輪軸 (鉄道車両)

輪軸の詳細

輪軸とは

輪軸とは、鉄道車両において車輪と車軸が一体で組み合わさった構造を指します。通常は台車内に配置され、軸受けを介して車両の重みを支える重要な部品です。日本では、一般的に2軸ボギー台車が用いられ、これにより1車両あたり4本の輪軸が取り付けられています。また、従来の貨車では2本の輪軸が使用されていました。

構造の特徴

鉄道車両の特性として、車輪が車軸に固定されているため、左右の車輪は一体となって回転します。これに対し、他の車両では左右の車輪が独立に回転することが一般的です。鉄道車両で強度を保つため、特別な設計がされていますが、タルゴなど特定の車両では左右の車輪が独立している場合もあります。また、曲線走行を容易にするため、車輪の踏面には勾配がつけられ、車輪には脱線防止用のフランジが設置されているのも特徴です。

車輪の役割

車輪は鉄製であり、鉄道車両を支えながらレール上をスムーズに移動することが求められます。鉄製であるため、大きな荷重に耐えることができ、鉄製レールとの組み合わせで摩擦が抑えられる利点もあります。しかしながら、鉄同士の摩擦が小さいため滑りやすく、急な勾配を通過する際にはデメリットともなります。日本における例として、箱根登山鉄道の勾配は最大80‰です。

車輪の設計条件

鉄道車両の運行の安全性を確保するためには、車輪の形状が重要です。以下の条件が求められます：
1. 脱線に強い設計
2. 高い走行安全性
3. 曲線走行時の優れた性能
4. レールとの接触圧の低減
5. 磨耗期間の延長

これらの条件を満たすため、車輪の踏面形状設計は非常に重要です。

車輪の種類

タイヤ付き車輪

タイヤと輪心が別部品で構成されているタイプです。摩耗したタイヤのみを交換可能な点がメリットですが、焼きばめ部分が劣化するリスクもあります。

一体圧延車輪

現代の鉄道で一般的に使用される、圧延によって形成された一体型の車輪です。これにより強度を損なうことなく製造されています。

特殊な輪軸

1. 弾性車輪：防振や騒音低減を目的とした構造で、過去には鉄道での導入がありましたが、事故を受けて現在は使用が減少しています。
2. 軽量車輪：アルミ合金製の輪心を用いることで軽量化された車輪。
3. 防音車輪：スキール音を抑えるための工夫が施された車輪です。

車両における走行機構

車軸は左右の車輪を繋ぎ、同時に回転させる役割を果たしています。主に中実と中空、動力伝達の有無で分類される車軸があり、特に中空車軸は軽量化に貢献します。

結論

電車の進化とともに、輪軸およびその構造は徐々に改良されてきました。鉄道車両の安全で円滑な走行を支えるこのシステムは、鉄道インフラの重要な要素です。今後も技術革新によってさらなる性能向上が期待されます。

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