JP6311554B2 - Railway wheel with brake disc - Google Patents

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Description

本発明は、鉄道車両用の車輪にブレーキディスクが締結されて成るブレーキディスク付き鉄道車輪(以下、「BD付き鉄道車輪」ともいう)に関する。   The present invention relates to a railway wheel with a brake disk (hereinafter also referred to as “railway wheel with BD”) in which a brake disk is fastened to a wheel for a railway vehicle.

鉄道車両の制動装置としては、車両の高速化や大型化に伴い、制動性に優れたディスクブレーキが多用される。ディスクブレーキでは、車輪に取り付けられたブレーキディスクの摺動面にブレーキライニングを押し付ける。これにより、回転する車輪に制動力が発生し、車両の速度が制御される。   As a braking device for a railway vehicle, a disc brake having excellent braking performance is frequently used as the speed and size of the vehicle increase. In a disc brake, a brake lining is pressed against a sliding surface of a brake disc attached to a wheel. As a result, braking force is generated on the rotating wheels, and the speed of the vehicle is controlled.

図1A及び図1Bは、鉄道車両のディスクブレーキを構成するブレーキディスク付き鉄道車輪の全体構造を示す図であって、図1Aに1/4円部分の平面図を、図1Bに半円部分の軸方向に沿った断面図をそれぞれ示す。図2A〜図2Cは、従来のBD付き鉄道車輪の構造を局所的に示す図であって、図2Aにブレーキディスクの裏面を内周面側から見た斜視図を、図2Bにブレーキディスクを裏面側から見た平面図を、図2Cに軸方向に沿った断面図をそれぞれ示す。   1A and 1B are views showing the overall structure of a railway wheel with a brake disc that constitutes a disc brake of a railway vehicle. FIG. 1A is a plan view of a quarter circle portion, and FIG. Sectional views along the axial direction are shown. 2A to 2C are views locally showing the structure of a conventional BD-equipped railway wheel. FIG. 2A is a perspective view of the rear surface of the brake disk as viewed from the inner peripheral surface side, and FIG. A plan view seen from the back side is shown in FIG. 2C and a sectional view along the axial direction is shown.

図1A、図1B及び図2A〜図2Cに示すように、ブレーキディスク1は、表面2a側を摺動面とするドーナツ形の円板部2を備える。この円板部2の裏面2bには、放射状に複数のフィン部3が突設されている。複数のフィン部3のうちの幾つかには、半径方向のほぼ中央の位置に、円板部2まで貫通するボルト孔4が形成されている。   As shown in FIGS. 1A, 1B, and 2A to 2C, the brake disc 1 includes a donut-shaped disk portion 2 having a sliding surface on the surface 2a side. A plurality of fin portions 3 are radially provided on the rear surface 2 b of the disk portion 2. Some of the plurality of fin portions 3 are formed with bolt holes 4 penetrating to the disc portion 2 at substantially the center position in the radial direction.

車輪10は、車軸が圧入されるボス部11、レールと接触する踏面を含むリム部12、及びこれらを結合する板部13から成る。ブレーキディスク1は、2枚を一組として個々の表面2aを外向きにした状態で車輪10の板部13を挟み込むように配置される。各ボルト孔4にボルト5が挿通され、各ボルト5にナット6が螺合し締め付けられる。これにより、ブレーキディスク1は、フィン部3の先端面(軸方向の端面)が半径方向の全域にわたって車輪10の板部13の側面13aに圧接した状態で、車輪10に締結される。このような構成の従来のBD付き鉄道車輪は、例えば特許文献1に開示されている。   The wheel 10 includes a boss portion 11 into which an axle is press-fitted, a rim portion 12 including a tread surface that comes into contact with a rail, and a plate portion 13 that couples them. The brake disc 1 is arranged so as to sandwich the plate portion 13 of the wheel 10 with the two surfaces as a set and the individual surfaces 2a facing outward. Bolts 5 are inserted into the respective bolt holes 4, and nuts 6 are screwed into the respective bolts 5 and tightened. As a result, the brake disc 1 is fastened to the wheel 10 in a state in which the front end surface (axial end surface) of the fin portion 3 is in pressure contact with the side surface 13a of the plate portion 13 of the wheel 10 over the entire radial direction. The conventional railway wheel with BD of such a structure is disclosed by patent document 1, for example.

鉄道車両の走行時、ブレーキディスク1は車輪10と一体で高速回転する。これに伴い、ブレーキディスク1の周辺の空気が、ブレーキディスク1と車輪10との間に形成された空間内に、具体的には、ブレーキディスク1の円板部2及びフィン部3、並びに車輪10の板部13で囲まれた空間内に、内周側から流入し、外周側から流出する(図2A〜図2C中の実線矢印参照)。要するに、鉄道車両の走行中、ブレーキディスク1と車輪10との間の空間には空気のガス流れが生じる。このガス流れは、新幹線(R)等の高速鉄道車両のように時速300kmを超える高速で走行する際に著しくなり、空力音と称される騒音を誘発する。このため、環境への配慮から空力音の低減が必要とされる。   During travel of the railway vehicle, the brake disc 1 rotates at a high speed integrally with the wheel 10. Accordingly, the air around the brake disc 1 flows into the space formed between the brake disc 1 and the wheel 10, specifically, the disc portion 2 and the fin portion 3 of the brake disc 1, and the wheel. 10 flows in from the inner peripheral side and flows out from the outer peripheral side into a space surrounded by 10 plate portions 13 (see solid arrows in FIGS. 2A to 2C). In short, an air gas flow is generated in the space between the brake disc 1 and the wheel 10 during travel of the railway vehicle. This gas flow becomes significant when traveling at a high speed exceeding 300 km / h like a high-speed railway vehicle such as the Shinkansen (R) and induces a noise called aerodynamic sound. For this reason, reduction of aerodynamic sound is required for environmental considerations.

この要求に対応する従来技術として、下記のものがある。   There are the following as conventional techniques corresponding to this requirement.

例えば特許文献2には、ブレーキディスクについて、隣り合うフィン部同士の間に円周方向に沿ってリブを追加し、このリブによってガス流れを抑制したBD付き鉄道車輪が開示されている。同文献に開示されたBD付き鉄道車輪によれば、空力音を所望のレベルまで低減することができる。   For example, Patent Document 2 discloses a railway wheel with a BD in which a rib is added along the circumferential direction between adjacent fin portions of a brake disk, and the gas flow is suppressed by the rib. According to the railway wheel with BD disclosed in this document, aerodynamic sound can be reduced to a desired level.

しかし、前記特許文献2に開示された技術では、リブによるガス流れの抑制に伴い、制動時にブレーキディスクへの冷却性能が低下する。このため、リブの追加によってブレーキディスク自体の剛性が増すことと相まって、ブレーキディスクの熱膨張に伴う変形、及びそれによる締結用ボルトへの応力負荷が増大し、ブレーキディスク及びボルトの耐久性が低下するおそれがある。   However, in the technique disclosed in Patent Document 2, the cooling performance to the brake disc is reduced during braking along with the suppression of the gas flow by the ribs. For this reason, coupled with the increase in rigidity of the brake disc itself due to the addition of ribs, the deformation accompanying the thermal expansion of the brake disc and the resulting stress load on the fastening bolt increase, and the durability of the brake disc and bolt decreases. There is a risk.

この問題の解決を図る従来技術が、特許文献3に開示されている。   A conventional technique for solving this problem is disclosed in Patent Document 3.

図3A及び図3Bは、特許文献3に開示された従来のBD付き鉄道車輪の構造を局所的に示す図であって、図3Aにブレーキディスクの裏面を内周面側から見た斜視図を、図3Bに軸方向に沿った断面図をそれぞれ示す。これらの図に示すように、特許文献3に開示されたBD付き鉄道車輪では、ブレーキディスク1について、隣り合うフィン部3同士の間に円周方向に沿ってリブ7を追加し、更に、このリブ7の円周方向の中央部に径方向に沿ってスリット7aが形成されている。   3A and 3B are views locally showing the structure of a conventional BD-equipped railway wheel disclosed in Patent Document 3, and FIG. 3A is a perspective view of the rear surface of the brake disc as seen from the inner peripheral surface side. FIG. 3B shows a cross-sectional view along the axial direction. As shown in these drawings, in the railway wheel with BD disclosed in Patent Document 3, ribs 7 are added along the circumferential direction between the adjacent fin portions 3 for the brake disc 1, and this A slit 7 a is formed along the radial direction at the center of the rib 7 in the circumferential direction.

このBD付き鉄道車輪によれば、スリット7aによってガス流れが確保される。このため、制動時にブレーキディスク1への冷却性能が維持されるとともに、リブの追加による剛性の増加が緩和されることから、ブレーキディスク1の熱膨張に伴う変形及び締結用ボルトへの応力負荷が軽減され、ブレーキディスク1及びボルトの耐久性の低下が抑えられる。   According to this BD-equipped railway wheel, the gas flow is secured by the slit 7a. For this reason, the cooling performance to the brake disc 1 is maintained during braking, and the increase in rigidity due to the addition of the rib is mitigated, so that deformation due to thermal expansion of the brake disc 1 and stress load on the fastening bolts are caused. This reduces the deterioration of the durability of the brake disc 1 and the bolt.

非特許文献1には、特許文献3のリブの代わりに、フィン部の径方向内側端部に、空気の流れを抑制するエアダムが設けられたBD付き鉄道車輪が開示されている。エアダムは、ブレーキディスクの周方向に沿う板状部分である。隣接するフィン部のエアダム同士の間には、間隙が形成されており、この間隙によってガス流れが確保されて、制動時にブレーキディスクへの冷却性能が維持されるとともに、エアダムの追加による剛性の増加が緩和される。すなわち、この間隙は、特許文献3のスリットと同様の機能を有する。   Non-Patent Document 1 discloses a BD-equipped railway wheel in which an air dam that suppresses the flow of air is provided at the radially inner end of the fin portion instead of the rib of Patent Document 3. The air dam is a plate-like portion along the circumferential direction of the brake disc. A gap is formed between the air dams in the adjacent fins. This gap ensures gas flow, maintains the cooling performance of the brake disc during braking, and increases the rigidity by adding an air dam. Is alleviated. That is, this gap has the same function as the slit of Patent Document 3.

特開2006−9862号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-9862 特開2007−205428号公報JP 2007-205428 A 国際公開WO2010/071169号パンフレットInternational Publication WO2010 / 071169 Pamphlet

堀内 雅彦、「クノールブレムゼにおける新幹線向け基礎ブレーキ装置の開発」、鉄道車両と技術、No. 202,p13−17Masahiko Horiuchi, “Development of basic braking system for Shinkansen in Knorr-Bremse”, Railway Vehicles and Technology, No. 202, p13-17

上述のとおり、空力音の低減を図る従来のBD付き鉄道車輪は、ブレーキディスクの円板部及びフィン部、並びに車輪の板部で囲まれた空間内のガス流れを抑制することに主眼を置いている。このようなガス流れを抑制するため、これらの鉄道車輪は、ディスクブレーキの円板部にリブを追加し、若しくは更にそのリブにスリットを形成したもの、又はディスクブレーキのフィン部にエアダムを追加し、エアダム同士の間に間隙を形成したものとなっている。このため、ブレーキディスクの形状が複雑になることから、ブレーキディスクの生産性が低下せざるを得ない。   As described above, conventional BD-equipped railway wheels that reduce aerodynamic noise focus on suppressing the gas flow in the space surrounded by the disc and fins of the brake disc and the plate of the wheel. ing. In order to suppress such gas flow, these railway wheels have ribs added to the disc brake disc, or slits formed in the ribs, or air dams added to the fins of the disc brake. A gap is formed between the air dams. For this reason, since the shape of the brake disc becomes complicated, the productivity of the brake disc must be reduced.

具体的には、フィン部のみならず、リブ又はエアダムの高さを調整する追加工(機械加工等)が必要となり、更には、リブを設ける場合は、リブにスリットを形成する追加工が必要となるため、ブレーキディスクの製造工程が煩雑化する。とりわけ、ブレーキディスクを鍛造によって製造する場合には、金型への負荷が増大し、金型寿命が短くなることは否めない。   Specifically, not only the fin but also additional work (machining, etc.) to adjust the height of the rib or air dam is required. Furthermore, when providing a rib, additional work to form a slit in the rib is required. As a result, the brake disk manufacturing process becomes complicated. In particular, when the brake disc is manufactured by forging, it cannot be denied that the load on the mold increases and the mold life is shortened.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、下記の特性を有するブレーキディスク付き鉄道車輪を提供することである:
・ブレーキディスクが簡素な形状で生産性に優れたものであること;
・放熱性を十分に確保しつつ、高速走行中の空力音を有効に低減すること。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a railway wheel with a brake disk having the following characteristics:
-The brake disc must have a simple shape and excellent productivity;
・ Effectively reduce aerodynamic noise during high-speed driving while ensuring sufficient heat dissipation.

本発明の一実施形態であるブレーキディスク付き鉄道車輪は、
ボス部、リム部、及びこれらを結合する板部から成る鉄道車両用の車輪と、
表面側を摺動面とするドーナツ形の円板部、及び前記円板部の裏面に放射状に突設された複数のフィン部から成るブレーキディスクと、を備え、
2枚の前記ブレーキディスクが個々の前記摺動面を外向きにした状態で前記車輪の前記板部を挟み込み、締結されたブレーキディスク付き鉄道車輪であって、
前記リム部の内周面は、前記リム部の側面につながるテーパー面、及び前記テーパー面と前記板部の側面とにつながるフィレット面から成り、
前記ブレーキディスクと前記車輪との間に形成された空間を円周方向に沿って横断する断面の面積について、この断面積が最小となる最小断面部が、前記円板部の外周面と前記リム部の内周面とで形成される領域のうち、前記リム部の前記テーパー面と前記フィレット面との境界に存在し、
前記円板部の前記外周面は、前記最小断面部を境界にして外側領域面と内側領域面とに区分され、
前記車輪の軸方向に沿った断面において、前記内側領域面と前記フィレット面の前記最小断面部近傍の部分とのなす角度αが、0°≦α≦6°を満たし、前記外側領域面と前記テーパー面とのなす角度βが、0°≦β≦35°を満たし、前記摺動面と前記テーパー面とのなす角度γが、30°≦γ≦45°を満たす。
A railway wheel with a brake disk according to an embodiment of the present invention,
A wheel for a railway vehicle composed of a boss part, a rim part, and a plate part connecting them;
A donut-shaped disk part having a sliding surface on the surface side, and a brake disk composed of a plurality of fin parts projecting radially on the back surface of the disk part,
Two brake discs sandwiching the plate portion of the wheel with each sliding surface facing outward, and a train wheel with a brake disc fastened,
The inner peripheral surface of the rim portion is composed of a tapered surface connected to the side surface of the rim portion, and a fillet surface connected to the tapered surface and the side surface of the plate portion,
Regarding the area of the cross section that crosses the space formed between the brake disc and the wheel along the circumferential direction, the minimum cross section where the cross sectional area is the smallest is the outer peripheral surface of the disk portion and the rim. Of the region formed by the inner peripheral surface of the part, exists at the boundary between the tapered surface and the fillet surface of the rim part,
The outer peripheral surface of the disc portion is divided into an outer region surface and an inner region surface with the minimum cross-sectional portion as a boundary,
In a cross section along the axial direction of the wheel, an angle α formed by the inner region surface and a portion of the fillet surface near the minimum cross section satisfies 0 ° ≦ α ≦ 6 °, and the outer region surface and the An angle β formed with the tapered surface satisfies 0 ° ≦ β ≦ 35 °, and an angle γ formed between the sliding surface and the tapered surface satisfies 30 ° ≦ γ ≦ 45 °.

本発明のブレーキディスク付き鉄道車輪は、下記の顕著な効果を有する:
・ブレーキディスクが簡素な形状で生産性に優れたものであること;
・放熱性を十分に確保しつつ、高速走行中の空力音を有効に低減できること。
The railway wheel with brake disc of the present invention has the following remarkable effects:
-The brake disc must have a simple shape and excellent productivity;
・ Aerodynamic noise during high-speed traveling can be effectively reduced while ensuring sufficient heat dissipation.

図1Aは、ブレーキディスク付き鉄道車輪の全体構造を示す図であって、1/4円部分の平面図である。FIG. 1A is a diagram showing an overall structure of a railway wheel with a brake disk, and is a plan view of a ¼ circle portion. 図1Bは、ブレーキディスク付き鉄道車輪の全体構造を示す図であって、半円部分の軸方向に沿った断面図である。FIG. 1B is a diagram showing the overall structure of a railway wheel with a brake disc, and is a cross-sectional view along the axial direction of a semicircular portion. 図2Aは、従来のブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す図であって、ブレーキディスクの裏面を内周面側から見た斜視図である。FIG. 2A is a diagram locally showing the structure of a conventional railway wheel with a brake disc, and is a perspective view of the rear surface of the brake disc as seen from the inner peripheral surface side. 図2Bは、従来のブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す図であって、ブレーキディスクを裏面側から見た平面図である。FIG. 2B is a diagram locally showing the structure of a conventional railway wheel with a brake disc, and is a plan view of the brake disc as seen from the back side. 図2Cは、従来のブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す図であって、軸方向に沿った断面図である。FIG. 2C is a diagram locally showing a structure of a conventional railway wheel with a brake disc, and is a cross-sectional view along the axial direction. 図3Aは、特許文献3に開示された従来のブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す図であって、ブレーキディスクの裏面を内周面側から見た斜視図である。FIG. 3A is a diagram locally showing the structure of a conventional railway wheel with a brake disk disclosed in Patent Document 3, and is a perspective view of the rear surface of the brake disk as viewed from the inner peripheral surface side. 図3Bは、特許文献3に開示された従来のブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す図であって、軸方向に沿った断面図である。FIG. 3B is a diagram locally showing a structure of a conventional railway wheel with a brake disk disclosed in Patent Document 3, and is a cross-sectional view along the axial direction. 図4は、ブレーキディスク付き鉄道車輪における開口面積の総和と空力音レベル及び通気量との相関を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a correlation between the sum of the opening areas, the aerodynamic sound level, and the air flow rate in the railway wheel with a brake disk. 図5は、非定常ガス流れ解析で得られた固体表面(ブレーキディスク及び車輪の表面)におけるガス圧力変動の分布を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the distribution of gas pressure fluctuations on the solid surface (brake disc and wheel surfaces) obtained by unsteady gas flow analysis. 図6Aは、本発明の一実施形態であるブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す、軸方向に沿った断面図である。FIG. 6A is a cross-sectional view along the axial direction showing locally the structure of a railway wheel with a brake disk according to an embodiment of the present invention. 図6Bは、図6Aに矩形枠で示す部分を拡大して示す断面図である。FIG. 6B is an enlarged cross-sectional view of a portion indicated by a rectangular frame in FIG. 6A. 図7Aは、本発明例1のブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す、軸方向に沿った断面図である。FIG. 7A is a cross-sectional view along the axial direction showing locally the structure of the railway wheel with a brake disk of Example 1 of the present invention. 図7Bは、本発明例2のブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す、軸方向に沿った断面図である。FIG. 7B is a cross-sectional view along the axial direction showing locally the structure of the railway wheel with a brake disk of Example 2 of the present invention. 図7Cは、本発明例3のブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す、軸方向に沿った断面図である。FIG. 7C is a cross-sectional view along the axial direction showing locally the structure of the railway wheel with a brake disk of Example 3 of the present invention. 図7Dは、比較例1のブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す、軸方向に沿った断面図である。FIG. 7D is a cross-sectional view along the axial direction showing locally the structure of the railway wheel with a brake disk of Comparative Example 1. 図7Eは、比較例2のブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す、軸方向に沿った断面図である。FIG. 7E is a cross-sectional view along the axial direction showing locally the structure of the railway wheel with a brake disk of Comparative Example 2. 図7Fは、比較例3のブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す、軸方向に沿った断面図である。FIG. 7F is a cross-sectional view along the axial direction showing locally the structure of the railway wheel with a brake disk of Comparative Example 3. 図8は、本発明例1〜3及び比較例1〜3のブレーキディスク付き鉄道車輪について、放熱指標と空力音レベルとの関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the heat radiation index and the aerodynamic sound level for the railway wheels with brake disks of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3.

前記特許文献3に記載されているとおり、ブレーキディスクと車輪との間に形成された空間、その中でもブレーキディスクの円板部及びフィン部、並びに車輪の板部で囲まれた空間を流れる空気の通気量と、空力音のレベルとの間には、強い相関がある。   As described in Patent Document 3, the space formed between the brake disc and the wheel, in particular, the disk portion and the fin portion of the brake disc, and the air flowing through the space surrounded by the plate portion of the wheel There is a strong correlation between airflow and aerodynamic sound level.

図4は、ブレーキディスク付き鉄道車輪における開口面積の総和と空力音レベル及び通気量との相関を示す図である。ここでいう開口面積の総和とは、ブレーキディスクの円板部及びフィン部、並びに車輪の板部で囲まれた空間について、ブレーキディスクの内周側から見たときの開口面積の円周方向全域にわたる総和のことである。言い換えると、開口面積の総和は、ブレーキディスクと車輪との間に形成された空間を円周方向に沿って横断する断面(以下、「空間横断面」)について、この空間横断面の面積が最小となる最小断面部の面積のことである。例えば、前記図3A及び図3Bに示すBD付き鉄道車輪のように、ブレーキディスクのフィン部同士の間にリブが追加され、このリブにスリットが形成されている場合、最小断面部はリブの位置にあるので、このリブの位置での空間横断面の面積が図4に示す開口面積の総和となる。なお、通気量は熱流体解析(ブレーキディスク1枚あたり)によって得られ、空力音のレベルは実験により得られたものである。   FIG. 4 is a diagram showing a correlation between the sum of the opening areas, the aerodynamic sound level, and the air flow rate in the railway wheel with a brake disk. The sum of the opening areas here refers to the entire area in the circumferential direction of the opening area when viewed from the inner peripheral side of the brake disc in the space surrounded by the disc disc and fin portions of the brake disc and the plate portion of the wheel. It is the sum total. In other words, the sum of the opening areas is the minimum cross-sectional area of the cross section that crosses the space formed between the brake disc and the wheel along the circumferential direction (hereinafter referred to as “space cross section”). Is the area of the smallest cross-sectional portion. For example, as in the railway wheel with BD shown in FIGS. 3A and 3B, when a rib is added between the fin portions of the brake disc and a slit is formed in the rib, the minimum cross-sectional portion is the position of the rib. Therefore, the area of the spatial cross section at the position of the rib is the sum of the opening areas shown in FIG. The air flow rate was obtained by thermal fluid analysis (per brake disc), and the aerodynamic sound level was obtained by experiments.

図4に示すように、空力音レベルは最小断面部の面積(開口面積の総和)の増加に伴って大きくなり、通気量も同様の傾向となることがわかる。   As shown in FIG. 4, it can be seen that the aerodynamic sound level increases with an increase in the area of the minimum cross-sectional portion (the total sum of the opening areas), and the air flow rate has the same tendency.

しかし、実際には、空力音は、ガス圧力の非定常変化(粗密波の伝播現象)よって引き起こされる。このため、空力音の発生を数値解析で予測する際には、本質的に非定常的なガス流れの変化及びそれに伴う音圧の変化を直接的に評価することが好ましい。   However, in practice, aerodynamic sound is caused by an unsteady change in gas pressure (propagation phenomenon of dense waves). For this reason, when the generation of aerodynamic sound is predicted by numerical analysis, it is preferable to directly evaluate the essentially unsteady change in gas flow and the accompanying change in sound pressure.

そこで、前記図3A及び図3Bに示す従来のBD付き鉄道車輪、すなわちフィン部同士の間にスリット付きのリブを追加したBD付き鉄道車輪を対象とし、非定常ガス流れ解析に基づく空力音レベルの直接予測を実施した。この解析では、走行速度は360km/hと一定にした。   Therefore, the conventional railway wheel with BD shown in FIG. 3A and FIG. 3B, that is, the railway wheel with BD in which a rib with a slit is added between the fin portions, the aerodynamic sound level based on the unsteady gas flow analysis is targeted. Direct prediction was performed. In this analysis, the traveling speed was kept constant at 360 km / h.

非定常ガス流れ解析に用いたBD付き鉄道車輪のモデルの代表的な条件は、次のとおりである。
<ブレーキディスク>
・新幹線(R)用の鍛鋼ディスク
・円板部の内径:417mm、円板部の外径:715mm
・円板部の摺動面からフィン部の先端面(車輪板部との接触面)までの長さ:45mm
・直径が560mmの同一円上に中心が位置する12個のボルト孔を等間隔に形成し、各ボルト孔にボルトを挿通してブレーキディスクと車輪とを締結。
<車輪>
・新幹線(R)用の圧延車輪
・内径:196mm、外径:860mm
The typical conditions of the model of the railway wheel with BD used for the unsteady gas flow analysis are as follows.
<Brake disc>
-Forged steel disk for Shinkansen (R)-Inner diameter of disc part: 417 mm, outer diameter of disc part: 715 mm
-Length from the sliding surface of the disc part to the tip surface of the fin part (contact surface with the wheel plate part): 45 mm
-Twelve bolt holes centered on the same circle with a diameter of 560 mm are formed at equal intervals, and bolts are inserted into each bolt hole to fasten the brake disc and wheel.
<Wheel>
-Rolling wheels for Shinkansen (R)-Inner diameter: 196 mm, outer diameter: 860 mm

まず、前記特許文献2に記載された方法によって空力音レベルの測定を行い、非定常ガス流れ解析の計算手法の妥当性を検証した。具体的には、実験により、精密騒音計で音圧データを計測後、周波数分析を行い、A特性補正を加えた後、1/3オクターブバンド処理を実施し、周波数特性データ及びオーバーオール値を算出した。そして、オーバーオール値について、実験値(114.5[dB(A)])と計算値(114.8[dB(A)])を対比し、両者の整合性を確認した。   First, the aerodynamic sound level was measured by the method described in Patent Document 2, and the validity of the calculation method for unsteady gas flow analysis was verified. Specifically, after measuring sound pressure data with a precision sound level meter through experiments, frequency analysis is performed, A characteristic correction is applied, and 1/3 octave band processing is performed to calculate frequency characteristic data and overall values. did. And about the overall value, the experimental value (114.5 [dB (A)]) and the calculated value (114.8 [dB (A)]) were compared, and both consistency was confirmed.

図5は、非定常ガス流れ解析で得られた固体表面(ブレーキディスク及び車輪の表面)におけるガス圧力変動の分布を示す図である。同図(a)は、ブレーキディスク及び車輪の表面のいずれも表示したものであり、同図(b)は、そのうちのブレーキディスクを透過して表示したものである。   FIG. 5 is a diagram showing the distribution of gas pressure fluctuations on the solid surface (brake disc and wheel surfaces) obtained by unsteady gas flow analysis. FIG. 4A shows both the brake disc and the surface of the wheel, and FIG. 2B shows the brake disc through the brake disc.

図5に示す固体表面におけるガス圧力変動は、圧力の時間微分値の二乗平均量を示し、これは固体表面(ブレーキディスク及び車輪の表面)における音源分布に相当する。図5中の濃淡表示の濃い部分の分布から明らかなように、走行中の主要音源は、ブレーキディスクと車輪との間に形成された空間の中でも、ガス流出領域及びこの近傍、すなわちブレーキディスクの円板部の外周領域及びこの近傍に現れる。   The gas pressure fluctuation on the solid surface shown in FIG. 5 indicates the mean square amount of the time differential value of the pressure, which corresponds to the sound source distribution on the solid surface (the surfaces of the brake disc and the wheel). As is clear from the distribution of the dark portion of the light and shade display in FIG. 5, the main sound source during traveling is the gas outflow region and the vicinity thereof, that is, the brake disc in the space formed between the brake disc and the wheel. It appears in the outer peripheral region of the disc portion and in the vicinity thereof.

このことから、本発明では、空力音の低減を図るため、ブレーキディスクと車輪との間に形成された空間のうち、従来技術で着目していたブレーキディスクの円板部及びフィン部、並びに車輪の板部で囲まれた空間ではなく、ガス流出領域となるブレーキディスクの円板部の外周領域、すなわちブレーキディスクの円板部の外周面と車輪のリム部の内周面とで形成される領域に限定して着目した。   Therefore, in the present invention, in order to reduce aerodynamic noise, the disc disk portion and the fin portion of the brake disc, which have been focused on in the prior art, and the wheel in the space formed between the brake disc and the wheel. Instead of the space surrounded by the plate portion, it is formed by the outer peripheral region of the disc portion of the brake disc that becomes the gas outflow region, that is, the outer peripheral surface of the disc portion of the brake disc and the inner peripheral surface of the rim portion of the wheel. We focused on the area.

そして、上記の非定常ガス流れ解析による数値計算を用い、ブレーキディスクの円板部の外周領域の形態が空力音レベル及び冷却性能に及ぼす影響について調査した。その結果、ブレーキディスクの外周面の形状を適切に規定すれば、冷却性能を従来技術相当又はそれ以上に維持しながらも、空力音レベルを一層抑制できるとの知見を得て、本発明を完成させた。   Then, the numerical calculation based on the unsteady gas flow analysis described above was used to investigate the influence of the shape of the outer peripheral region of the disc part of the brake disc on the aerodynamic sound level and the cooling performance. As a result, if the shape of the outer peripheral surface of the brake disc is properly defined, the present invention has been completed with the knowledge that the aerodynamic sound level can be further suppressed while maintaining the cooling performance equivalent to or higher than that of the prior art. I let you.

一般に、ガス流れは、方向変化が急激であればある程、粘性応力による運動エネルギーの散逸が大きくなり、その分、音を生成するエネルギーへと転換しやすくなる。この点、本発明は、ガス流出領域のガス流れに着目し、ブレーキディスクと車輪との間からのガス流れが、車輪のリム部の表面(側面)に沿うように調整し、ブレーキディスクの回転に伴って発生する摺動面に沿った半径方向外向きのガス流れと小さい角度で合流するようにする。これにより、音源となりやすい合流点近傍でのガス流れの方向変化が極小化し、空力音の低減が実現される。   In general, the more rapid the change in direction of the gas flow, the greater the dissipation of kinetic energy due to viscous stress, and the more easily the gas flow is converted to energy that generates sound. In this respect, the present invention pays attention to the gas flow in the gas outflow region, and adjusts the gas flow from between the brake disc and the wheel so as to follow the surface (side surface) of the rim portion of the wheel. And a gas flow outward in the radial direction along the sliding surface generated at the same time so as to join at a small angle. Thereby, the direction change of the gas flow in the vicinity of the confluence where it is likely to be a sound source is minimized, and aerodynamic noise is reduced.

以下に、本発明のブレーキディスク付き鉄道車輪の実施形態について詳述する。   Below, the embodiment of the railway wheel with a brake disk of the present invention is described in detail.

図6A及び図6Bは、本発明の一実施形態に係るブレーキディスク付き鉄道車輪の構造を局所的に示す、軸方向に沿った断面図(以下、「軸方向断面」という。)である。図6Bは、図6Aに矩形枠Fで示す範囲を拡大して示す断面図である。以下では、前記図1A、図1B及び図2A〜図2Cに示す従来のBD付き鉄道車輪と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。   6A and 6B are cross-sectional views along the axial direction (hereinafter, referred to as “axial cross-section”) that locally show the structure of the railway wheel with a brake disk according to one embodiment of the present invention. 6B is an enlarged cross-sectional view illustrating a range indicated by a rectangular frame F in FIG. 6A. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is common in the conventional railway wheel with BD shown in the said FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 2A-FIG. 2C, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.

図6A及び図6Bに示すように、この実施形態におけるブレーキディスク1は、円板部2と、フィン部3とを備える。このブレーキディスク1は、前記図3A及び図3Bに示すようなリブ7、及び上記非特許文献1に開示されたエアダムを有しない。要するに、円板部2の裏面2bには、放射状に複数のフィン部3が突設されているのみである。円板部2は、円錐台状、円柱状等の形状を有する。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the brake disc 1 in this embodiment includes a disk portion 2 and a fin portion 3. The brake disc 1 does not have the rib 7 as shown in FIGS. 3A and 3B and the air dam disclosed in Non-Patent Document 1. In short, the plurality of fin portions 3 are only protruded radially on the back surface 2b of the disc portion 2. The disc part 2 has a shape such as a truncated cone or a column.

ブレーキディスク1の材質としては、鋳鉄、鋳鋼、鍛鋼、アルミニウム、カーボン等を採用することができる。   As a material of the brake disc 1, cast iron, cast steel, forged steel, aluminum, carbon, or the like can be used.

図6Bに示すように、ブレーキディスク1の表面2aのうち、外周領域面2a1を除く領域が摺動面2a2となっている。摺動面2a2は、外周領域面2a1に比して一段高くなっており、外周領域面2a1と摺動面2a2との間には、段差が形成されている。摺動面2a2は、繰り返しの制動に伴って摩耗し、摺動面2a2の摩耗が円板部2の外周領域面2a1の高さ(図6Bに破線で示す。)まで進行すると、ブレーキディスク1は、交換される。   As shown in FIG. 6B, a region excluding the outer peripheral region surface 2a1 in the surface 2a of the brake disc 1 is a sliding surface 2a2. The sliding surface 2a2 is one step higher than the outer peripheral region surface 2a1, and a step is formed between the outer peripheral region surface 2a1 and the sliding surface 2a2. The sliding surface 2a2 wears with repeated braking, and when the wear of the sliding surface 2a2 proceeds to the height of the outer peripheral area surface 2a1 of the disc portion 2 (shown by a broken line in FIG. 6B), the brake disc 1 Are exchanged.

車輪10は、ボス部11と、リム部12と、板部13とを備える。リム部12の内周面12b(図6B中の点b1から点b4の範囲)は、リム部12の側面12aにつながるテーパー面12ba(図6B中の点b1から点b2の範囲)、及びテーパー面12baと板部13の側面13aとにつながるフィレット面12bb(図6B中の点b2から点b4の範囲)を含む。   The wheel 10 includes a boss portion 11, a rim portion 12, and a plate portion 13. An inner peripheral surface 12b (range from point b1 to point b4 in FIG. 6B) of the rim portion 12 is a tapered surface 12ba (range from point b1 to point b2 in FIG. 6B) connected to the side surface 12a of the rim portion 12, and tapered. A fillet surface 12bb (range from point b2 to point b4 in FIG. 6B) connected to the surface 12ba and the side surface 13a of the plate portion 13 is included.

図6Bに示すように、軸方向断面において、テーパー面12baは、ほぼ直線状である。フィレット面12bbは、軸方向断面において、ほぼ直線状の直線部12bb1(図6B中の点b2から点b3の範囲)と、車輪10側に凸形状である曲線状の曲線部12bb2(図6B中の点b3から点b4の範囲)とを含む。直線部12bb1は、テーパー面12baにつながっており、曲線部12bb2は、板部13の側面13aにつながっている。曲線部12bb2は、曲率半径が一定のR面であってもよく、曲率半径が変化する自由曲面であってもよい。   As shown in FIG. 6B, the tapered surface 12ba is substantially linear in the axial section. The fillet surface 12bb has a substantially straight line portion 12bb1 (range from point b2 to point b3 in FIG. 6B) and a curved curve portion 12bb2 (in FIG. 6B) convex toward the wheel 10 side in the axial cross section. Point b3 to point b4). The straight portion 12bb1 is connected to the tapered surface 12ba, and the curved portion 12bb2 is connected to the side surface 13a of the plate portion 13. The curved portion 12bb2 may be an R surface with a constant radius of curvature, or may be a free curved surface with a changing radius of curvature.

ここで、この実施形態のBD付き鉄道車輪では、ブレーキディスク1と車輪10との間に形成された空間を円周方向に沿って横断する空間横断面について、この空間横断面の面積が最小となる最小断面部が、ブレーキディスク1の円板部2の外周面2cと車輪10のリム部12の内周面12bとで形成される領域に存在する。具体的には、最小断面部は、リム部12の内周面12bでは、テーパー面12baとフィレット面12bbとの境界(点b2)に存在する。   Here, in the railway wheel with BD of this embodiment, the area of the space cross section is the smallest for the space cross section that crosses the space formed between the brake disc 1 and the wheel 10 along the circumferential direction. The minimum cross-sectional portion is present in a region formed by the outer peripheral surface 2 c of the disc portion 2 of the brake disc 1 and the inner peripheral surface 12 b of the rim portion 12 of the wheel 10. Specifically, the minimum cross-sectional portion exists on the boundary (point b2) between the tapered surface 12ba and the fillet surface 12bb on the inner peripheral surface 12b of the rim portion 12.

また、ブレーキディスク1の円板部2の外周面2c(図6B中の点a1から点a3の範囲)は、最小断面部(点a2の位置)を境界にして、ここから厚み方向に沿って、外側(表面2a側)の外側領域面2c1(図6B中の点a1から点a2の範囲)と、内側の内側領域面2c2(図6B中の点a2から点a3の範囲)とを含む。軸方向断面では、外側領域面2c1、及び内側領域面2c2の形状は、いずれも、ほぼ直線状である。   Further, the outer peripheral surface 2c (the range from the point a1 to the point a3 in FIG. 6B) of the disc part 2 of the brake disc 1 is bounded by the minimum cross-sectional part (the position of the point a2) along the thickness direction from here. The outer region surface 2c1 on the outer side (surface 2a side) (range from point a1 to point a2 in FIG. 6B) and the inner region surface 2c2 on the inner side (range from point a2 to point a3 in FIG. 6B). In the cross section in the axial direction, the outer region surface 2c1 and the inner region surface 2c2 are both substantially linear.

軸方向断面において、面と面とがなす角度は、以下のように規定される。内側領域面2c2(点a2及びa3を通る直線)と直線部12bb1(点b2及びb3を通る直線)とのなす角度αは、0°≦α≦6°を満たす。外側領域面2c1(点a1及びa2を通る直線)とテーパー面12ba(点b1及びb2を通る直線)とのなす角度βは、0°≦β≦35°を満たす。   In the axial cross section, the angle formed by the surfaces is defined as follows. An angle α formed by the inner region surface 2c2 (straight line passing through the points a2 and a3) and the straight line portion 12bb1 (straight line passing through the points b2 and b3) satisfies 0 ° ≦ α ≦ 6 °. An angle β formed by the outer region surface 2c1 (a straight line passing through the points a1 and a2) and the tapered surface 12ba (a straight line passing through the points b1 and b2) satisfies 0 ° ≦ β ≦ 35 °.

0°≦β≦35°であるので、βが0ではない場合、すなわち、外側領域面2c1の形状が、テーパー面12baに完全に沿ったものではない場合がある。この場合でも、内側領域面2c2と直線部12bb1とのなす角度αが0°≦α≦6°を満たすことにより、この2つの面間に形成される縮流部での整流化によりガス流れの変動が抑えられつつ、音源となりやすい合流点近傍でのガス流れの方向変化が緩和され、空力音が有効に低減する。   Since 0 ° ≦ β ≦ 35 °, β may not be 0, that is, the shape of the outer region surface 2c1 may not be completely along the tapered surface 12ba. Even in this case, when the angle α formed by the inner region surface 2c2 and the straight portion 12bb1 satisfies 0 ° ≦ α ≦ 6 °, the flow of gas flows due to rectification at the contracted portion formed between the two surfaces. While the fluctuation is suppressed, the change in the direction of the gas flow in the vicinity of the confluence where the sound source is likely to be a sound source is mitigated, and aerodynamic sound is effectively reduced.

このような構成のBD付き鉄道車輪において、ブレーキディスク1は、リブ7及びエアダムを有さず、円板部2の裏面にフィン部3を備えるのみであり、簡素な形状である。このため、ブレーキディスク1の製造工程が煩雑化することはなく、ブレーキディスク1の生産性は優れる。ブレーキディスク1を鍛造によって製造する場合であっても、金型への負荷が増大することはなく、金型寿命が短くなることもない。もっとも、ブレーキディスク1の円板部2の外周面2cは、角度α及びβが上記の要件を満たす形状に機械加工を施す必要はあるが、この機械加工は、従来のリブ及びエアダム並びにスリットの追加工とは異なり、ブレーキディスク1の一連の機械加工の中で簡単に行える。   In the railway wheel with BD having such a configuration, the brake disk 1 does not have the rib 7 and the air dam, and only includes the fin portion 3 on the back surface of the disc portion 2 and has a simple shape. For this reason, the manufacturing process of the brake disc 1 is not complicated, and the productivity of the brake disc 1 is excellent. Even when the brake disk 1 is manufactured by forging, the load on the mold does not increase and the mold life is not shortened. However, the outer peripheral surface 2c of the disc portion 2 of the brake disc 1 needs to be machined into a shape in which the angles α and β satisfy the above requirements, but this machining is performed using conventional ribs, air dams, and slits. Unlike the additional machining, it can be easily performed in a series of machining of the brake disc 1.

また、このBD付き鉄道車輪によれば、高速走行中、ブレーキディスク1と車輪10との間を流れる空気は、最終的にリム部12のテーパー面12baと、円板部2の外側領域面2c1とによって規定される方向に沿うように流出する。このため、ブレーキディスク1と車輪10との間から流出した空気は、ブレーキディスク1の回転に伴って発生する摺動面2a2に沿った半径方向外向きのガス流れと小さい角度で合流するようになる。   In addition, according to the railway wheel with BD, during high speed traveling, the air flowing between the brake disc 1 and the wheel 10 finally becomes the tapered surface 12ba of the rim portion 12 and the outer region surface 2c1 of the disc portion 2. It flows out along the direction prescribed by. For this reason, the air that has flowed out between the brake disc 1 and the wheel 10 is joined at a small angle with the radially outward gas flow along the sliding surface 2a2 generated as the brake disc 1 rotates. Become.

摺動面2a2とテーパー面12baとのなす角度γが、30°≦γ≦45°を満たすようにすることにより、このような合流の効果を得つつ、軸方向断面におけるテーパー面12baの長さLが過剰に長くならないようにすることができる。長さLは、例えば、10mm≦L≦20mmを満たす。   The length γ of the tapered surface 12ba in the axial section is obtained while the effect of such merging is obtained by making the angle γ formed by the sliding surface 2a2 and the tapered surface 12ba satisfy 30 ° ≦ γ ≦ 45 °. L can be prevented from becoming excessively long. The length L satisfies, for example, 10 mm ≦ L ≦ 20 mm.

軸方向断面において、摺動面2a2と直線部12bb1(点2b及び点b3を通る直線)とのなす角度ζは、例えば、70°≦ζ≦85°とされる。   In the axial cross section, an angle ζ formed by the sliding surface 2a2 and the straight portion 12bb1 (a straight line passing through the points 2b and b3) is, for example, 70 ° ≦ ζ ≦ 85 °.

本発明のBD付き鉄道車輪による効果を確認するため、非定常ガス流れ解析及び熱流体解析を実施し、空力音レベル、冷却性能及び通気量を評価した。図7A〜図7Fは、解析の対象としたBD付き鉄道車輪の軸方向断面図である。図7A〜図7Fにおいて、図6A及び図6Bに示すBD付き鉄道車輪と共通する部分には、同一の符号を付している。図7A〜図7Cは、本発明の要件を満たすBD付き鉄道車輪(それぞれ、本発明例1〜3)の断面図であり、図7D〜図7Fは、本発明の要件を満たさないBD付き鉄道車輪(それぞれ、比較例1〜3)の断面図である。図7A〜図7Eにおいて、線分で結ばれた2つの黒丸で示した部分が、最小断面部である。   In order to confirm the effect of the railway wheel with BD of the present invention, unsteady gas flow analysis and thermal fluid analysis were performed, and the aerodynamic sound level, the cooling performance, and the air flow rate were evaluated. 7A to 7F are axial cross-sectional views of a railway wheel with a BD that is an object of analysis. 7A to 7F, the same reference numerals are given to the portions common to the railway wheel with BD shown in FIGS. 6A and 6B. 7A to 7C are sectional views of railway wheels with BD that satisfy the requirements of the present invention (invention examples 1 to 3, respectively). FIGS. 7D to 7F are railways with BD that do not satisfy the requirements of the present invention. It is sectional drawing of a wheel (respectively Comparative Examples 1-3). 7A to 7E, a portion indicated by two black circles connected by a line segment is a minimum cross-sectional portion.

表1に、各BD付き鉄道車輪について、内側領域面2c2と直線部12bb1とのなす角度α、外側領域面2c1とテーパー面12baとのなす角度β、及び、最小断面部の面積を示す。   Table 1 shows the angle α formed between the inner region surface 2c2 and the straight portion 12bb1, the angle β formed between the outer region surface 2c1 and the tapered surface 12ba, and the area of the minimum cross-sectional portion for each BD railway wheel.

軸方向断面において、摺動面2a2とテーパー面12baとのなす角度γ、テーパー面12baの長さL、及び摺動面2a2と直線部12bb1とのなす角度ζは、本発明例1〜3及び比較例1〜3で共通とし、下記の値をとるものとした。
・γ:38.5°
・L:11mm
・ζ:77°
In the axial cross section, the angle γ formed by the sliding surface 2a2 and the tapered surface 12ba, the length L of the tapered surface 12ba, and the angle ζ formed by the sliding surface 2a2 and the straight portion 12bb1 are the first to third examples of the present invention and It was made common in Comparative Examples 1-3, and the following value was taken.
・ Γ: 38.5 °
・ L: 11mm
・ Ζ: 77 °

比較例3として、隣接するフィン部3同士の間にスリット7a付きのリブ7(図3A及び図3B参照)を追加したBD付き鉄道車輪を採用した。   As Comparative Example 3, a railway wheel with BD in which ribs 7 with slits 7a (see FIGS. 3A and 3B) were added between adjacent fin portions 3 was adopted.

各BD付き鉄道車輪について、車両走行時の空気及び熱の流れを数値解析した。解析に用いたBD付き鉄道車輪のモデルの代表的な条件は、上述した非定常ガス流れ解析のときと同じである。また、非定常ガス流れ解析の手法も同様である。非定常ガス流れ解析及び熱流体解析のいずれも、走行速度が360km/hと一定にした。   For each BD railway wheel, the air and heat flow during vehicle travel were numerically analyzed. The typical conditions of the model of the railway wheel with BD used for the analysis are the same as those in the above-described unsteady gas flow analysis. The unsteady gas flow analysis method is also the same. In both the unsteady gas flow analysis and the thermal fluid analysis, the traveling speed was kept constant at 360 km / h.

冷却性能の評価指標としては、ブレーキディスク1枚あたりの表面の平均熱伝達率と表面積との積算値で定義した放熱指標を導入した。この放熱指標が大きいほど、冷却性能が優れることを意味する。
図8に、各BD付き鉄道車輪の空力音レベル及び放熱指標を示す。
As an evaluation index of cooling performance, a heat dissipation index defined by an integrated value of the average heat transfer coefficient and surface area of the surface per brake disc was introduced. The larger the heat dissipation index, the better the cooling performance.
FIG. 8 shows the aerodynamic sound level and the heat radiation index of each BD-equipped railway wheel.

通気量は、ブレーキディスクと車輪との間の空間横断面の最小断面部での通気量の時間平均、及びその変動幅で評価した。表1に、各BD付き鉄道車輪の平均通気量及び通気量変動幅を併せて示す。   The air flow rate was evaluated by the time average of the air flow rate at the minimum cross section of the space cross section between the brake disc and the wheel, and its fluctuation range. Table 1 also shows the average airflow and the airflow fluctuation range of each BD railway wheel.

図8に示すように、本発明例1〜3は、リブを付与した従来技術である比較例3に比して、冷却性能を向上させながら、空力音レベルを低減できる。一方、本発明例と類似の形状であるが発明の範囲外である比較例1及び2では、円板部外周面の内側領域面2c2とリム部内周面のフィレット面直線部12bb1の間に形成される縮流部での整流化の効果が不足し、冷却能を向上できるものの空力音レベルも増大する。   As shown in FIG. 8, Examples 1 to 3 of the present invention can reduce the aerodynamic sound level while improving the cooling performance as compared with Comparative Example 3 which is a prior art provided with ribs. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, which are similar in shape to the present invention but outside the scope of the invention, they are formed between the inner region surface 2c2 of the disk portion outer peripheral surface and the fillet surface straight portion 12bb1 of the rim inner peripheral surface. The effect of rectification at the contracted flow portion is insufficient, and although the cooling ability can be improved, the aerodynamic sound level is also increased.

また、表1に示すように、本発明例1〜3は、比較例3よりも最小断面部の面積が大きいため、平均通気量が増加し、冷却性能が高い。しかも、本発明例1〜3は、比較例3よりも通気量の変動幅が小さく、静音性が向上する。このことから、設計因子である最小断面部の面積を適宜変更することにより、BD付き鉄道車輪の静音性、及び制動時におけるブレーキディスクの冷却性能を適切に制御することが可能といえる。ブレーキディスク1の材質が、鋳鉄、鋳鋼、鍛鋼、アルミニウム、カーボン等、いずれの場合であっても、同様の効果を奏することができる。   Further, as shown in Table 1, Examples 1 to 3 of the present invention have a larger area of the minimum cross section than Comparative Example 3, so that the average air flow rate is increased and the cooling performance is high. Moreover, Examples 1-3 of the present invention have a smaller fluctuation range of the air flow than Comparative Example 3, and improve the quietness. From this, it can be said that the quietness of the railway wheel with BD and the cooling performance of the brake disc at the time of braking can be appropriately controlled by appropriately changing the area of the minimum cross section which is a design factor. Even if the material of the brake disc 1 is any of cast iron, cast steel, forged steel, aluminum, carbon and the like, the same effect can be obtained.

本発明のブレーキディスク付き鉄道車輪は、ディスクブレーキを有するあらゆる鉄道車両に有効に利用することができ、中でも、高速鉄道車両に有用である。   The railway wheel with a brake disc of the present invention can be effectively used for any railway vehicle having a disc brake, and is particularly useful for a high-speed railway vehicle.

1:ブレーキディスク、
2:円板部、 2a:表面、 2a2:摺動面、 2b:裏面、
2c:外周面、 外側領域面:2c1、 内側領域面:2c2、
3:フィン部、 4:ボルト孔、 5:ボルト、 6:ナット、
7:リブ、 7a:スリット、 10:車輪、 11:ボス部、
12:リム部、 12a:側面、 12b:内周面、
12ba:テーパー面、 12bb:フィレット面、
12bb1:直線部、 13:板部、 13a:側面
1: Brake disc,
2: disk part, 2a: front surface, 2a2: sliding surface, 2b: back surface,
2c: outer peripheral surface, outer region surface: 2c1, inner region surface: 2c2,
3: Fin part, 4: Bolt hole, 5: Bolt, 6: Nut,
7: Rib, 7a: Slit, 10: Wheel, 11: Boss part,
12: Rim part, 12a: Side surface, 12b: Inner peripheral surface,
12ba: taper surface, 12bb: fillet surface,
12bb1: straight portion, 13: plate portion, 13a: side surface

Claims (3)

ボス部、リム部、及びこれらを結合する板部から成る鉄道車両用の車輪と、
表面側を摺動面とするドーナツ形の円板部、及び前記円板部の裏面に放射状に突設された複数のフィン部から成るブレーキディスクと、を備え、
2枚の前記ブレーキディスクが個々の前記摺動面を外向きにした状態で前記車輪の前記板部を挟み込み、締結されたブレーキディスク付き鉄道車輪であって、
前記リム部の内周面は、前記リム部の側面につながるテーパー面、及び前記テーパー面と前記板部の側面とにつながるフィレット面から成り、
前記ブレーキディスクと前記車輪との間に形成された空間を円周方向に沿って横断する断面の面積について、この断面積が最小となる最小断面部が、前記円板部の外周面と前記リム部の内周面とで形成される領域のうち、前記リム部の前記テーパー面と前記フィレット面との境界に存在し、
前記円板部の前記外周面は、前記最小断面部を境界にして外側領域面と内側領域面とに区分され、
前記車輪の軸方向に沿った断面において、前記内側領域面と前記フィレット面の前記最小断面部近傍の部分とのなす角度αが、0°≦α≦6°を満たし、前記外側領域面と前記テーパー面とのなす角度βが、0°≦β≦35°を満たし、前記摺動面と前記テーパー面とのなす角度γが、30°≦γ≦45°を満たす、ブレーキディスク付き鉄道車輪。
A wheel for a railway vehicle composed of a boss part, a rim part, and a plate part connecting them;
A donut-shaped disk part having a sliding surface on the surface side, and a brake disk composed of a plurality of fin parts projecting radially on the back surface of the disk part,
Two brake discs sandwiching the plate portion of the wheel with each sliding surface facing outward, and a train wheel with a brake disc fastened,
The inner peripheral surface of the rim portion is composed of a tapered surface connected to the side surface of the rim portion, and a fillet surface connected to the tapered surface and the side surface of the plate portion,
Regarding the area of the cross section that crosses the space formed between the brake disc and the wheel along the circumferential direction, the minimum cross section where the cross sectional area is the smallest is the outer peripheral surface of the disk portion and the rim. Of the region formed by the inner peripheral surface of the part, exists at the boundary between the tapered surface and the fillet surface of the rim part,
The outer peripheral surface of the disc portion is divided into an outer region surface and an inner region surface with the minimum cross-sectional portion as a boundary,
In a cross section along the axial direction of the wheel, an angle α formed by the inner region surface and a portion of the fillet surface near the minimum cross section satisfies 0 ° ≦ α ≦ 6 °, and the outer region surface and the A railway wheel with a brake disk, wherein an angle β formed with a tapered surface satisfies 0 ° ≦ β ≦ 35 °, and an angle γ formed between the sliding surface and the tapered surface satisfies 30 ° ≦ γ ≦ 45 °.
請求項1に記載のブレーキディスク付き鉄道車輪であって、
前記車輪の軸方向に沿った断面において、前記摺動面と前記フィレット面の前記最小断面部近傍の部分とのなす角度ζが、70°≦ζ≦85°を満たす、ブレーキディスク付き鉄道車輪。
A railway wheel with a brake disk according to claim 1,
A railway wheel with a brake disk, wherein an angle ζ between the sliding surface and a portion in the vicinity of the minimum cross section of the fillet surface satisfies 70 ° ≦ ζ ≦ 85 ° in a cross section along the axial direction of the wheel.
請求項1又は2に記載のブレーキディスク付き鉄道車輪であって、
前記車輪の軸方向に沿った断面において、前記テーパー面の長さLが、10mm≦L≦20mmを満たす、ブレーキディスク付き鉄道車輪。
A railway wheel with a brake disk according to claim 1 or 2,
A railway wheel with a brake disk, wherein a length L of the tapered surface satisfies 10 mm ≦ L ≦ 20 mm in a cross section along the axial direction of the wheel.
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