Las ruedas del tren realizan las siguientes tres funciones:
1. La función genérica de la rueda, es decir, transportar la carrocería del tren.
2. Prevención del descarrilamiento mediante la incorporación de bridas.
3. Diferencial.
Los dos primeros son principalmente obvios para las personas, sin embargo, es la tercera función, que muchos desconocen y es específica solo de los ferrocarriles. En los automóviles, la provisión de diferencial se logra mediante la incorporación de un engranaje diferencial. Sin embargo, en los trenes, la rueda está perfilada de tal manera que por sí misma realiza la función del diferencial.
Para entender, en primer lugar explicaré el concepto de diferencial. La provisión de diferencial es que hay vehículos terrestres de más de 3 ruedas, desde un rickshaw de ciclo hasta autos, camiones y autobuses y trenes. El requisito de tal disposición es bastante simple, como se explica en la siguiente imagen de un automóvil que negocia una curva:
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Claramente de la imagen de arriba, mientras se negocia la curva, la distancia recorrida por el par de ruedas externas es mayor que la distancia recorrida por el par de ruedas internas. Para lograr esto, el movimiento de las dos ruedas conectadas entre sí en un eje, debe ser independiente entre sí. Esto se logra en el caso de los automóviles mediante la incorporación de un engranaje diferencial. La potencia del motor del automóvil se transmite a las dos ruedas del eje impulsado a través de un engranaje diferencial. (No detallaría el mecanismo del engranaje diferencial)
Sin embargo, volviendo a los trenes, un par de ruedas de un tren montado en un eje se ve algo como se muestra en la imagen a continuación:
Dado que ambas ruedas están presionadas en el eje, el movimiento NO es independiente entre sí. La velocidad de rotación de ambas ruedas sigue siendo la misma. Por lo tanto, ahora surge la pregunta de cómo el tren negocia una curva, cuando la velocidad de rotación de ambas ruedas es la misma. ¿Cómo las dos ruedas montadas en un eje viajarán dos distancias diferentes cuando no pueden viajar a dos velocidades diferentes?
La respuesta a la situación anterior se encuentra en el perfil de la rueda, que es como se muestra en la siguiente imagen (la imagen muestra el perfil de la rueda izquierda):
Si miramos de cerca, el perfil de la rueda, podemos notar que está ligeramente cónica desde el lado con bridas hacia el lado sin bridas. Por lo tanto, el diámetro de la rueda hacia el lado con bridas será mayor que el diámetro de la rueda hacia el lado sin bridas.
Cuando el tren está negociando una curva, el cuerpo del tren tiende a alinearse de manera tal que, cuando un tren está negociando un giro a la derecha, el punto de contacto entre la rueda y el riel tiende a desplazarse hacia el lado con bridas. Por lo tanto, para la rueda izquierda, el punto de contacto entre la rueda y el riel estará más cerca del lado con bridas y para la rueda derecha, el punto de contacto entre la rueda y el riel estará hacia el lado sin bridas. Por lo tanto, para la rueda izquierda, la sección transversal de la rueda con mayor diámetro estará en contacto con el riel, y para la rueda derecha, la sección transversal de la rueda con menor diámetro estará en contacto con el riel. Ahora, la velocidad de rotación de ambas ruedas es la misma, sin embargo, dado que durante la curva, la sección transversal de diferentes diámetros de cada rueda realmente se ejecutará sobre rieles, la distancia recorrida por la rueda hacia afuera mientras se negocia la curva (rueda izquierda en caso de giro a la derecha) será mayor que la distancia recorrida por la rueda interior (rueda derecha en caso de giro a la derecha).
Por lo tanto, para cumplir con todos los requisitos de las ruedas del tren, la brida siempre debe estar hacia adentro. Una rueda con una brida externa nunca podrá cumplir los requisitos anteriores. Una brida de la rueda en nada más que una extensión acelerada del cono requerida en las ruedas del tren.