JP6923073B2

JP6923073B2 - brake disc

Info

Publication number: JP6923073B2
Application number: JP2020509271A
Authority: JP
Inventors: 加藤　孝憲; 孝憲加藤; 隆裕藤本; 裕野上; 坂口　篤司; 篤司坂口; 雄基市川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: TW201945230A; TWI700206B; WO2019189487A1; JPWO2019189487A1

Description

本発明は、ブレーキディスクに関する。さらに詳しくは、鉄道車両用のブレーキディスクに関する。 The present invention relates to a brake disc. More specifically, it relates to brake discs for railway vehicles.

鉄道車両を制動するために、鉄道車両の車軸に固定される環状部材（例えば、車輪）にはディスクブレーキ装置が取り付けられる。ディスクブレーキ装置は、ブレーキキャリパ、ブレーキライニング、ブレーキディスクを含む。ブレーキディスクは鉄道車両の環状部材にボルトによって取り付けられているため、環状部材と一体となって回転する。ボルトは一般に、ブレーキディスクの半径方向の中央近傍に設けられる。ブレーキキャリパがブレーキライニングに力を加えると、ブレーキライニングはブレーキディスクに押し付けられる。ブレーキライニングがブレーキディスクに押し付けられると、ブレーキライニングとブレーキディスクとの摩擦によりブレーキディスクの回転が制動される。これにより、環状部材も制動され、鉄道車両が減速する。 In order to brake a railroad vehicle, a disc brake device is attached to an annular member (for example, a wheel) fixed to the axle of the railroad vehicle. Disc brake devices include brake calipers, brake linings and brake discs. Since the brake disc is attached to the annular member of the railway vehicle by a bolt, it rotates integrally with the annular member. The bolts are generally provided near the center of the brake disc in the radial direction. When the brake caliper applies force to the brake lining, the brake lining is pressed against the brake disc. When the brake lining is pressed against the brake disc, the friction between the brake lining and the brake disc brakes the rotation of the brake disc. As a result, the annular member is also braked, and the railroad vehicle decelerates.

鉄道車両の制動の際、ブレーキライニングとブレーキディスクとの摩擦により、ブレーキディスクは発熱する。ブレーキディスクの温度が過度に上昇すると、ブレーキディスク及びブレーキライニングが早期に摩耗する。ブレーキディスクの温度上昇を抑制するためたとえば、ブレーキディスクの裏面に放射状に延びるフィンを設け、通気路を形成することが知られている。このブレーキディスクによれば、環状部材及びブレーキディスクが回転すると、通気路に空気が流れ、ブレーキディスクが冷却される。 When braking a railroad vehicle, the brake disc generates heat due to friction between the brake lining and the brake disc. If the temperature of the brake disc rises excessively, the brake disc and brake lining will wear prematurely. It is known that, for example, in order to suppress the temperature rise of the brake disc, fins extending radially are provided on the back surface of the brake disc to form a ventilation path. According to this brake disc, when the annular member and the brake disc rotate, air flows in the ventilation path and the brake disc is cooled.

しかしながら、環状部材は高速で回転するため、通気路を通る空気も速い。高速の空気が通気路を通ると風切り音が発生する。 However, since the annular member rotates at high speed, the air passing through the ventilation path is also fast. Wind noise is generated when high-speed air passes through the ventilation path.

温度上昇を抑制し、かつ、風切り音を抑制するブレーキディスクはたとえば、国際公開第２０１７／０９９０７３号（特許文献１）に開示されている。 A brake disc that suppresses temperature rise and wind noise is disclosed in, for example, International Publication No. 2017/099073 (Patent Document 1).

特許文献１に記載されたブレーキディスクでは、ディスク板部の裏面にディスク板部の半径方向に延びる縦フィンが設けられる。これにより、ディスク板部の裏面に通気路が形成され、ブレーキディスクの温度上昇が抑制される。また、２つの縦フィンの間にはディスク板部の周方向に延びる横リブが設けられる。横リブはディスク半径方向に緩勾配を有するため、２つの縦フィンの間を流れる空気の乱れを抑制する。これにより、風切り音が抑制される。 In the brake disc described in Patent Document 1, vertical fins extending in the radial direction of the disc plate portion are provided on the back surface of the disc plate portion. As a result, a ventilation path is formed on the back surface of the disc plate portion, and the temperature rise of the brake disc is suppressed. Further, a horizontal rib extending in the circumferential direction of the disc plate portion is provided between the two vertical fins. Since the lateral rib has a gentle gradient in the radial direction of the disc, the turbulence of the air flowing between the two vertical fins is suppressed. As a result, wind noise is suppressed.

国際公開第２０１７／０９９０７３号International Publication No. 2017/099073

ブレーキディスクの発熱はブレーキライニングとの摩擦によって生じるため、ブレーキディスクのブレーキライニングと接する領域の温度は、ブレーキライニングと接しない領域の温度よりも高い。高温の領域は熱膨張しようとするが、低温の領域はあまり熱膨張しないため、高温の領域の熱膨張は低温の領域により拘束される。したがって、高温の領域には圧縮応力が生じる。圧縮応力が所定値を超えると、ブレーキディスクは塑性変形する。 Since the heat generated by the brake disc is generated by friction with the brake lining, the temperature of the region of the brake disc in contact with the brake lining is higher than the temperature of the region not in contact with the brake lining. The high temperature region tries to expand thermally, but the low temperature region does not expand so much, so that the thermal expansion of the high temperature region is constrained by the low temperature region. Therefore, compressive stress is generated in the high temperature region. When the compressive stress exceeds a predetermined value, the brake disc is plastically deformed.

特許文献１の横リブは、外面（緩勾配を有する面）全域からブレーキディスク裏面まで材料が埋まっている中実リブであり、体積が大きい。このような体積が大きい横リブがディスク板部の裏面に取り付けられると、その領域は体積が大きい分さらに熱膨張しにくくなる。したがって、横リブが取り付けられた領域におけるディスク板部の表面が高温になれば、当該高温の領域に大きな圧縮力が生じやすく、ブレーキディスクが塑性変形しやすい。ブレーキディスクが塑性変形すると、ディスク板部に取り付けられている横リブと車輪との隙間の大きさが変化する。横リブと車輪との隙間の大きさは、風切り音の発生に影響を与える。そのため、特許文献１のブレーキディスクの温度が過度に上昇すると、風切り音が生じやすい。 The lateral rib of Patent Document 1 is a solid rib in which a material is embedded from the entire outer surface (surface having a gentle slope) to the back surface of the brake disc, and has a large volume. When such a lateral rib having a large volume is attached to the back surface of the disc plate portion, the region becomes more difficult to thermally expand due to the large volume. Therefore, if the surface of the disc plate portion in the region where the lateral ribs are attached becomes hot, a large compressive force is likely to be generated in the high temperature region, and the brake disc is likely to be plastically deformed. When the brake disc is plastically deformed, the size of the gap between the lateral rib attached to the disc plate and the wheel changes. The size of the gap between the lateral rib and the wheel affects the generation of wind noise. Therefore, if the temperature of the brake disc of Patent Document 1 rises excessively, wind noise is likely to occur.

また、風切り音を生じさせる通気路内の空気は、ブレーキディスク半径方向の内周側から通気路に進入し、回転する縦フィンから運動エネルギを与えられ、外周側に向かって流れる。そのため、通気路の外周側の流速は、内周側よりも速い。風切り音は通気路内の空気を整流することで抑制されるが、流速が速い流れを整流する方が、流速が遅い流れを整流するよりも困難である。したがって、風切り音を抑制するためには、流速が遅い通気路のブレーキディスク内周側近傍に横リブを設けるのが望ましい。 Further, the air in the ventilation path that causes wind noise enters the ventilation path from the inner peripheral side in the radial direction of the brake disc, is given kinetic energy from the rotating vertical fins, and flows toward the outer peripheral side. Therefore, the flow velocity on the outer peripheral side of the ventilation path is faster than that on the inner peripheral side. Wind noise is suppressed by rectifying the air in the air passage, but rectifying a flow with a high flow velocity is more difficult than rectifying a flow with a slow flow velocity. Therefore, in order to suppress wind noise, it is desirable to provide lateral ribs near the inner peripheral side of the brake disc in the ventilation path where the flow velocity is slow.

しかしながら、特許文献１のような体積の大きな横リブをディスク板部の内周側に設けると、ブレーキディスクの内周側の領域が塑性変形しやすくなる。ブレーキディスク内周側が塑性変形すると、ブレーキディスク中央近傍に設けられたボルトに応力が負荷される。ボルトに負荷される応力は、ブレーキディスクの内周側が塑性変形する方が、外周側が塑性変形するよりも大きくなる傾向がある。したがって、ボルトに過剰な応力が負荷されることを避ける観点から、体積の大きな横リブをブレーキディスクの内周側に設けることは困難である。 However, if a lateral rib having a large volume as in Patent Document 1 is provided on the inner peripheral side of the disc plate portion, the region on the inner peripheral side of the brake disc is likely to be plastically deformed. When the inner peripheral side of the brake disc is plastically deformed, stress is applied to the bolt provided near the center of the brake disc. The stress applied to the bolt tends to be greater when the inner peripheral side of the brake disc is plastically deformed than when the outer peripheral side is plastically deformed. Therefore, from the viewpoint of avoiding excessive stress being applied to the bolt, it is difficult to provide a large-volume lateral rib on the inner peripheral side of the brake disc.

本発明の目的は、ブレーキディスクの塑性変形による環状部材とブレーキディスクのリブとの隙間の変化を抑制できるブレーキディスクを提供することである。 An object of the present invention is to provide a brake disc capable of suppressing a change in a gap between an annular member and a rib of the brake disc due to plastic deformation of the brake disc.

本実施形態の鉄道車両の環状部材にボルトによって締結されるブレーキディスクは、複数のフィンと、リブとを含む。複数のフィンは、ブレーキディスクの環状部材と対面する裏面にブレーキディスクの周方向に沿って並んで配置され、ブレーキディスクの半径方向に延びる。リブは、ブレーキディスクの裏面に配置され、隣接する２つのフィンを繋ぎ、ブレーキディスクの半径方向に沿ってブレーキディスクの内周側から外周側に延びる。リブのブレーキディスクの内周側の端部は、ブレーキディスクの裏面と結合され、かつ、リブのブレーキディスクの外周側の端部は、ブレーキディスクの裏面と結合されない。リブは、少なくともリブのブレーキディスクの外周側の端部に形成され、ブレーキディスクの裏面と対面する内面を有する。 The brake disc bolted to the annular member of the railroad vehicle of the present embodiment includes a plurality of fins and ribs. The plurality of fins are arranged side by side along the circumferential direction of the brake disc on the back surface facing the annular member of the brake disc, and extend in the radial direction of the brake disc. The ribs are arranged on the back surface of the brake disc, connect two adjacent fins, and extend from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the brake disc along the radial direction of the brake disc. The inner peripheral end of the rib brake disc is coupled to the back surface of the brake disc, and the outer peripheral end of the rib brake disc is not coupled to the back surface of the brake disc. The rib is formed at least at the outer peripheral end of the rib brake disc and has an inner surface facing the back surface of the brake disc.

本発明によるブレーキディスクは、ブレーキディスクの塑性変形による環状部材とブレーキディスクのリブとの隙間の変化を抑制できる。 The brake disc according to the present invention can suppress a change in the gap between the annular member and the rib of the brake disc due to plastic deformation of the brake disc.

図１は、鉄道車両のブレーキ装置の正面図である。FIG. 1 is a front view of a railroad vehicle braking device. 図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 図３は、ブレーキディスクの背面図である。FIG. 3 is a rear view of the brake disc. 図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線での断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 図５は、フィン及びリブを示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing fins and ribs. 図６は、締結位置を示すブレーキディスクの背面図である。FIG. 6 is a rear view of the brake disc showing the fastening position. 図７は、他の実施形態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing another embodiment. 図８は、比較例１のリブを示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the rib of Comparative Example 1. 図９は、リブ体積とブレーキディスクの塑性変形との関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the rib volume and the plastic deformation of the brake disc. 図１０は、リブ体積とボルト引張応力との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the rib volume and the bolt tensile stress. 図１１は、リブ体積とボルト曲げ応力との関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the rib volume and the bolt bending stress.

（１）本実施形態の鉄道車両の環状部材にボルトによって締結されるブレーキディスクは、複数のフィンと、リブとを含む。複数のフィンは、ブレーキディスクの環状部材と対面する裏面にブレーキディスクの周方向に沿って並んで配置され、ブレーキディスクの半径方向に延びる。リブは、ブレーキディスクの裏面に配置され、隣接する２つのフィンを繋ぎ、ブレーキディスクの半径方向に沿ってブレーキディスクの内周側から外周側に延びる。リブのブレーキディスクの内周側の端部は、ブレーキディスクの裏面と結合され、かつ、リブのブレーキディスクの外周側の端部は、ブレーキディスクの裏面と結合されない。リブは、少なくともリブのブレーキディスクの外周側の端部に形成され、ブレーキディスクの裏面と対面する内面を有する。 (1) The brake disc fastened to the annular member of the railway vehicle of the present embodiment by bolts includes a plurality of fins and ribs. The plurality of fins are arranged side by side along the circumferential direction of the brake disc on the back surface facing the annular member of the brake disc, and extend in the radial direction of the brake disc. The ribs are arranged on the back surface of the brake disc, connect two adjacent fins, and extend from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the brake disc along the radial direction of the brake disc. The inner peripheral end of the rib brake disc is coupled to the back surface of the brake disc, and the outer peripheral end of the rib brake disc is not coupled to the back surface of the brake disc. The rib is formed at least at the outer peripheral end of the rib brake disc and has an inner surface facing the back surface of the brake disc.

鉄道車両の制動時、ブレーキディスクはブレーキライニングとの摩擦により発熱する。ブレーキディスクの温度上昇を抑制するために、ブレーキディスクの裏面（環状部材と対面する面）にはブレーキディスクの周方向に沿って複数のフィンが設けられる。これにより、隣接する２つのフィン、ブレーキディスクの裏面及び環状部材とで通気路が形成され、ブレーキディスクを冷却できる。また、隣接する２つのフィンの間にリブが設けられる。リブは、隣接する２つのフィンを繋ぎ、ブレーキディスクの内周側から外周側に向かって延びる。これにより、通気路の空気の流れを整流でき、風切り音の発生を抑制できる。さらに、リブのブレーキディスクの外周側の端部にはブレーキディスクの裏面と対面する内面が形成される。すなわち、リブは、中実のリブではなく、中空のリブである。そのため、リブとブレーキディスクの裏面との間に隙間（空間）が形成される。隙間が形成される分、リブの体積が小さくなり、ブレーキディスクの塑性変形が抑制される。その結果、リブと環状部材との隙間の距離が変化しにくくなる。 When braking a railroad vehicle, the brake disc generates heat due to friction with the brake lining. In order to suppress the temperature rise of the brake disc, a plurality of fins are provided on the back surface of the brake disc (the surface facing the annular member) along the circumferential direction of the brake disc. As a result, a ventilation path is formed by the two adjacent fins, the back surface of the brake disc, and the annular member, and the brake disc can be cooled. Further, a rib is provided between two adjacent fins. The rib connects two adjacent fins and extends from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the brake disc. As a result, the air flow in the ventilation path can be rectified, and the generation of wind noise can be suppressed. Further, an inner surface facing the back surface of the brake disc is formed at the outer peripheral end of the rib brake disc. That is, the ribs are hollow ribs, not solid ribs. Therefore, a gap (space) is formed between the rib and the back surface of the brake disc. The volume of the rib is reduced by the amount of the gap formed, and the plastic deformation of the brake disc is suppressed. As a result, the distance between the rib and the annular member is less likely to change.

（２）上記（１）のブレーキディスクにおいて、リブの内面の内周端は、ブレーキディスクと環状部材との締結位置よりもブレーキディスクの内周側に位置するのが好ましい。 (2) In the brake disc of (1) above, the inner peripheral end of the inner surface of the rib is preferably located on the inner peripheral side of the brake disc rather than the fastening position between the brake disc and the annular member.

ブレーキディスクの内周側、すなわち、通気路の入口側にリブを配置することで、通気路の空気の流速が遅い段階で、空気の流れを整流でき、風切り音がさらに抑制できる。その一方、ブレーキディスクと環状部材とはボルトによって締結される。ブレーキディスクの内周側に位置するリブの体積が大きい場合、ボルトに負荷される応力が大きくなる傾向がある。ボルトの破損、脱落、緩みを防止するため、ボルトに負荷される応力は小さい方が好ましい。本実施形態のブレーキディスクのリブの体積は小さい。したがって、リブをブレーキディスクの内周側の領域に配置しても、ブレーキディスクの塑性変形を抑制できる。 By arranging the ribs on the inner peripheral side of the brake disc, that is, on the inlet side of the ventilation path, the air flow can be rectified at the stage where the flow velocity of the air in the ventilation path is slow, and the wind noise can be further suppressed. On the other hand, the brake disc and the annular member are fastened with bolts. When the volume of the rib located on the inner peripheral side of the brake disc is large, the stress applied to the bolt tends to be large. In order to prevent the bolt from being damaged, dropped or loosened, it is preferable that the stress applied to the bolt is small. The volume of the rib of the brake disc of this embodiment is small. Therefore, even if the ribs are arranged in the region on the inner peripheral side of the brake disc, the plastic deformation of the brake disc can be suppressed.

（３）上記（１）又は（２）のブレーキディスクにおいて、リブの環状部材と対面する外面のブレーキディスクの内周側は、ブレーキディスクの外周側に向かってブレーキディスクの裏面に対する勾配が大きくなり、リブのブレーキディスクの外周側はブレーキディスクの外周側に向かってブレーキディスクの裏面に対する勾配が小さくなるのが好ましい。 (3) In the brake disc of (1) or (2) above, the inner peripheral side of the outer surface of the brake disc facing the annular member of the rib has a larger gradient with respect to the back surface of the brake disc toward the outer peripheral side of the brake disc. It is preferable that the outer peripheral side of the rib brake disc has a smaller gradient with respect to the back surface of the brake disc toward the outer peripheral side of the brake disc.

このような構成によれば、リブの外面は流線形となる。リブの外面が流線形であれば、通気路を通る風を徐々に整流することができ、風切り音がさらに抑制される。 According to such a configuration, the outer surface of the rib becomes streamlined. If the outer surface of the rib is streamlined, the wind passing through the air passage can be gradually rectified, and the wind noise is further suppressed.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

本明細書において、「軸方向」とはブレーキディスクの軸方向を意味する。ブレーキディスクが鉄道車両に取り付けられたとき、ブレーキディスクの軸方向は鉄道車両の車軸の方向と一致する。 As used herein, the term "axial direction" means the axial direction of the brake disc. When the brake disc is attached to the railcar, the axial direction of the brake disc coincides with the axial direction of the railcar.

図１は、鉄道車両のブレーキ装置の正面図である。図１は、軸方向から見た図であって、環状部材の外側から見た図である。図１では、環状部材５は車輪であり、ブレーキキャリパは省略している。ブレーキ装置は、車軸４に取り付けられた環状部材５を制動する。ブレーキ装置は、ブレーキディスク１と、ブレーキライニング３とを含む。 FIG. 1 is a front view of a railroad vehicle braking device. FIG. 1 is a view seen from the axial direction and is a view seen from the outside of the annular member. In FIG. 1, the annular member 5 is a wheel, and the brake caliper is omitted. The braking device brakes the annular member 5 attached to the axle 4. The brake device includes a brake disc 1 and a brake lining 3.

［ブレーキディスク及びブレーキライニング］
ブレーキディスク１は、鉄道車両の環状部材５の板部にボルト１０によって締結され、環状部材と一体となって回転する。ブレーキディスク１の外縁１１及び内縁１２は、軸方向視で、円形である。すなわち、ブレーキディスクは、軸方向視で、ドーナツ状である。内縁１２の内側には車軸４が通る。ブレーキディスクの材質はたとえば、鋼、炭素繊維複合材等である。[Brake disc and brake lining]
The brake disc 1 is fastened to the plate portion of the annular member 5 of the railway vehicle by a bolt 10, and rotates integrally with the annular member. The outer edge 11 and the inner edge 12 of the brake disc 1 are circular in the axial direction. That is, the brake disc is donut-shaped in the axial direction. The axle 4 passes inside the inner edge 12. The material of the brake disc is, for example, steel, carbon fiber composite material, or the like.

ブレーキディスク１にはボルト孔２７が設けられる。ボルト孔２７は、ブレーキディスク１の軸方向に沿ってブレーキディスク１を貫通する。ブレーキディスク１を環状部材５に取り付ける際、このボルト孔２７にボルト１０を通しナットと締結する。一般的に、ボルト孔２７はブレーキディスク１の周方向に沿って等間隔に１０〜１２個設けられる。ボルト孔２７は、ブレーキディスク１の半径方向において、内縁１２と外縁１１との中央近傍に設けられる。 The brake disc 1 is provided with a bolt hole 27. The bolt hole 27 penetrates the brake disc 1 along the axial direction of the brake disc 1. When the brake disc 1 is attached to the annular member 5, the bolt 10 is passed through the bolt hole 27 and fastened to the nut. Generally, 10 to 12 bolt holes 27 are provided at equal intervals along the circumferential direction of the brake disc 1. The bolt holes 27 are provided near the center of the inner edge 12 and the outer edge 11 in the radial direction of the brake disc 1.

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。図２では、２つのブレーキディスク１と、１つのブレーキキャリパ２と、２つのブレーキライニング３と、を示すが、これらは対称な形状である。したがって、以下では、１つのブレーキディスク１と、１つのブレーキライニング３と、片側のブレーキキャリパ２とについて述べる。ブレーキディスク１の表面１３は、ブレーキライニング３と対面する。すなわち、ブレーキディスク１の表面１３はブレーキディスク１とブレーキライニング３との摺動面である。ブレーキライニング３は周知の構成である。 FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. FIG. 2 shows two brake discs 1, one brake caliper 2, and two brake linings 3, which have symmetrical shapes. Therefore, one brake disc 1, one brake lining 3, and one brake caliper 2 will be described below. The surface 13 of the brake disc 1 faces the brake lining 3. That is, the surface 13 of the brake disc 1 is a sliding surface between the brake disc 1 and the brake lining 3. The brake lining 3 has a well-known configuration.

ブレーキディスク１の裏面１４は、ブレーキディスク１の軸方向に沿って表面１３と反対側に配置される。すなわち、ブレーキディスク１が環状部材５に固定された際、表面１３は外側を向き、裏面１４は環状部材５と対面する。 The back surface 14 of the brake disc 1 is arranged on the side opposite to the front surface 13 along the axial direction of the brake disc 1. That is, when the brake disc 1 is fixed to the annular member 5, the front surface 13 faces outward and the back surface 14 faces the annular member 5.

［ブレーキキャリパ］
ブレーキ装置はさらに、ブレーキキャリパ２を含む。ブレーキキャリパ２は、アーム６、ブレーキシリンダ７を含む。アーム６の一方の端には、ブレーキライニング３が取り付けられる。アーム６の他方の端は、ブレーキシリンダ７に連結される。ブレーキシリンダ７はたとえば、空気圧シリンダ、油圧シリンダ等である。アーム６は、支点８を含む。鉄道車両の制動時にブレーキシリンダ７が作動すると、アーム６は支点８を中心に回転する。これにより、ブレーキライニング３はブレーキディスク１に押し付けられる。ブレーキライニング３とブレーキディスク１との摩擦により、環状部材５が制動される。支点８には、図示しないブラケットが取り付けられる。ブラケットは、鉄道車両の台車に固定される。[Brake caliper]
The braking device further includes a brake caliper 2. The brake caliper 2 includes an arm 6 and a brake cylinder 7. A brake lining 3 is attached to one end of the arm 6. The other end of the arm 6 is connected to the brake cylinder 7. The brake cylinder 7 is, for example, a pneumatic cylinder, a hydraulic cylinder, or the like. The arm 6 includes a fulcrum 8. When the brake cylinder 7 is activated during braking of the railway vehicle, the arm 6 rotates around the fulcrum 8. As a result, the brake lining 3 is pressed against the brake disc 1. The annular member 5 is braked by the friction between the brake lining 3 and the brake disc 1. A bracket (not shown) is attached to the fulcrum 8. The bracket is fixed to the bogie of the railroad vehicle.

以下、図３〜図６を参照して、ブレーキディスク１についてさらに詳しく説明する。図３は、ブレーキディスクの背面図である。図３は、軸方向から見た図であって、環状部材側からブレーキディスクを見た図である。ブレーキディスク１は、複数のフィン１５と、リブ２６とを含む。 Hereinafter, the brake disc 1 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 to 6. FIG. 3 is a rear view of the brake disc. FIG. 3 is a view seen from the axial direction, and is a view of the brake disc seen from the annular member side. The brake disc 1 includes a plurality of fins 15 and ribs 26.

［フィン］
複数のフィン１５は、裏面１４にブレーキディスク１の周方向に沿って並んで配置される。また、複数のフィン１５は、ブレーキディスク１の周方向に等間隔に配置される。複数のフィン１５は、内縁１２から外縁１１までブレーキディスク１の半径方向に沿って延びる。図３では、１２個のフィン１５がブレーキディスク１に設けられる場合を示すが、フィン１５の数はこれに限定されない。また、図３では、全てのフィン１５にボルト孔２７が設けられる場合を示すが、例えば、図５に示すように、ボルト孔２７が設けられるフィン１５とボルト孔２７が設けられないフィン１５が交互に配置されても良い。ボルト孔２７が設けられるフィン１５とボルト孔２７が設けられないフィン１５の配置の仕方は特に限定されない。[fin]
The plurality of fins 15 are arranged side by side on the back surface 14 along the circumferential direction of the brake disc 1. Further, the plurality of fins 15 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the brake disc 1. The plurality of fins 15 extend from the inner edge 12 to the outer edge 11 along the radial direction of the brake disc 1. FIG. 3 shows a case where 12 fins 15 are provided on the brake disc 1, but the number of fins 15 is not limited to this. Further, FIG. 3 shows a case where all the fins 15 are provided with bolt holes 27. For example, as shown in FIG. 5, fins 15 having bolt holes 27 and fins 15 without bolt holes 27 are provided. They may be arranged alternately. The method of arranging the fins 15 provided with the bolt holes 27 and the fins 15 not provided with the bolt holes 27 is not particularly limited.

図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線での断面図である。ブレーキディスク１が環状部材に取り付けられた際、複数のフィン１５の軸方向の長さはブレーキディスク１と環状部材５との間隔と同じである。すなわち、ブレーキディスク１が環状部材に取り付けられた際、複数のフィン１５の裏面１４と反対側の端は環状部材５に接触する。 FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. When the brake disc 1 is attached to the annular member, the axial lengths of the plurality of fins 15 are the same as the distance between the brake disc 1 and the annular member 5. That is, when the brake disc 1 is attached to the annular member, the ends of the plurality of fins 15 on the opposite side to the back surface 14 come into contact with the annular member 5.

［リブ］
図５は、フィン及びリブを示す斜視図である。図５では、隣接する２つのフィン１５のそれぞれ半分及びリブ２６をブレーキディスク１の裏面１４側から見た図を示す。鉄道車両の走行中、環状部材及びブレーキディスク１は回転することにより、隣接する２つのフィン１５、ブレーキディスクの裏面１４、及び環状部材（図示なし）によって形成される通気路１６を空気が流れる（図５中の矢印参照）。これにより、ブレーキディスク１の裏面１４が冷却される。通気路１６の空気の流速は速い方が、ブレーキディスク１をより冷却できる。しかしながら、通気路１６の空気の流速が速ければ、空気の流れが乱れやすく、風切り音が発生しやすい。そこで、ブレーキディスク１の冷却性能を維持しつつ、風切り音の発生を抑制するため、リブ２６が設けられる。[rib]
FIG. 5 is a perspective view showing fins and ribs. FIG. 5 shows a view of each half of the two adjacent fins 15 and the rib 26 as viewed from the back surface 14 side of the brake disc 1. While the railroad vehicle is traveling, the annular member and the brake disc 1 rotate to allow air to flow through the air passage 16 formed by the two adjacent fins 15, the back surface 14 of the brake disc, and the annular member (not shown) (not shown). See the arrow in FIG. 5). As a result, the back surface 14 of the brake disc 1 is cooled. The faster the flow velocity of the air in the air passage 16, the more the brake disc 1 can be cooled. However, if the flow velocity of the air in the ventilation passage 16 is high, the air flow is likely to be disturbed and wind noise is likely to be generated. Therefore, the rib 26 is provided in order to suppress the generation of wind noise while maintaining the cooling performance of the brake disc 1.

リブ２６は、ブレーキディスク１の裏面１４に配置され、ブレーキディスク１の周方向において隣接する２つのフィン１５を繋ぐ。リブ２６は、ブレーキディスク１の半径方向に沿って、ブレーキディスク１の内周側から外周側に延びる。 The rib 26 is arranged on the back surface 14 of the brake disc 1 and connects two fins 15 adjacent to each other in the circumferential direction of the brake disc 1. The rib 26 extends from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the brake disc 1 along the radial direction of the brake disc 1.

図４を参照して、リブ２６のブレーキディスク１の内周側の端部１７は、ブレーキディスク１の裏面１４に結合される。一方、リブ２６のブレーキディスク１の外周側の端部１９は、ブレーキディスク１の裏面１４には直接結合されていない。別の観点から言えば、リブ２６の外周側の端部１９は、裏面１４から離れている。このため、リブ２６とブレーキディスク１の裏面１４との間には空間があり、リブ２６は、ブレーキディスク１の裏面１４と対面する内面２３を含む。内面２３は、少なくともリブ２６のブレーキディスク１の外周側の端部１９に形成される。この内面２３とブレーキディスク１の裏面１４との間の空間の体積分、リブ２６の体積が減少する。また、このような構成であれば、リブ２６の外周側が開口される。したがって、リブ２６を機械加工等で成形することが可能となる。 With reference to FIG. 4, the inner peripheral end 17 of the brake disc 1 of the rib 26 is coupled to the back surface 14 of the brake disc 1. On the other hand, the end portion 19 of the rib 26 on the outer peripheral side of the brake disc 1 is not directly connected to the back surface 14 of the brake disc 1. From another point of view, the outer peripheral end 19 of the rib 26 is separated from the back surface 14. Therefore, there is a space between the rib 26 and the back surface 14 of the brake disc 1, and the rib 26 includes an inner surface 23 facing the back surface 14 of the brake disc 1. The inner surface 23 is formed at least on the outer peripheral end 19 of the brake disc 1 of the rib 26. The volume of the rib 26, which is the volume of the space between the inner surface 23 and the back surface 14 of the brake disc 1, is reduced. Further, in such a configuration, the outer peripheral side of the rib 26 is opened. Therefore, the rib 26 can be formed by machining or the like.

制動時、ブレーキディスク１とブレーキライニング３との摩擦によりブレーキディスク１の温度は高温になる。この際、上述したように、ブレーキディスク１のブレーキライニング３と接する領域の温度は、ブレーキライニング３と接しない領域の温度よりも高い。高温の領域は熱膨張しようとするが、低温の領域はあまり熱膨張しないため、高温の領域の熱膨張は低温の領域により拘束される。したがって、高温の領域には圧縮応力が生じる。圧縮応力が所定値を超えると、ブレーキディスク１は塑性変形する。ブレーキディスク１が塑性変形すると、ブレーキディスク１の裏面１４に取り付けられているリブ２６、特にリブ２６のブレーキディスク１の外周側の端部１９と環状部材５との間の距離Ｄが変化する。これにより、通気路１６の空気が整流されにくくなり、風切り音が抑制しにくい。 During braking, the temperature of the brake disc 1 becomes high due to the friction between the brake disc 1 and the brake lining 3. At this time, as described above, the temperature of the region of the brake disc 1 in contact with the brake lining 3 is higher than the temperature of the region not in contact with the brake lining 3. The high temperature region tries to expand thermally, but the low temperature region does not expand so much, so that the thermal expansion of the high temperature region is constrained by the low temperature region. Therefore, compressive stress is generated in the high temperature region. When the compressive stress exceeds a predetermined value, the brake disc 1 is plastically deformed. When the brake disc 1 is plastically deformed, the distance D between the rib 26 attached to the back surface 14 of the brake disc 1, particularly the outer peripheral end 19 of the rib 26 and the annular member 5 changes. As a result, the air in the ventilation path 16 is less likely to be rectified, and wind noise is less likely to be suppressed.

しかしながら、本実施形態のブレーキディスク１ではリブ２６の体積が小さい。そのため、リブ２６が設けられても、ブレーキディスク１の高温の領域の圧縮応力は抑制される。つまり、ブレーキディスク１の塑性変形が抑制され、リブ２６と環状部材５との間の距離Ｄの変化が抑制される。その結果、長期にわたって通気路の空気の流れを整流でき、ブレーキディスクの冷却性能を維持しつつ、風切り音の発生を抑制できる。 However, in the brake disc 1 of the present embodiment, the volume of the rib 26 is small. Therefore, even if the rib 26 is provided, the compressive stress in the high temperature region of the brake disc 1 is suppressed. That is, the plastic deformation of the brake disc 1 is suppressed, and the change in the distance D between the rib 26 and the annular member 5 is suppressed. As a result, the air flow in the air passage can be rectified for a long period of time, and the generation of wind noise can be suppressed while maintaining the cooling performance of the brake disc.

ここで、リブ２６の内周側の端部１７がブレーキディスク１の裏面１４の内周側と結合される場合、リブ２６の内面２３の内周端２８は、ボルトによるブレーキディスク１と環状部材５との締結位置Ｐよりも内周側に位置する。締結位置Ｐとは、図６に示すように、ブレーキディスク１の裏面１４において、各ボルト孔２７の内周端を通る仮想円上の位置を意味する（図６中の破線円）。 Here, when the end 17 on the inner peripheral side of the rib 26 is coupled to the inner peripheral side of the back surface 14 of the brake disc 1, the inner peripheral end 28 of the inner surface 23 of the rib 26 is the brake disc 1 and the annular member by bolts. It is located on the inner peripheral side of the fastening position P with 5. As shown in FIG. 6, the fastening position P means a position on the back surface 14 of the brake disc 1 on a virtual circle passing through the inner peripheral end of each bolt hole 27 (broken line circle in FIG. 6).

図４を参照して、通気路１６の内周側の空気の流速は、外周側よりも遅い。空気の流速が速くなってしまうと、その流れの制御は困難である。したがって、空気の流速が速くなる前に通気路１６内の空気を整流する方が風切り音の抑制には効果的である。リブ２６をブレーキディスク１の内周側に配置すれば、通気路１６内に進入した空気の流速が遅い段階でリブ２６により空気が整流されるため、風切り音がさらに抑制される。 With reference to FIG. 4, the flow velocity of the air on the inner peripheral side of the ventilation passage 16 is slower than that on the outer peripheral side. When the flow velocity of air becomes high, it is difficult to control the flow rate. Therefore, it is more effective to suppress the wind noise by rectifying the air in the air passage 16 before the flow velocity of the air becomes high. If the rib 26 is arranged on the inner peripheral side of the brake disc 1, the air is rectified by the rib 26 at a stage where the flow velocity of the air entering the ventilation passage 16 is slow, so that the wind noise is further suppressed.

また、本実施形態のブレーキディスク１では、リブ２６の体積が小さいため、リブ２６をブレーキディスク１の内周側に設けてもブレーキディスク１の内周側の領域が塑性変形しにくい。つまり、鉄道車両の制動により、ブレーキディスク１の温度が上昇しても、ボルトに負荷される応力を小さくできる。したがって、リブ２６の取付位置を任意に選択することができ、設計自由度が高い。 Further, in the brake disc 1 of the present embodiment, since the volume of the rib 26 is small, even if the rib 26 is provided on the inner peripheral side of the brake disc 1, the region on the inner peripheral side of the brake disc 1 is less likely to be plastically deformed. That is, even if the temperature of the brake disc 1 rises due to the braking of the railway vehicle, the stress applied to the bolt can be reduced. Therefore, the mounting position of the rib 26 can be arbitrarily selected, and the degree of freedom in design is high.

リブ２６の体積は小さいほど、ブレーキディスク１の温度上昇時の塑性変形を抑制できる。そのため、リブ２６のブレーキディスク１の半径方向の全長をＬとしたとき、リブ２６の内面２３は、リブ２６のブレーキディスク１の外周側の先端からＬ／３以上の領域に設けられるのが好ましい。より好ましくは、リブ２６の内面２３は、リブ２６のブレーキディスク１の外周側の先端からＬ／２以上の領域に設けられるのが好ましい。 The smaller the volume of the rib 26, the more the plastic deformation of the brake disc 1 when the temperature rises can be suppressed. Therefore, when the total length of the rib 26 brake disc 1 in the radial direction is L, the inner surface 23 of the rib 26 is preferably provided in a region of L / 3 or more from the outer peripheral end of the rib 26 brake disc 1. .. More preferably, the inner surface 23 of the rib 26 is provided in a region of L / 2 or more from the outer peripheral end of the brake disc 1 of the rib 26.

風切り音をさらに抑制するためには、リブ２６の外面２２は流線形であるのが好ましい。リブ２６の外面２２が流線形であれば、通気路１６を通る風を徐々に整流することができるためである。 In order to further suppress wind noise, the outer surface 22 of the rib 26 is preferably streamlined. This is because if the outer surface 22 of the rib 26 is streamlined, the wind passing through the air passage 16 can be gradually rectified.

流線形の外面２２の形状について説明する。リブ２６のブレーキディスク１の内周側の外面２２は、ブレーキディスクの裏面１４に対して勾配を有する。ブレーキディスク１の内周側の外面２２の裏面１４に対する勾配は、ブレーキディスク１の内周側から外周側に向かうにつれて徐々に大きくなる。すなわち、軸方向に沿った断面視で、ブレーキディスク１の内周側の外面２２は曲率が徐々に大きくなる曲線状である。なお、裏面１４に対する勾配とは、軸方向に沿った断面視で、外面２２の任意の点の接線と裏面１４とのなす角度を意味する。リブ２６のブレーキディスク１の内周側の外面２２において、ブレーキディスク１の裏面１４に対する勾配は、９０度以下である。 The shape of the streamlined outer surface 22 will be described. The outer surface 22 on the inner peripheral side of the brake disc 1 of the rib 26 has a gradient with respect to the back surface 14 of the brake disc. The gradient of the outer surface 22 on the inner peripheral side of the brake disc 1 with respect to the back surface 14 gradually increases from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the brake disc 1. That is, in a cross-sectional view along the axial direction, the outer surface 22 on the inner peripheral side of the brake disc 1 has a curved shape in which the curvature gradually increases. The gradient with respect to the back surface 14 means the angle formed by the tangent line of an arbitrary point on the outer surface 22 and the back surface 14 in a cross-sectional view along the axial direction. On the outer surface 22 on the inner peripheral side of the brake disc 1 of the rib 26, the gradient of the brake disc 1 with respect to the back surface 14 is 90 degrees or less.

リブ２６のブレーキディスク１の外周側の外面２２は、ブレーキディスク１の裏面１４に対して勾配を有する。ブレーキディスク１の外周側の外面２２において、裏面１４に対する勾配は、ブレーキディスク１の内周側から外周側に向かうにつれて徐々に小さくなる。すなわち、軸方向に沿った断面視で、ブレーキディスク１の外周側の外面２２は曲率が徐々に小さくなる曲線状である。ブレーキディスク１の外周側の外面２２は、最終的にはブレーキディスクの裏面１４と平行（勾配が０）になり、そこでリブ２６の外面２２は途切れる。 The outer surface 22 on the outer peripheral side of the brake disc 1 of the rib 26 has a gradient with respect to the back surface 14 of the brake disc 1. On the outer surface 22 on the outer peripheral side of the brake disc 1, the gradient with respect to the back surface 14 gradually decreases from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the brake disc 1. That is, in a cross-sectional view along the axial direction, the outer surface 22 on the outer peripheral side of the brake disc 1 has a curved shape in which the curvature gradually decreases. The outer surface 22 on the outer peripheral side of the brake disc 1 is finally parallel to the back surface 14 of the brake disc (gradient is 0), where the outer surface 22 of the rib 26 is interrupted.

リブ２６のブレーキディスク１の内周側の外面と、外周側の外面とは滑らかに繋がる。また、リブの外面２２と環状部材５との軸方向の距離は、ブレーキディスク１の内周側から外周側に向かうにつれて短くなる。このような流線形の外面２２を有するリブ２６により、通気路１６に進入した空気を整流してブレーキディスク１の外縁１１から排気でき、風切り音が抑制される。 The outer surface of the brake disc 1 on the rib 26 on the inner peripheral side and the outer surface on the outer peripheral side are smoothly connected. Further, the axial distance between the outer surface 22 of the rib and the annular member 5 becomes shorter from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the brake disc 1. The rib 26 having such a streamlined outer surface 22 can rectify the air that has entered the ventilation passage 16 and exhaust it from the outer edge 11 of the brake disc 1, and the wind noise is suppressed.

ブレーキディスク１の体積（リブ２６を含む）に対するリブ２６の体積は、０．０５以下であるのが好ましい。後述する実施例に示すように、ブレーキディスク１の体積に対するリブ２６の体積が０．０５以下であれば、ボルトに負荷される応力が抑制される。さらに好ましくは、ブレーキディスク１の体積に対するリブ２６の体積は、０．０３以下である。ブレーキディスク１の体積に対するリブ２６の体積が０．０３以下であれば、リブ２６を含まないブレーキディスク１と同等にまでボルトに負荷される応力が抑制される。 The volume of the rib 26 with respect to the volume of the brake disc 1 (including the rib 26) is preferably 0.05 or less. As shown in Examples described later, when the volume of the rib 26 with respect to the volume of the brake disc 1 is 0.05 or less, the stress applied to the bolt is suppressed. More preferably, the volume of the rib 26 with respect to the volume of the brake disc 1 is 0.03 or less. When the volume of the rib 26 with respect to the volume of the brake disc 1 is 0.03 or less, the stress applied to the bolt is suppressed to the same level as that of the brake disc 1 not including the rib 26.

本実施形態のブレーキディスク１において、リブ２６は機械加工により成形されてもよいし、鋳造により成形されてもよい。 In the brake disc 1 of the present embodiment, the rib 26 may be formed by machining or may be formed by casting.

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the embodiments described above are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented within a range that does not deviate from the gist thereof.

例えば、上述の実施形態では、ブレーキディスク１が締結される環状部材５が車輪である場合について説明した。しかしながら、図７に示すように、環状部材５は、ディスク体であってもよい。図７は、軸方向に沿った断面図である。環状部材５は、鉄道車両において車輪３０よりも内側に配置され、軸方向視で円形の外形を有する。環状部材５の内縁は車軸４に固定され、車軸４とともに回転する。軸方向に沿った断面視で、２つのブレーキディスク１は、環状部材５を挟み、ボルト１０で連結される。このような構成であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。 For example, in the above-described embodiment, the case where the annular member 5 to which the brake disc 1 is fastened is a wheel has been described. However, as shown in FIG. 7, the annular member 5 may be a disk body. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the axial direction. The annular member 5 is arranged inside the wheel 30 in a railway vehicle and has a circular outer shape in the axial direction. The inner edge of the annular member 5 is fixed to the axle 4 and rotates together with the axle 4. In a cross-sectional view along the axial direction, the two brake discs 1 sandwich the annular member 5 and are connected by a bolt 10. Even with such a configuration, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

本実施形態のブレーキディスクの効果を確認するため、ＦＥＭ（ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ）により制動時のブレーキディスクの塑性変形及びボルトに負荷される応力について計算した。本発明例１〜３として、図４に示すブレーキディスクを想定した。本発明例１〜３ではリブの厚さが異なった。比較例１として、ブレーキディスクの裏面との間に空間がないリブを含むブレーキディスクを想定した。比較例２として、リブを含まないブレーキディスクを想定した。 In order to confirm the effect of the brake disc of this embodiment, the plastic deformation of the brake disc and the stress applied to the bolt during braking were calculated by FEM (Finite Element Method). As Examples 1 to 3 of the present invention, the brake disc shown in FIG. 4 is assumed. The rib thickness was different in Examples 1 to 3 of the present invention. As Comparative Example 1, a brake disc including a rib having no space between the brake disc and the back surface of the brake disc is assumed. As Comparative Example 2, a brake disc not including ribs was assumed.

図８は、比較例１のリブを示す断面図である。図８を参照して、比較例のブレーキディスクは、裏面１４との間に空間がないリブを含むものを想定した。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing the rib of Comparative Example 1. With reference to FIG. 8, it is assumed that the brake disc of the comparative example includes a rib having no space between the brake disc and the back surface 14.

［計算条件］
図８を参照して、本発明例と比較例との共通の計算条件について説明する。本発明例及び比較例において、ブレーキディスク１は車輪（環状部材５）に締結されると想定した。ブレーキディスクの内縁１２の半径（ブレーキディスクの内径）は２３５ｍｍであり、外縁１１の半径（ブレーキディスクの外径）は３６０ｍｍであった。ブレーキディスクの表面１３の全域がブレーキライニングと摺動した。ブレーキディスクは、２４個のリブを周方向に等間隔に含んだ。計算領域は、１つのリブ、すなわち、ブレーキディスクを２４個に周方向に等間隔に分割し、その１つであった。ブレーキディスクの周方向速度、すなわち、鉄道車両の速度は、時速３６０ｋｍであった。周方向速度が時速３６０ｋｍのブレーキディスクを１７５秒間で時速０ｋｍまで減速させることを想定した。[Calculation condition]
The calculation conditions common to the examples of the present invention and the comparative examples will be described with reference to FIG. In the examples of the present invention and the comparative examples, it is assumed that the brake disc 1 is fastened to the wheel (annular member 5). The radius of the inner edge 12 of the brake disc (inner diameter of the brake disc) was 235 mm, and the radius of the outer edge 11 (outer diameter of the brake disc) was 360 mm. The entire surface 13 of the brake disc slid with the brake lining. The brake disc contained 24 ribs at equal intervals in the circumferential direction. The calculation area was one rib, that is, the brake disc was divided into 24 pieces at equal intervals in the circumferential direction. The circumferential speed of the brake disc, that is, the speed of the railroad vehicle, was 360 km / h. It is assumed that the brake disc having a circumferential speed of 360 km / h is decelerated to 0 km / h in 175 seconds.

ブレーキディスクの材料は、引張強さ１１００ＭＰａの鋼であった。リブ２６の軸方向の長さＨは２２ｍｍであった。ボルトはブレーキディスクの表面１３の半径方向の中央に配置された。本発明例１〜３と比較例１とのリブ２６の外面２２の形状は同じであった。 The material of the brake disc was steel with a tensile strength of 1100 MPa. The axial length H of the rib 26 was 22 mm. The bolt was placed in the radial center of the surface 13 of the brake disc. The shapes of the outer surfaces 22 of the ribs 26 of Examples 1 to 3 of the present invention and Comparative Example 1 were the same.

続いて、本発明例と比較例とで異なる計算条件について説明する。 Subsequently, the calculation conditions different between the example of the present invention and the comparative example will be described.

図４を参照して、本発明例１〜３ではリブの半径方向の長さＬは５３ｍｍであった。リブは、裏面１４の３８〜９１ｍｍの位置に配置した。本発明例１のリブの厚さは１ｍｍ、本発明例２のリブの厚さは３ｍｍ、本発明例３のリブの厚さは５ｍｍであった。 With reference to FIG. 4, in Examples 1 to 3 of the present invention, the length L of the rib in the radial direction was 53 mm. The ribs were arranged at positions 38 to 91 mm on the back surface 14. The rib thickness of Example 1 of the present invention was 1 mm, the thickness of the rib of Example 2 of the present invention was 3 mm, and the thickness of the rib of Example 3 of the present invention was 5 mm.

図８を参照して、比較例１ではリブの半径方向の長さＬは７２ｍｍであった。リブは、裏面１４の３８〜１１０ｍｍの位置に配置した。 With reference to FIG. 8, in Comparative Example 1, the length L of the rib in the radial direction was 72 mm. The ribs were arranged at positions 38 to 110 mm on the back surface 14.

表１に、本発明例及び比較例のブレーキディスク（リブを含む）の体積に対するリブの体積の比を示す。 Table 1 shows the ratio of the volume of the rib to the volume of the brake disc (including the rib) of the examples of the present invention and the comparative example.

［計算結果：塑性変形］
図９は、リブ体積とブレーキディスクの塑性変形との関係を示す図である。図９を参照して、横軸はブレーキディスクの体積に対するリブの体積の比を示し、縦軸はリブと環状部材との隙間の増加率を示す。図９中、白丸は本発明例１、二重丸は本発明例２、黒丸は本発明例３、四角は比較例１、三角は比較例２の結果を示す。また、リブと環状部材との隙間の増加率は、以下の式により算出した。
（リブと環状部材との隙間の増加率）＝（軸方向への変位量）／（計算前のリブと環状部材との隙間の距離）
なお、計算前のリブと環状部材との隙間の距離は、軸方向においてリブと環状部材との最短距離とした。その最短距離の位置における計算後のリブの変位量を軸方向への変位量とした。[Calculation result: plastic deformation]
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the rib volume and the plastic deformation of the brake disc. With reference to FIG. 9, the horizontal axis represents the ratio of the volume of the rib to the volume of the brake disc, and the vertical axis represents the rate of increase in the gap between the rib and the annular member. In FIG. 9, white circles indicate the results of the present invention Example 1, double circles indicate the results of the present invention Example 2, black circles indicate the results of the present invention Example 3, squares indicate the results of Comparative Example 1, and triangles indicate the results of Comparative Example 2. The rate of increase in the gap between the rib and the annular member was calculated by the following formula.
(Increase rate of gap between rib and annular member) = (Axial displacement) / (Distance of gap between rib and annular member before calculation)
The distance between the rib and the annular member before calculation was set to the shortest distance between the rib and the annular member in the axial direction. The amount of displacement of the rib after calculation at the position of the shortest distance was taken as the amount of displacement in the axial direction.

ブレーキディスクに対するリブの体積が増加するにつれ、リブと環状部材との隙間の距離が大きくなった。すなわち、リブの体積が大きいほど、ブレーキディスクが塑性変形した。 As the volume of the rib with respect to the brake disc increased, the distance between the rib and the annular member increased. That is, the larger the volume of the rib, the more the brake disc was plastically deformed.

［計算結果：ボルト応力］
図１０は、リブ体積とボルト引張応力との関係を示す図である。図１０を参照して、横軸はブレーキディスクの体積に対するリブの体積の比を示し、縦軸はボルトに負荷された引張応力（ＭＰａ）を示す。図１０中、白丸は本発明例１、二重丸は本発明例２、黒丸は本発明例３、四角は比較例１、三角は比較例２の結果を示す。[Calculation result: Bolt stress]
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the rib volume and the bolt tensile stress. With reference to FIG. 10, the horizontal axis represents the ratio of the rib volume to the brake disc volume, and the vertical axis represents the tensile stress (MPa) applied to the bolt. In FIG. 10, white circles indicate the results of the present invention Example 1, double circles indicate the results of the present invention Example 2, black circles indicate the results of the present invention Example 3, squares indicate the results of Comparative Example 1, and triangles indicate the results of Comparative Example 2.

図１１は、リブ体積とボルト曲げ応力との関係を示す図である。図１１を参照して、横軸はブレーキディスクの体積に対するリブの体積の比を示し、縦軸はボルトに負荷された曲げ応力（ＭＰａ）を示す。図１１中、白丸は本発明例１、二重丸は本発明例２、黒丸は本発明例３、四角は比較例１、三角は比較例２の結果を示す。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the rib volume and the bolt bending stress. With reference to FIG. 11, the horizontal axis represents the ratio of the rib volume to the brake disc volume, and the vertical axis represents the bending stress (MPa) applied to the bolt. In FIG. 11, white circles indicate the results of the present invention Example 1, double circles indicate the results of the present invention Example 2, black circles indicate the results of the present invention Example 3, squares indicate the results of Comparative Example 1, and triangles indicate the results of Comparative Example 2.

図１０及び図１１を参照して、ブレーキディスクに対するリブの体積が増加するにつれ、ボルトに負荷される引張応力及び曲げ応力は大きくなった。 With reference to FIGS. 10 and 11, as the volume of the ribs relative to the brake disc increased, the tensile and bending stresses applied to the bolts increased.

１：ブレーキディスク
５：環状部材
１０：ボルト
１１：外縁
１２：内縁
１３：表面
１４：裏面
１５：フィン
１６：通気路
１７：リブの内周側の端部
１９：リブの外周側の端部
２２：外面
２３：内面
２６：リブ1: Brake disc 5: Ring member 10: Bolt 11: Outer edge 12: Inner edge 13: Front surface 14: Back surface 15: Fin 16: Ventilation path 17: Rib inner peripheral end 19: Rib outer peripheral end 22 : Outer surface 23: Inner surface 26: Rib

Claims

A brake disc that is bolted to the annular member of a railroad vehicle.
A plurality of fins arranged side by side along the circumferential direction of the brake disc on the back surface of the brake disc facing the annular member, and extending in the radial direction of the brake disc.
A rib arranged on the back surface of the brake disc, connecting two adjacent fins, and extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the brake disc along the radial direction of the brake disc is provided.
The end of the rib on the inner peripheral side of the brake disc is coupled to the back surface of the brake disc, and the end of the rib on the outer peripheral side of the brake disc is not coupled to the back surface of the brake disc.
A brake disc characterized in that the rib is formed at least at an end portion of the rib on the outer peripheral side of the brake disc and has an inner surface facing the back surface of the brake disc.

The brake disc according to claim 1.
A brake disc characterized in that the inner peripheral end of the inner surface of the rib is located on the inner peripheral side of the brake disc with respect to the fastening position between the brake disc and the annular member.

The brake disc according to claim 1 or 2.
The inner peripheral side of the brake disc on the outer surface of the rib facing the annular member has a larger gradient with respect to the back surface of the brake disc toward the outer peripheral side of the brake disc, and the outer peripheral side of the brake disc of the rib becomes larger. A brake disc characterized in that the gradient with respect to the back surface of the brake disc decreases toward the outer peripheral side of the brake disc.