轮对影响着运行安全性，不止承担着车轮 全部重量，还承受着从车体、转向架和钢 轨等方面传递来的各种静、动作用力，受 力情况复杂。对轮对的要求：
• 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。 F=m×△v/△t • 应不仅能够适应车辆直线运行，同时又能够顺利 地通过曲线和道岔，而且应具备必要的抵抗脱轨 的能力。 • 应具备阻力小和耐磨性好的优点，这样可以减小 驱动牵引力和延长使用寿命。
锥形踏面 • TB 449-76规定的形 状。 • 最外侧R=6，作用是 便于通过小半径曲线 ，便于通过辙叉。 • 轮缘处圆弧半径以及 圆弧中心位置的选择 十分重要，关系到轮 轨之间是否可能出现 两点接触以及两点接 触之间垂向距离的大 小。
磨耗型踏面 • 磨耗后的形状相对稳定。 • 开始做成磨耗型踏面，可减少轮与轨的磨耗、延 长寿命；减少了换轮和旋论的工作量。 • 减小轮轨接触应力，既能保证车轮直线运行的稳 定，又有利于曲线通过。
• 4、车辆踏面斜度 轮对径向通过曲线时可以减小运行阻力，减轻磨耗 ，避免脱轨。为达到轮对径向通过曲线目的，同 一车轴上外侧车轮的滚动圆半径必须大于内侧车 轮的滚动圆半径。 同一时间间隔内，外侧轮对走过的距离大于内侧车 轮滚过的距离，因此，车轮踏面必须有斜度，增 大踏面斜度，有利于通过半径较小的曲线。
接触点超前量对车轮爬轨有较大影响。
• 在轮轨型面设计时应尽量避免两点接触并尽可能 减小两接触点之间的垂向距离以减少轮轨磨损。
• 三、轮轨接触几何参数
• The end!!!
• 轮轨间隙计算方法：
• 中国：单侧轮轨间隙为9mm，轮轨磨耗慢，舒 适性差。 • 日本和欧洲：单侧轮轨间隙为5.5mm，轮轨磨 耗快，舒适性好。
（2）安全通过曲线和辙叉。 轨距一定的情况下，轮轨间隙的大小与轮缘内侧 距有密切的关系。轮轨间隙太小，可能会造成轮 缘与钢轨的严重磨耗；轮轨间隙过大，会使轮对 蛇行运动的振幅增大，影响车辆运行品质。
• 2、车轮踏面类型 • 目前各国使用的车轮踏面按外形可以归结 为三种： • 圆柱形踏面 • 锥形踏面 • 凹形踏面（圆弧形踏面、磨耗型踏面）
圆柱形踏面 • 这种踏面在旅客和货物运输列车上不采用。目前 只在日本少数的轨检车上能够见到，目的是在轨 道检测时，消除轮对踏面斜度对轨道高低和水平 不平顺测试结果造成的不良影响。
第二节 轮轨接触状态及影响因素
一、钢轨轨头外形
1、50kg/m标准钢轨截面 50kg/m标准钢轨与TB踏面 配合使用。 由于车轮踏面有1：20的斜 度，为了使轮轨间相互作用 的法向力通过钢轨中心线， 钢轨地面与轨枕水平面之间 安装带有一定坡度的轨枕垫 板，垫板的坡度称为轨底坡。 轨底坡有1:20和1:40.
• 2、60kg/m标准钢轨截面 • 60kg/m标准钢轨截面是按照磨耗型原则设计的， 并与LM型车轮踏面外形配合使用。
• 二、轮轨接触状态认识
• 当轮对相对轨道有足够横移量时，轮对摇头角越 大，轮轨间出现两点接触的可能性也越大，这是 因为此时轮缘根部当量半径减小，且轮轨发生两 点接触时所需要的轮对横移量将比没有摇头角时 小。
三、车轮踏面类型与作用 • 1、车轮踏面主要作用
• （1）便于通过曲线； • （2）可自动对中； • （3）踏面磨耗沿宽度方向比较均匀。 • 车轮踏面应具备下列条件：应具有较好的抗蛇行 运动稳定性；应具有良好的防止脱轨的安全性； 轮轨之间的磨耗少，发生磨耗后，不仅磨耗要均 匀，而且外形变化也要小；易于曲线通过；轮轨 之间接触应力要小；旋修车轮时无益的磨耗少， 切削去掉部分的质量要小等。
• 在锥形踏面的直线段，有
五、轮对质量与轮轨动力之间关系
• 轮对质量对轮轨系统相互作用具有重要的影响， 这些影响主要体现在对轨道下沉重、轮轨垂向作 用力以及运行安全性等方面。 • 1、对轨道下沉量影响。
• 2、对垂向动作用力影响 理论研究表明，列车高速运行产生的轮轨垂向动 态附加载荷有如下经验公式： 式中，a表示线路缺陷，K表示线路刚度。 从上式可知，差的线路状况以及运行速度和簧下质 量的提高都将增大轮轨垂向动态附加载荷。抛开 线路水平不平顺的影响，对于高速转向架来说， 减小簧下质量是提升速度的关键因素。
• 3．对轮重减载率的影响
六、轮对低动力设计方法
• 轮对在钢轨上运行时，由于各种激扰因素的影响，轮轨间 必然发生振动，尤其是车辆运行速度越高，轮轨间振动越 激烈。为了缓和和降低轮轨振动，轮对结构设计应遵循低 动力设计原则。如何满足低动力设计要求呢?目前主要有 以下几种方法。 • 1．减小簧下质量：采用空心车轴，采用小轮径车轮。 • 2．采用合理的车轮踏面 • 3．采用弹性车轮
• 3、轮轨内侧距 轮缘的内侧距离影响行车安全和运行平稳 性。 （1）保证轮缘与钢轨之间有一定的游间，以减小
轮缘与钢轨磨耗并实现轮对的自动对中作用，避 免对轮对两侧车轮直径的允许公差要求过高，避 免轮轨之间的过分滑动及偏磨现象。 但是，从车辆运行品质角度考虑，则要求有尽 可能小的间隙，以限制轮对蛇行运动的振幅， 防止因间隙过大恶化车辆乘坐舒适度。
• 3、对踏面动力学性能认识差异 • 磨耗型踏面，输入车体的能量少，车体振动激烈 程度降低。 • 在适当运行速度下，磨耗型踏面的车轮，转向架 蛇行运动波长短、频率高，而且远离了车体的固 有振动频率。
四、与车轮相关的几个参数
• 1、踏面等效锥度 锥形踏面车轮滚动圆附近作成斜率为λ曲直线段 ，在直线段范围内车轮踏面斜度为常数(国内 TB踏面为0.05，见图3—6)。当轮对中心离开 对中位置向右移动时，左右车轮的实际滚动圆 半径分别为
二、轮对形状尺寸与线路相互关系
对车辆系统动力性能影 响明显的轮对外形和尺 寸主要有 1.轮缘 2.车轮名义直径 3.轮对内保持车辆沿钢轨运行，防止车轮脱轨的重 要部分。
• 2、车轮名义直径
车轮各处直径不同，规定，车轮在离轮缘内侧 70mm处的圆称为滚动圆，并以滚动圆的直径作 为车轮名义直径。 轮径小可以降低车轮重心、增大车体容积、减小车 轮簧下质量、缩小转向架固定轴距，对于地铁还 可以减小建筑限界、降低工程成本；但是，小直 径车轮使车轮阻力增大、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。
车轮磨耗后或车轮踏面作成磨耗型时，车轮踏面 外形不再存在直线段，也可根据轮轨接触几何关 系，求出轮轨横移时左右车轮实际滚动半径之差， 然后确定其踏面等效斜度为
• 2、重力刚度 • 当轮对向右或向左移 动时，左右钢轨给予 左右车轮的横向分力 的合力，有使轮对回 复到对中位置的作用 。横向复原力的大小 与轮对横移量及所承 受的载荷有关，忽略 轮对上的动载荷、悬 挂变形力和轮轨蠕滑 力，作用于左、右车 轮上检向反力分别为
第三章 轮对结构与轮轨接触 几何关系
主要内容：
第一节 轮对结构及其对动力学性能影响
第二节 轮轨接触状态及影响因素 第三节 轮轨接触几何关系求解 第四节 道岔区轮轨接触几何关系
第一节 轮对结构及其对动力学性能影响
一、轮对组成与基本要求
轮对是由一根车轴和两个相同的车轮组成。轮 轴结合处采用过盈配合，在运行过程中不允许 有任何松动现象发生。
• 轮对横移量为yw时由于重力产生的横向复原力为
• 由此可见，在轮对一定横移量情况下，锥形踏面 的重力刚度是和轮对横移量无关的量。
• 当轮对在轮轨间隙范围内横移时，磨耗型踏面的 重力刚度值有较大范围变化，该特性有利于轮对 有一定横移量后自动回复到对中位置。
• 2、重力角刚度 • 当轮对横移量为yw而且有摇头角ψ时，作用在左右 车轮上的轨道横向力将对轮对产生一个力矩Mg， 摇头力矩与摇头角之比称为轮对的重力角刚度。作 用在轮对上的摇头力矩为