CN110100109A - 盘式制动装置 - Google Patents

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CN110100109A CN201780080436.8A CN201780080436A CN110100109A CN 110100109 A CN110100109 A CN 110100109A CN 201780080436 A CN201780080436 A CN 201780080436A CN 110100109 A CN110100109 A CN 110100109A
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阿佐部和孝
宫部成央
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Abstract

盘式制动装置(1)包括制动盘(2)、制动衬片(3)及制动钳(4)。制动衬片(3)包含摩擦构件(9)和用于支承摩擦构件(9)的基板(10)。在将多个螺栓孔(7)沿车轴(5)的方向投影于基板(10)的背面(13)时，边界(16)通过所投影的多个螺栓孔(7)的区域。制动钳(4)包含用于对内侧区域(14)施加载荷的内侧按压面(17)和用于对外侧区域(15)施加载荷的外侧按压面(18)。从内侧按压面(17)对内侧区域(14)施加的载荷与从外侧按压面(18)对外侧区域(15)施加的载荷不同。由此，能够抑制制动盘的局部的温度上升并进一步抑制由螺栓负载的应力。

Description

盘式制动装置
技术领域
本发明涉及一种盘式制动装置。更详细地讲，是涉及一种铁道车辆的盘式制动装置。
背景技术
近年来，随着铁道车辆的高速化，铁道车辆的制动大多使用盘式制动装置。在盘式制动装置中，制动钳对制动衬片施加载荷。由此，制动衬片被按压于制动盘。盘式制动装置利用制动衬片的摩擦构件与制动盘之间的摩擦而获得制动力。
制动衬片的摩擦构件与制动盘之间的摩擦使制动盘的温度上升。在制动钳对制动衬片施加载荷的部位较少的情况下，制动盘的温度特别易于上升。若制动盘的温度过度上升，则制动盘和制动衬片较快磨损。因而，期望的是，抑制制动盘的过度的温度上升。
能够抑制制动盘的温度上升的盘式制动装置例如记载于日本特开2009－257578号公报(专利文献1)和日本特开2014－59011号公报(专利文献2)。
专利文献1所记载的盘式制动装置包括具有多个按压面的制动钳。在专利文献1的盘式制动装置中，从多个按压面对制动衬片施加载荷。因此，从制动钳对制动衬片施加的载荷分散。从制动衬片对制动盘施加的压力减小。由此，在专利文献1中记载，能够抑制制动盘和制动衬片的磨损，能够抑制制动工作过程中的制动盘和制动衬片的温度上升。
专利文献2所记载的盘式制动装置包括包含多个摩擦构件的制动衬片和用于分别支承多个摩擦构件的摆动调整机构。摆动调整机构能够对多个摩擦构件分别施加载荷。因此，即使制动盘的滑动面有凹凸，也能够将各摩擦构件按压于制动盘。因此，从1个摩擦构件对制动盘施加的压力减小。由此，在专利文献2中记载，能够抑制制动盘的温度局部上升的状况，能够抑制制动盘的热裂纹。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－257578号公报
专利文献2：日本特开2014－59011号公报
发明内容
发明要解决的问题
制动盘利用螺栓紧固于车轮。由于专利文献1和专利文献2的盘式制动装置抑制制动盘的局部的温度上升，因此制动盘的温度不会过度上升。因此，制动衬片的摩擦构件和制动盘不易较快磨损。
但是，在专利文献1的盘式制动装置中，从各按压面对制动衬片施加的载荷相等。在专利文献2的盘式制动装置中，从摆动调整机构对各摩擦构件施加的载荷相等。在这样均匀地按压制动盘的滑动面整体这样的情况下，存在由将制动盘固定于车轮的螺栓负载的应力升高的情况。
本发明的目的在于，提供一种能够抑制制动盘的局部的温度上升并进一步抑制由螺栓负载的应力的盘式制动装置。
用于解决问题的方案
本实施方式的盘式制动装置用于对安装于车轴的车轮进行制动。盘式制动装置包括制动盘、制动衬片及制动钳。制动盘具有滑动面和配置在同一圆周上的多个螺栓孔。制动盘利用分别穿过多个螺栓孔的螺栓紧固于车轮。制动衬片与制动盘相对。制动衬片包含摩擦构件和用于支承摩擦构件的基板。制动钳通过对基板的背面施加载荷而将摩擦构件按压于滑动面。基板的背面被以车轴的轴心为中心的圆弧状的边界划分为内侧区域和外侧区域。在将多个螺栓孔沿车轴的方向投影于基板的背面时，边界通过所投影的多个螺栓孔的区域。制动钳包含用于对内侧区域施加载荷的内侧按压面和用于对外侧区域施加载荷的外侧按压面。从内侧按压面对内侧区域施加的载荷与从外侧按压面对外侧区域施加的载荷不同。
发明的效果
本发明的盘式制动装置能够抑制制动盘的局部的温度上升并进一步抑制由螺栓负载的应力。
附图说明
图1是从车轴的方向观察第1实施方式的盘式制动装置的主视图。
图2是沿着图1中的II－II线的剖视图。
图3是制动衬片的立体图。
图4是从车轴的方向观察制动衬片和制动钳的主视图。
图5是表示制动衬片的背面、内侧按压面及外侧按压面的图。
图6是第2实施方式的盘式制动装置的剖视图。
图7是制动衬片和制动钳的立体图。
图8是从车轴的方向观察制动钳的主视图。
图9是第3实施方式的制动衬片和制动钳的剖视图。
图10是实施例1的FEM分析模型的主视图。
图11是沿着图10中的XI－XI线的剖视图。
图12是表示试验编号1～4中的向制动盘输入的热量输入分布的图。
图13是表示试验编号5～9中的向制动盘输入的热量输入分布的图。
图14是表示相对于试验编号9而言的螺栓安全率的相对值的图。
图15是实施例2的FEM分析模型的剖视图。
图16是表示试验编号10～12及试验编号17中的向制动盘输入的热量输入分布的图。
图17是表示试验编号13和试验编号14中的向制动盘输入的热量输入分布的图。
图18是表示试验编号15和试验编号16中的向制动盘输入的热量输入分布的图。
图19是表示相对于试验编号17而言的螺栓安全率的相对值的图。
具体实施方式
(1)本实施方式的盘式制动装置用于对安装于车轴的车轮进行制动。盘式制动装置包括制动盘、制动衬片及制动钳。制动盘具有滑动面和配置在同一圆周上的多个螺栓孔。制动盘利用分别穿过多个螺栓孔的螺栓紧固于车轮。制动衬片与制动盘相对。制动衬片包含摩擦构件和用于支承摩擦构件的基板。制动钳通过对基板的背面施加载荷而将摩擦构件按压于滑动面。基板的背面被以车轴的轴心为中心的圆弧状的边界划分为内侧区域和外侧区域。在将多个螺栓孔沿车轴的方向投影于基板的背面时，边界通过所投影的多个螺栓孔的区域。制动钳包含用于对内侧区域施加载荷的内侧按压面和用于对外侧区域施加载荷的外侧按压面。从内侧按压面对内侧区域施加的载荷与从外侧按压面对外侧区域施加的载荷不同。
在本实施方式的盘式制动装置中，从制动钳的多个按压面对制动衬片施加载荷。因而，从1个按压面对制动衬片施加的载荷变小。通过制动衬片与制动盘之间的摩擦而向制动盘输入的热通量的最大值变小。由此，抑制了制动盘的局部的温度上升。
此外，在本实施方式的盘式制动装置中，从制动钳的内侧按压面对制动衬片的内侧区域施加的载荷与从外侧按压面对外侧区域施加的载荷不同。因此，在制动衬片被按压于制动盘时，通过制动衬片与制动盘之间的摩擦而向制动盘输入的热量输入分布在制动盘的半径方向上不均匀。像在后述的实施例1中说明的那样，只要向制动盘输入的热量输入分布不均匀，就能抑制由紧固制动盘和车轮的螺栓负载的应力。
(2)上述(1)的盘式制动装置优选的是，从内侧按压面对内侧区域施加的载荷和从外侧按压面对外侧区域施加的载荷中的较大的载荷与较小的载荷之比为1.3以上且6.0以下。
采用这样的结构，在制动衬片被按压于制动盘时，向制动盘输入的热量输入分布在制动盘的半径方向上局部地升高而变得不均匀。因而，进一步抑制了由螺栓负载的应力。
(3)上述(1)的盘式制动装置优选的是，关于从内侧按压面对内侧区域施加的载荷和从外侧按压面对外侧区域施加的载荷这两者，用于负载其中较大的载荷的内侧按压面或者外侧按压面的在制动盘的半径方向上的宽度与制动盘的滑动面的在半径方向上的宽度之比为0.4以上，用于负载其中较小的载荷的内侧按压面或者外侧按压面的在制动盘的半径方向上的宽度与制动盘的滑动面的在半径方向上的宽度之比为0.25以上。
采用这样的结构，从内侧按压面和外侧按压面对制动衬片施加的每单位面积的载荷较小。因此，在制动衬片被按压于制动盘时，通过制动衬片与制动盘之间的摩擦而向制动盘输入的热通量的最大值变小。因而，抑制了制动盘的局部的温度上升。
上述的盘式制动装置也可以采用以下的结构。
(4)在上述(1)的盘式制动装置中，制动钳包含多个内侧按压面和多个外侧按压面。从多个内侧按压面对内侧区域施加的总载荷与从多个外侧按压面对外侧区域施加的总载荷不同。
(5)在上述(1)的盘式制动装置中，制动钳包含1个内侧按压面和多个外侧按压面。从1个内侧按压面对内侧区域施加的载荷与从多个外侧按压面对外侧区域施加的总载荷不同。
(6)在上述(1)的盘式制动装置中，制动钳包含多个内侧按压面和1个外侧按压面。从多个内侧按压面对内侧区域施加的总载荷与从1个外侧按压面对外侧区域施加的载荷不同。
(7)在上述(1)的盘式制动装置中，制动钳包括按压板、包含内侧按压面的内侧构件、包含外侧按压面的外侧构件以及按压面。按压板与基板的背面相对。内侧构件配置在基板的内侧区域和按压板之间，安装于基板的内侧区域和按压板。外侧构件配置在基板的外侧区域和按压板之间，安装于基板的外侧区域和按压板。按压面用于对按压板的背面施加载荷。
采用这样的结构，不对与制动衬片接触的内侧构件和外侧构件直接施加载荷，而对按压板直接施加载荷。内侧构件和外侧构件被制动衬片的背面和按压板夹持。通过对按压板施加载荷，从而将载荷传递到内侧构件和外侧构件。因而，不需要用于分别对内侧构件和外侧构件直接施加载荷的机构。采用本实施方式的盘式制动装置，能够减少用于施加载荷的机构。由此，能够简化盘式制动装置的构造。能够使盘式制动装置轻量。
(8)上述(7)的盘式制动装置优选的是，内侧构件和外侧构件是弹簧。内侧构件的弹簧常数与外侧构件的弹簧常数不同。
采用这样的结构，用于对制动衬片的背面的内侧区域施加载荷的弹簧的弹簧常数与用于对外侧区域施加载荷的弹簧的弹簧常数不同。在对按压板施加载荷而按压板移位时，用于对内侧区域施加载荷的弹簧的位移与用于对外侧区域施加载荷的弹簧的位移大致相同。因而，对内侧区域施加的载荷易于与对外侧区域施加的载荷不同。
(9)上述(7)或(8)的盘式制动装置优选的是，从按压面的中心到内侧构件的中心为止的距离与从按压面的中心到外侧构件的中心为止的距离不同。
采用这样的结构，从按压面对按压板施加的载荷易于不均匀地传递到内侧构件和外侧构件。因而，对内侧区域施加的载荷易于与对外侧区域施加的载荷不同。
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。对图中相同或者相当的部分标注相同的附图标记，不重复其说明。
在本说明书中，车轴的方向意味着沿着车轴的轴心的方向。
在本说明书中，内侧滑动区域相当于在将内侧按压面沿车轴的方向投影于制动盘时内侧按压面在制动盘上描画的轨迹。外侧滑动区域相当于在将外侧按压面沿车轴的方向投影于制动盘时外侧按压面在制动盘上描画的轨迹。
在本说明书中，内侧按压面和外侧按压面之间的间隙相当于内侧滑动区域和外侧滑动区域之间的在制动盘半径方向上的间隔。
[第1实施方式]
图1是从车轴的方向观察第1实施方式的盘式制动装置的主视图。图2是沿着图1中的II－II线的剖视图。参照图1和图2，盘式制动装置1包括制动盘2、制动衬片3及制动钳4。另外，在图1中省略了制动钳。盘式制动装置1用于对安装于车轴5的车轮6进行制动。在图2中虽表示了两个制动盘2、两个制动衬片3及两个制动钳4，但上述的构件是对称的形状。因而，以下，对1个制动盘2、1个制动衬片3及1个制动钳4进行说明。在第2实施方式和第3实施方式中也是同样的。
[制动盘]
制动盘2具有多个螺栓孔7。多个螺栓孔7配置在制动盘2的同一圆周P上。同一圆周P的中心是车轴5的轴心。制动盘2利用分别穿过多个螺栓孔7的螺栓8紧固于车轮6。由此，制动盘2与车轮6一体地旋转。
制动盘2的形状是圆盘。制动盘2的材质例如是钢、碳纤维复合材料等。一般来讲，螺栓孔设有10个～12个。但是，多个螺栓孔7的数量并没有特别的限定。制动盘2具有滑动面11。
[制动衬片]
图3是制动衬片的立体图。参照图2和图3，制动衬片3包含摩擦构件9和基板10。基板10用于支承摩擦构件9。制动衬片3与制动盘2相对。更具体地讲，摩擦构件9与制动盘2的滑动面11相对。制动衬片3通过被按压于制动盘2来对制动盘2进行制动。由于制动盘2固定于车轮6，因此若制动盘2的旋转被制动，则车轮6的旋转被制动。
基板10具有正面12和背面13。在正面12安装有多个摩擦构件9。也可以是，在基板10和摩擦构件9之间夹着弹簧元件等其他的部件。摩擦构件9的材质例如是铸铁材料、金属类烧结材料、树脂(resin)类等。摩擦构件9的形状并没有特别的限定。摩擦构件9的形状例如是圆形、多边形等。摩擦构件9的数量并没有特别的限定。摩擦构件9既可以是1个，也可以是多个。
基板10的背面13被划分为内侧区域14和外侧区域15。内侧区域14和外侧区域15由边界16划分。边界16是以车轴的轴心为中心的圆弧状。虚线所示的多个螺栓孔7是将制动盘的多个螺栓孔沿车轴的方向投影于基板10的背面13而成的。
图4是从车轴的方向观察制动衬片和制动钳的主视图。参照图3和图4，边界16通过所投影的多个螺栓孔7。
[制动钳]
参照图2和图4，制动钳4包含内侧按压面17和外侧按压面18。内侧按压面17以及外侧按压面18与基板10的背面13相对。内侧按压面17用于对内侧区域14施加载荷。外侧按压面18用于对外侧区域15施加载荷。更具体地讲，在车轮的制动时，内侧按压面17对内侧区域14施加载荷，外侧按压面18对外侧区域15施加载荷。
相对于1个制动衬片3设有两个臂19。臂19各自的顶端分支为两个。在臂19的分支出来的顶端分别支承有内侧按压构件和外侧按压构件。内侧按压构件包含内侧按压面17，外侧按压构件包含外侧按压面18。臂19还连结于制动缸20。制动缸20例如是气压缸、液压缸等。臂19包含支点21。在制动时，若制动缸20进行工作，则臂19以支点21为中心旋转。制动衬片3被按压于制动盘，内侧按压面17能够对内侧区域14施加载荷，外侧按压面18能够对外侧区域15施加载荷。采用这样的结构，也能够使制动衬片3自制动盘分离。在支点21安装有支架22。支架22固定于铁道车辆的转向架。
从内侧按压面17对内侧区域14施加的载荷与从外侧按压面18对外侧区域15施加的载荷不同。为了改变对内侧区域14施加的载荷，只要调整从支点21到内侧按压面17的长度L1即可。为了改变对外侧区域15施加的载荷，只要调整从支点21到外侧按压面18的长度L2即可。由此，即使内侧按压面17和外侧按压面18支承于同一个臂19，也能够调整对内侧区域14施加的载荷和对外侧区域15施加的载荷。
[对内侧区域施加的载荷和对外侧区域施加的载荷之比]
将从内侧按压面17对内侧区域14施加的载荷设为P1，将从外侧按压面18对外侧区域15施加的载荷设为P2。载荷P1和载荷P2中的较大的载荷PL与较小的载荷PS之比PL/PS优选为1.3以上且6.0以下。例如在P1＞P2的情况下，是PL/PS＝P1/P2。由此，如后述的实施例1所示进一步抑制了由螺栓负载的应力。
若PL/PS小于1.3，则向制动盘输入的热量输入分布在制动盘的半径方向上接近均匀。因而，PL/PS的下限优选为1.3。但是，即使PL/PS小于1.3，也只要PL/PS大于1.0即可。其原因在于，若PL/PS大于1.0，则向制动盘输入的热量输入分布变得不均匀。
若PL/PS大于6.0，则向制动盘2输入的热量输入分布在制动盘2的半径方向上局部地升高。因此，向制动盘输入的热通量的最大值升高。因而，PL/PS的上限优选为6.0。但是，即使PL/PS大于6.0，也只要不是仅对内侧区域14和外侧区域15中的任一者施加载荷即可。其原因在于，若对内侧区域14和外侧区域15这两者施加载荷，则与仅对任一者施加载荷的情况相比抑制了向制动盘输入的热通量的最大值。
[内侧按压面和外侧按压面的宽度]
图5是表示制动衬片的背面、内侧按压面及外侧按压面的图。参照图5，将内侧按压面17的宽度设为D1，将外侧按压面18的宽度设为D2。用于负载载荷P1和载荷P2中的较大的载荷PL的按压面(内侧按压面17或者外侧按压面18)的在制动盘的半径方向上的宽度DL与滑动面的在制动盘的半径方向上的宽度D(参照图1)之比DL/D优选为0.4以上。此外，用于负载较小的载荷PS的按压面(内侧按压面17或者外侧按压面18)的在制动盘的半径方向上的宽度DS与滑动面的在制动盘的半径方向上的宽度D之比DS/D优选为0.25以上。例如在P1＞P2的情况下，是DL/D＝D1/D，D1/D为0.4以上。由此，如后述的实施例1所示进一步抑制了由螺栓负载的应力。
若DL/D小于0.4，则从内侧按压面17或者外侧按压面18对制动衬片3施加的每单位面积的载荷较大。在制动衬片3被按压于制动盘时，通过制动衬片3与制动盘之间的摩擦向制动盘输入的热通量局部地变大。因此，易于产生制动盘的不均匀磨损、热点。因而，DL/D的下限优选为0.4。
若DS/D小于0.25，则与上述同样，易于产生制动盘的不均匀磨损、热点。因而，DS/D的下限优选为0.25。
[内侧按压面和外侧按压面之间的间隙]
内侧按压面17和外侧按压面18之间的间隙W优选为0以上。若内侧按压面17和外侧按压面18之间的间隙W小于0，则制动盘的螺栓孔7附近的热量输入量易于变大。换言之，向制动盘输入的热量输入分布难以变得不均匀或者易于对螺栓孔7附近局部地进行热量输入。因而，内侧按压面17和外侧按压面18之间的间隙W的下限优选为0。更优选的是，内侧按压面17和外侧按压面18之间的间隙W为10(mm)以上。由此，如后述的实施例1所示进一步抑制了由螺栓负载的应力。
如上所述，在第1实施方式的盘式制动装置中，从制动钳的多个按压面对制动衬片施加载荷。因而，从1个按压面对制动衬片施加的载荷变小。通过制动衬片与制动盘之间的摩擦向制动盘输入的热通量的最大值变小。由此，抑制了制动盘的局部的温度上升。
此外，在第1实施方式的盘式制动装置中，从制动钳的内侧按压面对制动衬片的内侧区域施加的载荷与从外侧按压面对外侧区域施加的载荷不同。因此，在制动衬片被按压于制动盘时，通过制动衬片与制动盘之间的摩擦而向制动盘输入的热量输入分布在制动盘的半径方向上不均匀。像在后述的实施例1中说明的那样，只要向制动盘输入的热量输入分布不均匀，就能抑制由紧固制动盘和车轮的螺栓负载的应力。
本发明的实施方式并不限定于上述的第1实施方式。接着，说明第2实施方式的盘式制动装置。
[第2实施方式]
图6是第2实施方式的盘式制动装置的剖视图。参照图6，在第2实施方式的盘式制动装置中，制动钳4包含按压板23这一点与第1实施方式有所不同。另外，在第2实施方式中，对与第1实施方式相同的结构省略说明。
[制动钳]
图7是制动衬片和制动钳的立体图。图8是从车轴的方向观察制动钳的主视图。参照图7和图8，制动钳4包含按压板23、内侧构件26、外侧构件27及按压面28。按压板23包含正面24和背面25。按压板23的正面24与基板10的背面13相对。
内侧构件26配置在基板10的内侧区域14和按压板23的正面24之间。内侧构件26在制动盘的半径方向上配置在比外侧构件27靠内侧的部位。内侧构件26包含内侧按压面17。内侧构件26安装于基板10的内侧区域14和按压板23。具体地讲，内侧按压面17安装于基板10的内侧区域14。内侧构件26的与内侧按压面17相反的那一侧的端面安装于按压板23的正面24。内侧构件26例如是弹簧、橡胶、金属的圆柱。
外侧构件27配置在基板10的外侧区域15和按压板23的正面24之间。外侧构件27包含外侧按压面18。外侧构件27安装于基板10的外侧区域15和按压板23。具体地讲，外侧按压面18安装于基板10的外侧区域15。外侧构件27的与外侧按压面18相反的那一侧的端面安装于按压板23的正面24。外侧构件27例如是弹簧、橡胶、金属的圆柱。
按压面28用于对按压板23的背面25施加载荷。由于内侧构件26和外侧构件27安装于按压板23，因此从按压面28对按压板23施加的载荷被传递到内侧构件26和外侧构件27。由于内侧构件26和外侧构件27也安装于基板10，因此传递到内侧构件26和外侧构件27的载荷被施加于基板10。
采用这样的结构，内侧按压面17能够对内侧区域14施加载荷。外侧按压面18能够对外侧区域15施加载荷。更具体地讲，在车轮的制动时，内侧按压面17能够对内侧区域14施加载荷，外侧按压面18能够对外侧区域15施加载荷。
相对于1个制动衬片3设有两个臂19。在臂19的顶端支承有按压构件。按压构件包含按压面28。在制动时，按压面28沿着朝向制动衬片3的方向对按压板23施加载荷。臂19连结于制动缸20。在制动时，若制动缸20进行工作，则臂19以支点21为中心旋转。制动衬片3被按压于制动盘2，内侧按压面17能够对内侧区域14施加载荷，外侧按压面18能够对外侧区域15施加载荷。采用这样的结构，也能够使制动衬片3自制动盘2分离。
对内侧构件26和外侧构件27未被基板10和按压板23夹持的盘式制动装置进行说明。在该情况下，为了分别对内侧构件26和外侧构件27施加载荷，另外需要用于分别对内侧构件26和外侧构件27施加载荷的制动缸、臂等机构。即，用于对制动衬片3直接施加载荷的机构的数量需要为与制动衬片3直接接触的构件的数量。
但是，在第2实施方式的盘式制动装置1中，用于对制动衬片3的基板10施加载荷的内侧构件26和外侧构件27被基板10和按压板23夹持。通过对按压板23施加载荷，从而将载荷传递到内侧构件26和外侧构件27。不需要用于分别对内侧构件26和外侧构件27施加载荷的机构。若对按压板23施加载荷，则该载荷被分散地施加于内侧构件26和外侧构件27。因而，采用第2实施方式的盘式制动装置，能够减少用于施加载荷的机构。由此，能够简化盘式制动装置的构造。能够使盘式制动装置轻量。
在第2实施方式的盘式制动装置中，也与第1实施方式同样，从内侧构件26的内侧按压面17对内侧区域14施加的载荷与从外侧构件27的外侧按压面18对外侧区域15施加的载荷不同。在第2实施方式的盘式制动装置中为了使对内侧区域14施加的载荷和对外侧区域15施加的载荷不同，存在以下的方法。
对内侧构件26和外侧构件27是弹簧的情况进行说明。弹簧的种类并没有特别的限定，但内侧构件26和外侧构件27优选为碟形弹簧。其原因在于，制动衬片3和按压板23之间的间隙较小即可。在制动时，若对按压板23施加载荷，则按压板23向靠近制动衬片3的方向移位。内侧构件26和外侧构件27被按压板23和基板10夹持。因此，若按压板23移位，则内侧构件26和外侧构件27也移位。在此，作为内侧构件26的弹簧的弹簧常数与作为外侧构件27的弹簧的弹簧常数不同。因而，若内侧构件26的位移量和外侧构件27的位移量相同，则从内侧构件26的内侧按压面17对内侧区域14施加的载荷与从外侧构件27的外侧按压面18对外侧区域施加的载荷不同。此外，即使在内侧构件26的位移量与外侧构件27的位移量不同的情况下，如果内侧构件26的弹簧常数与外侧构件27的弹簧常数不同，则现实中对内侧区域14施加的载荷也难以与对外侧区域15施加的载荷相同。
此外，作为使对内侧区域14施加的载荷和对外侧区域15施加的载荷不同的方法，存在以下的方法。
参照图8，从按压面28的中心到内侧构件26的中心的距离L1与从按压面28的中心到外侧构件27的中心的距离L2不同。在该情况下，内侧构件26和外侧构件27既可以是弹簧，也可以不是弹簧。内侧构件26和外侧构件27例如是弹簧、橡胶、金属制的圆柱等。
如上所述，在制动时，从按压面28向靠近制动衬片的方向对按压板23的背面25施加载荷。该载荷被分散地传递到内侧构件26和外侧构件27。若从按压面28的中心到内侧构件26的中心的距离L1与从按压面28的中心到外侧构件27的中心的距离L2不同，则为了保持按压板23的力矩的平衡，对内侧构件26施加的载荷与对外侧构件27施加的载荷不同。因而，对制动衬片3的内侧区域14施加的载荷与对外侧区域15施加的载荷不同。
按压面28的中心是指，在将从按压面28对按压板23施加的分布载荷替换为集中载荷时该集中载荷所作用的点。内侧构件26的中心是指，在将从内侧按压面17对制动衬片3施加的分布载荷替换为集中载荷时该集中载荷所作用的点。外侧构件27的中心也相同。
以上，说明了使对内侧区域14施加的载荷和对外侧区域15施加的载荷不同的方法的例子。但是，第2实施方式的盘式制动装置并不限定于该情况。对制动衬片3的内侧区域14施加的载荷与对外侧区域15施加的载荷不同即可，其结构并没有特别的限定。若对内侧区域14施加的载荷与对外侧区域15施加的载荷不同，则像在后述的实施例1中说明的那样，向制动盘输入的热量输入分布变得不均匀。其结果，抑制了由紧固制动盘和车轮的螺栓负载的应力。
[内侧构件的弹簧常数与外侧构件的弹簧常数之比]
在内侧构件和外侧构件是弹簧的情况下，内侧构件的弹簧常数K1与外侧构件的弹簧常数K2之比K1/K2优选为0.5以上且3以下。但是，排除K1/K2是1的情况。像在后述的实施例2中说明的那样，若K1/K2为0.5以上、3以下(排除1)，则向制动盘输入的热量输入分布变得不均匀，能够抑制由螺栓负载的应力。
如上所述，在第2实施方式的盘式制动装置中，抑制了制动盘的局部的温度上升。此外，通过制动衬片与制动盘之间的摩擦而向制动盘输入的热量输入分布不均匀。因此，抑制了由紧固制动盘和车轮的螺栓负载的应力。并且，在第2实施方式的盘式制动装置中，不是对与制动衬片接触的内侧构件和外侧构件直接施加载荷，而是对按压板直接施加载荷。内侧构件和外侧构件被制动衬片的背面和按压板夹持。通过对按压板施加载荷，从而将力传递到内侧构件和外侧构件。因而，不需要用于分别对内侧构件和外侧构件施加载荷的机构。采用第2实施方式的盘式制动装置，能够减少用于施加载荷的机构。由此，能够简化盘式制动装置的构造。能够使盘式制动装置轻量。
接着，说明第3实施方式的盘式制动装置。
[第3实施方式]
图9是第3实施方式的制动衬片和制动钳的剖视图。图9是沿着制动盘的半径方向的截面。参照图9，第3实施方式的盘式制动装置的基本结构与第2实施方式的盘式制动装置的结构相同。但是，在第3实施方式的盘式制动装置中，按压板23和基板10利用铆钉29连结，这一点与第2实施方式不同。另外，在第3实施方式中，对与第2实施方式相同的结构省略说明。
在图9中表示内侧构件26和外侧构件27是碟形弹簧的情况。制动衬片包含摩擦构件9和基板10。制动钳包含按压板23、内侧构件26、外侧构件27及按压面28。另外，一般来讲，在图9中，有时将用附图标记10表示的构件称作“背衬”，将用附图标记23表示的构件称作“基板”。但是，本说明书中，将用附图标记10表示的构件称作“基板”，将用附图标记23表示的构件称作“按压板”。
内侧构件26和外侧构件27配置在按压板23和基板10之间。按压板23和基板10利用铆钉29连结。通过利用铆钉29进行的连结，按压板23能够沿着铆钉29的轴向靠近基板10。因而，若从按压面28对按压板23的背面施加载荷，则对基板10的背面施加载荷。
即使是这样的结构，也与上述的实施方式同样地抑制了制动盘的局部的温度上升。此外，能够使向制动盘输入的热量输入分布不均匀，抑制了由紧固制动盘和车轮的螺栓负载的应力。并且，能够简化盘式制动装置的构造。
【实施例1】
在实施例1中，设想上述的第1实施方式的盘式制动装置，调查对内侧区域施加的载荷与对外侧区域施加的载荷不同的情况下的向制动盘输入的热量输入分布和由螺栓负载的应力。其结果可知，若对内侧区域施加的载荷与对外侧区域施加的载荷不同，则向制动盘输入的热量输入分布变得不均匀，抑制了由螺栓负载的应力。以下详细叙述。
本发明人调查了向制动盘输入的热量输入分布与由螺栓负载的应力之间的关系。具体地讲，根据FEM(Finite Element Method，有限元法)分析来实施以下的试验编号1～9的试验。作为本发明例实施试验编号1～7的试验，作为比较例实施试验编号8和试验编号9的试验。
[试验条件]
图10是实施例1的FEM分析模型的主视图。图11是沿着图10中的XI－XI线的剖视图。参照图10和图11，FEM分析模型设想安装有盘式制动装置的车轮。盘式制动装置和车轮为左右对称。计算区域是针对盘式制动装置和车轮的一半区域实施的。制动盘的内周的半径为235mm。制动盘的外周的半径为360mm。即，在制动盘的半径方向上，制动盘的滑动面的宽度为125mm。螺栓孔设在制动盘的滑动面的中央。此外，车轮的直径为860mm。车轮的踏面的周向速度为300km/h。对制动衬片的基板的背面施加的载荷的合计为13.6kN。
【表1】
m R1(mm) R2(mm) D1(mm) D2(mm) W(mm) P1(kN) P2(kN) N1 N2
试验编号1 270 330 60 40 10 10.2 3.4 2 2
试验编号2 270 330 40 60 10 5.2 8.4 2 2
试验编号3 270 330 40 60 10 5.2 8.4 2 1
试验编号4 280 330 40 60 0 5.2 8.4 2 2
试验编号5 270 330 40 60 10 6.0 7.6 2 2
试验编号6 270 330 40 60 10 3.0 10.6 2 2
试验编号7 270 330 40 60 10 2.2 11.4 2 2
试验编号8 267 329 30 30 32 6.8 6.8 8 8
试验编号9 297 - 40 - - 13.6 - 2 -
表1表示试验条件。参照图5说明各参数。表1中的“R1(mm)”表示内侧滑动区域中心的半径。“R2(mm)”表示外侧滑动区域中心的半径。“D1(mm)”表示内侧滑动区域宽度。“D2(mm)”表示外侧滑动区域宽度。“W(mm)”表示内侧按压面和外侧按压面之间的间隙。即，“W(mm)”相当于内侧滑动区域和外侧滑动区域之间的间隙。“P1(kN)”表示对内侧区域施加的载荷。“P2(kN)”表示对外侧区域施加的载荷。“N1”表示内侧按压面的数量。“N2”表示外侧按压面的数量。
对内侧区域施加的载荷P1表示对所有的内侧按压面施加的载荷的合计。例如在试验编号1中，对内侧区域施加的载荷P1为10.2kN。此外，在试验编号1中，内侧按压面的数量是两个。因而，对内侧区域施加的载荷P1表示对两个内侧按压面施加的载荷的合计。在其他的试验编号中也同样。此外，对外侧区域施加的载荷P2也同样。
在试验编号1～7中，从多个部位对制动衬片施加载荷。并且，对制动衬片的内侧区域施加的载荷与对外侧区域施加的载荷不同。在试验编号8中，对内侧区域施加的载荷与对外侧区域施加的载荷相等。在试验编号9中，从1个部位对制动衬片施加载荷。
图12是表示试验编号1～4中的向制动盘输入的热量输入分布的图。图12中的实线表示试验编号1的结果，单点划线表示试验编号2的结果，双点划线表示试验编号3的结果，虚线表示试验编号4的结果。
图13是表示试验编号5～9中的向制动盘输入的热量输入分布的图。图13中的实线表示试验编号5的结果，单点划线表示试验编号6的结果，双点划线表示试验编号7的结果，虚线E1表示试验编号8的结果，虚线E2表示试验编号9的结果。
参照图12和图13，纵轴表示热通量J/(s·mm2)，横轴表示制动盘的滑动面的半径方向上的位置。半径方向上的位置意味着在制动盘的半径方向上从车轴的轴心到滑动面上的任意位置为止的距离。在图12和图13中，附图标记“A”意味着在滑动面的半径方向上235mm～297.5mm的区域(内侧区域)，附图标记“B”意味着297.5mm～360mm的区域(外侧区域)。
试验编号1～7(本发明例)的热通量的最大值小于试验编号9(比较例)的热通量的最大值。其原因在于，与试验编号9相比，在试验编号1～7中，1个按压面对制动衬片施加的载荷较小。因而，在试验编号1～7中，抑制了制动盘的局部的温度上升。
此外，在试验编号1～7中，制动盘的区域A的热通量与区域B的热通量不同。即，在试验编号1～7中，向制动盘输入的热量输入分布在制动盘的半径方向上不均匀。其原因在于，在试验编号1～7中，对制动衬片的内侧区域施加的载荷与对外侧区域施加的载荷不同。因而，在试验编号1～7中，抑制了由紧固制动盘和车轮的螺栓负载的应力。以下，详细地说明这一点。
根据FEM分析模拟制动盘的变形。在FEM分析中，考虑了通过由热应力引起的制动盘的变形而对螺栓施加的载荷。根据FEM分析的结果，针对各试验编号计算出在螺栓产生的应力。根据计算出的应力，针对各试验编号计算出螺栓安全率。在此，根据以下的算式计算出螺栓安全率。
(螺栓安全率)＝(螺栓的容许应力)/(根据FEM分析计算出的在螺栓产生的应力)
图14是表示相对于试验编号9而言的螺栓安全率的相对值的图。参照图14，试验编号1～7的螺栓安全率高于试验编号8和试验编号9的螺栓安全率。即，在试验编号1～7中，抑制了由螺栓负载的应力。总而言之，本发明人根据FEM分析发现，若向制动盘输入的热量输入分布在制动盘的半径方向上不均匀，则与热量输入分布均匀的情况相比较抑制了由螺栓负载的应力。
【实施例2】
在实施例2中，设想上述的第2实施方式的盘式制动装置，调查向制动盘输入的热量输入分布。其结果可知，制动盘的热量输入分布变得不均匀，基于实施例1的结果，抑制了由螺栓负载的应力。以下详细叙述。
本发明人调查了第2实施方式的盘式制动装置的情况下的向制动盘输入的热量输入分布。具体地讲，根据FEM分析来实施以下的试验编号10～17的试验。作为本发明例实施试验编号10～16的试验，作为比较例实施试验编号17的试验。
[试验条件]
图15是实施例2的FEM分析模型的剖视图。参照图15，在实施例2中，制动钳的结构与实施例1不同。具体地讲，在实施例2中，设想图6所示的制动钳的结构。对按压板的背面施加的载荷的合计为13.6kN。内侧构件26和外侧构件27设想碟形弹簧。对按压板23施加载荷的按压面的中心是距制动盘的中心有297.5mm且相对于制动盘的中心线倾斜20°的位置。制动盘的中心线意味着，在从车轴的方向观察时通过制动盘的中心和制动衬片的长度方向上的中心的线。内侧构件的中心距制动盘的中心266.25mm。外侧构件的中心距制动盘的中心328.75mm。其他的试验条件与实施例1相同。
【表2】
K1/K2 θ1(deg) θ2(deg) D1(mm) D2(mm)
试验编号10 2 20 20 60 60
试验编号11 3 20 20 60 60
试验编号12 0.5 20 20 60 60
试验编号13 1 30 20 60 60
试验编号14 1 20 10 60 60
试验编号15 1 20 20 40 60
试验编号16 1 20 20 60 40
试验编号17 1 20 20 60 60
表2表示试验条件。参照图5说明表2中的各参数。表2中的“K1”表示内侧构件的弹簧常数。“K2”表示外侧构件的弹簧常数。即，“K1/K2”表示内侧构件的弹簧常数与外侧构件的弹簧常数之比。“θ1”表示制动盘的通过内侧构件的中心的半径与制动盘的中心线所成的角。“θ2”表示制动盘的通过外侧构件的中心的半径与制动盘的中心线所成的角。其他的参数与实施例1相同。
在作为本发明例的试验编号10～12中，“K1/K2”不是1。即，内侧构件的弹簧常数与外侧构件的弹簧常数不同。在作为本发明例的试验编号13中，“θ2”是20°，外侧构件的中心存在于通过按压面的中心和制动盘的中心的线上(制动盘的半径上)。因而，从按压面的中心到外侧构件的中心为止的距离与按压面的中心和外侧构件的中心之间的制动盘的半径方向上的距离相等，为31.25mm。在试验编号13中由于“θ1”是30°，因此内侧构件的中心不在制动盘的通过按压面的中心的半径上。因而，从按压面的中心到内侧构件的中心为止的距离大于内侧构件的中心和按压面的中心之间的制动盘的半径方向上的距离31.25mm。作为本发明例的试验编号14也同样，相对于“θ1”是20°，“θ2”是10°，因此从按压面的中心到内侧构件的中心为止的距离与从按压面的中心到外侧构件的中心为止的距离不同。在作为本发明例的试验编号15和试验编号16中，“D1”与“D2”不同。在本实施例中，内侧构件和外侧构件是碟形弹簧。因而，“D1”相当于作为内侧构件的碟形弹簧的直径，“D2”相当于作为外侧构件的碟形弹簧的直径。若碟形弹簧的直径不同，则弹簧常数不同。即，在试验编号15和试验编号16中，内侧构件的弹簧常数与外侧构件的弹簧常数不同。
图16是表示试验编号10～12及试验编号17中的向制动盘输入的热量输入分布的图。图16中的实线表示试验编号10的结果，单点划线表示试验编号11的结果，双点划线表示试验编号12的结果，虚线表示试验编号17的结果。
图17是表示试验编号13和试验编号14中的向制动盘输入的热量输入分布的图。图17中的实线表示试验编号13的结果，虚线表示试验编号14的结果。
图18是表示试验编号15和试验编号16中的向制动盘输入的热量输入分布的图。图18中的实线表示试验编号15的结果，虚线表示试验编号16的结果。
在图16～图18中，纵轴表示热通量J/(s·mm2)，横轴表示制动盘的滑动面的半径方向上的位置(mm)。
参照图16，在作为比较例的试验编号17中，区域A中的热通量的最大值与区域B中的热通量的最大值相同。其原因在于，在试验编号17中，内侧构件的弹簧常数K1与外侧构件的弹簧常数K2相同。即，其原因在于，在试验编号17中，对内侧区域施加的载荷与对外侧区域施加载荷相同。在作为本发明例的试验编号10～12中，区域A中的热通量的最大值与区域B中的热通量的最大值不同。其原因在于，在试验编号10～12中，内侧构件的弹簧常数K1与外侧构件的弹簧常数K2不同。即，在试验编号10～12中，对内侧区域施加的载荷与对外侧区域施加的载荷不同。因此，向制动盘输入的热量输入分布在制动盘的半径方向上不均匀。
参照图17，在作为本发明例的试验编号13和试验编号14中，区域A中的热通量的最大值与区域B中的热通量的最大值不同。其原因在于，在试验编号13和试验编号14中，从按压面的中心到内侧构件的中心为止的距离与从按压面的中心到外侧构件的中心为止的距离不同。即，在试验编号13和试验编号14中，对内侧区域施加的载荷与对外侧区域施加的载荷不同。因此，向制动盘输入的热量输入分布在制动盘的半径方向上不均匀。
参照图18，在作为本发明例的试验编号15和试验编号16中，区域A中的热通量的最大值与区域B中的热通量的最大值不同。其原因在于，在试验编号15和试验编号16中，作为内侧构件的碟形弹簧的直径与作为外侧构件的碟形弹簧的直径不同。即，在试验编号15和试验编号16中，内侧构件的弹簧常数与外侧构件的弹簧常数不同。因此，出于与试验编号10～12相同的原因，向制动盘输入的热量输入分布在制动盘的半径方向上不均匀。
图19是表示相对于试验编号17而言的螺栓安全率的相对值的图。参照图19，试验编号10～16的螺栓安全率高于试验编号17的螺栓安全率。即，在试验编号10～16中，抑制了由螺栓负载的应力。其原因在于，像在实施例1中说明的那样，向制动盘输入的热量输入分布在制动盘的半径方向上不均匀。
以上，说明了本发明的实施方式。但是，上述的实施方式只是用于实施本发明的例示。因而，本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内适当地变更上述的实施方式进行实施。
在第1实施方式中，对制动钳的1个臂支承内侧按压面和外侧按压面的情况进行了说明。但是，内侧按压面的支承和外侧按压面的支承并不限定于该情况。用于支承内侧按压面和外侧按压面的臂也可以是彼此独立的。即，也可以是，1个独立的臂支承1个按压面。此外，也可以是，1个臂仅支承1个或多个外侧按压面，1个臂仅支承1个或多个内侧按压面。
在上述的说明中，对制动钳包含两个内侧按压面和两个外侧按压面的情况进行了说明。但是，内侧按压面的数量和外侧按压面的数量并不限定于该情况。制动钳也可以包含1个内侧按压面和1个外侧按压面。制动钳也可以包含3个以上内侧按压面和3个以上外侧按压面。此外，内侧按压面的数量也可以与外侧按压面的数量不同。总而言之，只要对制动衬片的内侧区域施加的总载荷与对外侧区域施加的总载荷不同即可。其原因在于，若对内侧区域施加的总载荷与对外侧区域施加的总载荷不同，则向制动盘输入的热量输入分布变得不均匀。在制动钳包含多个内侧按压面的情况下，对内侧区域施加的总载荷意味着所有内侧按压面的载荷的合计。外侧按压面也相同。
本实施方式的制动钳既可以是上述的杠杆式，也可以像浮动型、相对型那样直接利用活塞对基板的背面施加载荷。此外，也可以像浮动型那样利用反作用力施加载荷。总而言之，对制动衬片施加载荷的施加方式并没有特别的限定。制动钳也可以包含多个制动缸。
在上述的说明中，对内侧按压面的形状和外侧按压面的形状是圆的情况进行了说明。但是，内侧按压面的形状和外侧按压面的形状并不限定于该情况。内侧按压面的形状和外侧按压面的形状也可以是多边形。
在上述的说明中，对在将制动盘的多个螺栓孔投影于基板的背面时内侧区域和外侧区域之间的边界是通过所投影的多个螺栓孔的中心的圆周上的弧的情况进行了说明。但是，内侧区域和外侧区域之间的边界并不限定于该情况。内侧区域和外侧区域之间的边界只要通过所投影的多个螺栓孔的区域即可。
在第2实施方式中，对为了使对内侧区域施加的载荷和对外侧区域施加的载荷不同而仅变更弹簧常数的情况、仅变更内侧按压面的位置和外侧按压面的位置的情况进行了说明。但是，本实施方式的盘式制动装置并不限定于该情况。在本实施方式的盘式制动装置中，也可以是，使内侧构件的弹簧常数与外侧构件的弹簧常数不同，而且使从按压面的中心到内侧构件的中心为止的距离与从按压面的中心到外侧构件的中心为止的距离不同。
附图标记说明
1、盘式制动装置；2、制动盘；3、制动衬片；4、制动钳；5、车轴；6、车轮；7、螺栓孔；8、螺栓；9、摩擦构件；10、基板；11、滑动面；12、基板的正面；13、基板的背面；14、内侧区域；15、外侧区域；16、边界；17、内侧按压面；18、外侧按压面；19、臂；20、制动缸；21、支点；22、支架；23、按压板；24、按压板的正面；25、按压板的背面；26、内侧构件；27、外侧构件；28、按压面。

Claims (9)

1.一种盘式制动装置，其用于对安装于车轴的车轮进行制动，其中，
该盘式制动装置包括：
制动盘，其具有滑动面和配置在同一圆周上的多个螺栓孔，该制动盘利用分别穿过所述多个螺栓孔的螺栓紧固于所述车轮，
制动衬片，其与所述制动盘相对，该制动衬片包含摩擦构件和用于支承所述摩擦构件的基板；以及
制动钳，其通过对所述基板的背面施加载荷而将所述摩擦构件按压于所述滑动面，
所述基板的背面被以所述车轴的轴心为中心的圆弧状的边界划分为内侧区域和外侧区域，
在将所述多个螺栓孔沿所述车轴的方向投影于所述基板的所述背面时，所述边界通过所投影的所述多个螺栓孔的区域，
所述制动钳包含用于对所述内侧区域施加载荷的内侧按压面和用于对所述外侧区域施加载荷的外侧按压面，
从所述内侧按压面对所述内侧区域施加的载荷与从所述外侧按压面对所述外侧区域施加的载荷不同。
2.根据权利要求1所述的盘式制动装置，其中，
从所述内侧按压面对所述内侧区域施加的载荷和从所述外侧按压面对所述外侧区域施加的载荷中的较大的载荷与较小的载荷之比为1.3以上且6.0以下。
3.根据权利要求1所述的盘式制动装置，其中，
关于从所述内侧按压面对所述内侧区域施加的载荷和从所述外侧按压面对所述外侧区域施加的载荷这两者，
用于施加其中较大的载荷的所述内侧按压面或者所述外侧按压面的在所述制动盘的半径方向上的宽度与所述制动盘的所述滑动面的在半径方向上的宽度之比为0.4以上，
用于施加其中较小的载荷的所述内侧按压面或者所述外侧按压面的在所述制动盘的半径方向上的宽度与所述制动盘的所述滑动面的在半径方向上的宽度之比为0.25以上。
4.根据权利要求1所述的盘式制动装置，其中，
所述制动钳包含多个所述内侧按压面和多个所述外侧按压面，从所述多个内侧按压面对所述内侧区域施加的总载荷与从所述多个外侧按压面对所述外侧区域施加的总载荷不同。
5.根据权利要求1所述的盘式制动装置，其中，
所述制动钳包含1个所述内侧按压面和多个所述外侧按压面，从所述1个内侧按压面对所述内侧区域施加的载荷与从所述多个外侧按压面对所述外侧区域施加的总载荷不同。
6.根据权利要求1所述的盘式制动装置，其中，
所述制动钳包含多个所述内侧按压面和1个所述外侧按压面，从所述多个内侧按压面对所述内侧区域施加的总载荷与从所述1个外侧按压面对所述外侧区域施加的载荷不同。
7.根据权利要求1所述的盘式制动装置，其中，
所述制动钳包括：按压板，其与所述基板的所述背面相对；内侧构件，其包含所述内侧按压面，该内侧构件配置在所述基板的内侧区域和所述按压板之间，安装于所述基板的所述内侧区域和所述按压板；外侧构件，其包含所述外侧按压面，该外侧构件配置在所述基板的外侧区域和所述按压板之间，安装于所述基板的所述外侧区域和所述按压板；以及按压面，其用于对所述按压板的所述背面施加载荷。
8.根据权利要求7所述的盘式制动装置，其中，
所述内侧构件和所述外侧构件是弹簧，
所述内侧构件的弹簧常数与所述外侧构件的弹簧常数不同。
9.根据权利要求7或8所述的盘式制动装置，其中，
从所述按压面的中心到所述内侧构件的中心为止的距离与从所述按压面的中心到所述外侧构件的中心为止的距离不同。
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