、易于批量化生产的同时，能够实现车轮轻量化，保证车轮具有足够高的径向柔度和轴向刚度、具有合理的强度、刚度及制动热力学性能，提高市场竞争力的弯曲辐板轨道车轮。

要解决以上所述的技术问题，本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型为一种弯曲辐板轨道车轮，所述的弯曲辐板轨道车轮包括轮毂、车轮辐板、轮辋，所述的车轮辐板设置为呈弯曲面结构，辐板一端与轮毂连接，辐板另一端与轮辋连接，车轮辐板包括辐板侧面Ⅰ和辐板侧面Ⅱ，辐板侧面Ⅰ从与轮毂连接一端到与轮辋连接一端设置多个侧面Ⅰ弯曲面，辐板侧面Ⅱ从与轮毂连接一端到与轮辋连接一端设置多个侧面Ⅱ弯曲面。

所述的辐板侧面Ⅰ的侧面Ⅰ弯曲面包括侧面Ⅰ弯曲面Ⅰ、侧面Ⅰ弯曲面Ⅱ、侧面Ⅰ弯曲面Ⅲ，侧面Ⅰ弯曲面Ⅰ设置为向内凹进的结构，侧面Ⅰ弯曲面Ⅱ设置为向外凸出的结构，侧面Ⅰ弯曲面Ⅲ设置为向内凹进的结构。

所述的辐板侧面Ⅱ的侧面Ⅱ弯曲面包括侧面Ⅱ弯曲面Ⅰ、侧面Ⅱ弯曲面Ⅱ、侧面Ⅱ弯曲面Ⅲ，侧面Ⅱ弯曲面Ⅰ设置为向外凸出的结构，侧面Ⅱ弯曲面Ⅱ设置为向内凹进的结构，侧面Ⅱ弯曲面Ⅲ为向外凸出的结构。

所述的侧面Ⅰ弯曲面的侧面Ⅰ弯曲面Ⅰ一端与轮毂连接，侧面Ⅰ弯曲面Ⅰ另一端与侧面Ⅰ弯曲面Ⅱ一端连接，侧面Ⅰ弯曲面Ⅱ另一端与侧面Ⅰ弯曲面Ⅲ一端连接，侧面Ⅰ弯曲面Ⅲ另一端与轮辋连接。

所述的侧面Ⅱ弯曲面的侧面Ⅱ弯曲面Ⅰ一端与轮毂连接，侧面Ⅱ弯曲面Ⅰ另一端与侧面Ⅱ弯曲面Ⅱ一端连接，侧面Ⅱ弯曲面Ⅱ另一端与侧面Ⅱ弯曲面Ⅲ一端连接，侧面Ⅱ弯曲面Ⅲ另一端与轮辋连接。

所述的侧面Ⅰ弯曲面和侧面Ⅱ弯曲面中间位置设置中间横截面，中间横截面包括横截面弯曲面Ⅰ、横截面弯曲面Ⅱ、横截面弯曲面Ⅲ，横截面弯曲面Ⅱ轴向顶点切线设置为平行于轮毂中间轴线的结构。

所述的中间横截面的横截面弯曲面Ⅰ的轴向顶点切线Ⅰ与横截面弯曲面Ⅲ的轴向顶点切线Ⅱ之间的夹角ψ设置在100°-135°之间。

所述的辐板设置为从与轮毂连接一端到与轮辋连接一端厚度逐渐变薄的结构。

所述的侧面Ⅰ弯曲面的侧面Ⅰ弯曲面Ⅰ的外侧半径R1设置在70mm-150mm 之间，侧面Ⅱ弯曲面的侧面Ⅱ弯曲面Ⅰ的外侧半径R2设置在70mm-150mm之间，侧面Ⅰ弯曲面的侧面Ⅰ弯曲面Ⅱ的外侧半径R3设置在45mm-125mm之间，侧面Ⅱ弯曲面的侧面Ⅱ弯曲面Ⅱ的外侧半径R4设置在45mm-125mm之间，侧面Ⅰ弯曲面的侧面Ⅰ弯曲面Ⅲ的外侧半径R5设置在25mm-125mm之间，侧面Ⅱ弯曲面Ⅲ的外侧半径R6设置在25mm-125mm之间。

采用本实用新型的技术方案，能得到以下的有益效果：

本实用新型所述的弯曲辐板轨道车轮，在设计或制造轨道车轮时，将车轮辐板设计为分段式(如三段式)，从而能够有效增加车轮的径向柔度，减小应力，提高车轮的整体性能，而且上述结构使得锻压生产工序难度降低。与此同时，本实用新型涉及的轨道车轮，应用于铁路客车或货车上，适用于踏面制动或轴盘制动，易于批量生产，特别是易于整体锻造。本实用新型所述的弯曲辐板轨道车轮，结构简单，在确保具有良好制动性能、易于批量化生产的同时，能够实现车轮轻量化，保证车轮具有合理的强度、刚度及制动热力学性能，提高市场竞争力。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：

图1为本实用新型所述的弯曲辐板轨道车轮的剖视结构示意图；

附图中标记分别为：1、轮毂；2、车轮辐板；3、轮辋；4、辐板侧面Ⅰ；5、辐板侧面Ⅱ；6、侧面Ⅰ弯曲面；7、侧面Ⅱ弯曲面；8、侧面Ⅰ弯曲面Ⅰ；9、侧面Ⅰ弯曲面Ⅱ；10、侧面Ⅰ弯曲面Ⅲ；11、侧面Ⅱ弯曲面Ⅰ；12、侧面Ⅱ弯曲面Ⅱ；13、侧面Ⅱ弯曲面Ⅲ；14、中间横截面；15、横截面弯曲面Ⅰ；16、横截面弯曲面Ⅱ；17、横截面弯曲面Ⅲ；18、轮毂中间轴线；19、轴向顶点切线Ⅰ；20、轴向顶点切线Ⅱ；21、轮缘；22、踏面；23、轮毂-辐板过渡区；24、轮辋-辐板过渡区。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：

如附图1所示，本实用新型为一种弯曲辐板轨道车轮，所述的弯曲辐板轨道车轮包括轮毂1、车轮辐板2、轮辋3，所述的车轮辐板2设置为呈弯曲面结构，辐板2一端与轮毂1连接，辐板2另一端与轮辋3连接，车轮辐板2包括辐板侧面Ⅰ4和辐板侧面Ⅱ5，辐板侧面Ⅰ4从与轮毂1连接一端到与轮辋3连接一端设置多个侧面Ⅰ弯曲面6，辐板侧面Ⅱ5从与轮毂1连接一端到与轮辋3 连接一端设置多个侧面Ⅱ弯曲面7。上述结构，在设计或制造轨道车轮时，将车轮辐板设计为分段式(如三段式)，从而能够有效增加车轮的径向柔度，减小应力，提高车轮的整体性能，而且上述结构使得锻压生产工序难度降低。与此同时，本实用新型涉及的轨道车轮，应用于铁路客车或货车上，适用于踏面制动或轴盘制动，易于批量生产，特别是易于整体锻造。本实用新型所述的弯曲辐板轨道车轮，结构简单，在确保具有良好制动性能、易于批量化生产的同时，能够实现车轮轻量化，保证车轮具有合理的强度、刚度及制动热力学性能，提高市场竞争力。

所述的辐板侧面Ⅰ4的侧面Ⅰ弯曲面6包括侧面Ⅰ弯曲面Ⅰ8、侧面Ⅰ弯曲面Ⅱ9、侧面Ⅰ弯曲面Ⅲ10，侧面Ⅰ弯曲面Ⅰ8设置为向内凹进的结构，侧面Ⅰ弯曲面Ⅱ9设置为向外凸出的结构，侧面Ⅰ弯曲面Ⅲ10设置为向内凹进的结构。

所述的辐板侧面Ⅱ5的侧面Ⅱ弯曲面7包括侧面Ⅱ弯曲面Ⅰ11、侧面Ⅱ弯曲面Ⅱ12、侧面Ⅱ弯曲面Ⅲ13，侧面Ⅱ弯曲面Ⅰ11设置为向外凸出的结构，侧面Ⅱ弯曲面Ⅱ12设置为向内凹进的结构，侧面Ⅱ弯曲面Ⅲ13为向外凸出的结构。

所述的侧面Ⅰ弯曲面6的侧面Ⅰ弯曲面Ⅰ8一端与轮毂1连接，侧面Ⅰ弯曲面Ⅰ8另一端与侧面Ⅰ弯曲面Ⅱ9一端连接，侧面Ⅰ弯曲面Ⅱ9另一端与侧面Ⅰ弯曲面Ⅲ10一端连接，侧面Ⅰ弯曲面Ⅲ10另一端与轮辋3连接。

所述的侧面Ⅱ弯曲面7的侧面Ⅱ弯曲面Ⅰ11一端与轮毂1连接，侧面Ⅱ弯曲面Ⅰ11另一端与侧面Ⅱ弯曲面Ⅱ12一端连接，侧面Ⅱ弯曲面Ⅱ12另一端与侧面Ⅱ弯曲面Ⅲ13一端连接，侧面Ⅱ弯曲面Ⅲ13另一端与轮辋3连接。

所述的侧面Ⅰ弯曲面6和侧面Ⅱ弯曲面7中间位置设置中间横截面14，中间横截面14包括横截面弯曲面Ⅰ15、横截面弯曲面Ⅱ16、横截面弯曲面Ⅲ17，横截面弯曲面Ⅱ15轴向顶点切线设置为平行于轮毂中间轴线18的结构。

所述的中间横截面14的横截面弯曲面Ⅰ15的轴向顶点切线Ⅰ19与横截面弯曲面Ⅲ17的轴向顶点切线Ⅱ20之间的夹角ψ设置在100°-135°之间。上述结构设置，能够有效减小外侧半径R3处及外侧半径R4处的应力，并减小辐板最大应力。若夹角ψ过小，则最大应力将出现在R3或R4处，且最大静强度或最大疲劳强度可能超过EN 13979-1标准规定的阈值。若夹角ψ过大，则应力会增大，导致最大静强度或最大疲劳强度可能超过EN 13979-1标准规定的阈值。

所述的辐板2设置为从与轮毂1连接一端到与轮辋3连接一端厚度逐渐变薄的结构。上述结构，在确保车轮强度同时，能够有效减小车轮重量，实现轻量化，节约车辆运行时的能源消耗及生产过程的原材料消耗，节能环保。若辐板设计为等厚结构，辐板由靠与轮毂连接一端至与轮辋连接一端的应力或逐步减小，且与轮辋连接一端处应力远小于与轮毂连接一端，从而造成结构浪费。

所述的侧面Ⅰ弯曲面6的侧面Ⅰ弯曲面Ⅰ8的外侧半径R1设置在 70mm-150mm之间，侧面Ⅱ弯曲面7的侧面Ⅱ弯曲面Ⅰ11的外侧半径R2设置在 70mm-150mm之间，侧面Ⅰ弯曲面6的侧面Ⅰ弯曲面Ⅱ9的外侧半径R3设置在 45mm-125mm之间，侧面Ⅱ弯曲面7的侧面Ⅱ弯曲面Ⅱ12的外侧半径R4设置在 45mm-125mm之间，侧面Ⅰ弯曲面6的侧面Ⅰ弯曲面Ⅲ10的外侧半径R5设置在 25mm-125mm之间，侧面Ⅱ弯曲面Ⅲ13的外侧半径R6设置在25mm-125mm之间。上述尺寸配合在一起，可以增大车轮径向柔度，有利于减小应力，提高性能。

本实用新型的车轮提供了一种轻量化车轮，该车轮易于制造，并且具有足够高的径向柔度和轴向刚度。本实用新型通过在轮毂及轮辋间引入一种新型结构的弯曲辐板实现。该辐板可调整设计，以在低应力与小的轮辋轴向变形间获得平衡。

本实用新型是一种用于铁路客车及货车的轨道车轮。该车轮包括轮毂、辐板及具有踏面及轮缘的轮辋。辐板为弯曲的结构形式，辐板有一条中间横截面，用于辐板定位及辅助作图。辐板中间横截面起始于轮毂，终止于轮辋。辐板中间横截面起始处与终止处均为直线，辐板及辐板中间横截面通过三条曲线相连，共有两个拐点，分别位于辐板中间凸起的两侧，第一拐点靠近轮毂，第二拐点靠近轮辋。辐板中间凸起具有位于车轮一侧的曲率中心。辐板还具有位于第一拐点和与轮毂的接合区域中之间的第一末端部分，和位于第二拐点和与轮辋的接合区域之间的第二末端部分，这两个末端部分具有相对于辐板中间凸起的，位于车轮相对侧的曲率中心。如附图1所示，本实用新型中，X-X轴线为车轮旋转轴线，也称为轴向。Y轴线为轮毂中间轴线，指示垂直于X-X轴向的径向。X-X轴线箭头所指方向为外侧，X-X轴线箭头的反方向为内侧。辐板5的中间横截面沿曲线A-G延伸。且在区域6中的点A及区域7中的点G间具有三段弯曲。 B-C为第一段弯曲(横截面弯曲面Ⅰ15)，C-E为第二段弯曲(横截面弯曲面Ⅱ 16)，E-F为第三段弯曲(横截面弯曲面Ⅲ17)。辐板5的中间横截面A-G通过 X1及X2在轴向定位，其中，直线A-B偏向外侧，直线F-G偏向内侧，直线A-B 与直线F-G的轴向距离X2≥16mm。X2≥16mm，提高了车轮整体性能，增大了辐板的轴向落差，增加车轮的径向柔度，有利于减小应力。若X2过小，则应力会增大，导致辐板最大静强度或最大疲劳强度可能超过EN 13979-1标准规定的阈值。

本实用新型所述的弯曲辐板轨道车轮，在设计或制造轨道车轮时，将车轮辐板设计为分段式(如三段式)，从而能够有效增加车轮的径向柔度，减小应力，提高车轮的整体性能，而且上述结构使得锻压生产工序难度降低。与此同时，本实用新型涉及的轨道车轮，应用于铁路客车或货车上，适用于踏面制动或轴盘制动，易于批量生产，特别是易于整体锻造。本实用新型所述的弯曲辐板轨道车轮，结构简单，在确保具有良好制动性能、易于批量化生产的同时，能够实现车轮轻量化，保证车轮具有合理的强度、刚度及制动热力学性能，提高市场竞争力。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本实用新型的保护范围内。