CN111936759B - 空气动力音降低部件、铁道车辆用制动盘单元、铁道车辆用盘式制动器、铁道车辆用车轮及铁道车辆 - Google Patents

空气动力音降低部件、铁道车辆用制动盘单元、铁道车辆用盘式制动器、铁道车辆用车轮及铁道车辆 Download PDF

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Abstract

空气动力音降低部件(30)具有由制动盘(20)的多个翼片(24、26)和铁道车辆的旋转部件(102)夹持的板状的支承部(32)以及从支承部(32)突出的多个突出部(34)。在支承部(32)被多个翼片(24、26)和旋转部件(102)夹持的状态下，多个突出部(34)分别以将在制动盘(20)的周向上相邻的紧固翼片(24)和卡止翼片(26)之间的一部分堵塞的方式设置。

Description

空气动力音降低部件、铁道车辆用制动盘单元、铁道车辆用盘 式制动器、铁道车辆用车轮及铁道车辆
技术领域
本发明涉及用于降低在铁道车辆用的盘式制动器中产生的空气动力音的空气动力音降低部件、以及具备该空气动力音降低部件的制动盘单元、盘式制动器、车轮及铁道车辆。
背景技术
在新干线等铁道车辆中，以往使用盘式制动器。盘式制动器例如具备圆环形状的制动盘、制动衬片和制动钳，制动盘固定在与车轴一体地旋转的圆板状的旋转部件(固定于车轮或者与车轮分开地固定于车轴的盘体)上，制动衬片具有摩擦部件，制动钳使制动衬片移动。
在具有上述这样的结构的盘式制动器中，通过利用制动钳使制动衬片移动而将制动衬片的摩擦部件按压在制动盘的表面(滑动面)上，能够产生制动力。由此，能够使铁道车辆减速。
但是，在铁道车辆行驶时，制动盘与车轮一起高速旋转。制动盘高速旋转，导致制动盘的周边的空气从制动盘的内周侧被吸入上述旋转部件(车轮等)与制动盘之间，之后从制动盘的外周侧放出。因此，在铁道车辆行驶时，空气在制动盘和旋转部件之间高速流动。
通过该空气流，能够在制动时冷却制动盘。另一方面，在铁道车辆以超过时速300km的速度行驶的情况下，会出现产生与高速的空气流相伴的噪音(以下称为空气动力音)的问题。因此，为了解决这样的问题，本发明人提出了能够降低空气动力音的制动盘(例如参照专利文献1)。
图12是表示专利文献1所公开的制动盘的剖视图。图12所示的制动盘1具备：板部1a，其具有被按压制动衬片(未图示)的表面(滑动面)；多个翼片部1b，其设置在板部1a的背面侧(车轮2侧)；连结部1c，其将相邻的翼片部1b彼此连结。在多个翼片部1b中的规定数量的翼片部1b上形成有紧固用的贯通孔1d。螺栓3用于将制动盘1安装在车轮2上，其插入贯通孔1d。
在上述结构中，若制动盘1及车轮2旋转，则制动盘1的周边的空气从制动盘1的内周侧被吸入空间S(由板部1a、相邻的散热片部1b及车轮2围成的空间)，在通过空间S后，从制动盘1的外周侧放出。
在此，在专利文献1的制动盘1中，通过连结部1c，能够局部地减小空间S的截面积。由此，可抑制空气流，降低空气动力音。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-205428号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在专利文献1所公开的制动盘1中，需要在板部1a的背面以将翼片部1b彼此连结的方式设置连结部1c。因此，在专利文献1的制动盘1中，需要一体地形成板部1a、翼片部1b及连结部1c。
然而，本发明人经研究后发现，在一体地形成板部1a、翼片部1b及连结部1c的情况下，板部1a容易产生翘曲。具体而言，在一体地形成板部1a、翼片部1b及连结部1c的情况下，制动盘1中的连结部1c附近的部分的刚性比其他部分的刚性高。因此，在制动时制动盘1变为高温的情况下，在制动盘1中，与连结部1c的附近的部分相比，其他部分更容易变形。其结果，板部1a容易产生翘曲。如果板部1a产生了翘曲，则对螺栓3施加弯曲应力。因此，在采用专利文献1的结构的情况下，为了能够抑制板部1a产生弯曲，需要考虑一体地形成的板部1a、翼片部1b及连结部1c的形状及刚性等来适当地设计制动盘1。换言之，在采用专利文献1的结构的情况下，用于抑制板部1a的翘曲的设计并不容易。
因此，本发明的目的在于提供一种能够使铁道车辆用制动盘的设计容易并且能够抑制空气动力音的产生的空气动力音降低部件、以及具备该空气动力音降低部件的铁道车辆用制动盘单元、铁道车辆用盘式制动器、铁道车辆用车轮及铁道车辆。
用于解决技术问题的手段
本发明以下述的空气动力音降低部件、铁道车辆用制动盘单元、铁道车辆用盘式制动器、铁道车辆用车轮及铁道车辆为主旨。
(1)一种空气动力音降低部件，其中，设置在铁道车辆用制动盘和与铁道车辆的车轴一体地旋转的圆板状的旋转部件之间，所述铁道车辆用制动盘具备在厚度方向的一侧具有滑动面的圆环形状的板状部、以及从所述板状部向所述厚度方向上的另一侧突出且在所述板状部的周向上隔开间隔地设置的多个翼片，所述空气动力音降低部件具有：
板状的支承部，其被所述多个翼片和所述旋转部件夹持；
多个突出部，其从所述支承部向所述支承部的厚度方向突出；
在所述支承部被所述多个翼片和所述旋转部件夹持的状态下，所述多个突出部分别将在所述周向上相邻的所述翼片彼此之间的一部分堵塞。
(2)如上述(1)所述的空气动力音降低部件，其中，
所述多个翼片包括紧固翼片，该紧固翼片具有供紧固部件插入的第一贯通孔，
所述支承部具有第二贯通孔，该第二贯通孔在所述支承部被所述多个翼片和所述旋转部件夹持的状态下与所述第一贯通孔对置。
(3)如上述(1)或(2)所述的空气动力音降低部件，其中，
所述多个翼片包括卡止翼片，该卡止翼片具有从所述板状部的所述厚度方向上的所述另一侧的端部朝向所述一侧凹陷的键槽，
所述支承部具有第三贯通孔，该第三贯通孔在所述支承部被所述多个翼片和所述旋转部件夹持的状态下与所述键槽对置。
(4)如上述(1)至(3)中任一项所述的空气动力音降低部件，其中，
在所述板状部的径向上，所述多个突出部的长度比所述多个翼片的长度短。
(5)如上述(1)至(4)中任一项所述的空气动力音降低部件，其中，
所述支承部具有环形状，所述多个突出部的数量与所述多个翼片的数量相同。
(6)如上述(1)至(5)中任一项所述的空气动力音降低部件，其中，
在所述支承部被所述多个翼片和所述旋转部件夹持的状态下，所述多个突出部分别以在与所述板状部之间形成间隙的方式从所述支承部向所述板状部侧突出。
(7)如上述(6)所述的空气动力音降低部件，其中，
所述突出部的前端部在与所述板状部的周向正交的截面中相对于所述旋转部件的轴向朝向所述板状部的径向外侧弯曲或倾斜。
(8)一种铁道车辆用制动盘单元，其中，具备：铁道车辆用制动盘，其具备在厚度方向的一侧具有滑动面的圆环形状的板状部、以及从所述板状部向所述厚度方向上的另一侧突出且在所述板状部的周向上相互隔开间隔地设置的多个翼片；如上述(1)至(7)中任一项所述的空气动力音降低部件。
(9)一种铁道车辆用盘式制动器，其中，具备如上述(8)所述的铁道车辆用制动盘单元。
(10)一种铁道车辆用车轮，其中，具备如上述(8)所述的铁道车辆用制动盘单元。
(11)一种铁道车辆，其中，具备如上述(9)所述的铁道车辆用盘式制动器。
发明效果
根据本发明，能够使铁道车辆用制动盘的设计容易，并且能够抑制空气动力音的产生。
附图说明
图1是示出具备本实施方式的制动盘单元的铁道车辆用盘式制动器的概略图。
图2是示出制动盘单元的概略图。
图3是示出制动盘的概略图。
图4是与图2的IV-IV线切断部对应的概略剖视图。
图5是与图4的V-V线切断部对应的概略剖视图。
图6是示出突出部的变形例的图。
图7是示出突出部的变形例的图。
图8是示出突出部的变形例的图。
图9是示出突出部的变形例的图。
图10是示出突出部的变形例的图。
图11是示出制动盘单元的其他例子的图。
图12是示出现有的制动盘的概略图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的空气动力音降低部件、铁道车辆用的制动盘单元及铁道车辆用的盘式制动器进行说明。注意，虽然将省略详细的说明，但以下说明的本实施方式的盘式制动器能够在各种铁道车辆中利用。
图1是示出具备本实施方式的制动盘单元的铁道车辆用盘式制动器的概略图，图2是示出制动盘单元的概略图，图3是示出制动盘的概略图。另外，图4是与图2的IV-IV线切断部对应的概略剖视图，图5是与图4的V-V线切断部对应的概略剖视图。注意，在图1中，示出了与图2的(b)的I-I线切断部对应的制动盘单元的截面。在图2中，(a)是示出制动盘单元的周向上的1/4的区域的主视图，(b)是示出制动盘单元的周向上的1/4的区域的后视图。另外，在图3中，(a)是示出制动盘的周向上的1/4的区域的主视图，(b)是示出制动盘的周向上的1/4的区域的后视图。
参照图1，铁道车辆用盘式制动器100(以下简称为盘式制动器100)具备一对制动盘单元10和一对制动衬片12。圆板状的旋转部件102固定在铁道车辆的车轴101上，一对制动盘单元10以夹着旋转部件102的圆板部102a的方式安装在旋转部件102上。制动盘单元10及旋转部件102以与车轴101一体旋转的方式且以与车轴101同轴的方式设置。在本实施方式中，旋转部件102是车轮。因此，在本实施方式中，制动盘单元10是安装在车轮上的侧盘型(wheel mounted disk type)的制动盘单元。以下，将旋转部件102记载为车轮102。一对制动衬片12在车轮102的轴向上设置在一对制动盘单元10的外侧。
各制动盘单元10具备制动盘20和空气动力音降低部件30。制动盘20及空气动力音降低部件30分别具有圆环形状。空气动力音降低部件30设置在制动盘20与车轮102(圆板部102a)之间。一对制动盘单元10通过多个紧固部件(在本实施方式中为多个螺栓14及多个螺母16)固定在车轮102上。
在本实施方式的盘式制动器100中，通过未图示的制动钳，能够使制动衬片12沿车轮102的轴向移动。由此，能够将制动衬片12(摩擦部件)按压在制动盘20的后述的滑动面22a上，能够产生制动力。注意，作为车轮102、制动衬片12及制动钳，由于可以使用公知的各种车轮、制动衬片及制动钳，因此省略详细的说明。
参照图1～图4，制动盘20具有板状部22、多个紧固翼片24和多个卡止翼片26。
板状部22具有圆环形状。板状部22在厚度方向上的一侧具有圆环形状的滑动面22a。滑动面22a相对于制动盘20的轴向大致垂直地形成。滑动面22a在盘式制动器100中是为了产生制动力而被制动衬片12按压的面。在以下的说明中，将板状部22的厚度方向仅记载为厚度方向。
紧固翼片24及卡止翼片26分别从板状部22朝向厚度方向上的另一侧突出。紧固翼片24及卡止翼片26分别作为散热部发挥功能。在本实施方式中，多个紧固翼片24及多个卡止翼片26从厚度方向观察以相对于制动盘20的中心呈放射状地延伸的方式形成。换言之，从厚度方向观察，多个紧固翼片24及多个卡止翼片26分别形成为沿板状部22的径向延伸。在以下的说明中，将板状部22的径向仅记载为径向。
在本实施方式中，多个紧固翼片24及多个卡止翼片26以在板状部22的周向上隔开间隔且交替排列的方式设置。在本实施方式中，十二个紧固翼片24及十二个卡止翼片26以交替排列的方式设置。注意，紧固翼片24及卡止翼片26的数量并不限于上述例子，紧固翼片24的数量及卡止翼片26的数量分别可以小于十二，也可以为十三以上。在以下的说明中，将板状部22的周向仅记载为周向。
参照图3的(b)，在各连结翼片24中，在厚度方向上的另一侧(车轮102侧)的端部，形成有用于嵌入空气动力音降低部件30(参照图2)的后述支承部32的凹部24a。另外，在各卡止翼片26中，在厚度方向上的另一侧(车轮102侧)的端部，形成有用于嵌入后述支承部32的凹部26a。
参照图2～图4，多个第一贯通孔60沿厚度方向贯通制动盘20，该多个第一贯通孔60在周向上隔开间隔地形成。各第一贯通孔60以通过紧固翼片24的方式形成。用于将制动盘20固定在车轮102上的紧固部件(在本实施方式中为螺栓14)被插入于第一贯通孔60中。
参照图3及图4，在各卡止翼片26上，形成有从厚度方向上的另一侧的端部朝向厚度方向上的一侧凹陷的键槽62。参照图3的(b)，在本实施方式中，以从凹部26a进一步向上述一侧凹陷的方式设置有键槽62。在键槽62中嵌入有安装在车轮102上的键(未图示)。由此，在周向上，制动盘20和车轮102经由键相互卡止。注意，作为键以及用于将键安装在车轮102上的结构，由于可以采用公知的各种结构，因此省略详细的说明。
参照图2、图4及图5，空气动力音降低部件30具有板状的支承部32和从支承部32向支承部32的厚度方向突出的多个突出部34。在本实施方式中，支承部32具有环形状。更具体而言，与板状部22一样，支承部32具有圆环形状。在本实施方式中，支承部32在嵌入于各紧固翼片24的凹部24a(参照图3的(b))以及各卡止翼片26的凹部26a(参照图3的(b))的状态下，被多个翼片24、26和车轮102夹持。
参照图2及图4，在支承部32上形成有多个第二贯通孔70及多个第三贯通孔72。多个第二贯通孔70形成为：在支承部32被多个翼片24、26和车轮102夹持的状态下，多个第二贯通孔70与多个第一贯通孔60对置。另外，多个第三贯通孔72形成为：在支承部32被多个翼片24、26和车轮102夹持的状态下，多个第三贯通孔72与多个键槽62对置。通过这样的结构，能够将用于把制动盘20固定在车轮102上的紧固部件(在本实施方式中为螺栓14)插入第二贯通孔70。另外，能够将用于把制动盘20和车轮102卡止的键(未图示)插入第三贯通孔72。其结果，能够容易且适当地将空气动力音降低部件30安装在制动盘20及车轮102上。
多个突出部34在支承部32的周向上隔开间隔地设置。多个突出部34分别设置为：在支承部32被多个翼片24、26和车轮102夹持的状态下，多个突出部34分别将在周向上相邻的翼片彼此之间的一部分堵塞。在本实施方式中，各突出部34以将相邻的紧固翼片24和卡止翼片26之间的一部分堵塞的方式设置。在本实施方式中，多个突出部34的数量与多个翼片24、26的数量(多个紧固翼片24和多个卡止翼片26的合计数量)相同。
另外，在本实施方式中，在板状部22的径向上，多个突出部34的长度比多个翼片24、26的长度短。由此，能够实现空气动力音降低部件30的轻量化。
另外，参照图4及图5，多个突出部34分别以从支承部32向板状部22侧突出的方式设置。在本实施方式中，在支承部32被多个翼片24、26和车轮102(参照图1)夹持的状态下，在多个突出部34和板状部22之间形成间隙。由此，在制动盘20和车轮102之间形成间隙，空气能够在制动盘20和车轮102之间流动。其结果，能够在制动时适当地冷却制动盘20。在与板状部22的径向垂直的截面(与周向平行的截面)中，多个突出部34与板状部22之间的间隙的总面积例如被设定为18000mm2以下。另外，上述总面积例如被设定为2500mm2以上。注意，上述总面积可以根据盘式制动器100尺寸、形状以及使用环境等适当变更。
如上所述，在本实施方式中，在制动盘20与车轮102之间设有空气动力音降低部件30。而且，利用空气动力音降低部件30的多个突出部34，将相邻的紧固翼片24与卡止翼片26之间的空间的一部分堵塞。由此，在铁道车辆行驶时，能够抑制制动盘20与车轮102之间的空气的流动，能够降低空气动力音。
另外，在本实施方式中，利用构成为与制动盘20独立的部件的空气动力音降低部件30的突出部34，能够抑制空气动力音。在该情况下，由于突出部34不影响制动盘20的刚性，因此制动盘20的设计变得容易。即，用于抑制板状部22的翘曲的设计变得容易。
其结果是，能够使制动盘20的设计容易，并且能够抑制在盘式制动器100中产生空气动力音。
注意，突出部34的形状并不限定于上述例子。例如，如图6及图7所示，在与板状部22的周向正交的截面中，突出部34的前端部(板状部22侧的端部)也可以相对于车轮102(参照图1)的轴向(支承部32的厚度方向)朝向径向外侧弯曲。在该情况下，在铁道车辆行驶时，如单点划线的箭头所示，能够使空气在板状部22的径向上从突出部34的内侧朝向突出部34的外侧顺畅地流动。由此，能够高效地冷却制动盘20。另外，由于能够防止气流的压力在突出部34的前端部附近大幅度变动，因此能够充分地抑制在突出部34产生振动。由此，能够充分抑制噪音的产生，并且能够充分抑制突出部34的劣化。
另外，如图8所示，在与板状部22的周向正交的截面中，突出部34也可以相对于车轮102(参照图1)的轴向(支承部32的厚度方向)朝向径向外侧倾斜。在该情况下，也能够得到与图6及图7所示的突出部34同样的效果。注意，虽然省略详细的说明，但只要在与板状部22的周向正交的截面中，突出部34的前端部的径向内侧的面相对于车轮102的轴向朝向径向外侧弯曲或倾斜，就能够得到与上述同样的效果。因此，例如，如图9及图10所示，在增大突出部34的支承部32侧的端部的径向上的尺寸(板状部22的径向上的尺寸)的情况下，也能够得到与图6～图8所示的突出部34相同的效果。注意，图9及图10所示的突出部34由于与图6～图8所示的突出部34相比能够提高刚性，因此能够更有效地抑制突出部34产生振动。注意，在图9及图10所示的突出部34上形成有空洞部，但也可以不形成空洞部。
注意，在上述实施方式中，在板状部22的径向上的中央部设有多个突出部34，但突出部34的位置并不限定于上述例子。例如，可以如图11的(a)所示，多个突出部34设置在板状部22的外周部，也可以如图11的(b)所示，多个突出部34设置在板状部22的内周部。
另外，在上述实施方式中，对空气动力音降低部件30由具有圆环形状的一个部件构成的情况进行了说明，但空气动力音降低部件30的结构并不限定于上述例子。例如，空气动力音降低部件30也可以具有在周向上被分割为多个部件的结构。另外，空气动力音降低部件也可以不具有圆环形状。例如，也可以将多个圆弧状的空气动力音降低部件以在周向上相互隔开间隔的方式设置在制动盘20与车轮102之间。
另外，在上述实施方式中，对多个突出部34的数量与多个翼片24、26的数量(多个紧固翼片24和多个卡止翼片26的合计数量)相同的情况进行了说明，但多个突出部34的数量也可以比多个翼片24、26的数量少。
另外，在上述实施方式中，在各翼片上形成有第一贯通孔60及键槽62中的至少一方，但也可以在多个翼片中的任意翼片上不形成第一贯通孔60及键槽62。
另外，在上述实施方式中，对制动盘单元10是侧盘型的情况进行了说明，但制动盘单元10也可以是轴装盘型(axle mounted disk type)。具体而言，制动盘单元10也可以固定在与车轮分开地固定于车轴101的圆板状的旋转部件(盘体)上。与车轮一样，该盘体以与车轴101一体旋转的方式且以与车轴101同轴的方式设置。在制动盘单元10为轴装盘型的情况下，与侧盘型的情况相同，制动盘单元10也使用紧固部件及键安装在盘体上。注意，在本说明书中，所谓圆板状的旋转部件，是指具有用于将制动盘单元10固定的圆板部的旋转部件。因此，如图1所示的车轮102那样，也可以在旋转部件的内周部以及外周部设置筒状部。
工业实用性
根据本发明，能够使铁道车辆用制动盘的设计容易，并且能够抑制空气动力音的产生。
附图标记说明
10 制动盘单元
12 制动衬片
14 螺栓
16 螺母
20 制动盘
22 板状部
20a 滑动面
24 紧固翼片
26 卡止翼片
24a、26a 凹部
30 空气动力音降低部件
32 支承部
34 突出部
60 第一贯通孔
62 键槽
70 第二贯通孔
72 第三贯通孔
100 盘式制动器
102 旋转部件(车轮)
102a 圆板部

Claims (10)

1.一种空气动力音降低部件，其中，设置在铁道车辆用制动盘和与铁道车辆的车轴一体地旋转的圆板状的旋转部件之间，所述铁道车辆用制动盘具备在厚度方向的一侧具有滑动面的圆环形状的板状部、以及从所述板状部向所述厚度方向上的另一侧突出且在所述板状部的周向上隔开间隔地设置的多个翼片，所述空气动力音降低部件具有：
板状的支承部，其被所述多个翼片和所述旋转部件夹持；
多个突出部，其从所述支承部向所述支承部的厚度方向突出；
在所述支承部被所述多个翼片和所述旋转部件夹持的状态下，所述多个突出部分别将在所述周向上相邻的所述翼片彼此之间的一部分堵塞，
在所述板状部的径向上，所述多个突出部的长度比所述多个翼片的长度短。
2.如权利要求1所述的空气动力音降低部件，其中，
所述多个翼片包括紧固翼片，该紧固翼片具有供紧固部件插入的第一贯通孔，
所述支承部具有第二贯通孔，该第二贯通孔在所述支承部被所述多个翼片和所述旋转部件夹持的状态下与所述第一贯通孔对置。
3.如权利要求1或2所述的空气动力音降低部件，其中，
所述多个翼片包括卡止翼片，该卡止翼片具有从所述板状部的所述厚度方向上的所述另一侧的端部朝向所述一侧凹陷的键槽，
所述支承部具有第三贯通孔，该第三贯通孔在所述支承部被所述多个翼片和所述旋转部件夹持的状态下与所述键槽对置。
4.如权利要求1或2所述的空气动力音降低部件，其中，
所述支承部具有环形状，所述多个突出部的数量与所述多个翼片的数量相同。
5.如权利要求1或2所述的空气动力音降低部件，其中，
在所述支承部被所述多个翼片和所述旋转部件夹持的状态下，所述多个突出部分别以在与所述板状部之间形成间隙的方式从所述支承部向所述板状部侧突出。
6.如权利要求5所述的空气动力音降低部件，其中，
所述突出部的前端部在与所述板状部的周向正交的截面中相对于所述旋转部件的轴向朝向所述板状部的径向外侧弯曲或倾斜。
7.一种铁道车辆用制动盘单元，其中，具备：
铁道车辆用制动盘，其具备在厚度方向的一侧具有滑动面的圆环形状的板状部、以及从所述板状部向所述厚度方向上的另一侧突出且在所述板状部的周向上相互隔开间隔地设置的多个翼片；
如权利要求1至6中任一项所述的空气动力音降低部件。
8.一种铁道车辆用盘式制动器，其中，具备如权利要求7所述的铁道车辆用制动盘单元。
9.一种铁道车辆用车轮，其中，具备如权利要求7所述的铁道车辆用制动盘单元。
10.一种铁道车辆，其中，具备如权利要求8所述的铁道车辆用盘式制动器。
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