JPH11325136A - Brake disk and fastening method thereof - Google Patents
Brake disk and fastening method thereofInfo
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- JPH11325136A JPH11325136A JP13677098A JP13677098A JPH11325136A JP H11325136 A JPH11325136 A JP H11325136A JP 13677098 A JP13677098 A JP 13677098A JP 13677098 A JP13677098 A JP 13677098A JP H11325136 A JPH11325136 A JP H11325136A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、主として鉄道車両
用の車輪の側面に設けるブレーキディスク及びその締結
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brake disk provided on a side surface of a wheel for a railway vehicle and a method of fastening the brake disk.
【０００２】[0002]
【従来の技術】鉄道車両や自動車及び自動二輪車等の機
械式制動装置として、ブロックブレーキ、ドラムブレー
キ、ディスクブレーキなどが使用されている。近年、車
両の高速化、大型化にともないディスクブレーキが多用
されるようになってきた。ディスクブレーキは、ブレー
キディスクとブレーキライニングとの摩擦により制動力
を得る構造であり、ブレーキディスクは車軸または車輪
にボルト付けされている。2. Description of the Related Art Block brakes, drum brakes, disc brakes, and the like are used as mechanical braking devices for railway vehicles, automobiles, motorcycles, and the like. 2. Description of the Related Art In recent years, disk brakes have been frequently used as vehicles have become faster and larger. The disc brake has a structure in which a braking force is obtained by friction between a brake disc and a brake lining, and the brake disc is bolted to an axle or a wheel.
【０００３】鉄道車両に使用されているブレーキディス
クとしては、側ディスク、軸マウントディスクが挙げら
れる。側ディスクとは、車輪の側面に締結されるブレー
キディスクであり、軸マウントディスクとは車軸に締結
されるブレーキディスクである。本発明は、側ディスク
に関するものである。以下の説明では、ブレーキディス
ク（以下、単にディスクという）は側ディスクのことと
する。[0003] Examples of brake disks used in railway vehicles include side disks and shaft mount disks. The side disc is a brake disc fastened to the side surface of the wheel, and the shaft mount disc is a brake disc fastened to the axle. The present invention relates to a side disk. In the following description, a brake disk (hereinafter, simply referred to as a disk) is a side disk.
【０００４】新幹線等の高速鉄道車両では、ブレーキ負
荷時の回転速度や慣性力が非常に大きいため、自動車及
び自動二輪車用と比較してディスクの温度は著しく上昇
し、熱ひずみも非常に大きい。[0004] In a high-speed railway vehicle such as a Shinkansen, the rotational speed and inertia force when a brake is loaded are extremely high, so that the temperature of the disk is significantly increased and the thermal strain is extremely large as compared with those for automobiles and motorcycles.
【０００５】図１はブレーキディスクを装着した鉄道用
車輪の部分断面図である。同図において、符号１はディ
スク、２は摺動面、４は車輪、５はリム、６は車輪ディ
スク、８は車軸、９はディスクを車輪に締結するボル
ト、１０はナット、１１はボルト穴である。同図におい
て、摺動面２を締め付けるブレーキライニング等は図示
されていない。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a railway wheel on which a brake disk is mounted. In the figure, reference numeral 1 is a disk, 2 is a sliding surface, 4 is a wheel, 5 is a rim, 6 is a wheel disk, 8 is an axle, 9 is a bolt for fastening the disk to the wheel, 10 is a nut, and 11 is a bolt hole. It is. In the figure, the brake lining and the like for tightening the sliding surface 2 are not shown.
【０００６】同図に示すように、側ディスクでは、通常
車輪ディスクのリム５近傍の強度を確保するため、車輪
ディスクの外周側にボルト穴を設けるのを避け、ディス
ク１および車輪ディスク６の内周側にボルト穴１１を設
けている。As shown in FIG. 1, in the side disk, in order to secure the strength near the rim 5 of the normal wheel disk, it is necessary to avoid providing a bolt hole on the outer peripheral side of the wheel disk. A bolt hole 11 is provided on the peripheral side.
【０００７】ディスク１の摺動面２はそれぞれ片面のみ
にあり、ここから発熱するので摺動面２側が伸びる方
向、すなわち、摺動面２の反対側に湾曲する方向に熱ひ
ずみが加わる。しかし、反摺動面側は車輪ディスク６で
拘束されているため、圧縮熱ひずみが摺動面２側に蓄積
される。ブレーキが開放されるとディスク１の温度は下
がるが、摺動面２側に蓄積された圧縮熱ひずみが開放さ
れ、ディスク１は摺動面側が収縮して、図１の点線で示
すように摺動面２の側にすり鉢状に変形する（そりが生
じる）。The sliding surface 2 of the disk 1 has only one surface, and heat is generated from the surface, so that thermal strain is applied in the direction in which the sliding surface 2 extends, that is, in the direction in which the sliding surface 2 curves in the opposite direction. However, since the non-sliding surface side is restrained by the wheel disk 6, compressive thermal strain is accumulated on the sliding surface 2 side. When the brake is released, the temperature of the disk 1 drops, but the compressive heat strain accumulated on the sliding surface 2 side is released, and the disk 1 contracts on the sliding surface side, and slides as shown by the dotted line in FIG. It deforms in a mortar shape on the side of the moving surface 2 (warpage occurs).
【０００８】次にブレーキをかけると、摺動面２が高温
になり、ディスクの反摺動面側の温度は上がっていない
ため、すり鉢状の変形は元に戻らないまま、反摺動面側
への変形が拘束され、摺動面側に圧縮熱ひずみが蓄積さ
れる。ブレーキが開放されると前記と同様、ディスク１
はさらに摺動面２の側に変形する。このように、熱ひず
みが繰返し負荷されることによりディスク１の塑性変形
も大きくなる。Next, when the brake is applied, the sliding surface 2 becomes hot and the temperature on the side opposite to the sliding surface of the disk has not risen. Is restrained, and compressive thermal strain is accumulated on the sliding surface side. When the brake is released, the disk 1
Further deforms toward the sliding surface 2. As described above, the plastic deformation of the disk 1 increases due to the repeated application of the thermal strain.
【０００９】ディスク１のそりにより、ディスクとライ
ニング間で偏摩耗を生じたり、摩擦特性が不安定にな
る。また、ディスク１の変形により、ブレーキ負荷時に
はディスクの軸方向に対して曲げモーメントが働き、ボ
ルト９に曲げ・引張応力が発生し、車輪の回転に応じて
最大〜最小応力の変動が加わるため、ボルト９の寿命が
短くなり、ボルト９の破損の原因にもなる。Due to the warpage of the disk 1, uneven wear occurs between the disk and the lining, and the friction characteristics become unstable. Also, due to the deformation of the disc 1, a bending moment acts in the axial direction of the disc when a brake is applied, and a bending / tensile stress is generated in the bolt 9, and a fluctuation of maximum to minimum stress is applied according to the rotation of the wheel. The service life of the bolt 9 is shortened, and the bolt 9 may be damaged.
【００１０】このそりを防止するためディスク１および
車輪ディスク６の外周側にもボルト穴を設け、ボルトで
締結する方法が考えられる。しかし、車輪のディスク６
の部分にボルト穴を設けるとボルト孔が切欠きとなって
応力集中が生ずるおそれがあるため、車輪を厚肉化する
必要があり、そのために車輪重量が増加すること、車輪
の形状を大きく変更する必要があることから、この対策
は望ましくない。In order to prevent the warping, a method of providing a bolt hole on the outer peripheral side of the disk 1 and the wheel disk 6 and fastening with a bolt is considered. However, the wheel disc 6
If there is a bolt hole in the part, there is a risk of stress concentration due to the notch of the bolt hole, so it is necessary to increase the thickness of the wheel, which increases the weight of the wheel and significantly changes the shape of the wheel This measure is undesirable because it needs to be done.
【００１１】上記の変形を抑制するため、例えば、特開
平９−２５０５７７号公報には、ディスクを３分割し、
各ディスク間に間隙を設け、前記のような一体物のディ
スクのすり鉢状の熱変形を回避し、ボルトに曲げ応力が
加わるのを緩和する技術が開示されている。In order to suppress the above deformation, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-250577 discloses that a disk is divided into three parts.
There is disclosed a technique in which a gap is provided between each disk to avoid the above-mentioned mortar-like thermal deformation of the integrated disk and to reduce the bending stress applied to the bolt.
【００１２】しかしながら、同公報に開示された技術
は、それぞれのディスクでのひずみを減少させる効果は
あるが、摺動面が分割され、ブレーキ負荷時には変形し
たディスク間に段差が生じ、端縁部が局部摩耗するため
摩擦・摩耗特性が悪化するという問題がある。However, the technique disclosed in the publication has the effect of reducing the distortion in each disk, but the sliding surface is divided, and a step is generated between the deformed disks when a brake is loaded, and the edge portion However, there is a problem that friction and wear characteristics are deteriorated due to local wear.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、鉄道車
両用側ディスクでは、反車輪側に湾曲する変形が生じや
ずく、ディスクまたはブレーキライニングに偏摩耗や局
部磨耗が発生し、摩擦特性が不安定になってディスクの
寿命を短縮したり、締結ボルトに過大な曲げ・引張応力
が加わってボルトの寿命を短縮する。ブレーキの信頼性
を確保し、メンテナンスコストを低減するには上記の問
題点を解決し、耐久性を確保する必要があった。As described above, in the case of a disk for a railway vehicle, a deformation that bends toward the non-wheel side occurs easily, and uneven wear or local wear occurs on the disk or brake lining, and the friction characteristics are reduced. It becomes unstable and shortens the life of the disk, or excessive bending and tensile stress is applied to the fastening bolt to shorten the life of the bolt. In order to ensure the reliability of the brake and reduce the maintenance cost, it was necessary to solve the above-mentioned problems and secure the durability.
【００１４】本発明の課題は、ディスクの変形を抑制す
ることによりディスクを長寿命化し、さらに、ディスク
と車輪を締結するボルトへの負荷を低減することにより
ボルトを長寿命化する鉄道車両用ブレーキディスクの締
結方法を提供することにある。An object of the present invention is to extend the life of a disk by suppressing deformation of the disk, and further reduce the load on a bolt for fastening the disk to a wheel, thereby extending the life of the bolt for a railway vehicle. An object of the present invention is to provide a method for fastening a disk.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】発明者らは、ディスクの
そりを防止するため、ディスク外周側を拘束する方法を
検討した。外周側をボルトで締結する方法は前記のよう
に車輪ディスク６の強度を低下させる問題がある。これ
を回避し、かつディスクの半径方向の熱膨張を非拘束と
する手段として、有限要素法による応力解析を種々行っ
た結果、車輪のリム部でディスクを拘束する方法でディ
スクの変形の問題を解決しうるとの知見を得た。Means for Solving the Problems The inventors have studied a method of restraining the outer peripheral side of the disk in order to prevent the warpage of the disk. The method of fastening the outer peripheral side with bolts has a problem that the strength of the wheel disk 6 is reduced as described above. As a means of avoiding this and making the thermal expansion of the disk in the radial direction unconstrained, as a result of performing various stress analyzes by the finite element method, the problem of disk deformation was solved by the method of constraining the disk at the wheel rim. The knowledge that it can be solved was obtained.
【００１６】本知見に基づいた本発明の要旨は以下の
(1) および(2) にある。 (1) 車輪の側面に締結されるブレーキディスクであっ
て、前記ブレーキディスクには、半径方向外側に突出し
たディスクはめ合い部が外周に配置されていることを特
徴とするブレーキディスク。The gist of the present invention based on this finding is as follows.
See (1) and (2). (1) A brake disc fastened to a side surface of a wheel, wherein a disc fitting portion protruding radially outward is disposed on an outer periphery of the brake disc.
【００１７】(2) 前記(1) 項に記載のディスクはめ合い
部を、車輪のリム内周に半径方向内側に突出して配置さ
れたリムはめ合い部にはめ込み、ブレーキディスクの軸
方向の変形を拘束することを特徴とするブレーキディス
クの締結方法。(2) The disc fitting portion described in the above (1) is fitted into a rim fitting portion which is arranged so as to protrude inward in the radial direction on the inner periphery of the rim of the wheel, thereby preventing the brake disc from deforming in the axial direction. A method for fastening a brake disc, comprising restraining the brake disc.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】図２は本発明のディスクを示す概
要図であり、同図(a) は部分平面図、同図(b) は同図
(a) のＡ−Ａ断面図、同図(c) は同図(a) のＢ−Ｂ断面
図である。同図において、図１と同一部品は同一符号で
示す。同図のディスク１の外周にはディスクはめ合い部
３が間欠的に突出している。同図の例ではディスクはめ
合い部３は外周部に８個所配置されている。同図では、
ディスク１の摺動面２を車輪のリム面と同じ面になるよ
う、はめ合い部３の端面は摺動面２より後退させた形状
の例を示している。FIG. 2 is a schematic view showing a disk according to the present invention. FIG. 2 (a) is a partial plan view, and FIG.
(a) is a sectional view taken along the line AA, and (c) is a sectional view taken along the line BB of the same figure (a). In the figure, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. A disk fitting portion 3 intermittently protrudes from the outer periphery of the disk 1 in FIG. In the example shown in the figure, eight disk fitting portions 3 are arranged on the outer peripheral portion. In the figure,
An example is shown in which the end surface of the fitting portion 3 is retracted from the sliding surface 2 so that the sliding surface 2 of the disk 1 is the same as the rim surface of the wheel.
【００１９】図３は本発明のディスクとはめ合って対を
なす車輪を示す概要図であり、同図(a) は部分平面図、
同図(b) は同図(a) のＡ−Ａ断面図、同図(c) は同図
(a) のＢ−Ｂ断面図である。同図において、図１と同一
部品は同一符号で示す。同図のリム５の内周側にはリム
はめ合い部７が間欠的に配置されている。FIG. 3 is a schematic view showing a pair of wheels fitted to the disk of the present invention. FIG. 3 (a) is a partial plan view,
FIG. 2B is a sectional view taken along line AA of FIG. 2A, and FIG.
FIG. 6A is a sectional view taken along line BB of FIG. In the figure, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. A rim fitting portion 7 is intermittently arranged on the inner peripheral side of the rim 5 in FIG.
【００２０】図４は本発明のディスクと車輪とを締結し
た状態を示す概要図であり、同図(a) は部分平面図、同
図(b) は同図(a) のＡ−Ａ断面図、同図(c) は同図(a)
のＢ−Ｂ断面図である。同図において、図１〜３と同一
部品は同一符号で示す。FIG. 4 is a schematic view showing a state in which the disc and the wheel of the present invention are fastened. FIG. 4 (a) is a partial plan view, and FIG. 4 (b) is a sectional view taken along the line AA in FIG. Figure (c) is the same figure (a)
FIG. In the figure, the same parts as those in FIGS.
【００２１】図４に示すように、ディスク１と車輪４
は、内周部をボルト９とナット１０により締結されてい
る。また、ディスク１の外周部は同図に示すように、デ
ィスク１のディスクはめ合い部３と車輪４のリムはめ合
い部７とが互いにかみ合っておりディスク１が車輪ディ
スク部から離れて湾曲するのを抑制している。As shown in FIG. 4, the disc 1 and the wheels 4
Is fastened by bolts 9 and nuts 10 at the inner periphery. As shown in the figure, the disk fitting portion 3 of the disk 1 and the rim fitting portion 7 of the wheel 4 are engaged with each other at the outer peripheral portion of the disk 1, so that the disk 1 curves away from the wheel disk portion. Has been suppressed.
【００２２】図５は図４のＣ部のディスクと車輪のはめ
合い部分を示す拡大図である。同図において、はめ合い
深さＤは、深すぎるとディスクのはめ合い部の強度が低
下し、浅すぎると車輪のはめ合い部の強度が低下する。
従って、はめ合い深さＤは５〜１５ｍｍの範囲が良い。
より好ましくは８〜１２ｍｍの範囲である。FIG. 5 is an enlarged view showing a fitting portion between the disk and the wheel of the portion C in FIG. In the figure, if the fitting depth D is too deep, the strength of the fitting portion of the disc decreases, and if it is too shallow, the strength of the fitting portion of the wheel decreases.
Therefore, the fitting depth D is preferably in the range of 5 to 15 mm.
More preferably, it is in the range of 8 to 12 mm.
【００２３】また、はめ合い幅Ｈは、大きすぎるとディ
スクはめ合い部３またはリムはめ合い部７の強度が低下
して変形しやすく、小さすぎるとディスク変形の抑制効
果が低下することから、５〜５０ｍｍの範囲とするのが
よい。ディスクの装着性、ディスクのそり変形の抑制効
果を考慮すると、より好ましくは、１０〜３０ｍｍであ
る。On the other hand, if the fitting width H is too large, the strength of the disc fitting portion 3 or the rim fitting portion 7 is reduced and the disc is easily deformed. If the fitting width H is too small, the effect of suppressing disc deformation is reduced. It is good to make it the range of-50mm. In consideration of the mounting property of the disc and the effect of suppressing the warpage of the disc, the thickness is more preferably 10 to 30 mm.
【００２４】ディスク１の半径方向の熱膨張を拘束しな
いように、ディスクはめ合い部３の先端とリム５の内面
との間にギャップＧ1 、リムはめ合い部７の先端とディ
スク３の基部との間にギャップＧ2 を設けるのが好まし
い。このギャップが小さすぎるとディスク１の熱膨張に
より、車輪に半径方向の引張応力が発生し、大きすぎる
とはめ合い幅Ｈを十分にとることができないので、Ｇ1
およびＧ2 は１〜５ｍｍの範囲とするのが好ましい。In order not to restrict the thermal expansion of the disk 1 in the radial direction, a gap G 1 is provided between the tip of the disk fitting portion 3 and the inner surface of the rim 5, and the tip of the rim fitting portion 7 and the base of the disk 3 preferably provided gap G 2 between. If the gap is too small, a radial tensile stress is generated in the wheel due to the thermal expansion of the disk 1, and if it is too large, the fitting width H cannot be sufficiently set, so that G 1
And G 2 is preferably in the range of 1 to 5 mm.
【００２５】図２において、ディスクはめ合い部３の突
出部の数Ｎは３〜１８とするのが好ましい。Ｎが２以下
ではディスク１の軸対称性が失われたり、ディスクを車
輪に装着するのが困難になる。１９以上ではディスクは
め合い部３の幅の車軸中心からみた角度（以下、幅角と
いう）α1 が小さくなって強度が低下する。従って、デ
ィスクはめ合い部３の幅角α1 は、１０度〜６０度にす
るのがよい。ディスクはめ合い部３の間の突出部が無い
部分の幅角をβ1 とすると、Ｎ（α1 ＋β1 ）＝３６０
°の関係になる。In FIG. 2, it is preferable that the number N of protrusions of the disc fitting portion 3 is 3 to 18. When N is 2 or less, the axial symmetry of the disk 1 is lost, or it becomes difficult to mount the disk on the wheel. 19 or at an angle (hereinafter, referred to as width angle) as viewed from the axle center of the width of each other part 3 fitting disk alpha 1 becomes the strength is decreased less. Therefore, the width angle alpha 1 of the mutual part 3 fitting disc, it is preferable to 10 to 60 degrees. Assuming that the width angle of the portion where there is no protrusion between the disc fitting portions 3 is β 1 , N (α 1 + β 1 ) = 360
° relationship.
【００２６】一方、図３において、車輪４のリムはめ合
い部７の幅角α2 はディスク１のディスクはめ合い部３
の幅角α1 と同等とすれば双方の幅角を有効に利用でき
るので好ましい。また、同図において、リムはめ合い部
７の間の角度β2 より若干（１〜５°）小さくして容易
にディスクを装着できるようにするのが好ましい。車輪
４のリムはめ合い部においても、Ｎ（α2 ＋β2 ）＝３
６０°の関係が成り立つ。図５において、Ｐで示す角部
またはコーナ部になる部分には面取りをしてもよい。On the other hand, in FIG. 3, the width angle α 2 of the rim fitting portion 7 of the wheel 4 is
Is preferably equal to the width angle α 1 because both width angles can be used effectively. Further, in the figure, it is preferable to be able to mount the slightly (1 to 5 °) smaller to easily disc than the angle beta 2 between the rim mating portion 7. N (α 2 + β 2 ) = 3 even at the rim fitting portion of the wheel 4
A 60 ° relationship holds. In FIG. 5, the corners or corners indicated by P may be chamfered.
【００２７】図２に示すディスク１と図３に示す車輪４
との装着は、ディスクのはめ合い部３（突出部）と車輪
４のリムはめ合い部７の間の凹部を合わせてはめ込み、
次いで円周方向に回転させ、ディスクはめ合い部３とリ
ムはめ合い部７を一致させて、ボルトで締結するという
手順で行う。The disc 1 shown in FIG. 2 and the wheel 4 shown in FIG.
Is fitted by fitting the concave portion between the disk fitting portion 3 (projection portion) and the rim fitting portion 7 of the wheel 4,
Next, the disk is rotated in the circumferential direction, the disc fitting portion 3 and the rim fitting portion 7 are made to coincide with each other, and fastening is performed by bolts.
【００２８】図６は本発明の他の例のディスクと車輪と
を締結した状態を示す概要図であり、同図(a) は平面
図、同図(b) は同図(a) のＡ−Ａ部分断面図である。図
１〜５と同一部品は同一符号で示す。同図(a) におい
て、ディスクは１ａ〜１ｃに３分割され、車輪４にボル
ト９、ナット１０で締結されている。同図(b) の部分断
面図において、図４(c) の部分断面図と同様に、ディス
ク１ａ〜１ｃにはディスクはめ合い部３、リム５の内周
側にはリムはめ合い部７を有している。このリムはめ合
い部７は円周方向に連続している。FIG. 6 is a schematic view showing a state in which a disk and a wheel according to another embodiment of the present invention are fastened. FIG. 6 (a) is a plan view, and FIG. It is a -A partial sectional view. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 1A, the disk is divided into three parts 1a to 1c and fastened to wheels 4 by bolts 9 and nuts 10. In the partial sectional view of FIG. 4B, similarly to the partial sectional view of FIG. 4C, a disk fitting portion 3 is provided on the disks 1a to 1c, and a rim fitting portion 7 is provided on the inner peripheral side of the rim 5. Have. The rim fitting portion 7 is continuous in the circumferential direction.
【００２９】同図(a) に示すように、ディスク１ａ〜１
ｃのディスクはめ合い部３の幅は外周部にほぼ１／３円
周にわたって設けられており、ディスクはめ合い部３の
先端部は車輪への装着を容易にするため、狭くしてい
る。図６のディスク１ａ〜１ｃを車輪４に装着するに
は、ディスクはめ合い部３をリムはめ合い部７の下に潜
り込ませるように滑らせ、ボルト穴を合わせてボルト締
結する。制動時の締結ボルトのせん断応力を同等にする
ため、図６のディスクと車輪の締結ボルト９は図４の場
合に対して、断面積が３倍のボルトを使用する。As shown in FIG.
The width of the disk fitting portion 3 of c is provided over substantially one third of the circumference at the outer peripheral portion, and the tip of the disk fitting portion 3 is narrowed to facilitate mounting on a wheel. In order to mount the disks 1a to 1c shown in FIG. 6 to the wheel 4, the disk fitting portion 3 is slid so as to slip under the rim fitting portion 7, and the bolt holes are aligned and bolted. In order to equalize the shear stress of the fastening bolts at the time of braking, the fastening bolts 9 of the disk and the wheel in FIG. 6 are three times as large as those in FIG.
【００３０】図６のように、ディスクを分割することに
よって、ディスクはめ合い部３およびリムはめ合い部７
を間欠的に配置することなく、全周を利用できるので、
図４の本発明例に比較して、図５に示すはめ合い深さ
Ｄ、はめ合い幅Ｈを小さくすることができる。反面、分
割ディスク間の段差をなくすよう、ディスクおよび車輪
の加工精度を高め、締結精度を高めることが肝要であ
る。As shown in FIG. 6, by dividing the disc, the disc fitting portion 3 and the rim fitting portion 7 are divided.
Because the entire circumference can be used without intermittently arranging
Compared with the example of the present invention shown in FIG. 4, the fitting depth D and the fitting width H shown in FIG. 5 can be reduced. On the other hand, it is important to increase the processing accuracy of the disks and wheels and the fastening accuracy so as to eliminate the steps between the divided disks.
【００３１】図６のようにディスクを分割する場合の分
割数は、３〜４が望ましい。２分割では、連続したリム
はめ合い部の下に、これより径の大きなディスクはめ合
い部をはめ込むことができず、５以上の分割数では、制
動時に締結ボルトに係るせん断力が過大になったり、大
径のボルトまたは多数のボルトを使用しなければならな
いためである。As shown in FIG. 6, when dividing the disk, the number of divisions is desirably 3 to 4. In the case of two divisions, it is not possible to fit a disk fitting part with a larger diameter under the continuous rim fitting part. If the number of divisions is 5 or more, the shearing force on the fastening bolt during braking may be excessive. This is because large diameter bolts or a large number of bolts must be used.
【００３２】[0032]
【実施例】（実施例１）本発明によるディスクおよび車
輪を２種製作した。その１つは外観が図２〜４に示され
る形状のものであり、以下、これを本発明例１という。
ディスクの材料には、新幹線車両で広く使用されている
鍛鋼ディスク材を使用した。図２に示す本発明例１のデ
ィスクはめ合い部３の幅角α1 を２１°、幅角β1 を２
４°とし、ディスクはめ合い部３を円周方向８個設け
た。はめ合い深さＤは１０ｍｍ、はめ合い幅Ｈを１５ｍ
ｍとした。また、ディスクはめ合い部３の先端とリム５
の内面のギャップＧ1 、およびリムはめ合い部７の先端
とディスク３の基部とのギャップＧ2 を２ｍｍとした
（図５参照）。EXAMPLES (Example 1) Two kinds of disks and wheels according to the present invention were manufactured. One of them has an external appearance shown in FIGS. 2 to 4, and is hereinafter referred to as Example 1 of the present invention.
The disc material used was a forged steel disc material widely used in Shinkansen vehicles. Width angle alpha 1 to 21 ° of the disc mating portion 3 of the present invention example 1 shown in FIG. 2, the width angle beta 1 2
4 °, and eight disk fitting portions 3 were provided in the circumferential direction. Fitting depth D is 10mm, fitting width H is 15m
m. Also, the tip of the disk fitting portion 3 and the rim 5
The gap G 1 of the inner surface, and a gap G 2 between the tip and the base of the disc 3 of the rim mating portion 7 was 2 mm (see FIG. 5).
【００３３】本発明例１のディスクとはめ合う車輪４は
図３に示す外観のものを製作した。リムはめ合い部７の
幅角α2 、その間の凹部の幅角β２はそれぞれ前記
α1 、β1 と同じ角とした。本発明のディスクと車輪を
はめ合わせた後、円周方向に２２．５°度回転させ、内
周部をボルトにより締結した。The wheel 4 fitted to the disc of Example 1 of the present invention had the appearance shown in FIG. The width angle α 2 of the rim fitting portion 7 and the width angle β 2 of the concave portion between them are the same as the angles α 1 and β 1 , respectively. After fitting the disc of the present invention and the wheel, the disc was rotated by 22.5 ° in the circumferential direction, and the inner peripheral portion was fastened by bolts.
【００３４】本発明のディスクおよび車輪の他の１つは
外観が図６に示される形状のものであり、以下、これを
本発明例２という。ディスクの材料は本発明例１と同じ
である。ディスク厚さ、ボルト位置、ボルト本数は本発
明例１と同じとし、ディスク摺動面の外径・内径も本発
明例１の摺動面の外径・内径と同じとした。また、ディ
スクおよび車輪のディスクはめ合い部３、リムはめ合い
部７のはめ合い深さＤ、はめ合い幅Ｈ、およびギャップ
Ｇ1 、Ｇ2 も本発明例１と同じである。隣り合う各分割
ディスクの間隔は２ｍｍである。ディスクはめ合い部３
の幅角は基部で１１９°で、先端部は図６に示すように
同じ幅とし、車輪への装着を容易にした。Another disc and wheel according to the present invention have the appearance shown in FIG. 6 and will be hereinafter referred to as Example 2 of the present invention. The material of the disk is the same as that of Example 1 of the present invention. The disk thickness, bolt position, and number of bolts were the same as in Example 1 of the present invention, and the outer and inner diameters of the disk sliding surface were also the same as the outer and inner diameters of the sliding surface of Example 1 of the present invention. The disc and wheel disc mating section 3, mating depth D of the rim mating part 7, fitting width H, and also the gap G 1, G 2 is the same as Working Example 1. The interval between adjacent divided disks is 2 mm. Disc fitting part 3
Has a width angle of 119 ° at the base and the same width at the tip as shown in FIG. 6 to facilitate mounting on wheels.
【００３５】従来技術のディスクブレーキと比較するた
め、比較例の一つとして図１に示す形状の同材質の従来
ディスク（以下、比較例１という）を製作した。ディス
ク厚さ、ボルト位置、ボルト本数は本発明例１と同じで
あり、ディスク摺動面の外径・内径は本発明例１のディ
スクの摺動面外径・内径と同じである。For comparison with a conventional disk brake, a conventional disk having the same material shape as shown in FIG. 1 (hereinafter referred to as Comparative Example 1) was manufactured as one of comparative examples. The disk thickness, the bolt position, and the number of bolts are the same as those of the first embodiment, and the outer and inner diameters of the disk sliding surface are the same as the outer and inner diameters of the disk of the first embodiment.
【００３６】比較例の他の一つは特開平９−２５０５７
７号公報に開示されたディスクに則し、３分割したディ
スクを製作した（以下、比較例２という）。隣り合う各
分割ディスクは間隔は２ｍｍである。Another comparative example is disclosed in JP-A-9-25057.
In accordance with the disk disclosed in Japanese Patent Publication No. 7 (1993), a disk divided into three parts was manufactured (hereinafter referred to as Comparative Example 2). The interval between adjacent divided disks is 2 mm.
【００３７】図７は前記比較例２の３分割ディスクを示
す概要図であり、同図(a) は平面図、同図(b) は同図
(a) のＡ−Ａ断面図である。図１〜６と同一部品は同一
符号で示す。同図において、ディスクは１ａ〜１ｃの３
片に分割され、車輪４に締結されている。比較例２のデ
ィスク厚さ、ボルト位置、ボルト本数は本発明例１と同
じであり、ディスク摺動面の外径・内径も本発明例１の
ディスクの摺動面外径・内径と同じである。FIGS. 7A and 7B are schematic views showing a three-part disk of Comparative Example 2, wherein FIG. 7A is a plan view and FIG.
FIG. 3A is a sectional view taken along line AA of FIG. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals. In the figure, the disks are 3a-1a-1c.
It is divided into pieces and fastened to wheels 4. The disk thickness, the bolt position, and the number of bolts of Comparative Example 2 are the same as those of Example 1 of the present invention, and the outer diameter and inner diameter of the disk sliding surface are the same as the outer diameter and inner diameter of the disk of Example 1 of the present invention. is there.
【００３８】本発明例１、本発明例２、比較例１および
比較例２のディスクと車輪を用いて、ブレーキ試験を行
い、ディスクの変形、摩擦特性、ボルトの軸力を評価し
た。Using the discs and wheels of Inventive Example 1, Inventive Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, a brake test was performed to evaluate the deformation, frictional characteristics and axial force of the bolt.
【００３９】ブレーキ試験では、２７０ｋｍ／ｈからの
非常ブレーキ相当のブレーキを１００回負荷させた。２
７０ｋｍ／ｈからの非常ブレーキ負荷では、停止するま
でに９０秒程度かかる。このとき最高で約６００℃まで
ディスクの温度が上昇する。さらに、ディスク温度を約
５０℃まで冷却させた後、次のブレーキ負荷を開始す
る。この一連のブレーキ負荷を１００回繰返した。表１
に各ディスクの試験結果を示す。In the brake test, a brake equivalent to an emergency brake from 270 km / h was loaded 100 times. 2
With an emergency brake load of 70 km / h, it takes about 90 seconds to stop. At this time, the temperature of the disk rises up to about 600 ° C. Further, after the disk temperature is cooled to about 50 ° C., the next brake load is started. This series of brake loads was repeated 100 times. Table 1
Figure 10 shows the test results for each disk.
【００４０】[0040]
【表１】 [Table 1]
【００４１】比較例１ではディスクの外周部が０．５ｍ
ｍ程度反車輪側に変形（そりが発生）した。比較例２で
はディスクの外周部が０．１ｍｍ程度反車輪側に変形し
ていた。しかし、本発明例１および本発明例２のディス
クではこのような変形は起こらなかった。In Comparative Example 1, the outer peripheral portion of the disc was 0.5 m
Deformation (warpage) occurred on the opposite side of the wheel by about m. In Comparative Example 2, the outer peripheral portion of the disk was deformed by about 0.1 mm toward the opposite side of the wheel. However, such deformation did not occur in the discs of Inventive Example 1 and Inventive Example 2.
【００４２】摩擦係数μは本発明例１、本発明例２およ
び比較例１とも、０．２３〜０．２５となり、ブレーキ
として重要な摩擦特性は、同程度の性能であった。しか
し、比較例２（３分割ディスク）では０．１９〜０．２
７となり、本発明例１、本発明例２および比較例１に対
し、変動幅が大きく、ブレーキの利き方が不安定であっ
た。これは、比較例２のディスクでは、３分割されたデ
ィスクが変形し、ブレーキ負荷時にそれぞれの分割ディ
スク間で段差ができ、ディスク端縁およびライニングの
端縁が摩耗しやいため、ライニングに係る摩擦力が均一
にならないためであると考えられる。The friction coefficient μ was 0.23 to 0.25 in each of Example 1 of the present invention, Example 2 of the present invention, and Comparative Example 1, and the friction characteristics important as a brake were comparable. However, in Comparative Example 2 (three-divided disk), 0.19 to 0.2
7, the fluctuation range was larger than that of Inventive Example 1, Inventive Example 2, and Comparative Example 1, and the manner of braking was unstable. This is because, in the disk of Comparative Example 2, the disk divided into three is deformed, a step is formed between each of the divided disks when a brake is applied, and the disk edge and the edge of the lining are liable to be worn. It is considered that the force was not uniform.
【００４３】次にそれぞれの実施例でのボルトの軸力を
測定した。ボルトに負荷される軸力として、平均応力、
繰返し応力が挙げられる。平均応力はボルト締結時に発
生する引張の応力のことであり、ブレーキが数回負荷さ
れると多少低下するが、その後はほぼ一定値を保つ。一
方、繰返し応力は、ブレーキ負荷により発生する繰返し
の引張の応力のことである。ディスクにそりが生じてい
ると、ライニングを押し付けることによりディスクの変
形を戻す力が発生する。その結果、ボルトにも引張の応
力が負荷されることになる。ボルトの耐久性は繰返し引
張応力による疲労破壊に依存するため、繰返し引張応力
の評価がより重要である。Next, the axial force of the bolt in each example was measured. The average stress, as the axial force applied to the bolt,
Cyclic stress. The average stress is a tensile stress generated when bolts are fastened. The average stress slightly decreases when the brake is applied several times, but thereafter keeps a substantially constant value. On the other hand, the repetitive stress is a repetitive tensile stress generated by a brake load. If the disk is warped, a force that restores the deformation of the disk is generated by pressing the lining. As a result, a tensile stress is applied to the bolt. Since the durability of the bolt depends on the fatigue fracture due to the repeated tensile stress, the evaluation of the repeated tensile stress is more important.
【００４４】それぞれの実施例でのボルトの軸力を比較
した。平均応力の低下には本発明例１、本発明例２、比
較例１、比較例２とも大きな差はなく、いずれも４２０
〜４４０ＭＰａ程度であった。The axial force of the bolt in each example was compared. There was no significant difference in the reduction of the average stress between the present invention example 1, the present invention example 2, the comparative example 1, and the comparative example 2.
It was about 440 MPa.
【００４５】一方、繰返しの応力振幅を比較すると、比
較例１のボルトの軸力は、ブレーキ負荷時には、ディス
クの変形が大きいため、表１に示すように、約４０ＭＰ
ａの繰返しの引張応力が発生していた。一方、比較例２
では、比較例１ほどディスクが変形していないためボル
トに負荷される繰返し応力はそれほど大きくなく、約３
０ＭＰａとなった。On the other hand, comparing the repeated stress amplitudes, the axial force of the bolt of Comparative Example 1 was about 40 MPa as shown in Table 1 because the disk deformed greatly when the brake was loaded.
Repeated tensile stress of a occurred. On the other hand, Comparative Example 2
Then, since the disk was not deformed as much as in Comparative Example 1, the repetitive stress applied to the bolt was not so large,
It became 0 MPa.
【００４６】本発明１および本発明例２のディスクで
は、ディスクの変形が発生していないため、ボルトに負
荷される繰返し応力は最も小さく、２５〜２６Ｍｐａで
あった。In the discs of the present invention 1 and the present invention example 2, since no deformation of the disc occurred, the repetitive stress applied to the bolt was the smallest and was 25 to 26 Mpa.
【００４７】ブレーキ負荷時のボルトに負荷される制動
力に起因するせん断力に関しては、本発明例１、比較例
１ではほとんど差がなく、ほぼ均一にすべてのボルトに
せん断力が負荷される。一方、本発明例２および比較例
２では、ディスクが３分割されているため、ボルトに負
荷されるせん断力は多少不均一になるが、大きな差はな
かった。With respect to the shearing force due to the braking force applied to the bolts when the brake is applied, there is almost no difference between the first embodiment of the present invention and the first comparative example, and the shearing force is applied to all the bolts almost uniformly. On the other hand, in Example 2 of the present invention and Comparative Example 2, since the disk was divided into three parts, the shearing force applied to the bolts was somewhat uneven, but there was no significant difference.
【００４８】（実施例２）本発明例１および２、比較例
１および２の耐久性試験を実施した。実施例１と同様
に、２７０ｋｍ／ｈからの非常ブレーキ相当のブレーキ
負荷し、使用不能になるまでの負荷回数を調査した。試
験結果を表２に示す。(Example 2) Durability tests were performed on Examples 1 and 2 of the present invention and Comparative Examples 1 and 2. In the same manner as in Example 1, a brake load equivalent to an emergency brake from 270 km / h was applied, and the number of times of load until the brake became unusable was investigated. Table 2 shows the test results.
【００４９】[0049]
【表２】 [Table 2]
【００５０】表２に示すように、本発明例１および２で
は、１００００回以上の寿命を確保できたが、比較例１
ではディスクの偏磨耗のため短寿命であり、比較例２で
はブレーキライニングの損傷、摩擦係数の変動大および
ディスク偏磨耗のため、短寿命であった。As shown in Table 2, in Examples 1 and 2 of the present invention, a life of 10,000 times or more could be secured.
In Example 2, the life was short due to uneven wear of the disk, and in Comparative Example 2, the life was short due to damage to the brake lining, large fluctuation in the coefficient of friction and uneven wear of the disk.
【００５１】以上のことから、本発明例のブレーキディ
スクを使用すれば、ボルトに発生する変動応力を小さく
できることがわかった。From the above, it was found that the use of the brake disc of the present invention can reduce the fluctuating stress generated in the bolt.
【００５２】[0052]
【発明の効果】本発明のブレーキ用ディスクおよびディ
スク締結方法により、ディスクのそりを防止し、常に安
定したブレーキ性能を得るとともに、ディスクおよびデ
ィスク締結ボルトの寿命を延長することができ、メンテ
ナンスコストの低減をはかることができる。According to the brake disk and the disk fastening method of the present invention, the warpage of the disk can be prevented, the stable braking performance can be always obtained, and the life of the disk and the disk fastening bolt can be extended. Reduction can be achieved.
【図１】従来技術のブレーキディスクを装着したディス
ク鉄道用車輪の部分断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a disc railway wheel equipped with a conventional brake disc.
【図２】本発明のディスクを示す概要図であり、同図
(a) は部分平面図、同図(b) は同図(a) のＡ−Ａ断面
図、同図(c) は同図(a) のＢ−Ｂ断面図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a disk of the present invention,
(a) is a partial plan view, (b) is a sectional view taken along the line AA in FIG. (a), and (c) is a sectional view taken along the line BB in FIG.
【図３】本発明のディスクとはめ合って対をなす車輪を
示す概要図であり、同図(a) は部分平面図、同図(b) は
同図(a) のＡ−Ａ断面図、同図(c) は同図(a) のＢ−Ｂ
断面図である。FIG. 3 is a schematic view showing a pair of wheels fitted to the disc of the present invention, wherein FIG. 3 (a) is a partial plan view, and FIG. 3 (b) is a sectional view taken along line AA of FIG. 3 (a). , And FIG. 3 (c) is BB of FIG.
It is sectional drawing.
【図４】本発明のディスクと車輪とを締結した状態を示
す概要図であり、同図(a) は部分平面図、同図(b) は同
図(a) のＡ−Ａ断面図、同図(c) は同図(a) のＢ−Ｂ断
面図である。FIG. 4 is a schematic view showing a state in which the disk and the wheel of the present invention are fastened, wherein FIG. 4 (a) is a partial plan view, FIG. 4 (b) is a sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 3C is a sectional view taken along line BB of FIG.
【図５】本発明にかかる図４のＣ部のディスクと車輪の
はめ合い部分を示す拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view showing a fitting portion between a disk and a wheel of a portion C in FIG. 4 according to the present invention.
【図６】本発明の他の態様例のディスクと車輪とを締結
した状態を示す概要図であり、同図(a) は平面図、同図
(b) は同図(a) のＡ−Ａ部分断面図である。FIG. 6 is a schematic view showing a state in which a disk and a wheel according to another embodiment of the present invention are fastened, and FIG. 6 (a) is a plan view and FIG.
FIG. 2B is a partial sectional view taken along the line AA of FIG.
【図７】従来技術の３分割ディスクを示す概要図であ
り、同図(a) は平面図、同図(b)は同図(a) のＡ−Ａ断
面図である。FIGS. 7A and 7B are schematic views showing a conventional three-part disk, in which FIG. 7A is a plan view, and FIG. 7B is a sectional view taken along line AA of FIG.
１、１ａ〜ｃ ディスク ２ 摺動面 ３ ディスクはめ合い部 ４ 車輪 ５ リム ６ 車輪ディスク ７ リムはめ合い部 ８ 車軸 ９ ボルト １０ ナット １１ ボルト穴 Ｄ はめ合い深さ Ｂ はめ合い幅 Ｇ1 、Ｇ2 ギャップ Ｐ 角部またはコーナ部 α1 ディスクはめ合い部幅角 β1 ディスクはめ合い部間の幅角 α2 リムはめ合い部幅角 β2 リムはめ合い部間の幅角1,1a~c disc 2 sliding face 3 disc fitting portion 4 wheel 5 rim 6 wheel disc 7 fitting depth B fitting rim fitting part 8 the axle 9 bolt 10 nut 11 bolt hole D width G 1, G 2 Gap P Corner or corner α 1 Width angle between disc mating parts β 1 Width angle between disc mating parts α 2 Width angle between rim mating parts β 2 Width angle between mating parts
Claims (2)
クであって、前記ブレーキディスクには、半径方向外側
に突出したディスクはめ合い部が外周に配置されている
ことを特徴とするブレーキディスク。1. A brake disc fastened to a side surface of a wheel, wherein a brake fitting portion protruding radially outward is disposed on an outer periphery of the brake disc.
を、車輪のリム内周に半径方向内側に突出して配置され
たリムはめ合い部にはめ込み、ブレーキディスクの軸方
向の変形を拘束することを特徴とするブレーキディスク
の締結方法。2. The disk fitting portion according to claim 1, which is fitted into a rim fitting portion protruding radially inward from an inner periphery of a rim of a wheel to restrain an axial deformation of a brake disk. A method for fastening a brake disc, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13677098A JPH11325136A (en) | 1998-05-19 | 1998-05-19 | Brake disk and fastening method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13677098A JPH11325136A (en) | 1998-05-19 | 1998-05-19 | Brake disk and fastening method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11325136A true JPH11325136A (en) | 1999-11-26 |
Family
ID=15183116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13677098A Pending JPH11325136A (en) | 1998-05-19 | 1998-05-19 | Brake disk and fastening method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11325136A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100502995B1 (en) * | 1998-12-31 | 2005-10-26 | 두산인프라코어 주식회사 | Brake disk for railroad vehicles |
| CN112896376A (en) * | 2021-01-18 | 2021-06-04 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | Brake disc maintenance method |
-
1998
- 1998-05-19 JP JP13677098A patent/JPH11325136A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100502995B1 (en) * | 1998-12-31 | 2005-10-26 | 두산인프라코어 주식회사 | Brake disk for railroad vehicles |
| CN112896376A (en) * | 2021-01-18 | 2021-06-04 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | Brake disc maintenance method |
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