碳纤维复合材料的机车车辆车轮轮辋结构的制作方法

1.本实用新型属于轨道车轮技术领域，具体为碳纤维复合材料的机车车辆车轮轮辋结构。


背景技术：

2.高铁客运列车车轮目前采用的是碳素钢整体碾压车轮，例如：crh2型动车组转向架车轮按jise5402《铁道车辆一碳素钢整体辗压车轮》设计和生产，车轮采用整体轧制车轮，轮辋宽度为135mm，踏面形状采用ima型。
3.车轮滚动圆直径为φ860mm，最大磨耗直径为φ790mm。在靠轮辋轮缘侧面φ790mm圆周上，设有磨耗到限标记。
4.机车车辆的车轮由于是车厢的簧下重量，它与车轴及其它配件组成的整体，重量越重，运行中，轮轨间的受力越大，车轮材质的磨耗速度越快，常见的问题是：车轮踏面的磨耗、金属剥离、擦伤、疲劳损伤等，严重时需要返回修理厂镟修，旋修尺寸到限，整个车轮整体报废，一般车轮的使用寿命3 至4年，可见，车轮的使用寿命有限，运行使用成本高。在我国减少轮轴自重，降低轮轨间了耐磨，一直是列车安全高速远行的需要重视的指标。
5.列车运行中，车轮与钢轨的接触面，称之为车轮踏面，由于踏面曲线的磨耗，破坏了原来曲线形状，踏面曲线的破坏，可以直接影响车辆的平稳运行，使车辆的弯道通过性能变差，列车的蛇形运行的频次加大，一般车辆运行20万公里左右，就要修复车轮踏面形状。
6.现有技术中为了提高了整个车轮的使用寿命，降低了使用和维修的成本，有轮缘与车轮本体为分体式结构，但是问题同样存在1.轮辋踏面磨耗没有改变，踏面磨耗后，还是要更换车轮本体；2.配套件挡边加大了车轮轮辋的离心力，造成轮轨相互作用力增大，加速了轮辋踏面的磨耗；3.如果构件3不能完全于车轮轴线同心，会造成车轮动不平衡。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本实用新型提供了碳纤维复合材料的机车车辆车轮轮辋结构，具备结构简单、使用方便的优点，轮辋独立构件安装方便，无需增加其它配件，改进现有车轮踏面形状，解决了上述背景技术中所提到的问题。
8.本实用新型提供如下技术方案：碳纤维复合材料的机车车辆车轮轮辋结构，包括轮辋独立构件、轮芯及自锁装置，所述轮辋独立构件为碳纤维复合材料，所述轮辋独立构件与所述轮芯可拆卸连接，所述轮辋独立构件的外壁包括凸出的轮缘和踏面，所述自锁装置用于避免所述轮辋独立构件沿径向或者周向移动，轮辋独立构件内壁靠近轮辋内侧面的一端设有定位圆盘凹槽、所述轮辋独立构件内壁靠近轮辋外侧面设有第一凸起。
9.所述踏面的外轮廓线为踏面曲线，所述踏面曲线为第二圆弧、70度切线、第三圆弧、第四圆弧和第五圆弧连续切线相连而成。
10.所述自锁装置用于限定径向移动的结构为，所述定位圆盘凹槽与轮芯的定位圆盘配合，用于限定所述轮辋独立构件受力向所述轮辋内侧面移动，所述轮辋独立构件内壁靠
近轮辋外侧面设有第一凸起，所述第一凸起与所述轮芯的第一凹槽配合，所述第一凸起卡入所述第一凹槽内，限定所述轮辋独立构件受力朝轮辋外侧面方向移动。
11.所述自锁装置用于限定周向移动的结构为，所述轮辋独立构件内壁有沿周向均布的第二凸起，与所述轮芯的第二凹槽相应配合，防止所述轮辋独立构件在周向滑移。
12.所述定位圆盘设于车轮轮芯内侧面边缘部分。为所述轮辋结构安装起到定位作用和防止其向左移动的阻件，在轮芯加工时一体加工完成。
13.所述轮辋独立构件内壁包括所述定位圆盘凹槽槽侧壁和第一内壁，所述定位圆盘凹槽槽底壁向所述第一内壁过渡处设有第二倒角。
14.所述第一凸起从靠近定位圆盘的一端向另一端径向截面逐渐变大。
15.所述第一凸起凸出所述轮辋独立构件内壁的最大高度为1.5mm到3mm。
16.第一圆弧和所述第二圆弧的圆心位于所述轮缘内，所述第三圆弧的圆心和所述第四圆弧的圆心位于所述轮辋独立构件的外侧，所述第五圆弧的圆心位于所述轮芯内。
17.所述第二圆弧与所述70度切线相切，所述70度切线另一端与所述第三圆弧相切，所述70度切线与所述第三圆弧的相切点距离轮径线10mm，所述第三圆弧与所述第四圆弧以共同切线连接，所述第四圆弧的圆心落在轮径检测点的上垂线上，所述第五圆弧的圆心，落在所述轮径检测点的下垂线上，与所述轮径检测点相连。
18.与现有技术对比，本实用新型具备以下有益效果：
19.1)踏面的改进提高了列车运行的平稳性，降低了轮轨之间材质的磨耗速度，达到车辆踏面不再回厂镟修；
20.2)碳纤维复合材料的机车车辆车轮轮辋结构降低车轮自重，降低了轮轨间的受力；碳纤维摩擦系数小，减小了轮轨间的摩擦阻力；材料本身的物理特性带来的吸震性，降低了列车运行噪声；由于轮辋独立构件可以随时更换，使车轮轮芯可以重复使用，不再像现有技术，因轮辋踏面磨耗到限而整体报废，车轮本体金属部分，重复利用周期延长，提高了车轮轮芯本体的使用寿命。
附图说明
21.图1为具体实施例1本实用新型碳纤维复合材料的机车车辆车轮轮辋结构整体结构示意图；
22.图2为具体实施例1本实用新型碳纤维复合材料的机车车辆车轮轮辋结构的轮辋独立构件的结构示意图；
23.图3为具体实施例1本实用新型碳纤维复合材料的机车车辆车轮轮辋结构的轮辋独立构件从轮辋独立构件外侧面视角出发的局部端部结构示意图；
24.图4为具体实施例1本实用新型碳纤维复合材料的机车车辆车轮轮辋结构的图3中aa剖视示意图。
25.图中：1、轮辋独立构件；2、轮芯；3、定位圆盘；4、踏面；
26.11、轮辋独立构件内侧面；12、轮辋独立构件外侧面；13、轮缘；14、定位圆盘凹槽；141、定位圆盘凹槽槽侧壁；142、定位圆盘凹槽槽底壁；15、第一内壁；16、第二倒角；17、第一倒角；18、第一凸起；19、第二凸起；21、第一凹槽；41、第一圆弧；42、第二圆弧；43、70度切线；44、第三圆弧；45、第四圆弧；46、第五圆弧；401、第一点；402、第二点；403、第三点；404、第四
点；405、第五点；406、第六点；407、第七点；408、轮径检测点；409、轮径线。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.本实用新型涉及一种碳纤维复合材料的机车车辆车轮(不承受制动摩擦车轮)的轮辋结构。该种车轮主要应用于我国高铁客运运输。
29.本实用新型使用的碳纤维复合材料，是目前已知的复合材料。它是以碳纤维及其织物为增强材料，以碳为基体通过加工处理和碳化处理，制成的全碳质复合材料。本实用新型利用高强度碳纤维复合材料的：质轻、强度高、耐磨耗、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温、散热性好等特点，设计新型轮辋结构和踏面曲线。
30.具体实施例1：请参阅图1-4，碳纤维复合材料的机车车辆车轮轮辋结构 (以下为方便描述简称轮辋结构)，如图1所示，包括轮辋独立构件1，轮芯 2及定位圆盘3，所述轮辋独立构件1为碳纤维复合材料。
31.所述碳纤维复合材料是一种高强度非金属复合材料，它的力学性能各项指标优于碳素钢整体碾压车轮材质。物理性能在于耐腐蚀，正负40度性能稳定，比重小。
32.所述轮辋独立构件1与轮芯2可拆卸连接，是个独立的构件，可更换，且不需要增加其他配件安装，所述轮辋独立构件1包括轮辋独立构件内侧面 11和轮辋轮辋独立构件外侧面12，所述轮辋独立构件1的外壁包括凸出的轮缘13和踏面4，轮辋独立构件内壁靠近所述轮辋独立构件内侧面11的一端设有定位圆盘凹槽14，所述定位圆盘凹槽14与轮芯2的定位圆盘3配合，用于限定所述轮辋独立构件1受力向轮辋独立构件内侧面11移动，所述轮辋独立构件内壁靠近轮辋独立构件外侧面12设有第一凸起18，所述第一凸起18与轮芯2的第一凹槽21配合，所述第一凸起18卡入第一凹槽21内，限定所述轮辋独立构件1受力朝轮辋独立构件外侧面12方向移动，所述定位圆盘3和定位圆盘凹槽14以及所述第一凸起18和第一凹槽21的设置，实现了所述轮辋独立构件1的径向自锁，即如图1所示，轮芯2定位圆盘3外侧壁与定位圆盘凹槽槽侧壁141抵接，定位圆盘底壁与定位圆盘凹槽槽底壁142抵接，同时，第一凸起18卡入轮芯2的第一凹槽21内，实现自锁，即所述轮辋独立构件1径向向左移动受到轮芯2定位圆盘3阻挡，向右受到轮芯2的第一凹槽21对第一凸起18的阻挡，从而，达到了所述轮辋结构的稳定，避免所述轮辋结构在运行中，轮辋独立构件1向径向方向移出。
33.所述定位圆盘3设于车轮轮芯2内侧面边缘部分。为所述轮辋结构安装起到定位作用和防止其向左移动的阻件，在轮芯2加工时一体加工完成。
34.所述轮辋独立构件内壁包括所述定位圆盘凹槽槽侧壁141和第一内壁15，所述定位圆盘凹槽槽底壁142向所述第一内壁15过渡处设有第二倒角16。
35.如图4所示轮辋独立构件内壁有沿周向均布的第二凸起19，与轮芯2的第二凹槽相应配合，防止轮辋独立构件1在周向滑移。
36.所述踏面4的外轮廓线为踏面曲线，踏面曲线为r10的第二圆弧42、70 度切43、r13的第三圆弧44、r50的第四圆弧45、(r400-r600)范围内的第五圆弧46连续切线相连而成，本
实施例中(r400-r600)范围内的第五圆弧 46选择r500即半径500mm。踏面曲线设计符合我国踏面标准，利用碳纤维复合材料耐磨的特性，踏面曲线设计成切线相连的平滑线。现有踏面曲线多圆弧相连，在圆弧连接处不是切线相连，而是相交点，造成整体曲线不平滑，易于在运行中产生磨耗，以上改进以及提高了列车运行的平稳性，降低了轮轨之间材质的磨耗速度，达到车辆踏面不再回厂镟修。
37.所述轮辋独立构件1的外壁包括凸出的轮缘13和踏面4，为方便描述，所述轮辋独立构件1的外壁的径向外轮廓线上定义第一点401与第二点402 之间为第一圆弧41，第二点402和第三点403之间为第二圆弧42，第三点403 和第四点404之间为切线，该处切线为70度切线43，即第二圆弧42在第三点403处切线与径向的轴线所成角度α为70度，如图1所示，第四点404和第五点405之间为第三圆弧44，在第四点处404，70度切线43与第三圆弧 44相切，切点即第四点404距轮径线40910mm，轮径线409为轮径检测点408 所在的虚拟直线，与轮辋独立构件1的轴线平行，第五点405和第六点406 之间为第四圆弧45，第六点406和第七点407之间为第五圆弧46，第三圆弧 44与第四圆弧45以共同切线连接，第七点407到轮辋独立构件外侧面12的过渡处设有第一倒角17。该实施例中第一圆弧41(r16)为半径为16mm的圆弧，第二圆弧42(r10)为半径为10mm的圆弧，第三圆弧44(r13)为半径为13mm的圆弧，第四圆弧45(r50)为半径为50mm的圆弧，第五圆弧46为 r400-r600，即为半径为400-600mm的圆弧。第一圆弧41和第二圆弧42的圆心位于轮缘13内，第三圆弧44的圆心和第四圆弧45的圆心位于所述轮辋独立构件1的外侧，所述第四圆弧45圆心落在轮径检测点408的上垂线上，第五圆弧46的圆心位于轮芯2内，所述第五圆弧46的圆心，落在所述轮径检测点408的下垂线上，与所述轮径检测点408相连。
38.轮辋独立构件内壁距踏面滚动圆外径40mm，踏面上设有轮径检测点408 (即车轮滚动圆检测点)。
39.轮辋独立构件内壁有1.5mm到3mm第一凸起18，如图2所示。
40.轮辋独立构件1从轮芯2上远离定位圆盘3的一端(附图中是从右向左) 套入轮芯2，在套入过程中，由于轮辋上的第一凸起18高1.5mm到3mm如图 2所示，因此，需要加压将轮辋独立构件1压装到位，使定位圆盘底壁与定位圆盘凹槽槽底壁142抵接，同时，第一凸起18卡入轮芯2的第一凹槽21，实现自锁。使轮辋独立构件1向左移动受到轮芯2定位圆盘3阻挡，向右受到轮芯2的第一凹槽21对第一凸起18的阻挡，从而，达到了轮辋独立构件1 的稳定。
41.碳纤维复合材料的机车车辆车轮轮辋结构降低车轮自重，降低了轮轨间的受力；碳纤维摩擦系数小，减小了轮轨间的摩擦阻力；材料本身的物理特性带来的，吸震性，降低了列车运行噪声；由于轮辋独立构件1可以随时更换，使车轮轮芯2可以重复使用，不再像现有技术，因轮辋踏面磨耗到限而整体报废，车轮本体金属部分，重复利用周期延长，提高了车轮轮芯本体的使用寿命。
42.具体实施例2：
43.更为优化的是在该实施例中选择第二凸起19为6-8个，沿轮辋独立构件 1内壁周向均匀分布，轮芯2的第二凹槽与之相应配合设置。
44.具体实施例3：
45.具体实施例3与具体实施例2的区别在于，轮辋独立构件1内壁有沿周向均布的第二凹槽，与轮芯2的第二凸起19相应配合，防止轮辋独立构件1 在周向滑移。
46.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
47.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。