چرخ قطار برخلاف چرخ خودرو، سطحی کاملا صاف و استوانه‌ای ندارد؛ سطح تماس آن با ریل کمی شیب‌دار و مخروطی طراحی شده است. این شکل خاص به قطار کمک می‌کند بدون استفاده از فرمان، مسیر مستقیم را حفظ کند و در پیچ‌ها با اصطکاک و سایش کمتری حرکت کند.
۰:۰۰ / ۰:۰۰لایکدلیل اصلی این طراحی به ساختار چرخ‌های قطار برمی‌گردد. دو چرخ هر محور با یک میله‌ی فلزی به نام «محور» به هم متصل‌اند و نمی‌توانند مستقل از یکدیگر بچرخند؛ یعنی هر دو در هر لحظه تعداد دور یکسانی دارند. اگر سطح چرخ‌ها کاملا استوانه‌ای بود، قطر موثر هر دو چرخ یکسان می‌ماند و در پیچ‌ها مشکل ایجاد می‌شد.
کپی لینکشکل مخروطی چرخ‌ها چه کمکی می‌کند؟
وقتی قطار وارد پیچ می‌شود، ریل بیرونی مسیر طولانی‌تری نسبت به ریل داخلی دارد. بنابراین چرخ بیرونی باید مسافت بیشتری را طی کند؛ اما چون دو چرخ روی یک محور قرار دارند و با سرعت زاویه‌ای یکسان می‌چرخند، چرخ استوانه‌ای نمی‌تواند به‌تنهایی این تفاوت مسافت را جبران کند؛ در نتیجه بخشی از حرکت به لغزش و سایش چرخ و ریل تبدیل می‌شود.
طراحی مخروطی این مشکل را تا حد زیادی برطرف می‌کند. وقتی مجموعه‌ی دو چرخ کمی به یک سمت جابه‌جا می‌شود، نقطه‌ی تماس چرخ بیرونی با ریل به بخشی با شعاع غلتش بزرگ‌تر منتقل می‌شود و چرخ داخلی روی بخشی با شعاع کوچک‌تر حرکت می‌کند. در نتیجه، چرخ بیرونی با هر دور چرخش مسافت بیشتری می‌پیماید و چرخ داخلی مسافت کمتری؛ درست همان چیزی که برای عبور از پیچ لازم است.
این ویژگی علاوه‌بر کمک به عبور از پیچ‌ها، در حرکت مستقیم هم نقش دارد. اگر مجموعه‌ی چرخ‌ها کمی به یک سمت منحرف شود، اختلاف شعاع غلتش دو چرخ نیرویی ایجاد می‌کند که تمایل دارد آن را دوباره به موقعیت مرکزی برگرداند. البته این سازوکار در سرعت‌های بالا می‌تواند باعث نوسان جانبی مجموعه‌ی چرخ‌ها شود؛ به همین دلیل طراحی دقیق شکل چرخ و سیستم تعلیق اهمیت زیادی دارد.
کپی لینکلبهی برجسته‌ی چرخ قطار چه وظیفه‌ای دارد؟
در بخش داخلی هر چرخ، لبه‌ای برجسته به نام «فلنج» وجود دارد. این لبه کمک می‌کند چرخ از ریل خارج نشود و در شرایطی که حرکت جانبی مجموعه‌ی چرخ‌ها زیاد است، آن را هدایت می‌کند. برخلاف تصور رایج، فلنج‌ها در حرکت عادی قرار نیست دائما به لبه‌ی ریل ساییده شوند؛ شکل مخروطی چرخ‌ها و هندسه‌ی تماس با ریل بخش مهمی از هدایت قطار را برعهده دارند و فلنج بیشتر نقش حفاظتی و کنترلی دارد.
البته چرخ قطار در عمل یک مخروط هندسی ساده نیست. سطح غلتش آن با انحناها و تغییرات دقیقی طراحی می‌شود تا تعادل میان پایداری در سرعت بالا، عبور از پیچ‌ها و کاهش سایش حفظ شود. بنابراین شکل غیر‌استوانه‌ای چرخ‌ها نتیجه‌ی یک انتخاب مهندسی مهم است: استفاده از هندسه‌ی چرخ برای هدایت قطار، بدون نیاز به سازوکار فرمان مستقل برای هر چرخ.
