第二节 车轮
车轮是车辆直接与钢轨接触的部分，它将车辆的载荷传给钢轨，并在钢轨上滚动，使车辆运行。目前我国铁道车辆上使用的车轮为整体辗钢轮和新型铸钢轮，简称为整体轮。我国铸钢整体轮主要是依赖国外进口的，近年来，国产化进程较快。为满足高速车辆的要求，近年又研制了高速轻型车轮，使车轮轻量化，以减少高速运行时轮轨之间的动力作用力。车轮按其辐板形状可分为直辐板形轮和S形辐板轮。
一、车轮各部分名称及作用
整体辗钢轮车轮各部分名称及功用如图2-4所示。
（1）踏面：车轮与钢轨接触的外圆周面，具有一定的斜度，其与轨面在一定摩擦力下完成滚动运行。
（2）轮缘：车轮内侧面的径向圆周突起部分，称为轮缘。是为保持车轮沿钢轨运动，起导向作用，防止脱轨的重要部分。
（3）轮辋：车轮具有完整踏面的径向厚度部分，以保证踏面具有足够强度的同时也便于加修。
（4）轮毂：轮与轴相互配合的部分，轮毂是保证车轮和车轴相互结合且保证有足够压装力的部分。
（5）轮毂孔：安装车轴的孔，它与车轴上的轮座部分实现过盈配合。
（6）辐板：轮辋与轮毂的板状连接部分。
（7）辐板孔：便于轮对在切削加工时与机床固定和吊运轮对而设（新造车轮已取消）。
图2-4 车轮
1—踏面；2—轮缘；3—轮辋；4—轮毂；5—轮毂孔；6—辐板；7—辐板孔
二、轮缘与踏面的形状及作用
1.车轮踏面外形
为使轮对在钢轨上平稳运行，能顺利通过曲线和道岔，且使踏面磨耗比较均匀，对轮缘和踏面外型尺寸必须有严格的规定。我国铁道车辆所使用的车轮轮缘和踏面有锥形（TB型）、磨耗型（LM型）和高速磨耗型（HLM型）三种，外形如图2-5所示。锥形踏面已沿用多年，在长期使用过程中，发现其外形与钢轨头部断面形状不匹配，造成运用初期轮缘、踏面及钢轨磨耗快、车轮使用寿命短等问题。针对这些问题，有关部门对踏面形状和钢轨头部断面形状进行了大量的研究和试验，设计制造了磨耗形踏面，并于1984年开始逐步在全路车辆上使用。磨耗型是在原锥型踏面的基础上发展起来的，磨耗形踏面的几何形状与锥形踏面相比，其主要不同之处在于该踏面采用由三段弧线（R100mm，R500mm及R220mm）圆滑连接成的一条曲线和斜度为1∶8的一段直线所组成的几何图形，并具有非线性的等效斜度特性。锥形踏面有两个斜度，在轮缘内侧48～100mm范围内设有1∶20的斜度，在离轮缘内侧100mm以外的部分设有1∶10的斜度。《铁路货车轮对组装检修及管理规则》规定：车轮踏面及轮缘必须按磨耗型（LM型）踏面的外形加工及测量，车轮踏面及轮缘须采用数控的方式加工。
图2-5 车轮轮缘踏面外形
车轮内侧面为加工基准面，车轮内侧面和踏面外侧面之间的距离称为轮辋宽度，标准车轮的轮辋宽度为
mm。
由车轮内侧面向外70mm处踏面上一点称为基点，基点沿车轮一周组成的圆称为滚动圆，车轮的直径、轮辋的厚度、踏面的圆周磨耗深度都在此处测量。
以LM型为例。由车轮内侧面向外16mm处轮缘上一点称为轮缘顶点，过踏面上基点做一水平线，为轮缘高度测定线。由轮缘顶点至轮缘高度测定线之垂直距离为轮缘高度，标准轮缘高度为27mm。由轮缘高度测定线铅垂线上12mm作一水平线与轮缘相交，两交点间的距离称为轮缘厚度，标准轮缘厚度为32mm。
2.车轮踏面基本外形的作用
（1）便于通过曲线
车辆在曲线上运行时，由于离心力的作用，轮对偏向外轨，于是在外轨上滚动的车轮与钢轨接触的部分直径较大，而沿内轨滚动的车轮与钢轨接触部分直径较小。这样，造成在同一转角内，外轮行走的路程长而内轮行走的路程短，正好和曲线区间线路的外轨长内轨短的情况相适应，使轮对较顺利地通过曲线，减少车轮在钢轨上的滑行，如图2-6所示。
（2）可自动调中
由于踏面中部设有斜度，为使踏面与钢轨顶面接触良好，钢轨铺设时也使它向线路中心有相同的斜度，因此钢轨对车轮作用力的方向是指向线路中心的。车辆在直线线路上运行，当轮对受到横向力的作用使车辆中心线与轨道中心不一致时，则轮对在滚动过程中能自动纠正偏离方向。
（3）能顺利通过道岔
线路上的道岔对车辆运行的平稳性和安全性影响极大，因此踏面的几何形状也应适应通过道岔的需要。由于尖轨前端顶面低于基本轨顶面，当轮对由道岔的尖轨过渡到基本轨时（图2-7），为了防止撞到基本轨，要求踏面具有一定的斜度，并且把踏面的最外侧做成5×45°的倒角，以增大踏面和轨顶的间隔，保证车轮顺利地通过道岔。
图2-6 轮对通过曲线
图2-7 轮对通过道岔尖轨
1—尖轨；2—基本轨
（4）使踏面磨耗沿宽度方向比较均匀
由于车轮踏面具有一定的斜度，当车轮在轨道上运行时，回转圆的直径也在不停地变化，致使车轮和钢轨的接触点也不停地变换着位置，结果使踏面磨耗比较均匀。
三、车轮的种类、尺寸及材质要求
车轮的结构、形状、尺寸和材质是多种多样的，按其用途可以分为客车用、货车用、机车用车轮；按其结构分为整体轮和轮箍轮。整体轮按其材质又可分为辗钢整体轮、铸钢整体轮等，轮箍轮又可分为铸钢辐板轮心、辗钢辐板轮心及铸钢辐条轮心的车轮。为了降低噪声，减小簧下质量，国外还采用弹性车轮、消声车轮、S形辐板车轮等新型车轮。
1.辗钢轮
目前，我国铁道车辆上主要采用辗钢整体轮（简称辗钢轮），也有部分铸钢整体轮（简称铸钢轮）。辗钢轮最大的优点是强度高，韧性好，适应载重大和速度高的要求。其次是自重较轻，轮缘磨耗后可以堆焊，踏面磨耗后可以旋削，维修费用较低。但辗钢轮制造技术较复杂，设备投资较大，踏面耐磨性较差等。为了与不同的车轮相配合，辗钢轮相应地规定了几种形式，其各部分尺寸如图2-8～图2-10及表2-5～表2-7所示。
图2-8 TB/T2817—1997标准的辗钢整体车轮
表2-5 辗钢轮尺寸（mm）
图2-9 TB/T1013—1999标准的铸钢整体车轮形式
表2-6 铸钢轮型号和尺寸
图2-10 GB8601—1988、TB/T2817—1997和TB/T2708—1996标准整体车轮形式
表2-7 GB8601—1988、TB/T2817—1997和TB/T2708—1996标准整体车轮基本尺寸
注：毂辋距F为轮辋内侧面至外毂外侧面距离。
辗钢轮的材质用Ⅱ牌号CL60钢材，其化学成分和机械性能见表2-8～表2-11。
表2-8 （GB8601—1988）车轮化学成分（％）
表2-9 （TB/T2817—1997）车轮化学成分（％）
表2-10 （GB8601-1988）车轮机械性能
表2-11 （TB/T2817—1997）车轮机械性能
2.S形辐板车轮
为了适应高速、重载运输发展的需求，近些年来又开发、研制了S形辐板整体辗钢轮，如图2-11所示。它主要的结构特点是辐板为不同圆弧连接成的S形状、LM型踏面，取消了辐板孔，适当减薄轮毂孔壁厚度（为40mm）。各S形辐板系列车轮的使用范围及代号见表2-12。S形辐板轮大多采用CL60车轮钢，要求严格控制其纯净度，以提高车轮内在质量。采用先进的间歇淬火或三面淬火工艺，提高轮辋的淬透性和轮辋断面的硬度分布均匀性。车轮为全加工、全喷丸、全探伤，有效消除了由于尺寸公差超差所造成的踏面不圆，车轮偏心等问题，故明显有别于现有国际车轮。要求严控车轮残余静平衡值，使制造精度比现有国标车轮均普遍提高。
图2-11 S形辐板车轮
表2-12 各种型号车轮的使用范围及代号
3.新型铸钢轮
新型铸钢轮采用的生产工艺有电弧炉炼钢、石墨铸型、雨淋式浇口浇铸工艺。
新型铸钢轮与辗钢轮相比，明显的区别有以下几点。
（1）铸钢车轮是由钢水在生产线上直接铸造成型。与辗钢车轮相比，省去了铸锭、截断再加热、水压机压型、冲孔等许多工序，劳动力消耗少、生产能耗低。
（2）由于采用石墨型浇铸工艺，避免了辗钢轮由于下料偏差引起的尺寸和重量偏差，使新型铸钢尺寸精确，几何形状好，内部工艺组织均匀，质量分布均匀，轮轨之间的动力作用相对小。
（3）新型铸钢轮辐板为流线型结构，耐疲劳、抗热裂性的性能均优于辗钢轮。
新型铸钢轮的化学成分与辗钢轮相近，二者的标准中所有技术要求相同，探伤和检验的标准也相同。新型铸钢轮轮辋的要求更高一些。