TW201420404A - 鐵道車輛用煞車盤 - Google Patents

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Kenji Tamura
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Abstract

本發明係提供一種可以在高速行進時減低氣動聲，同時提升制動時之冷卻性能，而且包含栓緊用螺栓提升耐久性之鐵道車輛用煞車盤。鐵道車輛用煞車盤(1)其係具備：將表面(2a)作為滑動面之環形圓板部(2)；在該圓板部(2)的背面(2b)呈放射狀突設之多個散熱片部(3)；及貫穿圓板部(2)及散熱片部(3)之螺栓孔(4)，並根據利用插穿在螺栓孔(4)之螺栓的栓緊固定，在散熱片部(3)壓接於車輪(10)的板部(13)的狀態下使圓板部(2)安裝在車輪之煞車盤，在散熱片部(3)中，從圓板部(2)的徑方向所視在比螺栓孔(4)更內周側的區域及更外周側的區域之至少任一方，沿著圓周方向形成溝(5a、5b)。

Description

鐵道車輛用煞車盤
本發明係關於一種鐵道車輛中的制動裝置之基幹零件即煞車盤，尤其是關於一種利用螺栓將作為滑動面的圓板部與車輪栓緊固定之鐵道車輛用煞車盤。
就鐵道車輛之制動裝置而言，伴隨著車輛的高速化或大型化而大多使用制動性優的碟式制動器。碟式制動器係藉由利用螺栓的栓緊固定而將煞車盤安裝在車輪，並藉由將煞車襯片按壓於該滑動面而產生根據摩擦抵抗造成的制動力，藉此制動車輪的旋轉而控制車輛的速度。
圖1係為模式顯示一般的鐵道車輛用煞車盤之對於車輪的安裝構造之圖面，並分別於同圖(a)顯示1/4圓部份之以表面視圖的平面圖，同圖(b)顯示沿著半圓部份的徑方向之剖面圖。圖2係為顯示習知之鐵道車輛用煞車盤的構成之模式圖，並分別於同圖(a)顯示從背面側所視之部份立體圖，同圖(b)顯示以背面視圖的部 份平面圖，同圖(c)顯示沿著徑方向之部份剖面圖。
如圖1及圖2所示，煞車盤1係具備將表面2a側作為滑動面之環形圓板部2。在該圓板部2的背面2b中係呈放射狀突設多個散熱片部3。在多個散熱片部3之中的幾個中，於半徑方向之大約中央的位置形成貫穿到圓板部2的螺栓孔4。
車輪10係由車軸所壓入之轂部11、包含與軌道接觸的踏面之輪框部12、及連結此等之板部13構成。煞車盤1係以2塊為一組並在各個表面2a朝外的狀態下配置成挾住車輪10的板部13，並將螺栓15插穿在各螺栓孔4，將螺帽16栓緊固定在各螺栓15。藉此，煞車盤1係在使散熱片部3的前端面3a涵蓋整個半徑方向而壓接於車輪10的板部13之狀態下，安裝在車輪10上。
其中，在以超過時速300km的速度行進之新幹線等高速鐵道車輛的情況，於行進時煞車盤1係與車輪10一體進行高速旋轉。伴隨此點，煞車盤1周圍的空氣係從內周側被吸入到煞車盤1與車輪10之間，即煞車盤1的圓板部2及散熱片部3、與車輪10的板部13所包圍的空間，並從外周側釋出(參照圖2中之實線箭頭方向)。總而言之，於鐵道車輛之行進中，在煞車盤1與車輪10之間會產生空氣的氣流。該氣流係在以超過時速300km的高速行進狀態下更為顯著，而引發稱為氣動聲的噪音。為此，從對於環境的考量看來必須進行氣動聲的減低。
作為對於該要求的對應策略，例如在專利文獻1中，揭示了於相鄰的散熱片部之間沿著圓周方向追加肋部，並利用該肋部抑制氣流之煞車盤。根據同文獻所揭示的煞車盤，可以將氣動聲減低到期望的水平。但是，伴隨著根據肋部之氣流抑制，使制動時煞車盤的冷卻性能降低之問題明顯化。
又，在從高速行進狀態進行緊急煞車的情況中，例如專利文獻2、3記載所示，煞車盤之伴隨著熱膨脹之變形、及根據該變形之對於栓緊用螺栓的應力負荷增大，而難以確保煞車盤及螺栓的耐久性。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特開2007-205428號公報
[專利文獻2]日本特開2006-9862號公報
[專利文獻3]國際公開WO2010/071169號公報
本發明為有鑑於上述之問題點所開發者，其係以提供可以在高速行進中減低氣動聲，同時提升制動時的冷卻性能，而且包含栓緊用螺栓提升耐久性之鐵道車輛用煞車盤為目的。
本發明者們係為了達成上述目的，就煞車盤而言，以前述圖2所示之煞車盤，也就是具備：將表面側作為滑動面之圓板部、突設在該圓板部背面之多個散熱片部、及貫穿圓板部與散熱片部之螺栓孔，並藉由根據插穿在螺栓孔的螺栓之栓緊固定，在散熱片部壓接於車輪的板部之狀態下將圓板部安裝在車輪之煞車盤為前提，施行各種實驗及解析並重複切確檢討的結果，得到下述(a)~(d)的見解。
(a)如前述專利文獻3記載所示，在以煞車盤的圓板部及散熱片部、與車輪的板部所包圍的空間流通之空氣的通氣量和氣動聲的水平之間有強烈的相關性。在此所言之通氣量係利用熱流體解析而得知，氣動聲的水平係利用實驗而得知者。由於通氣量與氣動聲水平之間有強烈的相關性，因此氣動聲水平的評估係能夠以通氣量作為指標加以進行。在減低氣動聲方面只要是能夠減低通氣量即可。再者，在減低通氣量方面，以增加氣流中的壓力損失者為有效的，為此，必須在引起氣流的空間設置易於發生壓力損失的角部、或是設置與氣流方向為對向的面。
(b)在提升冷卻性能方面，於上述(a)所示之氣流空間的壓力損失部中，必須確保充分的面積。因為在該壓力損失部中會造成與氣體的熱傳達變高。
(c)圖3係為模式顯示將習知煞車盤之根據制動中的熱膨脹造成的變形舉動誇張化之剖面圖。在制動 時，煞車盤1係因為藉由根據與煞車襯片的滑動造成的摩擦而發熱，使圓板部2及散熱片部3朝徑方向熱膨脹。但是，由於散熱片部3為涵蓋整個徑方向地壓接於車輪10的板部13，因此使散熱片部3之朝徑方向的熱膨脹被限制。為此，習知的煞車盤1之情況係如圖3所示，煞車盤1係以散熱片部3之前端面3a的內周側之端與外周側之端為支點呈拱形狀變形。
如此一來，在栓緊用螺栓15中承受拉伸應力，進一步也承受彎曲應力。又伴隨著反覆的制動，煞車盤1係由於反覆進行制動時的熱膨脹與根據制動後的冷卻之收縮，因此塑性變形為彎翹的狀態。
在減低這樣的煞車盤之伴隨熱膨脹造成的變形方面，必須在制動中緩和散熱片部之對於熱膨脹的限制，達到可以充分允許散熱片部之朝徑方向的熱伸縮。
(d)當立足於上述(a)~(c)的見解時，並不是如前述專利文獻1所揭示之煞車盤新增設置肋部，而是在散熱片部中，從圓板部的徑方向所視在比螺栓孔更內周側的區域及更外周側的區域之至少任一方，沿著圓周方向形成溝者為佳。進一步，在內周側的區域及外周側的區域沿著圓周方向形成溝者為佳。藉由在散熱片部形成溝，可以自然而然地設置上述(a)、(b)所提及之壓力損失部，並且充分允許上述(c)所提及之散熱片部之朝徑方向的熱伸縮。
本發明係為依據上述(a)~(d)所示的見 解而完成者，其宗旨為下述之鐵道車輛用煞車盤。
換言之，本發明之鐵道車輛用煞車盤，其係為具備：將表面側作為滑動面之環形圓板部；在上述圓板部的背面呈放射狀突設之多個散熱片部；及貫穿上述圓板部及上述散熱片部之螺栓孔，並根據利用插穿在上述螺栓孔之螺栓的栓緊固定，在上述散熱片部壓接於車輪的板部的狀態下使上述圓板部安裝在上述車輪之鐵道車輛用煞車盤，其特徵為：在上述散熱片部中，從上述圓板部的徑方向所視在比上述螺栓孔更內周側的區域及更外周側的區域之至少任一方，沿著圓周方向形成溝。
在上述發明中，上述溝之外周側的面為平面或凹面為佳。
又在本發明中，上述散熱片部中，在上述內周側的區域及上述外周側的區域沿著圓周方向形成上述溝為佳。
在上述煞車盤中，上述溝之深度h與上述散熱片部之高度H之比h/H為0.2~0.8的範圍內為佳。
又，在上述煞車盤中，上述散熱片部之外周側區域的圓周方向寬度比內周側區域的圓周方向寬度更大為佳。
又本發明之鐵道車輛用煞車盤，其係為具備：將表面側作為滑動面之環形圓板部；在上述圓板部的背面呈放射狀突設之多個散熱片部；及貫穿上述圓板部及上述散熱片部之螺栓孔，並根據利用插穿在上述螺栓孔之 螺栓的栓緊固定，在上述散熱片部壓接於車輪的板部的狀態下使上述圓板部安裝在上述車輪之鐵道車輛用煞車盤，其特徵為：在將上述螺栓孔挾持於其間之徑方向的內周側區域及外周側區域，沿著圓周方向形成溝。
根據本發明之鐵道車輛用煞車盤，由於在形成有螺栓孔之散熱片部沿著圓周方向形成溝，因此在高速行進中可以減低氣動聲之外，並且可以提升制動時之煞車盤的冷卻性能，而且包含栓緊用螺栓可以提升煞車盤的耐久性。
1‧‧‧煞車盤
2‧‧‧圓板部
2a‧‧‧表面
2b‧‧‧背面
3‧‧‧散熱片部
3a‧‧‧前端面
4‧‧‧螺栓孔
5a、5b、5c、5d‧‧‧溝
10‧‧‧車輪
11‧‧‧轂部
12‧‧‧輪框部
13‧‧‧板部
15‧‧‧螺栓
16‧‧‧螺帽
20‧‧‧溝的外周側之面
第1圖係為模式顯示一般鐵道車輛用煞車盤之對車輪的安裝構造之圖面，並分別於同圖(a)顯示1/4圓部份之以表面視圖的平面圖，同圖(b)顯示沿著半圓部份的徑方向之剖面圖。
第2圖係為顯示習知之鐵道車輛用煞車盤之構成的模式圖，並分別於同圖(a)顯示從背面側所視之部份立體圖，同圖(b)顯示以背面視圖之部份平面圖，同圖(c)顯示沿著徑方向之部份剖面圖。
第3圖係為模式顯示將習知煞車盤之根據制動中的熱膨脹造成的變形舉動誇張化之剖面圖。
第4圖係為顯示本發明之第2實施形態之鐵道車輛用煞車盤的構成之一例的模式圖，並分別於同圖(a)顯示從背面側所視之部份立體圖，同圖(b)顯示以背面視圖之部份平面圖，同圖(c)顯示沿著徑方向之部份剖面圖。
第5圖係為顯示散熱片部中之溝的深度對於通氣量與冷卻性能的影響之圖面。
第6圖係為顯示散熱片部中之溝的徑方向寬度對於通氣量與冷卻性能的影響之圖面。
第7圖係為顯示本發明之第3實施形態之鐵道車輛用煞車盤的構成之一例的模式圖，並分別於同圖(a)顯示從背面側所視之部份立體圖，同圖(b)顯示以背面視圖之部份平面圖，同圖(c)顯示沿著徑方向之部份剖面圖。
第8圖係為顯示散熱片部之圓周方向寬度對於通氣量與冷卻性能的影響之圖面。
第9圖係為顯示本發明之第1實施形態之鐵道車輛用煞車盤的構成之一例的模式圖，並分別於同圖(a)顯示從背面側所視之部份立體圖，同圖(b)顯示以背面視圖之部份平面圖，同圖(c)顯示沿著徑方向之部份剖面圖。
(用以實施發明之形態)
本發明之鐵道車輛用煞車盤，其係為具備：將表面側作為滑動面之環形圓板部；在上述圓板部的背面呈放射狀突設之多個散熱片部；及貫穿上述圓板部及上述散熱片部之螺栓孔，並根據利用插穿在上述螺栓孔之螺栓的栓緊固定，在上述散熱片部壓接於車輪的板部的狀態下使上述圓板部安裝在上述車輪之鐵道車輛用煞車盤，其特徵為：在上述散熱片部中，從上述圓板部的徑方向所視在比上述螺栓孔更內周側的區域及更外周側的區域之至少任一方，沿著圓周方向形成溝。
以下，針對本發明之鐵道車輛用煞車盤之實施形態進行詳細闡述。
在本發明中，只在散熱片部的內周側區域沿著圓周方向形成溝亦可，只在散熱片部的外周側區域沿著圓周方向形成溝亦可，在散熱片部的內周側區域及外周側區域兩方都沿著圓周方向形成溝亦可。
以下，將在散熱片部的內周側區域或外周側區域的任一方沿著圓周方向形成溝的態樣作為第1實施形態，在散熱片部的內周側區域及外周側區域兩方都沿著圓周方向形成溝的態樣作為第2實施形態，又在散熱片部之外周側區域的圓周方向寬度比內周側區域的圓周方向寬度更大的態樣作為第3實施形態，分別針對各個進行說明。
又，在本案說明書中，有將鐵道車輛用煞車盤簡稱為碟式制動器的情況。
<第1實施形態>
第9圖係為顯示本發明之第1實施形態之鐵道車輛用煞車盤的構成之一例的模式圖，並分別於同圖(a)顯示從背面側所視之部份立體圖，同圖(b)顯示以背面視圖之部份平面圖，同圖(c)顯示沿著徑方向之部份剖面圖。又，在圖9(a)、(b)中係代表性顯示煞車盤之1/12圓部份。
如圖9所示，第1實施形態之煞車盤1係具備將表面2a側作為滑動面之環形圓板部2。在該圓板部2的背面2b中係呈放射狀突設多個散熱片部3。在多個散熱片部3之中的幾個係於半徑方向之大約中央的位置，形成貫穿到圓板部2的螺栓孔4。
在形成有螺栓孔4之散熱片部3係於從圓板部2的徑方向所視比螺栓孔4更外周側的區域，沿著圓周方向形成溝5b。再者，在沒有形成螺栓孔4之散熱片部3也在與溝5b相同的圓周上形成同樣的溝5d。
如此構成之煞車盤1係如上述圖1所示，以2個為一組並在各個表面2a朝外的狀態下配置成挾住車輪10的板部13，並將螺栓15插穿於各螺栓孔4，將螺帽16栓緊固定在各螺栓15。藉此，煞車盤1之散熱片部3的前端面3a係以除了形成溝5b、5d的區域之外都壓接於車輪10的板部13之狀態下被安裝在車輪10上。
在第1實施形態之煞車盤1中，由於在形成有螺栓孔4之散熱片部3沿著圓周方向形成溝5b，該溝 5b的角部與溝5b的外周側之面20係成為氣流的壓力損失部。為此，減低在引起氣流的空間流通之空氣的通氣量，其結果為在高速行進中可以減低氣動聲。此外，因為利用沿著圓周方向的溝5b而使壓力損失部寬幅形成，因此可以充分確保與氣體之熱傳達變高之壓力損失部的面積，其結果為可以提升制動時之煞車盤1的冷卻性能。此等效果係藉由在沒有形成螺栓孔4之散熱片部3也形成溝5d而更為提高。
而且，由於在形成有螺栓孔4之散熱片部3沿著圓周方向形成溝5b，藉由該溝5b可以允許散熱片部3之對徑方向的熱伸縮。為此，由於在制動中緩和了散熱片部3之對於熱膨脹的限制，減低煞車盤1之伴隨著熱膨脹的變形，因此可以減輕對於栓緊用螺栓及煞車盤1的應力負荷，其結果為包含栓緊用螺栓可以提升煞車盤1的耐久性。
再者，在第1實施形態之煞車盤1中，因為並不是如上述專利文獻1所揭示之煞車盤新增設置肋部，而只是在散熱片部3形成溝5b即可，因此也有構成簡易且製作性優之優點。又，藉由在散熱片部3形成溝5b，可以圖謀煞車盤1的輕量化。
又，在圖9中，在散熱片部中，雖然是在從圓板部的徑方向所視比螺栓孔更外周側的區域沿著圓周方向形成溝，但是不限於此，在散熱片部中，在從圓板部的徑方向所視比螺栓孔更內周側的區域沿著圓周方向形成溝 亦可。在散熱片部的內周側區域沿著圓周方向形成溝的情況亦同，也可以達到與上述相同的效果。
在散熱片部之內周側區域或外周側區域的任一方沿著圓周方向形成溝的情況，形成溝的區域為散熱片部的內周側區域及外周側區域的任一方皆可。又，在減低氣動聲方面，以在內周側的區域形成溝者為有效率的。由於通常都是內周側的流路為狹小，因此可以達到大的壓力損失。又，在以確保冷卻性能為優先時則是在外周側的區域形成溝者為有效率的。因為在達到壓力損失的同時，也易於使表面積擴大。
又，在煞車盤具備形成有螺栓孔之散熱片部及沒有形成螺栓孔之散熱片部的情況，至少在形成有螺栓孔之散熱片部沿著圓周方向形成溝即可。尤其是，在形成有螺栓孔之散熱片部及沒有形成螺栓孔之散熱片部的兩方都沿著圓周方向形成溝為佳。如上述所示，藉由在沒有形成螺栓孔之散熱片部也形成溝，可以更進一步減低高速行進中的氣動聲，並且可以更進一步提升制動時之煞車盤的冷卻性能。
形成在散熱片部之溝的形狀係沒有特別限定。
尤其是，因為溝的外周側之面係形成為與氣流方向對向的面而成為壓力損失部，因此溝的外周側之面為平面或凹面為佳。在溝的外周側之面為凸面的情況，難以形成與氣流方向對向的面，而且在溝的外周側之面中使溝的角部 成為圓弧或是沒有角部，恐怕對於充分確保壓力損失部的面積有所困難。一方面，在溝的外周側之面為平面或凹面的情況，易於形成與氣流方向對向的面，而且在溝的外周側之面中易於形成溝的角部，而可以充分確保壓力損失部的面積。又，在溝的外周側之面為凹面的情況，可以使與氣流方向對向的面變大，也可以增大壓力損失部。為此，可以更進一步減低高速行進中的氣動聲，並且可以更進一步提升制動時之煞車盤的冷卻性能。
其中，在溝的外周側之面中，所謂凹面係意指朝向圓板部的外周側形成有凹形狀的面，所謂凸面係意指朝向圓板部的內周側形成有凸形狀的面。
一方面，溝的內周側之面為平面、凹面、凸面的任一者皆可。在溝的內周側之面為平面或凹面的情況下，與上述情況相同，易於形成容易造成壓力損失之溝的角部。
其中，在溝的內周側之面中，所謂凹面係意指朝向圓板部的內周側形成有凹形狀的面，所謂凸面係意指朝向圓板部的外周側形成有凸形狀的面。
又，如圖9(b)所示在散熱片部3的外周側區域沿著圓周方向形成溝5b的情況，使散熱片部3之外周側區域的圓周方向寬度t2比螺栓孔4的直徑更大為佳。由於使形成在散熱片部3之外周側區域的溝5b之圓周方向長度變長，可以擴大壓力損失部。為此，可以減低高速行進中的氣動聲，並且可以提升制動時之煞車盤1的 冷卻性能。
又，雖然未圖示在散熱片部的內周側區域沿著圓周方向形成溝的情況下，如圖9(b)所示使散熱片部3之內周側區域的圓周方向寬度t1比螺栓孔4的直徑更大為佳。該情況亦同，可以得到與上述相同的效果。
如圖9(c)所示之從散熱片部3的前端面3a朝圓板部2背面2b的方向之溝5b、5d的深度h係為相同亦可不同亦可。
又，如圖9(c)所示，將從散熱片部3的前端面3a朝圓板部2背面2b的方向之溝5b、5d的深度為h，從圓板部2背面2b到散熱片部3的前端面3a之散熱片部的高度為H時，該溝5b、5d的深度h與散熱片部3的高度H之比h/H為0.2~0.8的範圍內為佳。更佳的是0.4~0.8的範圍內。比h/H若是在上述範圍內的話，因為通氣量變小，而且放熱量變大，而使氣動聲水平為低，冷卻性能為優。又，針對該理由係因為記載於後述之第2實施形態，省略在此的說明。
又，如圖9(c)中，在散熱片部中，雖然是從圓板部的徑方向所視在比螺栓孔更外周側的區域沿著圓周方向形成溝，但是在散熱片部之內周側區域沿著圓周方向形成溝的情況亦同，同樣將溝的深度h與散熱片部的高度H之比h/H成為上述範圍內為佳。
如圖9(c)所示之形成在散熱片部3之溝5b、5d的徑方向寬度w2為相同亦可不同亦可。
又，如圖9(c)所示，將形成在散熱片部3之溝5b、5d之徑方向寬度為w2，將散熱片部3之前端面3a的徑方向全長為W時，該等溝5b、5d之徑方向寬度w2與散熱片部3之前端面3a的徑方向全長W之比w2/W為0.05以上為佳。比w2/W為上述範圍的話，因為通氣量變小，而且放熱量變大，而使氣動聲水平為低，冷卻性能為優。又，比w2/W的上限係為了確保根據散熱片部之煞車盤的補強效果，以0.3以下為佳。
就煞車盤的材質而言，可以採用鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼、鋁、碳等。
<第2實施形態>
圖4係為顯示本發明之第2實施形態之鐵道車輛用煞車盤的構成之一例的模式圖，並分別於同圖(a)顯示從背面側所視之部份立體圖，同圖(b)顯示以背面視圖之部份平面圖，同圖(c)顯示沿著徑方向之部份剖面圖。又，在圖4(a)、(b)中係代表性顯示煞車盤之1/12圓部份。
如圖4所示，第2實施形態之煞車盤1係具備將表面2a側作為滑動面之環形圓板部2。在該圓板部2的背面2b中係呈放射狀突設多個散熱片部3。在多個散熱片部3之中的幾個係於半徑方向之大約中央的位置，形成貫穿到圓板部2的螺栓孔4。
在形成有螺栓孔4之散熱片部3中，在將螺 栓孔4挾於其間之徑方向的內周側區域與外周側區域，也就是從圓板部2的徑方向所視在比螺栓孔4更內周側區域及更外周側區域，沿著圓周方向形成溝5a、5b。該散熱片部3之內周側區域之圓周方向寬度t1與外周側區域之圓周方向寬度t2相等。再者，在沒有形成螺栓孔4之散熱片部3中，在與該等溝5a、5b相同圓周上，形成與該等相同的溝5c、5d。
如此構成之煞車盤1係如前述圖1所示，以2個為一組並在各個表面2a朝外的狀態下配置成挾住車輪10的板部13，並將螺栓15插穿於各螺栓孔4，將螺帽16栓緊固定在各螺栓15。藉此，煞車盤1之散熱片部3的前端面3a係以除了溝5a~5d所形成的區域之外都壓接於車輪10的板部13之狀態下，被安裝在車輪10上。
第2實施形態之煞車盤係可以達到與上述實施形態1之煞車盤相同的效果。尤其是，由於在散熱片部之內周側區域及外周側區域兩方都沿著圓周方向形成溝，因此可以使上述效果更為提高。
換言之，在第2實施形態之煞車盤1中，由於在形成有螺栓孔4之散熱片部3沿著圓周方向形成溝5a、5b，因此該等溝5a、5b的角部與溝5a、5b的外周側之面係成為氣流的壓力損失部。為此，減低在引起氣流的空間流通之空氣的通氣量，其結果為在高速行進中可以減低氣動聲。此外，因為利用沿著圓周方向的溝5a、5b而使壓力損失部寬幅形成，因此可以充分確保與氣體之熱傳 達變高之壓力損失部的面積，其結果為可以提升制動時之煞車盤1的冷卻性能。此等效果係藉由在沒有形成螺栓孔4之散熱片部3也形成溝5c、5d而更為提高。
而且，由於在形成有螺栓孔4之散熱片部3，將螺栓孔4挾於其間並沿著圓周方向形成溝5a、5b，藉由該等溝5a、5b可以允許散熱片部3之對徑方向的熱伸縮。為此，因為在制動中緩和了散熱片部3之對於熱膨脹的限制，減低煞車盤1之伴隨著熱膨脹的變形，因此可以減輕對於栓緊用螺栓及煞車盤1的應力負荷，其結果為包含栓緊用螺栓可以提升煞車盤1的耐久性。
再者，在第2實施形態之煞車盤1中，因為並不是如前述專利文獻1所揭示之煞車盤新增設置肋部，而只是在散熱片部3形成溝5a、5b即可，因此也有構成簡易且製作性優之優點。又，藉由在散熱片部3形成溝5a、5b，可以圖謀煞車盤1的輕量化。
第2實施形態之適合態樣係與上述第1實施形態之適合態樣相同。
換言之，在煞車盤具備形成有螺栓孔之散熱片部及沒有形成螺栓孔之散熱片部的情況，至少在形成有螺栓孔之散熱片部沿著圓周方向形成溝即可，但尤其是在沒有形成螺栓孔之散熱片部也沿著圓周方向形成溝為佳。
在第2實施形態之煞車盤1中，形成在散熱片部3之溝5a~5d的形狀係沒有特別限定。
尤其是，與上述實施形態1相同，溝的外周側之面為 平面或凹面為佳。一方面，溝的內周側之面為平面、凹面、凸面的任一者皆可。
又，如圖4(b)所示，散熱片部3之內周側區域的圓周方向寬度t1及外周側區域的圓周方向寬度t2係比螺栓孔4的直徑更大為佳。由於使形成在散熱片部3之溝5a、5b的圓周方向長度變長，可以擴大壓力損失部。為此，可以減低高速行進中之氣動聲，並且可以提升制動時之煞車盤1的冷卻性能。
如圖4(c)所示之在從散熱片部3的前端面3a朝向圓板部2背面2b的方向之溝5a~5d的深度h係各自相同亦可不同亦可。
又，如圖4(c)所示，將從散熱片部3的前端面3a朝圓板部2背面2b的方向之溝5a~5d的深度為h，從圓板部2背面2b到散熱片部3的前端面3a之散熱片部高度為H時，該溝5a~5d的深度h與散熱片部3的高度H之比h/H為0.2~0.8的範圍內為佳。更佳的是0.4~0.8的範圍內。理由如下所示。
圖5係為顯示散熱片部之溝的深度對於通氣量與冷卻性能的影響之圖面。該圖中，橫軸所示之通氣量係為利用熱流體解析而得到者，並因為與氣動聲水平有強烈的相關性，因此可以作為氣動聲水平的評估指標。其係意指該通氣量越小，氣動聲水平越低。又，縱軸所示之放熱量係為在假設以時速360km穩定行進的情況進行熱流體解析，作為該結果所得到之每1塊煞車盤之表面平均熱 傳達率與表面積的累計值，可以作為煞車盤的冷卻性能之評估指標。其係意指該放熱量越大冷卻性能越佳。
用以解析之煞車盤模型的代表性條件係如以下所示。
‧材質：鍛鋼
‧圓板部內徑：417mm，圓板部外徑：715mm
‧從圓板部滑動面到散熱片部前端面之全高：45mm
‧利用螺栓之栓緊固定：以等角度相隔的方式形成直徑560mm之使中心位於同一圓上的12個螺栓孔，並在各螺栓孔插穿螺栓而將煞車盤與車輪栓緊固定。
其中，將比h/H變更為0(無溝)、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8及1.0。又，如前述圖4(c)所示，將形成在散熱片部3之內周側的溝5a、5c之徑方向寬度為w1，外周側的溝5b、5d之徑方向寬度為w2，散熱片部3之前端面3a的徑方向全長為W時，該等溝5a~5d的總計寬度「w1+w2」與散熱片部3之前端面3a的全長W之比「(w1+w2)/W」固定為0.3。
如圖5所示，若是比h/H為0.2~0.8的範圍內，可以明確得知通氣量變小而且放熱量變大，因此氣動聲水平為低，冷卻性能為優。但是在比h/H為0.2的情況下，與通氣量相同程度之比h/H為0.4的情況相比，因為放熱量為小，因此將比h/H的下限設定在0.4以上為更佳。又比h/H為1.0的情況，也就是溝深度h與散熱片部高度H相等的情況下，由於溝的所在地完全沒有散熱片 部，因此會減低根據散熱片部之煞車盤的補強效果而不適用。
如圖4(c)所示之形成在散熱片部3之溝5a~5d的徑方向寬度w1、w2係各自相同亦可不同亦可。
又，形成在散熱片部3之內周側的溝5a、5c及外周側的溝5b、5d的總計寬度「w1+w2」與散熱片部3之前端面3a的全長W之比「(w1+w2)/W」為0.1以上為佳。更佳的是0.15以上。理由如下所示。
圖6係為顯示散熱片部之溝的寬度對於通氣量與冷卻性能的影響之圖面。該圖中，橫軸、縱軸分別顯示之通氣量、放熱量係與前述圖5所示者相同。用以解析之煞車盤模型的代表性條件也相同，但是其中，將比「(w1+w2)/W」變更為0(無溝)、0.1、0.15、0.3及0.45。又，比h/H固定為0.6。
如圖6所示，若是比「(w1+w2)/W」為0.1以上的話，可以明確得知通氣量變小而且放熱量為大，因此氣動聲水平為低，冷卻性能為優。但是比「(w1+w2)/W」為0.1的情況，與通氣量相同程度之比「(w1+w2)/W」為0.15的情況相比，因為放熱量為小，因此將比「(w1+w2)/W」成為0.15以上者為佳。又，比「(w1+w2)/W」的上限係為了確保根據散熱片部之煞車盤的補強效果，0.6以下者為佳。
針對煞車盤1的材質而言，與上述第1實施形態相同。雖然作為用於上述解析之煞車盤模型的代表性 條件之材質係為鍛鋼，但是無關材質都可以得到相同的效果。
<第3實施形態>
圖7係為顯示本發明之第3實施形態之鐵道車輛用煞車盤的構成之一例的模式圖，並分別於同圖(a)顯示從背面側所視之部份立體圖，同圖(b)顯示以背面視圖之部份平面圖，同圖(c)顯示沿著徑方向之部份剖面圖。又，在圖7(a)、(b)中係與圖4(a)、(b)相同，代表性顯示煞車盤之1/12圓部份。
圖7所示之第3實施形態之煞車盤係與前述圖4所示之第2實施形態之煞車盤的基本構成為相同，但是在以下的點而與前述第2實施形態不同。換言之，如圖7所示，第3實施形態之散熱片部3係使外周側區域之圓周方向寬度t2比內周側區域之圓周方向寬度t1更大。
在第3實施形態之煞車盤1中，與前述第2實施形態之煞車盤1相比，由於形成在散熱片部3之外周側的溝5b、5d之圓周方向長度變長，因此擴大壓力損失部。為此，可以更進一步減低高速行進中之氣動聲，並且可以提升制動時之煞車盤1的冷卻性能。
又，圖9所示之煞車盤係與上述圖7所示之煞車盤相同，散熱片部3之外周側區域的圓周方向寬度t2係比內周側區域的圓周方向寬度t1更大。
在該情況亦同，與上述相同，由於形成在散熱片部3 之外周側的溝5b之圓周方向長度變長，因此擴大壓力損失部。為此，可以減低高速行進中之氣動聲，並且可以提升制動時之煞車盤1的冷卻性能。
圖8係為顯示散熱片部之圓周方向寬度對於通氣量與冷卻性能的影響之圖面。該圖中，橫軸、縱軸各自顯示之通氣量、放熱量係與前述圖5所示者相同。用以解析之煞車盤模型的代表性條件也相同，但是其中，分別使用散熱片部之圓周方向寬度固定成為27mm者(相當於第2實施形態)作為本發明例1，將散熱片部之圓周方向寬度於內周側為27mm，外周側為54mm之使外周側為大者(相當於第3實施形態)作為本發明例2，而且任一個都是將比h/H固定為0.6，比「(w1+w2)/W」固定為0.3。又，為了比較，使用在散熱片部沒有形成溝，並且將散熱片部之圓周方向寬度固定為27mm者。
如圖8中之空白四角形所示之本發明例2所示，若是散熱片部之圓周方向寬度在外周側比內周側更大的話，可以明確得知在氣動聲水平的減低與冷卻性能的提升兩方面都很顯著。
又，在第3實施形態亦同，減輕對於栓緊用螺栓與煞車盤的應力負荷，包含栓緊用螺栓可以提升煞車盤的耐久性。證明該情況之解析結果係顯示於下述之表1。
其中，使用與前述圖8所示之本發明例2及比較例相同條件的模型並進行根據FEM的變形解析，算出栓緊用螺栓的彎曲應力變動及拉伸應力變動，進一步算出煞車盤的變形量。該等之中，栓緊用螺栓的應力變動係為在假設以時速360km行進時發生1次緊急煞車的情況，求出當時發生在螺栓的應力變動(最大應力-最小應力)者。又，煞車盤的變形量係為在假設以時速360km行進時發生3次緊急煞車之後冷卻煞車盤的情況，求出冷卻後之煞車盤的彎翹(對於初期狀態之軸方向變位的最大值)者。
由表1所示的結果，在相當於第3實施形態之本發明例2中，與在散熱片部沒有溝的比較例相比，栓緊用螺栓的應力變動及煞車盤的變形量之任一個都變小，因此得知包含栓緊用螺栓可以提升煞車盤的耐久性。
〔產業上之可利用性〕
本發明之鐵道車輛用煞車盤係可以有效利用於所有的鐵道車輛用煞車盤，尤其是對於高速鐵道車輛為 有用的。
1‧‧‧煞車盤
2‧‧‧圓板部
2b‧‧‧背面
3‧‧‧散熱片部
3a‧‧‧前端面
4‧‧‧螺栓孔
5a~5d‧‧‧溝
10‧‧‧車輪
13‧‧‧板部
t1‧‧‧散熱片之內周側圓周寬度
t2‧‧‧散熱片之外周側圓周寬度
h‧‧‧溝的深度
H‧‧‧散熱片的高度
w1‧‧‧內周側區域之溝寬度
w2‧‧‧外周側區域之溝寬度
W‧‧‧散熱片之前端面全長

Claims (5)

  1. 一種鐵道車輛用煞車盤，其係具備：將表面側作為滑動面之環形圓板部；在前述圓板部的背面呈放射狀突設之多個散熱片部；及貫穿前述圓板部及前述散熱片部之螺栓孔，並根據利用插穿在前述螺栓孔之螺栓的栓緊固定，在前述散熱片部壓接於車輪的板部的狀態下使前述圓板部安裝在前述車輪之鐵道車輛用煞車盤，其特徵為：在前述散熱片部中，由前述圓板部的徑方向所視在比前述螺栓孔更內周側的區域及更外周側的區域之至少任一方，沿著圓周方向形成溝。
  2. 如申請專利範圍第1項之鐵道車輛用煞車盤，其中，在前述散熱片部中，於前述內周側的區域及前述外周側的區域，沿著圓周方向形成前述溝。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之鐵道車輛用煞車盤，其中，前述溝之外周側的面為平面或凹面。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之鐵道車輛用煞車盤，其中，前述溝之深度h與前述散熱片部之高度H之比h/H為0.2~0.8的範圍內。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之鐵道車輛用煞車盤，其中，前述散熱片部之外周側區域的圓周方向寬度，比內周側區域的圓周方向寬度更大。
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