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Bogie Assembly, Suspension and Load Transmission
Bogie Assembly, Suspension and Load Transmission
New Rail integrates two independently driven cylindrical-wheel units with a single-axle bogie frame.
The wheel units are connected to the bogie frame through suspension units and vertical-connection units. These two mechanical systems transmit vertical loads and horizontal forces and moments through separate paths while allowing the necessary relative movements.
1. Independent Wheel Units and Bogie Assembly
1. Independent Wheel Units and Bogie Assembly
Two Independently Driven Wheel Units
Two Independently Driven Wheel Units
The single-axle bogie consists of two independently driven wheel units, one on each side.
Each wheel unit has its own cylindrical running wheel, axle and driving motor.
Left wheel unit: Left motor → Left gearbox → Left running wheel
Right wheel unit: Right motor → Right gearbox → Right running wheel
A single axle refers to the common axle position of the two running wheels, not to a rigid common rotating axle.
Assembly with the Bogie Frame
Assembly with the Bogie Frame
The bogie frame is lowered onto the two wheel units, forming two distinct mechanical connections.
① Vertical Connection
Bogie insert rods enter the corresponding openings in the bogie frame. These connections transmit horizontal forces and moments.
② Suspension Connection
Suspension units connect to the suspension-unit supports on the bogie frame and transmit vertical loads.
In the illustrated embodiment, two insert rods are provided for each wheel unit, one at the front and one at the rear, giving a total of four insert rods.
The longitudinal separation of these connections enables the transmission of horizontal forces and local yaw moments.
2. Vertical Load Path and Suspension
2. Vertical Load Path and Suspension
Vehicle vertical loads are transmitted through the following structural path:
Vehicle Body → Central Pivot Unit → Insert-Opening Support Beams → Suspension-Unit Supports → Suspension Units → Wheel Frames → Cylindrical Wheel Axles → Cylindrical Running Wheels → Rails
The suspension units carry vertical loads while accommodating vertical shock and vibration.
Each wheel unit uses a pair of wheel frames with bearings supporting the cylindrical wheel axle. In the illustrated embodiment, two suspension units are provided for each wheel unit.
The suspension combines elastic elements for vertical support with dampers for vibration-energy dissipation.
The safety wheels and bogie insert rods are not part of the vehicle's vertical-load transmission path.
3. Horizontal Force and Moment Transmission
3. Horizontal Force and Moment Transmission
Horizontal forces and moments are transmitted through a separate structural path:
Cylindrical Running Wheel → Wheel Axle → Wheel Frame → Horizontal Support Unit → Bogie Insert Rods and Openings → Bogie Frame → Central Pivot Unit → Vehicle Body
Upper Central Pivot
Upper Central Pivot
The central pivot unit transmits five load components:
One vertical force
Two horizontal forces
Two moments: roll and pitch
Yaw rotation is permitted, and yaw moment is not transmitted through the upper central pivot.
Lower Vertical Connections
Lower Vertical Connections
The lower vertical-connection units transmit horizontal forces and moments, including local yaw moments.
In the illustrated load arrangement, the opposing local yaw moments balance each other, while the upper central pivot permits the complete bogie to rotate horizontally.
This arrangement distinguishes local moment transmission within the bogie from the permitted rotation of the complete bogie relative to the vehicle body.
4. Vertical Movement and Five-Direction Restraint
4. Vertical Movement and Five-Direction Restraint
The vertical-connection unit permits relative vertical movement between each wheel unit and the bogie frame while restraining the other five relative movements.
Permitted Movement — One Direction
Vertical translation
Restrained Movements — Five Directions
Longitudinal translation
Lateral translation
Roll rotation
Pitch rotation
Yaw rotation
The illustrated connection uses eight guide rollers arranged on four faces at upper and lower positions.
This guidance structure allows each wheel unit to accommodate vertical height differences while maintaining the horizontal force and moment transmission path.
The suspension units simultaneously carry vertical loads and accommodate vertical movement, helping the running wheels maintain rail contact through changing track elevations and cant transitions.
Key Mechanical Principle
Key Mechanical Principle
Two independently driven wheel units + Separate vertical and horizontal load paths + Vertical relative movement + Whole-bogie horizontal rotation
These mechanical functions are integrated into one flexible, load-decoupled single-axle cylindrical-wheel bogie.
The structure provides the mechanical basis for active steering of the complete bogie while accommodating vertical wheel-unit movements.
Email : parkkyeungsik@gmail.com
LinkedIn : https://www.linkedin.com/in/kyeungsik-park-58b879281/?locale=ko
대차 조립구조와 수직·수평하중 전달
대차 조립구조와 수직·수평하중 전달
New Rail은 좌우 독립구동 원통바퀴유닛 2개를 하나의 1축대차프레임에 결합합니다.
바퀴유닛과 대차프레임은 현가유닛과 수직연결유닛으로 연결됩니다. 두 기계적 연결구조는 수직하중은 현가유닛으로, 수평하중·모멘트는 수직연결유닛으로 각각 서로 다른 경로로 전달하면서 필요한 수직운동을 허용합니다.
1. 독립 바퀴유닛과 대차프레임의 결합
1. 독립 바퀴유닛과 대차프레임의 결합
좌우 독립구동 바퀴유닛
좌우 독립구동 바퀴유닛
1축대차는 좌우에 각각 배치된 독립구동 바퀴유닛 2개로 구성됩니다.
각 바퀴유닛은 독립적인 원통주행바퀴, 바퀴축과 주행모터를 갖습니다.
좌측 바퀴유닛: 좌측 모터 → 좌측 기어박스 → 좌측 원통바퀴
우측 바퀴유닛: 우측 모터 → 우측 기어박스 → 우측 원통바퀴
1축은 좌우 주행바퀴 한 쌍이 일치하는 하나의 축 위치를 뜻하며, 공통 회전축을 의미하지 않습니다.
대차프레임과의 결합
대차프레임과의 결합
대차프레임이 좌우 바퀴유닛 위로 내려오면서 두 가지 기계적 연결이 형성됩니다.
① 수직연결유닛
바퀴유닛의 대차삽입봉이 대차프레임의 대차삽입구에 삽입되어 결합하며, 수평하중과 모멘트를 전달합니다.
이번 설명에서는 바퀴유닛마다 전후에 대차삽입봉을 1개씩 배치하여 전체 4개의 대차삽입봉으로 구성합니다.
전후로 이격된 연결부는 수평하중과 국부 요모멘트를 전달하는 구조를 형성합니다.
② 현가 연결
탄성유닛과 댐퍼로 구성된 현가유닛이 대차프레임의 현가유닛지지대에 연결되어 수직하중을 전달합니다.
2. 수직하중 전달경로와 현가계통
2. 수직하중 전달경로와 현가계통
차체의 수직하중은 다음 경로로 전달됩니다.
차체 → 회전중심유닛 → 삽입구지지대 → 현가유닛지지대 → 현가유닛 → 바퀴프레임 → 원통바퀴축 → 원통주행바퀴 → 레일
탄성유닛과 댐퍼로 구성된 현가유닛은 차량의 수직하중을 전달하면서 수직방향의 충격과 진동을 수용합니다.
각 바퀴유닛에는 원통바퀴축을 지지하는 한 쌍의 바퀴프레임이 있으며, 중앙의 베어링으로 축을 지지합니다. 이번 설명에서는 바퀴유닛마다 좌우로 현가유닛 2조를 배치합니다.
현가장치는 수직하중을 지지하는 탄성부재와 진동에너지를 흡수하는 댐퍼로 구성합니다.
3. 수평하중과 모멘트 전달경로
3. 수평하중과 모멘트 전달경로
수평하중과 모멘트는 다음과 같이 별도의 경로로 전달됩니다.
원통주행바퀴 → 원통바퀴축 → 바퀴프레임 → 수평지지유닛 → 대차삽입봉·대차삽입구 → 대차프레임 → 회전중심유닛 → 차체
상부 회전중심유닛
상부 회전중심유닛
상부 회전중심유닛은 다음 5개 하중성분을 전달합니다.
수직하중 1개
수평하중 2개
롤·피치 모멘트 2개
하부 수직연결유닛
하부 수직연결유닛
하부 수직연결유닛은 수평하중과 모멘트를 전달하며, 국부 요모멘트의 전달도 포함합니다.
대차프레임에서는 서로 반대 방향의 국부 요모멘트가 생성되고, 상부 회전중심유닛은 대차 전체의 수평회전을 허용합니다.
즉, 대차 내부에서 국부적인 모멘트를 전달하는 구조와 차체에 대한 대차 전체의 수평회전을 허용하는 구조를 구분합니다.
4. 수직상대이동 허용과 5방향 구속
4. 수직상대이동 허용과 5방향 구속
수직연결유닛과 현가유닛은 각 바퀴유닛과 대차프레임 사이의 수직상대이동을 허용하면서 나머지 5방향의 상대운동을 구속합니다.
허용하는 운동 — 1방향
수직이동
구속하는 운동 — 5방향
종방향 이동
횡방향 이동
롤 회전
피치 회전
요 회전
이번 실시예에서는 대차삽입봉을 안내하기 위하여 4면에 상·하 2개씩 총 8개의 수직연결바퀴를 배치합니다.
이 안내구조는 각 바퀴유닛의 수직상대이동을 허용하면서 수평하중과 모멘트의 전달을 유지합니다.
동시에 현가유닛은 수직하중을 지지하고 수직운동을 수용하여, 레일 높이 변화나 캔트체감구간에서도 원통주행바퀴가 레일과의 접촉을 유지하도록 합니다.
핵심 기계원리
핵심 기계원리
좌우 독립구동 바퀴유닛 2개 + 수직·수평하중 경로 분리 + 바퀴유닛의 수직상대이동 + 대차 전체의 수평회전
이 네 가지 기능이 결합되어 하나의 유연한 하중분리형 1축원통대차를 구성합니다.
1축원통바퀴 2개를 연결한 2축대차는 그 유연성이 더욱 효과적으로 발휘됩니다
이러한 기계구조는 각 바퀴유닛의 수직운동을 수용하면서 2축 대차 전체를 능동적으로 조향하는 기반을 제공합니다.
Email : parkkyeungsik@gmail.com
LinkedIn : https://www.linkedin.com/in/kyeungsik-park-58b879281/?locale=ko
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