火车轮结构基础知识

车轮结构完全由车轮直径，轮辋，轮毂尺寸，毂辋距，辐板形状，轮缘踏面外形所决定。每个尺寸或每部位形状都有其特殊意义。

一、直径

车轮直径对其本身及整个车辆都有较大影响。一方面车轮直径越大，车辆重心越高，车辆的动力性能越差。另一方面，增大车轮直径，可以降低轮轨的接触应力，降低车轮磨耗速度，增加车轮的热容量，提高踏面制动热负荷的承受能力。因此车轮直径大小应根据车辆情况综合确定。但总的来说，车辆轴重越大，车轮直径应越大，以提高车轮的热容量和增加轮轨的接触面积，减少踏面损伤和磨耗。另外，车轮直径的取值还应注意规格的标准化系列问题，以利于车轮制造和检修。目前我过货车车轮直径大多为840mm，特殊货车车轮直径为915。

二、轮辋

轮辋宽度尺寸主要取决于轮轨的搭载量。当轮对运行在曲线上时，外侧车轮轮缘靠近钢轨，内侧轮缘远离钢轨。只有内侧车轮踏面在钢轨上的搭载量足够，才能保证轮对不脱轨。

《铁路技术管理规程》规定，当曲线半径在300m以下时，轨距应加宽

15mm。因此，最大轨距为1435+15+6=1456mm（其中：名义轨距L为

1435mm，最大公差为6mm）。轮对最小内侧距为1354mm，轮缘最小厚度为23mm。车轮踏面外侧倒角5mm，钢轨头部圆弧半径为R13mm，钢轨内侧磨耗2mm，轨枕弯曲、道钉松动等引起轨距扩大8mm，重车时车轴微弯引起轮对内侧距离减小2mm，轮轨安全搭载量按7mm考虑，根据上述数据算得轮辋最小宽度为120mm，考虑到车辆过驼峰时实施的制动，车轮外侧面磨损5mm，则轮辋最小宽度应为125mm。目前我国铁路货车车轮轮辋宽度为135~140mm。

轮辋厚度通常指新轮辋厚度。我国铁路对正常服役的车轮的判废依据是轮辋剩余厚度，当轮辋剩余厚度小于等于23mm时车轮报废。新轮辋厚度与轮辋限度之差为轮辋的有效磨耗厚度。轮辋越厚有效磨耗厚度就越大。但车轮自重也大。有效磨耗厚度越厚，车轮使用寿命越长，新旧车轮直径差就越大。

车辆检修时，为了满足车辆之间悬挂的要求，经常需要在心盘、旁承等位置增加调平板。如果新旧车轮直径差过大，所增加的垫板相应加厚。这样心盘

螺栓就容易折断，同时也增加了检修的工作量。

轮辋质量占车轮质量较大的比例，即轮辋的质量在很大程度上决定了车轮的质量。特别是铸钢车轮，由于浇铸工艺原因，轮辋质量越大，就要求辐板越厚，车轮质量将更大。车轮为簧下质量，其质量的增加对轮轨垂向动作用力有较大影响。

为了提高轮辋硬度以提高其使用寿命，成产中车轮踏面进行淬火处理。由于淬火工艺特性，淬硬深度受到限制。轮辋越厚，内部硬度越低，耐磨性能越来越差。虽然车轮使用寿命随着轮辋厚度的增加而延长，但延长的比例越来越小。

从车轮的使用寿命的角度来考虑轮辋应越厚越好。但从车轮重量和新旧车轮直径差的角度轮辋厚度应越小越好。轮辋厚度尺寸大小各有利弊，应根据车辆具体使用条件及上述各种影响因素综合确定。

目前国内货车车轮轮辋厚度有50mm和65mm两种。

三、轮毂

车轮和车轴靠过盈配合组装在一起，轮毂的主要作用是将车轮牢牢地固定到车轴上，其尺寸主要由轮轴配合所需要的紧固力所决定。我国车辆车轮轮毂长度名义尺寸均为178mm。轮毂厚度随轴重的不同而变化。在轮毂长度尺寸和轮轴间配合过盈量一定的情况下，轮毂厚度越厚，车轮质量越大，轮轴之间的紧固力也越大。合理的轮毂厚度应该是：在满足轮轴紧固力要求的前提下厚度尽可能地小，以减轻车轮质量。

4、毂辋距

毂辋距指轮辋内侧面与轮毂内侧面间的轴向距离，该值与轮对内侧距、车轴两轮座之间的距离有关，因此在选取毂辋距时不能仅从车轮的角度考虑，应根据轮对内侧距与车轴协调考虑。目前国内货车车轮该值为68mm。

五、辐板形状

辐板的强度直接关系到行车的安全，因此车轮辐板应有足够的强度。

辐板形状对车轮的结构强度和刚度有较大的影响。较小的径向刚度可使车轮具有较大的弹性，可以改善制动热负荷作用下车轮的应力状态和降低轮

轨动力作用力，因此辐板的径向刚度应适量地小。辐板的轴向刚度应尽量

的大，否则车轮将产生较大的轴向变形。轴向变形过大会改变轮轨正常接

触位置和轮缘角度，影响车辆运行性能，增加爬轨的可能性。一个好的辐

板形状，可以在不增加自重的条件下大幅度地提高车轮的结构刚度，改善

车轮的刚度，因此辐板是车轮结构设计和优化的重点部位。

国内外普遍采用的辐板形状有：直辐板、S辐板、波浪形辐板、盆型辐板。

直辐板与其他各形状辐板相比，优点是质量小，缺点是径向刚度过大，轴向刚度较小。不是一个好的辐板形状。但尽管如此，在轮盘制动的情况

下必须采用直辐板，以便安装制动盘。

S型和盆型辐板可使得车轮具有合理的刚度和较低的热应力。将辐板设计成S形或盆形的主要目的是为了降低热应力。踏面制动一般采用这两种

辐板形状。但由于S形辐板不利于钢水的流动，因此不适合铸钢车轮，铸

钢车轮大多采用盆形辐板。

波浪形辐板与S形辐板在结构上的区别主要是辐板的偏心量（靠近轮

辋处辐板的中心线与靠近轮毂处的辐板中心线之间的轴向距离）不同，造

成这种差别的原因主要是车轮的毂辋距不同。波浪形辐板车轮径向刚度较小，与S形相比波浪形辐板车轮轴向刚度和应力较大。

辐板形状即可用优选法设计也可用优化法设计，不管用什么方法，良

好的辐板性能是唯一的目标。另外在车轮辐板设计时，要校核辐板是否与

车辆下部界限发生干涉。

6、轮缘踏面外形

轮缘踏面外形设计时应考虑与轨头外形的配合，理想的轮轨型面配合状态能有效地降低接触应力和磨耗，有助于改善列车通过曲线性能，有效地提高列车失稳的临界速度。同时设计的新踏面应尽量与磨耗后的形状接近，以降低修正踏面时金属切削量。轮缘踏面外形的设计原则是：

（1）如果轮缘踏面与钢轨发生两点接触，那么必然要有一个点发生滑动，滑动的点将发生严重磨耗，因此应尽量避免轮缘踏面与钢轨发