用于轨道车辆的轮盘 |
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| 申请号 | CN201280057060.6 | 申请日 | 2012-12-19 | 公开(公告)号 | CN103946035B | 公开(公告)日 | 2016-06-29 |
| 申请人 | 福伊特专利有限公司; | 发明人 | 迈克尔·霍尔茨阿普费尔; 安德烈亚斯·坎普斯; 弗洛里安·卢博斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于轨道车辆的轮盘，其具有-包围旋 转轴 的 轮毂 ；-轮缘；和-将轮毂与轮缘连接在一起的 轮辐 。本发明的特征在于，在每个形成中，在至少一个轴向侧这样形成轮辐与轮毂之间的过渡部和/或轮辐与轮缘之间的过渡部，即-通过切线函数形成所述过渡部，-切线函数切线连续地结合到轮辐的轮廓中；并且切线函数切线连续地结合到轮毂或轮缘的轮廓中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于轨道车辆的轮盘(1)，具有 |
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| 说明书全文 | 用于轨道车辆的轮盘技术领域[0001] 本发明涉及一种用于轨道车辆的轮盘。 背景技术[0002] 由通常的现有技术已知了轨道车辆的轮盘。轮盘典型地由包围旋转轴旋转的轮毂以及轮缘构成，所述轮缘被确定用于在轨道上滚动。位于中央的轮毂和位于外周向上的轮缘在此通过所谓的轮辐彼此连接。这种径向上直线或弧形设计的轮辐典型地设计为旋转的圆盘。该轮辐特别可以是旋转对称地结构的，并且因此在每个径向剖面中具有相同的或可比较的轮廓。本发明意义上的轮廓在此是指在轮盘径向剖面中的侧向限定出的表面形状。直线形轮盘因此可能具有由直线构成的轮廓，弧形轮盘具有由S形弧线构成的轮廓。 [0003] 目前，尤其是从轮毂到轮辐的过渡部并且，特别在轮盘较小时，也或者对此替代地是轮辐与轮缘之间的过渡部承受非常高的荷载。为了抵抗这种高荷载，需要相应的材料强度或适当的加工步骤来加固临界区域内的材料。这花费较大并且昂贵，而且在使用高强度材料时使轮盘相应的变重。 [0004] 为了解决这一问题，由EP 0 794 872 A1已知，通过对于过渡部的复杂的结构预定使轮盘中的应力均匀化，从而能够利用较小的材料强度达到高硬度。该结构在此极其复杂并且对于过渡部的结构使用五阶函数(抛物线)。这一方面在设计时并且另一方面在制造时在编程方面都耗费成本。 发明内容[0005] 本发明的目的在于，提供一种用于轨道车辆的轮盘，该轮盘可以实现又进一步改进的强度，并且除此之外可以简单有效地设计和制造该轮盘。 [0006] 根据本发明，这一目的通过一种轮盘来实现，其具有：包围旋转轴的轮毂；轮缘；和将轮毂与轮缘连接在一起的轮辐。在每个径向剖面中，在至少一个轴向侧上的、在轮辐与轮毂之间的过渡部和/或在轮辐与轮缘之间的过渡部如下地形成，即通过切线函数形成的过渡部，切线函数切线连续地结合到轮辐的轮廓中；并且切线函数切线连续地结合到轮毂或轮缘的轮廓中。 [0007] 对于根据本发明的用于轨道车辆的轮盘而言提出，在轮盘的每个径向剖面中在至少一个轴向侧这样设计在轮辐与轮毂之间和/或轮辐与轮缘之间的过渡部中的至少一个，即满足以下三个条件。该过渡部根本上通过切线函数构成。这种切线函数简单、有效，并且可以实现非常均匀的过渡部，该过渡部具有高强度和在过渡部的整个区域上的非常好的应力分布。这种切线函数在其一端切线连续地结合到轮辐的轮廓中。另外，视切线函构成哪个过渡部而定，该切线函数在其另一端切线连续地结合到轮毂或轮缘的轮廓中。通过将切线函数切线连续地连接在或者是轮毂的和/或轮缘的轮廓上而形成一种结构，其可以被简单并且有效地构造并且对于制造而进行编程。该结构可以利用最少的材料投入通过使应力分布均匀化而实现轮盘的非常高的强度。 [0008] 另外，根据本发明的轮盘的一个有利的改进方案提出，切线函数到轮毂或轮缘的轮廓中的切线连续地结合的过渡部出现在的拐点的区域中。在切线函数的结构中，可以在一定限度内自由选择切线函数在拐点区域内相当于纵坐标、即例如直线轮辐的径向方向的夹角。拐点区域内的过渡部因此可以相比简单地匹配于例如相对于轴向方向具有预定角度的直线轮廓，从而使过渡部变得相应协调，并且可以使过渡部区域内的应力峰值持续最小化。 [0009] 根据本发明的轮盘的一个特别有利的设计方案还可以提出，轮毂或轮缘的轮廓在切线函数之后通过圆弧和紧接着圆弧的直线构成，其中，所述圆弧切线连续地结合到直线中。对于轮盘结构而言，通过圆弧和切线连续地紧接着的直线来设计轮毂或轮缘的轮廓是特别有利的。圆弧允许通过该切线连续地紧接着的圆弧来协调地容纳切线函数在至轮毂或轮缘的过渡部区域中的几乎任意的端角，并结合到紧接着的切线连接至该圆弧构成的直线中。于是，形成从切线函数到轮毂或轮缘的直线中的非常协调并且低应力的过渡部。 [0010] 在轮盘的一种非常有利的设计方案中还提出，切线函数到圆弧中的切线连续地结合的过渡部出现在切线函数的最大曲率的区域内。切线函数的最大曲率点可采用数学方式简单地确定。此时，圆弧可以在这个点或者在这个点的区域内切线连续地连接至切线函数。从而实现对强度的进一步改进。 [0011] 这特别适用于，根据由此的一个非常有利的改进方案，圆弧的半径与切线函数的最大曲率相符。由此可以实现一个过渡部，其中在从切线函数至圆弧中的过渡区域内的曲率半径并不变化。研究和计算示出，该情况在应力曲线方面是理想的，从而可以通过这种特殊的设计方案在切线函数到轮毂和/或轮缘的轮廓中的过渡的强度方面达到最好的结果。 [0012] 如前所述，切线函数在拐点中相对于纵坐标的角度在一定限度内可以自由选择。为了通过使用切线函数在强度方面达到理想的条件，相对于纵坐标的角度理想地为35至 55°，优选为40至50°，特别优选地为大约45°。利用在这些区间内选择的角度可以达到过渡的最佳强度。 [0013] 在根据本发明的轮盘的一个有利改进方案中还可以提出，轮辐在切线函数之后的轮廓具有弧形的连接轮廓。这种切线连续地结合到切线函数中的弧，特别是在弧形轮辐、也就是在径向剖面中S形延伸的轮辐的情况下是特别有利。 [0014] 相反地在其中一个可替代的设计方案中提出，轮辐在切线函数之后的轮廓具有直线形式的外轮廓，其中，直线设计为朝向径向方向倾斜了小于20°、优选地小于0.5至15°的角度。所述径向方向对于在此处描述的直线轮辐而言垂直于轴向方向。连接轮廓中的该直线并不平行于这个垂直的径向方向延伸，而是与其以一定角度地延伸。该角度在这过程中是这样选定，即轮辐从切线函数端部开始逐渐缩小。该角度优选地可以大于0.5°。其通常小于20°，优选地小于15°。该角度可以实现至切线函数中的理想过渡。在这一范围内适当选定的角度因此可以实现从切线函数至轮辐轮廓中的非常协调的切线连续地结合的过渡部，并且因此减小了轮辐区域内的应力峰值，从而能够以最小的材料投入来提高强度。 [0015] 在其中一个非常有利的改进方案中与连接轮廓是被设计为直线形还是弧形无关地提出，以这种方式设计切线函数，即，在将用于容纳件和/或附加件的连接区域在径向破剖面中的至少一个中布置在轮辐上的之前，切线连续地结合至连接轮廓的过渡部结束。轮辐的切线函数以及切线函数至连接轮廓中的过渡部在其径向延展中这样选择，即，它们总是都要在设置容纳件和/或附加件、例如用于制动圆盘或其它连接至轮盘的元件的容纳件之前结束。这保证了这种可能干扰所计划的切线函数延伸曲线的附加件和/或容纳件不出现在所述切线函数的区域内。以这种方式在切线函数的径向延展中进行调整，即通过切线函数形成的具有最佳强度特性的协调的过渡不会被这种“干扰位置”中断。这保证了最佳强度。除此之外可以提出，在轮辐的底座区域中，在轮毂的材料中设置用于对轴上的轮毂进行润滑的润滑油孔。在本发明的意义上，不将这种润滑油钻孔看作干扰位置。附图说明 [0016] 根据本发明的轮盘的其它有利设计方案由该实施例得出，以下参考附图对该实施例做详细描述。 [0017] 图中示出： [0018] 图1示出轮盘的侧视图； [0019] 图2示出穿过半个轮盘的径向剖面；和 [0020] 图3示出根据本发明的轮毂和轮辐之间的过渡部的设计方案。 具体实施方式[0021] 在图1中，示例性地识别出轮盘1的侧视图。这种轮盘1被用作轨道车辆的车轮。从图1中以II-II标记的在图2中识别出的剖面中对该结构作了详细描绘。图2示出的结构在此用于纯示意性地说明轮盘的元件。下文中将根据图3对根据本发明的结构再做详细说明。在图2的径向剖面中可以识别出，轮盘1由包围旋转轴2的轮毂3构成。所述轮毂3通过被称为轮辐4的圆盘形构件与在使用轮盘1时在轨道上滚动的轮缘5相连接。如图2所示的这种结构是普遍已知和常见的。图2涉及一种具有所谓的直线轮辐4的结构，所述轮辐垂直于旋转轴2沿径向延伸。要代替这种直线轮辐4也可以考虑已知的在使用的S形轮辐，其由两个沿径向方向相对弯曲的弧组成。 [0022] 在轮盘中特别关键的是在轮毂3和轮辐4之间或轮辐4和轮缘5之间的过渡部。所以可以提出，在下文中用在轮毂3和轮辐4之间的一个过渡部为例进行描述的方式和方法来设计在图2中以6表示的过渡部中的至少一个。其中过渡部6在此如此设计，即，在过渡部在图2的附图中加厚表示的连接区域7开始之前，该区域用于容纳附加件和/或用于附加件的容纳件，该过渡部在径向垂直于旋转轴2所在方向-图3中以参考标号R表示所述方向-上分别结束。这在图2中示例性地通过钻孔8来表示，该钻孔用于容纳附加件。这例如可以是制动盘、车轮噪音吸收器或类似物。 [0023] 轮盘1的轮廓的过渡部6或至少一个在图2中示出的过渡部6现在如下文中根据优选实施例所说明地设计。该实施例可以从图3的示意图中识别出。各个部段在此并未按比例并且不是以数学方式精确地示出。应示意性地理解图3的附图并且其用于使对轮廓的描述简单明了。在图3的附图中以T表示的切线函数构成过渡6的核心，所述切线函数在图中示例性地从以9表示的点沿着径向方向向下延伸到以10表示的点。这个以10表示的点在此理想地是切线函数T的拐点，并且该点结合到以11表示的圆弧中，该圆弧是以虚线示出的圆的一部分。紧接着有从以12表示的点开始的直线13，该直线然后以已知的方式和方法、例如通过半径结合到与之垂直的轮毂3的轴向边界中。轴向方向再次通过旋转轴2表示，与其垂直布置的是图3中以R标识的径向方向。轮辐4在此处未标出的轮缘5的方向上的区域在以9表示的点后作为直线14继续延伸，其中，所述直线与径向、更确切地说是垂直方向R的角度为在图3的附图中，角度 标注为在直线14和平行于径向方向R延伸的轴15之间的角。该角度必须总是无论如何必大于0，优选地大于0.5。典型的，所述角度 小于20°。在此处示出的实施例中，例如在大约1.5至2°的数量级中选择所述角度。 [0024] 此时，对于切线函数T而言并且特别是对于切线函数T在点9至直线14中以及至轮毂3的轮廓中的过渡部而言只适用特定条件，所述轮廓由圆弧11和直线13组成。所述过渡部原则上分别是切线连续地结合的。现在将切线函数设为 [0025] f(x)＝a tan(bx)+c 方程(1) [0027] T：f(x)＝a tan(bx) 方程(2) [0028] 其中，将变量x理解为在旋转轴2的方向上，也就是理解为轴向变量。 [0029] 对于直线14可以使用以下方程 [0030] g(x)＝mx+d 方程(3) [0031] 基于可能预先确定的轮廓，所述轮廓特别是通过通常需要标准化接口的附加件和/或容纳件来预先确定，在径向高度上得出切线函数T的边界。这又可以得出x坐标的边界，它可以被考虑用于计算合适的切线函数。切线的第二种选择可能性在于，预定切线在拐点10相对于在图3的附图中以16表示的垂直线的角度γ，该垂直线在这里所选择的坐标系变体中是坐标系的纵轴。对于应力分布非常均匀的特别坚固的过渡部而言，可以在35至55°的范围内、优选地在40和至50°之间的范围内选择这个角度γ。 [0032] 对于下面的实例，将角度γ选定为45°。则设tan(γ)在这个点为值1，从而由方程2直接得出， [0033] 方程(4) [0034] 通过下面的表示为x1的预先确定的x方向的距离以及在径向方向d上的直线14的起点，然后在考虑角度 的条件下得出x坐标x1为 [0035] 方程(5) [0036] 以及因数b为 [0037] 方程(6) [0038] 在适当地选择角度 时，因此可以简单且有效地确定切线函数T，并在确定定义的过渡点切线连续地连接至直线14。 [0039] 因为在切线函数T和轮毂3的轮廓之间的过渡部不能实现任意连接，而是在轮廓是直线的情况下基于切线的函数而被非常显著地限制，所以理想地使以11表示的圆弧切线连续地连接邻接切线函数T，并且然后再切线连续地结合到轮廓的直线13中。原则上可以任意选择由圆弧11构成其中一部分的圆，并且该圆可以在切线函数T的任意点处切线连续地结合到这个切线函数中。然而在所示出的是，在切线函数T的拐点10至圆弧11的过渡部-如在此所示-特别容易以数学方式得出。 [0040] 另一种非常有利的可能性在于，这样实现在切线函数T和圆弧11之间的过渡部，即在切线函数T的最大曲率点或包围该点的区域内实现该切线连续地结合的过渡部。在圆弧11的半径恰好是之前得出的切线函数T的最大曲率半径时，在最大曲率点或包围该点的区域内的该过渡部则特别在应力分布方面是理想的。弯曲部连续地彼此结合，由此得出在应力分布方面的理想结构。这使得以如此设计的过渡部6具有高强度。然后，可以使所述圆弧 11再切线连续地结合到直线13中，基于布置在切线函数T和直线13之间的圆弧11，可以比较自由地选择所述直线的位置和角度，以便于例如实现毂轮3的想要的或预先确定的轴向外轮廓。 [0041] 总之，所述结构可以通过使应力分布协调在使用最少材料的情况下实现非常高的强度，而无需例如像对过渡部区域内的材料进行加固那样的昂贵方法。除此之外，可以通过这些用于表面加固的方法进一步提高强度。这些方法在此可以机械地(喷丸处理、滚压处理等)和材料技术/化学地(表面硬化处理、硝化处理等)进行设计。 |
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