철도의 기본 구조는 선로와 차량으로 크게 나눌 수 있으며, 선로의 레일과 차량의 차륜(車輪)과의 접점에서부터 그 기능이 시작된다. 즉, 레일과 차륜이 철도의 기초가 되는 셈이다. 차륜은 무거운 차체(車體)를 짊어진 상태에서 좁은 레일 위를 빠른 속도로 주행(走行)하여야 하므로 그 안전성에 모든 원리가 집약되어야 한다. 즉, 차륜과 레일의 역학적 조합으로 안전운행이 이루어지는 바, 그것은 플랜지(flange) ·차륜구배 ·캔트(cant) ·슬랙(slack) 등의 작용이 총합된 원리에서 얻어지는 결과이다.

차륜은 우선 레일 위에서 이탈되지 않아야 하므로 차륜의 내면 끝에 턱을 만들어 놓았다. 그것을 플랜지라고 한다. 그리고 차륜은 2개가 1개의 축(軸)에 고정되어 있으므로 차륜의 회전수는 양쪽이 항상 같다. 그런데 곡선부를 주행할 때는 양측의 주행거리가 달라진다. 곡선의 바깥측이 더 길어지기 때문이다. 고정축(固定軸)의 두 차륜이 주행거리가 달라질 경우 탈선의 위험이 생기므로, 그것을 방지하기 위하여 차륜의 지름에 변화를 주는 방법이 필요하고, 그래서 고안된 것이 차륜구배이다. 즉 차륜 둘레면이 평면이 아니라 선로의 안쪽에서 바깥쪽으로 완만한 기울기를 이루게 만든 것으로, 그 효과는 차륜의 둘레를 변화시켜 주행거리를 맞추어 준다.

모든 물체의 무게중심은 물체의 중심부에서 수직으로 향하며 그것이 안전한 상태인데, 움직이는 물체는 그 운동의 방향에 따라 그 무게중심이 변하게 된다. 철도차량의 무게중심도 선로의 중심부로 향해 있어야 안전이 유지되는데 차량이 곡선부를 주행하면 원심력이 생겨 중심방향이 그 영향을 받아 이동하게 된다. 따라서 차체가 전복할 위험이 발생한다. 그래서 그 중심을 지면과 수직에 가깝게 해주기 위하여 선로면을 기울게 만들어 두 레일에 고저(高低)의 차이를 두어야 하는데, 그것을 캔트라고 한다.

또한 곡선부를 주행할 때는 원심력에 의하여 차량이 밖으로 쏠리고, 그로 인하여 차륜구배를 이용한 차륜의 주행거리 조절이 되는 바, 그 차륜구배의 이동을 자유롭게 하여 줄 필요가 있다. 직선상에서 표준궤간이 그대로 적용이 되면 그 작용이 원활하게 되지 않으므로 곡선부에서는 궤간에 약간의 여유를 두어야 한다. 이것을 슬랙이라고 한다.

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