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鉄道の車輪は20分の1の傾斜の円錐形の形状をしているそうです。 なぜ傾斜は20分の1なのでしょうか。 物理的に説明するにはどうしたらいいでしょうか。

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A 回答 (6件)

脱線防止、カーブではレールに施されたスラックやカントと合わせてスムーズに曲がるように作用します。



ネット上に論文がありますので興味があればお読みください。「CiNii 論文PDF - オープンアクセス」で表示されます(pdf)。
http://ci.nii.ac.jp/naid/110002388525
http://ci.nii.ac.jp/naid/110002388524

鉄道工学の多くの要素は、そのほとんどが経験的に決まったもので、理論化されるのは後年のことというのがほとんどです。

なお、新幹線車両の車輪は初期には1/40の円錐形状の踏面が使われました。現在は円弧を組み合わせた踏面形状に変更されており、単純な傾斜として表現することは出来ません。
http://www.hino.meisei-u.ac.jp/me/miyamoto/about …
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#4です。


「作動」装置は「差動」装置の誤りです。
もうしわけありません。 
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#1


>脱線を防止する工夫です。

#3
>鉄道車両には、自動車のように差動装置(ディフェレンシャル)がついていないので、カーブの際、内側の車輪が動く距離と、外側の車輪が動く距離が、異なることの調整が出来ません。

作動装置として働いていることが脱線防止になっているということです。
作動装置がなければどちらかの車輪が滑ることになります。

しかしもう一つの効果があります。
車輪に太い部分と細い部分があると車体をカーブの内側に傾ける効果が出てきます。
レール面自体も傾いていますが車輪の半径の違いでさらに内側に傾けることになります。
これも脱線防止に働きます。
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 もう回答者の方々が、要点を挙げていらっしゃるので、これはほんの付けたりです。



 鉄道車両には、自動車のように差動装置(ディフェレンシャル)がついていないので、カーブの際、内側の車輪が動く距離と、外側の車輪が動く距離が、異なることの調整が出来ません。

 しかし車輪を円錐台にして、カーブで起こる遠心力で、外側はフランジ側に押されて円錐台の太い方、内側は細い方がレールに接しているので、差動装置に似た調整が出来ます。

 なぜ20分の1なのかは分かりませんが、この辺りも考慮されているのでしょう。
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 傾斜が付いている理由は知っているが、1/20でなければならない理由は分からないニャ。

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こんにちは。



円錐というよりは円錐台ですよね。
脱線を防止する工夫です。

なぜ18分の1でもなく22分の1でもなく20分の1なのか、ということであれば、実験の結果で決めたとしか考えられません。
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Aベストアンサー

こんにちは。
車輪にテーパーが付いている所が正にポイントです。

直線で車輪が左右に振られた場合、車輪が寄った側が外径が大きくなります。
引っ張られた側は外径が小さくなります。
そうなると円錐を転がしたように外径の小さい方へ引っ張られると言うか曲がります。

逆に今度は反対側に寄りますとまた外径の小さい反対側へ引っ張られます。

この繰り返しで車軸はレールの中央に落ち着かざる終えない事になります。

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反対はフランジは無く車輪はテーパーではありません。

こんにちは。
車輪にテーパーが付いている所が正にポイントです。

直線で車輪が左右に振られた場合、車輪が寄った側が外径が大きくなります。
引っ張られた側は外径が小さくなります。
そうなると円錐を転がしたように外径の小さい方へ引っ張られると言うか曲がります。

逆に今度は反対側に寄りますとまた外径の小さい反対側へ引っ張られます。

この繰り返しで車軸はレールの中央に落ち着かざる終えない事になります。

曲線カーブは外側に力が掛かりますので内側が外径が小さくなるので内側へ曲が...続きを読む

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
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・・・であるとして、回答します。

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