輪軸 鉄道車両

 

輪軸（りんじく）とは、車輪と車軸を組み立てたものを指す言葉である。
構造
鉄道車両では、輪軸は台車内に収められ、軸受けを介して車両を支える。日本国内での一般的な2軸ボギー台車を2台装着するボギー車では1車両当たりの輪軸本数は4本となり、日本では最近まで貨車に多く使われていた二軸車では輪軸本数は2本となる。

 

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鉄道以外の多くの車両では左右の両輪が独立に回転するが、鉄道車両の車輪は大重量がかかり高速で運転されることから強度の点で大抵車軸に固定されて、両輪が一体となって回転する。ただし、少数であるがタルゴのように急曲線を通過する車両や、超低床の路面電車（広島電鉄5100形電車など）などでは左右が独立している事例もある
道路を走行する車両は左右輪が車軸に固定されると、曲線の走行が非常に困難になるが、鉄道車両では、車輪の踏面（レールと接する面）に勾配を持たせることにより、自然とカーブに沿って曲がるようにされている。また、脱線防止のため、レールの内側に入り込むように車輪の外周にフランジが設けられる。

車輪
車輪は、車両を支えてレール上を移動する役割を持っている。鉄製であることが特徴で、長所としては、ゴムタイヤと比較してより大きな荷重を受け止められる点、鉄製レールとの組み合わせにより回転抵抗が小さい点などが挙げられる。短所としては、レールと車輪がお互い鉄製であるため摩擦係数が小さく、滑りやすく空転を起こしやすい点などがある。このため急勾配を走行することができない。日本国内では箱根登山鉄道の勾配80 ‰（8 %）が最大となっている。また、車輪がレールの上を安全かつ円滑に案内されて走行するためには、レールと接触する車輪の輪郭（タイヤコンタ）が重要になり、必要な条件として次のことが挙げられる。脱線に対する安全性が高い。走行の安全性が優れている。
内側と外側で車輪の移動距離が異なる曲線（半径が軌間差だけ異なる）を円滑に通過できる。
レールとの接触応力が小さく、レールと車輪の損傷が少ない。
レールとの走行抵抗が少なく、車輪を削正するまでの期間が長く削正時のムダが少ない。

曲線において外側レールと外側車輪のフランジが接触している状態を表したものである。レールはフランジと踏面との間で接触しており、走行中では、垂直方向からの輪重Pと水平方向からの横圧Qが掛かっている。フランジの踏面側と水平線との角度をフランジ角度と言い、タイヤコンタでのフランジ角度の基本的な角度は59度である。脱線に対する安全性を高めるため、フランジ角度を大きくした場合、横圧が大きくても脱線が難くなるが、車輪の磨耗時に削正する場合において削正量が多くなり、レールとの接触圧力を小さくために接触面積を大きくすると、車輪の磨耗量が増えてしまう。

 

鉄道輪軸   高速車両用輪軸研究委員会 丸善プラネット

 

そのため、理想的なタイヤコンタを見つけることは困難であり、特に横圧が大きくなると、フランジがレールを乗り越えてしまい、滑り上がり脱線や乗り上がり脱線が起きる。また、新幹線では高速走行時での脱線防止を優先するため、フランジ角度を大きくしている。貨車では、脱線防止を優先しながら、蛇行動対策や摩耗防止などを考慮して、フランジ角度を大きくし、フランジ高さを可能なかぎり高くしたN踏面コンタが採用されている。

車輪の走行による摩耗においては、フランジ部と踏面の内側が主に摩耗する。特にフランジ部は、曲線レールと接触するため摩耗が多く、摩耗を減らすためにフランジ部に焼き入れを行って硬度を高めたり、電気機関車の最前位や最後位の車輪には走行に応じて自動的に油が塗布されるフランジ自動塗油器が装備されている。また、摩耗によりタイヤコンタが、当初の基本形状から変形して円滑な走行を阻害するため、磨耗量に応じて専用の機械により削正されて基本形状に戻している。また、車輪自体の減耗は、走行による摩耗による減耗よりも、削正による減耗の方が量が多く、フランジ角度が大きいほど多くなる。

 

 

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車軸
車軸は、左右一組の車輪を繋ぐ軸で、左右の車輪を同時に回転させる。車輪とは圧入により組み立てられるのが一般的である。超低床LRVなどでは、低床化のために左右の車輪を繋ぐような車軸のない独立車輪と呼ばれる形式を採用している。

車軸の種類
中実か中空か、または、動力伝達の有無で分別する。
中実車軸
車軸の材料が中まで詰まった車軸。棒状の一般的な車軸で、下記の中空車軸と対比するときにこのように呼ばれる。
中空車軸
車軸の中心を端から端まで穴を開けた構造の車軸。長い円筒のような形状となる。主な目的は軽量化で、日本の新幹線車両など高速車両で採用されている。機械加工による中ぐりで穴を開ける場合は中ぐり車軸とも呼ばれる。
動軸
車両の主電動機の動力をレールへ伝える輪軸に使われる車軸。電車の歯車箱や気動車の減速機用の歯車用の座を備えるのが特徴。
従軸
動力伝達に使われない付随車用の車軸。ブレーキディスクが車軸に取り付く場合は、ディスク用の座を備える。

 

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