JP2000240696A - Wheel with brake disc for rolling stock - Google Patents
Wheel with brake disc for rolling stockInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両用のブレ
ーキディスクを備えた車輪に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wheel provided with a brake disk for a railway vehicle.
【０００２】[0002]
【従来の技術】鉄道車両や自動車及び自動二輪車等の機
械式制動装置として、ブロックブレーキ、ドラムブレー
キ、ディスクブレーキなどが使用されている。近年、車
輌の高速化、大型化にともないディスクブレーキが多用
されるようになってきた。ディスクブレーキは、ブレー
キディスクとブレーキライニングとの摩擦により制動力
を得る構造をもっており、通常、ブレーキディスクはボ
ルトにより車軸または車輪に取り付けられている。2. Description of the Related Art Block brakes, drum brakes, disc brakes, and the like are used as mechanical braking devices for railway vehicles, automobiles, motorcycles, and the like. 2. Description of the Related Art In recent years, disk brakes have been frequently used as vehicles have become faster and larger. A disc brake has a structure in which a braking force is obtained by friction between a brake disc and a brake lining. Usually, the brake disc is attached to an axle or wheels by bolts.
【０００３】鉄道車両に使用されているブレーキディス
クとしては、側ディスク、軸マウントディスクがあげら
れる。側ディスクとは、車輪の側面に締結されるブレー
キディスクのことであり、軸マウントディスクとは車軸
に締結されるブレーキディスクのことである。本発明
は、側ディスクに関するものである。[0003] Examples of brake disks used in railway vehicles include side disks and shaft mount disks. The side disc is a brake disc fastened to the side surface of the wheel, and the axle mount disc is a brake disc fastened to the axle. The present invention relates to a side disk.
【０００４】新幹線等の高速鉄道車両では、ブレーキ負
荷時の回転速度や慣性力が非常に大きいため、他の自動
車用または自動二輪車用と比較してディスクの温度上昇
は著しく大きい。そのため、温度上昇に伴う熱ひずみも
非常に大きくなる。この熱ひずみが拘束されていると、
熱応力が増大してブレーキディスクは塑性変形し、これ
が繰返されるとき裂が発生し、破断に至るおそれもあ
る。また、ブレーキディスクと車輪を締結しているボル
トには、車輪体と締結することによる引張応力の他に、
ブレーキ負荷時のトルクを拘束することにより繰返し発
生する曲げ・せん断応力が負荷される。これらの繰返し
応力によりボルトが疲労破壊する可能性もある。[0004] In a high-speed railway vehicle such as a Shinkansen, the rotational speed and inertia force when a brake is loaded are extremely large, so that the temperature rise of the disk is remarkably large as compared with other automobiles or motorcycles. Therefore, the thermal strain accompanying the temperature rise also becomes very large. If this thermal strain is constrained,
When the thermal stress increases, the brake disk undergoes plastic deformation, and when this is repeated, a crack is generated, which may lead to breakage. In addition, in addition to the tensile stress by fastening with the wheel body,
Bending and shearing stresses that are repeatedly generated by restricting the torque at the time of braking load are applied. These repeated stresses may cause the bolts to fracture by fatigue.
【０００５】上記の繰返しの熱応力・引張応力、曲げ・
せん断応力によるボルトやディスクの破損を抑制するた
め、例えば、特開平１０−３１８３０４号公報には、ブ
レーキディスクをブレーキパッドとの摺動面を有する外
リングと、車輪体とのボルト取付け部を有する内リング
とで構成し、両者を嵌合一体化して車輪体に締結する構
造のブレーキディスクが開示されている。内リングに高
強度材を使用し、内外リングを分離して、両者の間に生
じる熱応力や熱ひずみを緩衝することにより、ボルトお
よびボルト穴近傍に集中的に発生する応力を緩和できる
としている。[0005] The above thermal stress / tensile stress, bending /
In order to suppress breakage of bolts and disks due to shear stress, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-318304 discloses a brake disk having an outer ring having a sliding surface with a brake pad and a bolt attachment portion with a wheel body. There is disclosed a brake disc having an inner ring and a structure in which both are fitted and integrated and fastened to a wheel body. By using high-strength material for the inner ring and separating the inner and outer rings and buffering thermal stress and thermal strain generated between them, it is possible to relieve stress generated intensively in the vicinity of bolts and bolt holes. .
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】特開平１０−３１８３
０４号公報に記載のブレーキディスクでは、キー溝によ
り内リングと外リングとを嵌合させている。このキー溝
部にはブレーキ負荷時の制動トルクおよびディスクと車
輪とを締結するための引っ張り応力が負荷される。その
ため、キー溝部よりき裂が発生する恐れがある。Problems to be Solved by the Invention Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-3183
In the brake disc described in Japanese Patent Application Publication No. 04-2004, the inner ring and the outer ring are fitted by the key groove. A braking torque when a brake is applied and a tensile stress for fastening the disk to the wheel are applied to the key groove. For this reason, a crack may be generated from the key groove.
【０００７】本発明の課題は、鉄道車両用ブレーキディ
スク付き車輪のブレーキディスク形状および車輪体との
締結方法を改善することにより、ブレーキディスクおよ
び締結ボルトを長寿命化することにある。An object of the present invention is to extend the life of a brake disk and a fastening bolt by improving the shape of a brake disk of a wheel with a brake disk for a railway vehicle and a method of fastening the wheel to a wheel body.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】図１は鉄道車輌用のブレ
ーキディスク付き車輪の部分断面図である。同図におい
て、符号１は車輪体、２は車軸、３はブレーキディス
ク、４は摺動面、５はリム、６は車輪体ウェブ部、７は
車輪のボルト穴、８はブレーキディスクのボルト穴、９
はブレーキディスクを車輪に締結するボルト、１０はナ
ット、１１はブレーキディスク付き車輪である。FIG. 1 is a partial sectional view of a wheel with a brake disc for a railway vehicle. In the drawing, reference numeral 1 denotes a wheel body, 2 denotes an axle, 3 denotes a brake disk, 4 denotes a sliding surface, 5 denotes a rim, 6 denotes a wheel body web portion, 7 denotes a bolt hole of a wheel, and 8 denotes a bolt hole of a brake disk. , 9
Is a bolt for fastening the brake disc to the wheel, 10 is a nut, and 11 is a wheel with a brake disc.
【０００９】摺動面の面積を確保するため、通常ボルト
９はブレーキディスク３の内周側に配置される。ボルト
９が内周側に配置されると、大径のボルトは使用でき
ず、ボルト本数をあまり多くはできない。従って、ボル
トには大きな応力が負荷される。前述のようにブレーキ
負荷時に繰返し応力が負荷されるのでボルトの寿命は疲
労強度に支配される。Normally, the bolt 9 is arranged on the inner peripheral side of the brake disk 3 to secure the area of the sliding surface. When the bolt 9 is arranged on the inner peripheral side, a large-diameter bolt cannot be used, and the number of bolts cannot be increased much. Therefore, a large stress is applied to the bolt. As described above, since a repeated stress is applied at the time of applying a brake, the life of the bolt is governed by the fatigue strength.
【００１０】発明者らは、ボルトに負荷される応力を低
減すれば、寿命を延ばすことができるとの着想のもと、
ブレーキディスクの負荷を車輪体ウェブ部に直接伝達す
る方法として、ブレーキディスクと車輪体ウェブ部とが
互いに噛み合う構造を検討した。その結果、ブレーキデ
ィスクに凸部、車輪体ウェブ部にはこの凸部と嵌合する
溝を設ける構造を想到した。前記凸部の形状は任意であ
るが、最も効率的に力を伝達できるのは、ブレーキディ
スク中心から放射状に延びた形状である。The inventors have thought that reducing the stress applied to the bolt can extend the life,
As a method of directly transmitting the load of the brake disc to the wheel body web portion, a structure in which the brake disc and the wheel body web portion mesh with each other was studied. As a result, the present inventors have conceived a structure in which a protrusion is provided on the brake disc and a groove is fitted on the web portion of the wheel body. The shape of the convex portion is arbitrary, but the shape that can transmit the force most efficiently is a shape extending radially from the center of the brake disk.
【００１１】一方、車輪体ウェブ部に溝を設けることに
よってその強度が低下するが、車輪体ウェブ部の両側面
の溝を表裏でずらせることによって、強度低下を最小限
にできることに想到した。On the other hand, although the strength of the wheel body web portion is reduced by providing the groove, the inventor has conceived that the strength reduction can be minimized by shifting the grooves on both sides of the wheel body web portion.
【００１２】上記の知見に基づいて完成した本発明の要
旨は以下の(1) 〜(2) にある。 (1) 車輪体とそのウェブ部の両側面に締結されたブレー
キディスクとを備えた鉄道車輌用ブレーキディスク付き
車輪であって、ブレーキディスクには車輪体ウェブ部の
面と接する面にブレーキディスクの中心から放射状に伸
びる凸部を有し、車輪体ウェブ部の両面には前記ブレー
キディスクの凸部と嵌合する溝部を有することを特徴と
する鉄道車両用ブレーキディスク付き車輪。The gist of the present invention completed on the basis of the above findings is as follows (1) and (2). (1) A wheel with a brake disc for a railway vehicle, comprising a wheel body and brake discs fastened to both side surfaces of the web portion thereof, wherein the brake disc has a brake disc on a surface in contact with a surface of the wheel body web portion. A wheel with a brake disk for a railway vehicle, comprising: a convex portion extending radially from the center; and a groove portion fitted on both surfaces of the wheel body web portion with the convex portion of the brake disk.
【００１３】(2) 車輪体ウェブ部の両側面に設けられた
溝部が車輪体ウェブ部の表裏で交互に配置されているこ
とを特徴とする前記(1) 項に記載の鉄道車両用ブレーキ
ディスク付き車輪。(2) The brake disc for a railway vehicle according to the above item (1), wherein grooves provided on both side surfaces of the wheel body web portion are alternately arranged on the front and back of the wheel body web portion. With wheels.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】図２は本発明のブレーキディスク
付き車輪の一例を示す概要図であり、同図(a) は部分正
面図、同図(b) は同図(a) のＯ−Ａ矢視部分断面図、同
図(c) は同図(a) のＯ−Ｃ矢視部分断面図である。同図
において、図１と同一要素は同一符号で示し、符号１２
（１２ａおよび１２ｂを含む）はブレーキディスクに設
けられた凸部、１３（１３ａおよび１３ｂを含む）は車
輪体ウェブ部に設けられた溝部である。同図において、
ブレーキディスクの凸部は車軸を中心に放射状に延びて
いる。車輪体ウェブ部６の内側（同図において右側）に
は溝部１３ａが設けられ、外側（同左側）には溝部１３
ｂが設けられている。一方、内側のブレーキディスク
の、摺動面４の反対側（背面）には凸部１２ａ、外側ブ
レーキディスクの背面には凸部１２ｂが設けられてい
る。これらの凸部と溝部は互いに嵌合している。FIG. 2 is a schematic view showing an example of a wheel with a brake disk according to the present invention. FIG. 2 (a) is a partial front view, and FIG. FIG. 2C is a partial cross-sectional view taken along the arrow A, and FIG. In the figure, the same elements as those in FIG.
(Including 12a and 12b) is a projection provided on the brake disk, and 13 (including 13a and 13b) is a groove provided on the wheel body web. In the figure,
The projection of the brake disk extends radially about the axle. A groove 13a is provided on the inside (right side in the figure) of the wheel body web 6, and the groove 13a is provided on the outside (left side in the figure).
b is provided. On the other hand, a convex portion 12a is provided on the opposite side (back surface) of the sliding surface 4 of the inner brake disk, and a convex portion 12b is provided on the rear surface of the outer brake disk. These projections and grooves are fitted with each other.
【００１５】図２の例では車輪体ウェブ部６の両面の溝
部１３ａおよび１３ｂは同じ位置に設けられている。こ
の構造の場合、溝部１３ａと１３ｂとは貫通した穴とし
て機械加工を簡略化してもよい。In the example of FIG. 2, the grooves 13a and 13b on both surfaces of the wheel body web portion 6 are provided at the same position. In the case of this structure, the machining may be simplified by forming the grooves 13a and 13b as through holes.
【００１６】図３は本発明のブレーキディスク付き車輪
の他の一例を示す概要図であり、同図(a) は部分正面
図、同図(b) は同図(a) のＯ−Ａ矢視部分断面図、同図
(b) は同図(a) のＯ−Ｂ矢視部分断面図、同図(c) は同
図(a) のＯ−Ｃ矢視部分断面図である。同図において、
図１、図２と同一要素は同一符号で示す。FIG. 3 is a schematic view showing another example of the wheel with a brake disk according to the present invention. FIG. 3 (a) is a partial front view, and FIG. 3 (b) is an OA arrow of FIG. 3 (a). View partial sectional view, same figure
(b) is a partial cross-sectional view taken along the line OB in FIG. (a), and FIG. (c) is a partial cross-sectional view taken along the line OC in FIG. (a). In the figure,
1 and 2 are designated by the same reference numerals.
【００１７】同図の車輪体ウェブ部６の両面の溝部１３
ａおよび１３ｂは両面に交互に配置されている。The grooves 13 on both sides of the wheel body web portion 6 in FIG.
a and 13b are alternately arranged on both sides.
【００１８】図２のように、車輪体ウェブ部の両側の同
じ位置に溝部１３ａ、１３ｂが設けられている場合、こ
の部分の車輪体ウェブ部の厚さが薄くなるため、強度は
図３の例にくらべて若干劣るおそれがある。As shown in FIG. 2, when the grooves 13a and 13b are provided at the same position on both sides of the wheel body web portion, the thickness of the wheel body web portion at this portion is reduced, so that the strength is as shown in FIG. It may be slightly inferior to the example.
【００１９】図４は本発明に係るブレーキディスクの凸
部の形状を示す概要図である。図２、図３と同一要素は
同一符号で示す。同図は図２または図３の凸部１２ａ、
または１２ｂの一つを拡大したものである。FIG. 4 is a schematic view showing the shape of the projection of the brake disk according to the present invention. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals. This figure shows the projection 12a of FIG. 2 or FIG.
Or one of 12b is enlarged.
【００２０】図５は本発明のブレーキディスクつき車輪
の他の例を示す部分正面図である。図２、図３と同一要
素は同一符号で示す。図２〜４において、凸部の形状は
扇形としているが、図５のように長方形としてもよく、
機械加工等が容易な形状を選ぶことができる。FIG. 5 is a partial front view showing another example of the wheel with a brake disk according to the present invention. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals. 2 to 4, the shape of the convex portion is a fan shape, but may be a rectangular shape as shown in FIG.
A shape that can be easily machined can be selected.
【００２１】図４において、凸部の高さＨp が低いと回
転方向の拘束力が小さく、またディスクが変形した場合
に拘束力がなくなること、高すぎるとこれと対応する溝
部の深さが深くなり、車輪体ウェブ部の厚さが小さくな
る。新幹線等に用いられる車輪体の径９００〜１２００
ｍｍ程度ものでは、この凸部高さは、５ｍｍ〜１０ｍｍ
（車輪体の径に対して０．５〜１．５％）の範囲にする
のが良い。[0021] In FIG 4, a height H p is low and the restraining force of the rotation direction of the projections is small, disc binding is eliminated that when deformed, the depth of the groove corresponding too high and this And the thickness of the wheel body web portion becomes smaller. Diameter 900-1200 of wheel body used for Shinkansen etc.
mm, the height of the projection is 5 mm to 10 mm
(0.5 to 1.5% with respect to the diameter of the wheel body).
【００２２】凸部の幅ＷP については、図４のような扇
面形状凸部の場合、最小幅ＷPminを基準に考えるが、凸
部の最小幅ＷPminは小さすぎると凸部の強度が小さく、
ブレーキ負荷時に凸部が変形・破損する可能性がある。
ＷPminが大きすぎると車輪体ウェブ部の溝部幅が大きく
なり、車輪体ウェブ部の強度が低下することから、Ｗ
Pminは３０〜１００ｍｍ（車輪体の径に対して２．５〜
１２％程度）の範囲にするのがよい。さらには４０〜８
０ｍｍ（同３．３〜７％程度）にするのが望ましい。図
５のように、凸部が長方形であれば、上記の検討はＷ
Pmin＝ＷPmaxとして扱うことができる。[0022] The width W P of the projections, when the fan face shaped convex portions as shown in FIG. 4, although considered based on the minimum width W Pmin, the strength of the minimum width W Pmin when the too small convex portion of the convex portion small,
The projection may be deformed or damaged when a brake is applied.
If W Pmin is too large, the width of the groove of the wheel body web portion increases, and the strength of the wheel body web portion decreases.
Pmin is 30 to 100 mm (2.5 to the diameter of the wheel body)
(About 12%). Furthermore, 40-8
It is desirable to set it to 0 mm (about 3.3 to 7%). As shown in FIG. 5, if the convex portion is rectangular,
It can be handled as Pmin = WPmax .
【００２３】図４の凸部の長さＬp は、短かすぎると回
転方向の拘束力が低下することから、５０ｍｍ以上（車
輪径に対して４％以上）とするのが良い。さらには８０
ｍｍ以上（同８％以上）とするのが望ましい。また、応
力集中を避けるため図４の凸部１２周囲のエッジ部１
４、コーナー部１５には０．３〜２．０ｍｍの面取りを
施すのが望ましい。The length L p of the convex portion of FIG. 4, since the binding force of too short the rotation direction is decreased, amount may be more than 50 mm (4% or more with respect to the wheel diameter). And 80
mm or more (8% or more). Further, in order to avoid stress concentration, the edge portion 1 around the convex portion 12 in FIG.
4. It is desirable that a chamfer of 0.3 to 2.0 mm is formed on the corner portion 15.
【００２４】前記凸部に対応する車輪体ウェブ部の溝部
の深さＨV （図示せず。以下、図４には溝部寸法を図示
していない）は、ブレーキディスクの凸部の高さに対応
するため、ＨV ＞ＨP とする必要があるが、車輪体ウェ
ブ部の厚さを確保するため、ＨV とＨP とはできるだけ
近いことが望ましい。加工精度を考慮すると、ＨV −Ｈ
P は０．３〜１．０程度とするのが好ましい。溝部の幅
ＷV は凸部の形状に合わせ、かつ溝部と凸部が嵌合する
ためには、例えば図４の扇形の直線部のそれぞれ対応す
る部分でＷV ＞ＷP とする必要があるが、このときの溝
部の最大幅ＷVmxnは隣接する溝部との間隔が５０ｍｍ以
上（車輪体径に対して４％以上）、さらには８０ｍｍ以
上（同６．５％以上）になるように設定するのが望まし
い。The depth H V (not shown; hereinafter, the dimensions of the groove are not shown in FIG. 4) of the groove of the wheel body web portion corresponding to the above-mentioned protrusion is determined by the height of the protrusion of the brake disk. In order to cope with this, it is necessary to satisfy H V > H P , but it is desirable that H V and H P be as close as possible to ensure the thickness of the wheel body web portion. Considering the processing accuracy, H V -H
P is preferably about 0.3 to 1.0. In order for the width W V of the groove to conform to the shape of the protrusion and to fit the groove and the protrusion, it is necessary, for example, that W V > W P at each corresponding portion of the fan-shaped linear portion in FIG. However, the maximum width W Vmxn of the groove portion at this time is set so that the interval between the adjacent groove portions is 50 mm or more (4% or more with respect to the wheel body diameter) and further 80 mm or more (6.5% or more). It is desirable to do.
【００２５】ブレーキ負荷時には凸部の片側の側面と溝
部の側面とが接触し、その面圧によって、ブレーキ制動
力を分担することになるため、幅ＷP と溝部の幅ＷV は
できるだけ近いことが望ましい。即ち、凸部と溝部のギ
ャップ（（ＷV −ＷP ／２）ができるだけ小さいことが
望ましい。しかし、加工精度の問題およびブレーキディ
スクと車輪体ウェブ部を組み立てるときの嵌合の容易
さ、および焼き付き等を考慮するとこのギャップは大き
い方がよい。従って、これらを考慮して凸部と溝部のギ
ャップは、０．１〜０．７ｍｍ程度とするのが望まし
く、さらには０．２〜０．５ｍｍとするのが望ましい。When a load is applied to the brake, one side surface of the convex portion comes into contact with the side surface of the groove portion, and the braking pressure is shared by the surface pressure. Therefore, the width W P and the width W V of the groove portion should be as close as possible. Is desirable. That is, it is desirable that the gap ((W V −W P / 2)) between the convex portion and the groove portion is as small as possible, however, there is a problem of processing accuracy, ease of fitting when assembling the brake disc and the wheel body web portion, and The gap is preferably large in consideration of image sticking, etc. Therefore, in consideration of these, the gap between the convex portion and the groove portion is desirably set to about 0.1 to 0.7 mm, and more preferably 0.2 to 0.7 mm. It is desirable to set it to 5 mm.
【００２６】溝部の長さＬV は、凸部と溝部が嵌合する
ため、凸部の長さＬP に対して、ＬV ＞ＬP としなけれ
ばならない。図４において、ブレーキディスクの中心か
ら凸部の外周側端部までの距離をｒPo、凸部の内周側端
部までの距離をｒPiとし、これに対応した車輪体の中心
から車輪体ウェブ部の溝の外周端部までの距離（図示せ
ず）をｒVo、内周端部までの距離をｒViとするとき、Ｌ
V ＞ＬP の関係は（ｒVo−ｒVi）＞（ｒPo−ｒPi）にな
る。さらに、ブレーキディスクがブレーキ負荷時の摩擦
により高温になって膨張するため、（ｒVo−ｒPo）、す
なわち、外周側の半径方向のギャップを、０．５〜２．
０ｍｍとするのが望ましい。内周側の半径方向のギャッ
プ（ｒPi−ｒVi）は、ブレーキディスクの熱膨張によっ
て拡大するため、特に限定しないが、０．１〜０．５ｍ
ｍ程度とするのが望ましい。なお、図２または図３から
明らかなように、ｒVoは車輪体ウェブ部の外径より大き
くはできず、ｒViは車輪体ウェブ部の内径より小さくは
できない。The length L V of the groove, the convex portion and the groove are fitted, with respect to the length L P of the projections to be not L V> L P. In FIG. 4, the distance from the center of the brake disk to the outer peripheral end of the convex portion is r Po , the distance from the inner peripheral end of the convex portion to r Pi, and the center of the corresponding wheel body to the wheel body. When a distance (not shown) from the groove of the web portion to the outer peripheral end is r Vo and a distance from the inner peripheral end to r Vi is L,
The relationship of V> L P becomes (r Vo -r Vi)> ( r Po -r Pi). Further, since the brake disk becomes hot and expands due to the friction at the time of the brake load, (r Vo −r Po ), that is, the radial gap on the outer peripheral side is set to 0.5 to 2.
Desirably, it is 0 mm. The radial gap (r Pi −r Vi ) on the inner peripheral side is not particularly limited because it expands due to the thermal expansion of the brake disc, but is 0.1 to 0.5 m.
m is desirable. As is clear from FIG. 2 or FIG. 3, r Vo cannot be larger than the outer diameter of the wheel body web, and r Vi cannot be smaller than the inner diameter of the wheel body web.
【００２７】ブレーキディスクの凸部の数は、４〜１６
が望ましい。ブレーキディスクは一体型のものでもよい
し、周方向に２〜４分割した構造のものでもよい。The number of protrusions of the brake disk is 4 to 16
Is desirable. The brake disk may be of an integral type, or may be of a structure divided into two to four in the circumferential direction.
【００２８】[0028]
【実施例】表１に、ブレーキ試験を実施したブレーキデ
ィスク付き車輪の一覧を示す。試作した車輪体およびブ
レーキディスクは図５に示す形状のように、ブレーキデ
ィスクの凸部の形状は長方形であり、車輪体ウェブ部の
溝部は表裏で同じ位置に配置されたものである。ブレー
キディスクの材料には新幹線車両で使用されている鍛鋼
材を使用した。なお、ブレーキディスクの外径は７８０
ｍｍ、摺動面の幅は１２５ｍｍである。EXAMPLES Table 1 shows a list of wheels with brake discs subjected to a brake test. As shown in FIG. 5, the prototype of the wheel body and the brake disk have the shape of the protrusion of the brake disk which is rectangular, and the groove portions of the wheel body web portion are arranged at the same position on the front and back. The brake disc was made of forged steel used in Shinkansen vehicles. The outer diameter of the brake disc is 780
mm, and the width of the sliding surface is 125 mm.
【００２９】[0029]
【表１】 [Table 1]
【００３０】車輪Ｎｏ．１〜３は本発明に係るものであ
る。表１に示すように、凸部の寸法のみを変化させた。
また、凸部にはそれぞれＣ１（ｍｍ）の面取り加工を施
した。Wheel No. 1 to 3 relate to the present invention. As shown in Table 1, only the dimensions of the protrusions were changed.
Further, each of the convex portions was subjected to a chamfering process of C1 (mm).
【００３１】比較例の車輪Ｎｏ．４として、図１に示す
現状の鉄道車両に使用されている形状のブレーキディス
ク付き車輪を試作した。車輪Ｎｏ．４のブレーキディス
クの外径と摺動面の幅は、本発明例と同様である。Wheel No. of Comparative Example As No. 4, a prototype of a wheel with a brake disc having the shape used in the current railway vehicle shown in FIG. 1 was manufactured. Wheel No. The outer diameter and the width of the sliding surface of the brake disk No. 4 are the same as those of the present invention.
【００３２】比較例の車輪Ｎｏ．５として、特開平１０
−３１８３０４号公報に記載されたブレーキディスク
を、車輪Ｎｏ．１〜４と同一の外径および摺動面幅とし
たものを車輪体に装備してブレーキディスク付き車輪を
試作した。Wheel No. of Comparative Example 5 and JP-A-10
The brake disk described in Japanese Patent No. A wheel having a brake disk was prototyped with the same outer diameter and sliding surface width as in Nos. 1 to 4 mounted on the wheel body.
【００３３】上記５種類の車輪を用いて実体ブレーキ試
験を実施した。試験条件は１００ｋｍ／ｈからのブレー
キ負荷相当とした。この時ブレーキディスク温度は約１
００℃まで上昇する。その後ブレーキディスク温度が５
０度以下になるまで冷却した後、再度ブレーキを負荷し
た。このブレーキ負荷を繰返し１００回行った。表２に
試験結果を示す。A body brake test was performed using the above five types of wheels. The test conditions were equivalent to a brake load from 100 km / h. At this time, the brake disc temperature is about 1
Increase to 00 ° C. After that, the brake disc temperature becomes 5
After cooling to 0 degrees or less, the brake was applied again. This brake load was repeated 100 times. Table 2 shows the test results.
【００３４】[0034]
【表２】 [Table 2]
【００３５】表２に示すように、摩擦係数に関しては、
本発明例の車輪Ｎｏ．１〜３では、平均値、変動幅とも
比較例の車輪Ｎｏ．４とほぼ同じレベルであり、適用可
能であることがわかった。一方比較例の車輪Ｎｏ．５で
は、他の車輪と比較して、摩擦係数の平均値は低く、変
動幅は大きくなっている。これは、車輪Ｎｏ．５のブレ
ーキディスクでは摺動部とフランジ部が分離しており、
ブレーキ負荷時に内リングと外リングとの間でのすべり
あるいはガタツキがあるものと思われる。ボルトに発生
する応力を比較すると、車輪Ｎｏ．１〜３では比較例の
車輪Ｎｏ．４〜５より応力の変動幅が小さくなってお
り、ブレーキディスクと車輪のはめ合わせにより回転方
向へ拘束していることによりボルトへの負荷が低減され
ている。As shown in Table 2, regarding the coefficient of friction,
Wheel No. of the present invention example. In Nos. 1 to 3, both the average value and the fluctuation range are the wheel Nos. Of the comparative examples. The level was almost the same as that of No. 4 and found to be applicable. On the other hand, the wheel No. of the comparative example. In No. 5, the average value of the friction coefficient is low and the fluctuation width is large as compared with the other wheels. This is the wheel no. In the brake disk of No. 5, the sliding part and the flange part are separated,
It is considered that there is slippage or rattling between the inner ring and the outer ring when a brake is applied. Comparing the stresses generated in the bolts, wheel no. In Nos. 1 to 3, the wheel Nos. The fluctuation range of the stress is smaller than that of 4 to 5, and the load on the bolt is reduced by being restrained in the rotation direction by fitting the brake disc and the wheel.
【００３６】上記の試験結果より、比較例の車輪Ｎｏ．
４〜５より本発明例の車輪１〜３の方が優れていること
がわかった。From the above test results, the wheel no.
It was found that the wheels 1 to 3 of the present invention were superior to the wheels 4 to 5.
【００３７】（実施例２）次に、本発明例の車輪Ｎｏ．
１〜３を用いて、３００ｋｍ／ｈからの試験を行った。
３００ｋｍ／ｈからブレーキを負荷するとブレーキディ
スク温度は最高で約６００℃まで上昇する。ブレーキ負
荷後ブレーキディスク温度が５０℃以下になるまで冷却
し、再度ブレーキを負荷した。このブレーキ試験を繰返
し１００回行った。(Embodiment 2) Next, the wheel no.
The test from 300 km / h was performed using 1-3.
When a brake is applied from 300 km / h, the brake disc temperature rises up to about 600 ° C. After the brake load, the temperature was cooled until the brake disk temperature became 50 ° C. or less, and the brake was loaded again. This brake test was repeated 100 times.
【００３８】試験後のブレーキディスクを観察するとす
べての車輪のブレーキディスクが変形（摺動面側へのそ
り）していた。また、車輪Ｎｏ．２では凸部の基部に微
細なき裂が発生し、凸部が回転方向に変形していた。表
３にブレーキ負荷時の摩擦係数、ボルトに発生する応力
を示す。When the brake disks after the test were observed, the brake disks of all the wheels were deformed (warped to the sliding surface side). The wheel No. In No. 2, a fine crack was generated at the base of the projection, and the projection was deformed in the rotation direction. Table 3 shows the friction coefficient at the time of the brake load and the stress generated in the bolt.
【００３９】[0039]
【表３】 [Table 3]
【００４０】３種車輪の摩擦係数を比較すると、摩擦係
数の平均値、変動幅とも大きな差はなかった。ボルトに
発生する応力を比較すると、車輪Ｎｏ．１ではボルトに
発生する応力の変動幅が小さくなっており、ボルトはよ
り長寿命になると考えられる。これは、ブレーキディス
ク凸部と車輪体溝部のはめ合い部で制動力の大部分を分
担し、ボルトは車輪体ウェブ部の厚さ方向の拘束のみを
負担しているため、従来の締結方法と比較してボルトへ
の負荷が低減したためと思われる。また、車輪Ｎｏ．２
および３では、車輪Ｎｏ．１と比較して、ボルトに発生
する応力は高くなった。これは、ブレーキ負荷回数の増
加にともないブレーキディスクと車輪のはめ合い部の形
状が変化し、回転方向の拘束効果が低下したことが原因
と思われる。When the friction coefficients of the three types of wheels were compared, there was no significant difference between the average value and the fluctuation range of the friction coefficient. Comparing the stresses generated in the bolts, wheel no. In No. 1, the fluctuation width of the stress generated in the bolt is small, and it is considered that the bolt has a longer life. This is because most of the braking force is shared by the fitting portion between the brake disk projection and the wheel body groove, and the bolt bears only the restraint in the thickness direction of the wheel body web, so that the conventional fastening method and This is probably because the load on the bolt was reduced. The wheel No. 2
In No. 3 and No. 3, wheel Nos. The stress generated in the bolt was higher than that of No. 1. This is considered to be because the shape of the fitting portion between the brake disk and the wheel changed with an increase in the number of times of the brake load, and the effect of restraining the rotation direction was reduced.
【００４１】上記のブレーキ試験の結果より、車輪Ｎ
ｏ．１の形状が最も優れていることが判明した。From the results of the above-described brake test, it was found that the wheel N
o. Shape 1 was found to be the best.
【００４２】（実施例３）次にブレーキディスクの材質
を鍛鋼よりＡｌ複合材に変更して上記と同様のブレーキ
試験を実施した。なお、使用したＡｌ複合材ブレーキデ
ィスクは、鋳造により製造されたものであり、試作した
形状は車輪Ｎｏ．１、車輪Ｎｏ．４および車輪Ｎｏ．５
と同じである。それぞれを車輪Ｎｏ．６（本発明例）お
よび車輪Ｎｏ．７〜８（比較例）とする。試験条件は前
記鍛鋼ブレーキディスクの場合と同様に３００ｋｍ／ｈ
からの非常ブレーキ相当である。試験結果を表４に示
す。(Example 3) Next, a brake test similar to the above was conducted by changing the material of the brake disc from forged steel to an Al composite material. The Al composite brake disk used was manufactured by casting. 1, wheel No. 4 and wheel no. 5
Is the same as Each wheel No. 6 (Example of the present invention) and wheel No. 6 7 to 8 (Comparative Example). The test conditions were 300 km / h as in the case of the forged steel brake disc.
It is equivalent to an emergency brake from. Table 4 shows the test results.
【００４３】[0043]
【表４】 [Table 4]
【００４４】車輪Ｎｏ．７では、ブレーキ負荷を１０回
繰返したところボルト穴よりき裂が発生し破断した。ま
た、車輪Ｎｏ．８では、ボルト穴のき裂は発生しなかっ
たが、ボルトに負荷される応力を低減することはできな
かった。また、摩擦係数が安定しておらず、実用化する
には難しいことがわかった。一方、本発明に係る車輪Ｎ
ｏ．６では、ボルト穴のき裂は発生しなかった。また、
摩擦特性も比較的安定しており、本発明はＡｌ複合材の
ブレーキディスクにも十分適用可能であることがわかっ
た。Wheel No. In No. 7, when the brake load was repeated 10 times, a crack was generated from the bolt hole and it was broken. The wheel No. In No. 8, no crack was generated in the bolt hole, but the stress applied to the bolt could not be reduced. Also, it was found that the coefficient of friction was not stable and it was difficult to put to practical use. On the other hand, the wheel N according to the present invention
o. In No. 6, no crack was generated in the bolt hole. Also,
The friction characteristics were also relatively stable, indicating that the present invention is sufficiently applicable to an Al composite brake disk.
【００４５】[0045]
【発明の効果】本発明のブレーキディスク付き車輪によ
り、ブレーキディスクに発生する応力集中を低減し、か
つ締結ボルトへの負荷も低減することが可能で、ブレー
キディスクおよびボルトを長寿命化することが可能であ
る。According to the wheel with a brake disk of the present invention, it is possible to reduce the concentration of stress generated in the brake disk and also reduce the load on the fastening bolt, and to extend the life of the brake disk and the bolt. It is possible.
【図１】鉄道車輌用のブレーキディスク付き車輪の部分
断面図である。FIG. 1 is a partial sectional view of a wheel with a brake disc for a railway vehicle.
【図２】本発明のブレーキディスク付き車輪の一例を示
す概要図であり、同図(a) は部分正面図、同図(b) は同
図(a) のＯ−Ａ矢視部分断面図、同図(c) は同図(a) の
Ｏ−Ｃ矢視部分断面図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example of a wheel with a brake disk according to the present invention. FIG. 2 (a) is a partial front view, and FIG. 2 (b) is a partial sectional view taken along the line OA in FIG. 2 (a). FIG. 3C is a partial sectional view taken along the line OC of FIG.
【図３】本発明のブレーキディスク付き車輪の他の一例
を示す概要図であり、同図(a) は部分正面図、同図(b)
は同図(a) のＯ−Ａ矢視部分断面図、同図(b) は同図
(a) のＯ−Ｂ矢視部分断面図、同図(c) は同図(a) のＯ
−Ｃ矢視部分断面図である。FIG. 3 is a schematic view showing another example of the wheel with a brake disk according to the present invention, wherein FIG. 3 (a) is a partial front view and FIG.
FIG. 3A is a partial cross-sectional view taken along the line OA in FIG. 3A, and FIG.
(a) is a partial cross-sectional view taken along the line OB, and (c) is a sectional view of FIG.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view taken along arrow C.
【図４】本発明に係るブレーキディスクの凸部の形状を
示す概要図である。FIG. 4 is a schematic view showing a shape of a convex portion of a brake disk according to the present invention.
【図５】本発明のブレーキディスクつき車輪の他の例を
示す部分正面図である。FIG. 5 is a partial front view showing another example of the wheel with a brake disc of the present invention.
１：車輪体 ２：車軸 ３：ブレーキディスク ４：摺動面 ５：リム ６：車輪体ウェブ部 ７：車輪のボルト穴 ８：ブレーキディスクのボルト穴 ９：ボルト １０：ナット １１：ブレーキディスク付き車輪 １２、１２ａ、１２ｂ：凸部 １３、１３ａ、１３ｂ：溝部 １４：エッジ部 １５：コーナー部 1: Wheel body 2: Axle 3: Brake disc 4: Sliding surface 5: Rim 6: Wheel body web part 7: Wheel bolt hole 8: Brake disc bolt hole 9: Bolt 10: Nut 11: Wheel with brake disc 12, 12a, 12b: convex portion 13, 13a, 13b: groove portion 14: edge portion 15: corner portion
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 三幸 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金 属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3J058 AA47 AA53 AA87 BA47 CB14 CB24 DD02 DD05 EA03 EA06 EA08 FA21 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Miyuki Yamamoto 4-33, Kitahama, Chuo-ku, Osaka-shi F-term in Sumitomo Metal Industries, Ltd. (reference) 3J058 AA47 AA53 AA87 BA47 CB14 CB24 DD02 DD05 EA03 EA06 EA08 FA21
Claims (2)
れたブレーキディスクとを備えた鉄道車輌用ブレーキデ
ィスク付き車輪であって、ブレーキディスクには車輪体
ウェブ部の面と接する面にブレーキディスクの中心から
放射状に伸びる凸部を有し、車輪体ウェブ部の両面には
前記ブレーキディスクの凸部と嵌合する溝部を有するこ
とを特徴とする鉄道車両用ブレーキディスク付き車輪。1. A wheel with a brake disk for a railway vehicle, comprising a wheel body and brake disks fastened to both side surfaces of a web portion thereof, wherein the brake disk has a brake on a surface in contact with a surface of the wheel body web portion. A wheel with a brake disk for a railway vehicle, comprising a convex portion extending radially from the center of the disk, and grooves on both surfaces of the wheel body web portion to be fitted with the convex portion of the brake disk.
置されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車
両用ブレーキディスク付き車輪。2. The wheel with a brake disk for a railway vehicle according to claim 1, wherein the grooves are alternately arranged on the front and back of the wheel body web.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04486099A JP4168512B2 (en) | 1999-02-23 | 1999-02-23 | Wheels with brake discs for railway vehicles |
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| JP2000240696A true JP2000240696A (en) | 2000-09-05 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006258187A (en) * | 2005-03-17 | 2006-09-28 | Railway Technical Res Inst | Disc brake device for vehicle |
| JP2012072913A (en) * | 2011-12-09 | 2012-04-12 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Railroad vehicle brake disc and fastening structure thereof |
-
1999
- 1999-02-23 JP JP04486099A patent/JP4168512B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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