铁道车辆轮对结构关系
铁道机车车辆牵引传动系统结构
52
五． 牵引电机纵向布置——单电机架悬式驱动机构
1. 结构原理图（见 右图）
牵引电动机与齿轮
减速箱连成一体完 全弹性地悬挂在转 向架构架的横梁 上，电机驱动轴经 减速齿轮（锥齿轮） 驱动空心轴，再经 橡胶连杆机构（即 联轴器）将扭矩传 递给轮对。
悬挂在构架上
橡胶弹 性关节
49
2. 特点
① 可较大地缩短轴距； ② 两轮对由同一电机驱动——成组驱动，可有效避免轮
连接部位增加2片短直角形膜片， 以增强局部强度。
TD挠性联轴器特点：
优点：无需润滑， 减振好 ， 噪声低， 免 维护。
缺点：T D挠性联轴器工作时金属膜片受力 比较复杂。
驱动力矩使膜片产生拉压应力， 三向变位 补偿产生弯曲应力和高频循环疲劳应力。
膜片材料的力学性能要求非同一般， 需采 用抗高频循环疲劳、 耐锈蚀 、 高弹性的特 殊金属薄片材料。
③ 适用于：运用速度较低的轻轨车辆（有轨电车）， 120km/h以下
31
2. 弹性轴悬式驱动机构（160km/h以下）
弹性橡胶关节
六连杆机构 抱轴承 空心车轴
弹性轴悬式驱动机构原理图
①结构
与刚性轴悬式驱动机构相
比，只是在车轴和电动机
牵引电动机 弹性吊挂
抱轴承间加了一根空心 轴，而该空心轴两端通过 弹性元件（六连杆机构及
铁道机车轮对常见故障及处理措施
铁道机车轮对常见故障及处理措施摘要：轨道车辆正线运营时，轮对内侧距是影响轮缘磨耗的重要因素，关系着车辆的运行稳定性和安全性，因此需对轮对进行严格把控。
关键词：轨道车辆；轮对；摩擦；常见故障1.车辆轮对损伤机理随着车辆轮对使用时间的延长，车轮轮辋中央应力增量较轮辋表面应力的增量高。
车轮使用过程中，在热负荷和机械负荷的作用下轮辋应力状态发生改变，车轮沿圆周向的压缩应力逐步变成扩张应力。
踏面微小的缺陷一般出现在轮对踏面的表面，在应力影响下会逐渐扩大而引起轮对的问题。
特别是由于材料具有极限应力，当应力达到材料所能容忍的极限应力时，裂纹就会出现，踏面表层缺陷主要集中在踏面以下2~6mm区域。
车轮踏面剥离：根据产生的形式分类，车轮踏面剥离可分为4类，分别是接触疲劳剥离、制动剥离、局部擦伤剥离和局部接触疲劳剥离。
当闸瓦制动时，车轮踏面产生的剥离称为制动剥离，制动剥离又分为2种表现形式，第一种是踏面整圈出现刻度状热裂纹，第二种是踏面整圈出现层片状剥离掉块。
因车轮与钢轨之间的强烈摩擦产生的剥离称为擦伤剥离，主要有2种表现形式，第一种是车轮踏面局部擦伤，第二种是因轮轨接触应力导致的剥离掉块。
根据材料失效机理分类，车轮踏面剥离可分为2类，分别是接触疲劳损伤和热疲劳损伤，前者是由交变接触应力引起的，后者是由摩擦热循环引起的。
车轮疲劳缺陷：车轮高速运转时，会承受各种周期性荷载，造成轮对踏面裂纹、剥离、掉块，内部裂纹，轮辋、轮毂裂纹等现象，称为车轮疲劳缺陷。
踏面裂纹、剥离及掉块等现象有一定的发展规律，首先沿着圆周方向扩展，然后再沿径向扩展（也有直接沿径向扩展的）。
据统计，车轮内部裂纹一般有周向和径向2种，轮辋裂纹方向主要是沿周向延伸，轮毂裂纹的主要方向是与径向呈45°夹角。
在城轨车辆运用检修过程中，及时可靠检测出这些缺陷，对提高轮对安全性有重大意义。
2.轨道车辆轮对常见故障及检修2.1车轴磨削（1）在对某型已加工完成的车轴进行表面磁粉探伤时，发现车轴齿轮座表面存在密集型磁痕显示，长度2-4mm，经过对相关探伤标准的研究解读，判定此种状态为不合格。
轮对知识
货车车轴
B型
货车车轴
A型
货车车轴
C型
货车车轴
通过对车轴卸荷槽加工工艺研究 ，铁道部
2004年12月下文规定了新制RD2型车轴的B、D
车轮
车轴
一. 车
轴
.
车轴有滑动轴承车轴与滚动轴承车轴之分。 我国铁道车辆上使用的车轴，大多为圆截面的实心车轴。由于车轴各 部位的受力状况不同，其直径大小也不一样。 从材质上看，目前的车轴一般都是用 40 钢或 50 钢 —— 优质碳素钢 锻制而成。 从技术要求上看，车轴表面须锻造光滑平整，不得有起皮、裂纹、熔 渣、或其他危害性缺陷存在。
●
货车车轴
因RE2 型车轴载荷中心距短，增加了转向架结
构的设计难度，加上早期设计的197730型轴承比
较笨重，所以该车轴仅进行了装车运用试验而未
大量推广使用。
货车车轴
RE2A型车轴
1998年，开始设计 RE2A型车轴。设计进程 ——
货车车轴
A型
货车车轴
C型
货车车轴
B型
货车车轴
RE2A型车轴主要参数 商业运营速度：120km/h ● 轴重：25t (245kN) ● 全长：2191mm ● 载荷中心距：1981mm ● 轴肩距：1731mm ● 轴颈长度：230mm ● 载荷中心到轴颈根部距离：125mm ● 轴身长度：1228mm，突悬 ● 轴颈及防尘板座型式：3种
货车车轴
RE2B 型车轴轮对主要结构特点
1981 1761 (RE2A：1731)
轮对基础知识
第1页
第一章 轮对基础知识
1.1 轮对的作用及组成
轮对是转向架主要部件之一。 它的功能是最终承受车辆的自重与载重， 并通过轮对在钢 轨上滚动完成车辆的运行。它的运用条件十分恶劣，经常发生擦伤、剥离、掉块、热裂和疲 劳损坏等情况。其性能的好坏，对行车安全具有十分重大的影响。 轮对是由一根车轴和两个相同的车轮组成，如图 1-1 所示，在轮轴接合部位采用过盈配 合，使两者牢固地结合在一起，为保证安全，绝不允许有任何松动现象发生。
图 1-6 轮对在直线上运行 车辆在直线上运行时， 如果轮对中心线与线路中心线不一致时， 造成轮对的两个车轮一
LY 系列轮对故障动态检测系统
第6页
个导前，一个滞后，则导前车轮以踏面外侧小直径圆周滚动，滞后车轮以踏面内侧大直径圆 后滚动。因此，同样转数，导前车轮滚动距离短，滞后车轮滚动距离长，从而自动纠正两车 轮位置，使两车轮重新处于平行或前后变位，以减少轮缘磨耗，如图 1-6 所示。 车辆在曲线上运行时，由于离心力的作用，使外轨上的车轮轮缘紧靠钢轨，内轨上的车 轮轮缘则远离钢轨。 于是在外轨上的车轮以踏面内侧大直径圆周滚动， 在内轨上的车轮以踏 面外侧小直径圆周滚动。从而在相同转数内，外轨上的车轮滚动距离长，内轨上的车轮滚动 距离短，正好与曲线上外轨长内轨短相适应，可使两轮同时通过曲线，以减少车轮在钢轨上 滑行，如图 1-7 所示。
LY 系列轮对故障动态检测系统
第2页
有一定弹性，使力在传递时较为缓和。 （7）辐板孔：为了便于加工和吊装轮对而设置，每个车轮上有两个辐板孔。由于在辐 板孔周围容易产生裂纹，同时还影响车轮的平衡性能，因此在 S 形辐板的车轮上已取消辐 板孔。
图 1-2 整体轮的各部分组成 1— 踏面 2—轮缘 3—轮辋 4—轮毂 5—轮毂孔 6—辐板 7—辐板孔
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系 1
铝合金
质量轻，耐腐蚀，但强度较低。
其他合金材料
如镍合金、钛合金等，具有特殊 性能，但成本较高。
02
轮轨接触几何关系
轮轨接触几何模型
点接触模型
假设轮轨接触点处的曲率中心与接触点重合，适用于 小变形和弹性接触。
面接触模型
考虑轮轨接触面的形状和曲率变化，适用于大变形和 塑性接触。
混合接触模型
结合点接触和面接触的特点，考虑轮轨接触的复杂性 和非线性特性。
垂直反力
车轮垂直于轨道方向产生的力，与轨道承受的重 量和轮轨接触点的分布有关。
轮对与轨道的相互作用模型
弹性接触模型
将轮轨接触视为弹性接触，通过 弹性力学理论描述轮轨接触点的 应力分布和变形。
有限元模型
利用有限元方法模拟轮轨接触和 应力分布，考虑了材料的非线性 特性和复杂的边界条件。
轮对与轨道的相互作用的影响因素
铁道车辆轮对结构与 轮轨接触几何关系
目录
• 轮对结构 • 轮轨接触几何关系 • 轮对与轨道的相互作用 • 轮轨接触的磨损与损伤 • 轮对与轨道的设计优化
01
轮对结构
轮对的组成
01
02
03
车轮
包括轮缘、踏面和轮毂， 是直接与轨道接触的部分， 承受车辆重量和传递制动 力。
车轴
连接车轮的轴，通过轴承 支撑车轮转动，传递牵引 力和制动力。
通过建立动力学模型，模拟列车运行过程 中轮对与轨道的动态响应，预测和解决潜 在的振动和稳定性问题。
实验设计法
优化算法
通过实验手段获取轮对与轨道在实际运行 中的性能数据，为设计提供依据和验证。
利用数学优化算法，如遗传算法、粒子群 算法等，对轮对与轨道的结构参数进行优 化，实现轻量化和性能提升。
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系_2022年学习资料
5.车轮踏面设置要求-①进行方内-对脱轨安全性要高；-对中性能强；->-运行稳定性要好-不发生蛇行运动】线通过性能要好-曲线通过时产生的横向力-要小-能够顺利通过道岔；-耐磨性要好，即使产生了磨耗，其形状变化也 要小。-踏面设计目的性问题-23
2轮对形状尺寸与线路相互关系-轮缘-滚动圆直径-轮缘内侧距-●车轮踏面斜度-5
2轮对形状尺与线路相互关系-轮缘：轮缘是保特车辆沿钢轨运行，防止车轮-脱轨的重要部分。-滚动圆直径：车轮直 大小，对车辆的影响各-有利弊：轮径小可以降低车辆重心，增大车体-容积，减小车辆簧下质量，缩小转向架固定轴，对于地铁车辆还可以减小建筑限界，降低-工程成本但是，小直径车轮可使车轮阻力增-加，轮轨接触应力增大，踏面 耗较快，通过-轨道凹陷和接缝处对车辆振动的影响增大。轮-径大的优缺点则与之相反。-6
安全通过辙叉-检验B-护轨-T>D2-无护轨与翼轨干-涉时的运行-检验C-T+d<D-无辙岔心干涉时-检验 -T+d>S-t-无钢轨与护轨干涉-9
顺利通过曲线-0+X-↓-R-y-2b-10
轮缘内侧距选取-欧州和日木1360mm-与NP■-由国牲标1253mm-系维劲G1M25mm-11
轮轨间隙计算-标准轨距：1435mm-轮对内侧距：1353mm-轮缘厚度：32mm（单侧，64mm（双侧内轮轨间隙：9=（1435-1353-64/2-欧州轮轨间隙：5.5=（1435-1360-64/2（mm 12
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系-1
主要内容-第一节-轮对结构认识-第二节-轮轨接触状态认识-第三节-轮轨接触几何关系求解-第四节-道岔区轮轨 触几何关系-2
第一节轮对结构-1353±1
1轮对设计要求-应该有足够的强度，以保证在容许的最高速-度和最大载荷下安全运行-减轻轮对重量；-应不仅能够 应车辆直线运行，同时又能够-顺利通过曲线和道岔，而且应具备必要的抵-抗脱轨的要求；-应具备阻力小和耐磨性好 优点，这样可以-只需要较小的牵引动力并能够提高使用寿命。-4
铁路车辆轮对故障及处理措施
铁路车辆轮对故障及处理措施摘要：如今，我国的铁路发展十分迅速，随着对交通运输方式要求的增大，铁路运输作为工业运输、人员远距离出行的重要途径，其安全性受到了广泛的重视。
铁路车辆不仅承载着重要的工业物资，也是保护乘客人身安全的重要保障。
现阶段，由于铁路运输的发展方向逐渐扩大，其在车辆轮对方面的故障的发生概率也在逐渐增加，这对铁路运输企业后续的稳定发展造成了影响。
基于此，本文在阐述铁路车辆轮对安全的重要性基础上，分析了所存在的故障，并总结了相应的处理措施。
关键词：铁路车辆轮对；故障；处理措施引言车辆轮对是将机车车轴的左右两侧均牢固地压装上车轮所构成的组合体，通常机车是借助它与钢轨进行接触。
轮对的基本功能为确保货车车辆能够顺畅地行进在钢轨上并进行转向。
实际行进时它首先承受车辆的所有载荷，再传送到钢轨，而且假如路面不平出现新的载荷也是由它向其他零部件进行传送。
车辆轮对必须满足两大要求：首先，刚度与强度必须达标，确保承受载荷时能够有效防止变形，而且弹性必须稳定在允许的数值区间内；其次，将车轮与车轴进行组装时要确保牢固度达标，而且组装后要具备极佳的阻力优势与耐磨性能，以便最大化地减少牵引动力。
1铁路车辆轮对存在的故障1.1 轮对踏面故障在铁路车辆运输的过程中，车辆轮对作为车辆的基本构件，其对车辆的正常运行有着很大的决定作用，如果轮对出现踏面故障，则会增加车辆行驶过程中的脱轨、颠覆等情况的发生，这对运输安全有着很大的影响。
在轮对踏面故障中，主要包含了裂纹、磨损和剥离等情况，不论哪种形式，都会对车辆的后续运输造成阻碍。
而裂纹的产生一般是由于车辆在制动、滑行的过程中会产生很大的摩擦力，当摩擦到达了一定程度时则会导致车轮表面局部温度快速升高，而在车轮运行过后又会快速散失，循环往复的热胀冷缩则造成裂纹，如果裂纹出现在外侧轮辋上，会导致车轮与钢轨之间的相互作用加大，继而对踏面造成损坏。
车辆踏面故障中的磨损主要是指在运输过程中车辆踏面会与钢轨相互作用，随着运输时间的增多，两者之间的摩擦越来越多，导致轮对磨损的情况出现，这对车辆的使用寿命有一定的影响。
转向架轴箱弹簧及轮对结构分析-CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD-CAE设计
动车组设计大作业CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺: 所呈交的毕业设计（论文）, 是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知, 除文中特别加以标注和致谢的地方外, 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果, 也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体, 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名: 日期:指导教师签名: 日期:使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定, 即: 按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版, 并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下, 学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名: 日期:学位论文原创性声明本人郑重声明: 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外, 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体, 均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名: 日期: 年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索, 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名: 日期: 年月日导师签名: 日期: 年月日摘要:在我国, 铁路是国家的重要基础设施、国民经济的大动脉和大众化交通工具, 在交通运输行业中起着主导性作用。
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8
安全通过辙叉
-
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顺利通过曲线
r0 + y r0 - y
o
R
y
2b
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轮缘内侧距选取
-
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轮轨间隙计算
标准轨距：1435mm 轮对内侧距：1353mm 轮缘厚度：32mm（单侧），64mm（双侧） 国内轮轨间隙：9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（1435-1353-64）/2 （mm） 欧洲轮轨间隙：5.5=（1435-1360-64）/2 （mm）
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系
-
1
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节
轮对结构认识 轮轨接触状态认识 轮轨接触几何关系求解 道岔区轮轨接触几何关系
-
2
第一节 轮对结构
-
3
1 轮对设计要求
应该有足够的强度，以保证在容许的最高速 度和最大载荷下安全运行（减轻轮对重量）；
应不仅能够适应车辆直线运行，同时又能够 顺利通过曲线和道岔，而且应具备必要的抵 抗脱轨的要求；
• S1002欧洲标准外形；
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120 130 140
15 10
• XP55 TGV 韩国外形
5
0
-5
-10
S1002
SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h
-15
SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h
Comparison between Wheel profiles
-
Sh
qR
28.1
9.8
27.9 10.7
28.0 10.8
29.0 11.0
磨耗型踏面（XP55）
-
21
车轮外形吻合
• 中国标准 ;
• 中国轨道的典型磨耗型外形SYSZ40-00-00-00 (160 kph) ；
Comparison between Wheel profiles
S1002 - SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h (China) - SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h (China) - XP55
要小。
踏面设计目的性问题
-
23
两种踏面接触面积比较
锥型踏面轮轨接触斑
磨耗型踏面轮轨接触斑
-
24
对踏面动力学性能认识差异
一般地，在曲线通过方面采用磨耗型踏面 有利，而在抑制蛇行运动、车体振动方面 锥形踏面有利。
实际上，现阶段研究结果表明，在抑制车 体蛇行运动和提高稳定性方面，磨耗型踏 面有时也能够取得良好的效果。
SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h
SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h
-15
XP55
-20
y [mm]
-
5. 车轮踏面设置要求
➢ 对脱轨安全性要高； ➢ 对中性能强； ➢ 运行稳定性要好（不发生蛇行运动）； ➢ 曲线通过性能要好（曲线通过时产生的横向力
要小）； ➢ 能够顺利通过道岔； ➢ 耐磨性要好，即使产生了磨耗，其形状变化也
-
12
3. 踏面类型
➢ 圆筒踏面（踏面为没有锥度的平坦圆筒、日 本轨检车上，有利于轨道高低变形的测定）
➢ 圆锥踏面（踏面带有一定的锥度） ➢ 圆弧踏面（磨耗型踏面，踏面带有圆弧）
❖ 为了使无论哪种踏面形状均能够防止 车轮脱轨， 因而车轮都设有轮缘。
❖ 踏面锥度是使轮对具有复原功能和转向功能的 根本原因，也是引起蛇行运动的根源。
19
轮轨接触分析
车轮外形的主要参数
车轮外形
SYSZ40-00-00-02A (200 kph) SYSZ40-00-00-00 (160 kph) S1002 XP55
Sd
L3 = 12 mm
L3 = 10 mm
(Standard China)
中国标准
32.6
32
33.2
32
32.5
-
32.6
-
车轮磨耗特性参数 • Sh: 轮缘高 • Sd: 轮缘厚度 • qR: 轮缘形状限度
采用凹形车轮踏面，不仅可以减缓磨耗，延长使 用寿命，而且有利于车辆曲线通过，并使轮缘力 有所降低。
-
16
磨耗型踏面（LM）
-
17
磨耗型踏面（LMA）
-
18
4. 车轮参数定义
-
➢ 轮对内侧距 ➢ 滚动圆半径 ➢ 轮缘 ➢ 轮缘厚度 ➢ 轮缘角度 ➢ 轮缘高度 ➢ 踏面 ➢ 等效踏面锥度 ➢ 回转半径差 ➢ 接触角度差
-
6
（3） 轮对内侧距
-
7
轮对内侧距
保证轮缘与钢轨之间有一定游（间）隙，可以： ❖ 减少轮缘与钢轨磨耗； ❖ 实现轮对自动对中作用； ❖ 有利于车辆安全通过曲线； ❖ 有利于安全通过辙叉；
轮缘与钢轨之间的游（间）隙太小，可能会造成 轮缘与钢轨的严重磨耗； 轮缘与钢轨之间的游（间）隙太大，会使轮对蛇 行运动的振幅增大，影响车辆运行品质；
-
25
性能认识差异
• 在车轮横移时，磨耗型踏面车轮的接触角差、 滚动半径差要比锥形踏面车轮的变化大，这使 输入车体的能量减少，车体振动激烈程度降低。
应具备阻力小和耐磨性好的优点，这样可以 只需要较小的牵引动力并能够提高使用寿命。
-
4
2 轮对形状尺寸与线路相互关系
轮缘 滚动圆直径 轮缘内侧距 车轮踏面斜度
-
5
2 轮对形状尺寸与线路相互关系
① 轮缘：轮缘是保持车辆沿钢轨运行，防止车轮 脱轨的重要部分。
② 滚动圆直径：车轮直径大小，对车辆的影响各 有利弊：轮径小可以降低车辆重心，增大车体 容积，减小车辆簧下质量，缩小转向架固定轴 距，对于地铁车辆还可以减小建筑限界，降低 工程成本；但是，小直径车轮可使车轮阻力增 加，轮轨接触应力增大，踏面磨耗较快，通过 轨道凹陷和接缝处对车辆振动的影响增大。轮 径大的优缺点则与之相反。
-20
XP55
S1002 - SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h (China) - SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h (China) - XP55
-25
30
40
50
60
70
80
90
-30
y [mm]
5
100
z [m m ]
0
z [m m]
-5
S1002 -10
-
13
车轮踏面外型
车轮踏面几何形 状是影响行车安 全和运行平稳性 的重要因素。
-
14
锥形踏面 (TB)
-
15
磨耗型踏面形成
锥形车轮踏面和钢轨头部的接触面积很小，接触 应力很高，因此在车轮运用初期，局部位置的磨 耗很快，使踏面不久即呈现凹陷。
当磨耗范围逐渐遍及整个踏面并与轨头的轮廓外 形相吻合后，接触应力就明显减小，表面又经过 ‘冷硬’处理，以后的磨耗减慢，踏面外形也相 对稳定。此时的踏面形状接近于磨耗型踏面。