JP2000309271A - 鉄道用車輌用ブレーキディスクの締結金具 - Google Patents
鉄道用車輌用ブレーキディスクの締結金具Info
- Publication number
- JP2000309271A JP2000309271A JP11118129A JP11812999A JP2000309271A JP 2000309271 A JP2000309271 A JP 2000309271A JP 11118129 A JP11118129 A JP 11118129A JP 11812999 A JP11812999 A JP 11812999A JP 2000309271 A JP2000309271 A JP 2000309271A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bolt
- disk
- cramping
- fastener
- flange
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
トの長寿命化、ボルト本数の低減およびボルト締結作業
の信頼性を向上可能な締結金具を提供する。 【解決手段】 締結金具を環状のフランジ部にボルト孔
とボルト部を設けた構造とし、他方の同形状の締結金具
のボルト部、ボルト孔と互いに貫通させディスクを車輪
に締結する構造とする。締結金具の一方をボルト孔の
み、他方をボルト部のみの構成としてもよい。
Description
ーキディスクを車輪に締結する場合に用いる締結金具に
関する。
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
を得る構造をもっており、通常、ボルトにより車軸また
は車輪に取り付けられている。
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
キディスクのことであり、軸マウントディスクとは車軸
に締結されるブレーキディスクのことである。本発明
は、側ディスクに関するものである。以下の説明では、
ブレーキディスク(ディスク)とは側ディスクのことを
いう。
車輪の部分断面図である。同図において、符号1は車
輪、2は車軸、3はディスクブレーキのディスク、4は
摺動面、5はリム、6は車輪ディスク、7は車輪のボル
ト穴、8はディスクのボルト穴、9はディスクを車輪に
締結するボルト、10はナットである。
が発熱するので摺動面4側が伸びる方向、すなわち、摺
動面4の反摺動面側に湾曲する方向にひずみが加わる。
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、圧縮熱応力が摺動面4側、特にブレーキパッドの
当たる部分に蓄積され、応力が材料の降伏応力を超える
と塑性ひずみを生じる。ブレーキが解放されるとディス
ク3の温度は下がり、発熱による膨張はなくなるが、圧
縮側に降伏しているため、摺動面4が収縮して、図1の
点線で示すように摺動面4側にすり鉢状に変形する(そ
りが生じる)。
荷時の回転速度や慣性力が非常に大きいため、ディスク
の温度上昇は自動車及び自動二輪車用ブレーキディスク
と比較して著しく大きい。そのため、温度上昇に伴う熱
ひずみも非常に大きくなる。この熱ひずみによりディス
クは膨張するが、この膨張をボルトおよび車輪により拘
束しているため、ディスクは反車輪側への変形(そり)
し、ボルト穴部では局所的なひずみが発生する。また、
ディスクと車輪を締結しているボルトには、締付けによ
り発生する応力の他に、ブレーキ負荷時に発生するトル
クを拘束することによる曲げ応力、ディスクの板厚方向
の熱膨張を拘束することによる引張応力およびディスク
のそりによる曲げ応力が負荷される。これらの繰返し応
力によりボルトが疲労破壊する恐れがある。
ィスクの破損を抑制するため、例えば、特開平10−3
18304号公報には、従来は一体としていたディスク
を摺動面を有する外リングとボルト取付け部を有する内
リングとに分割し、外リングと内リングを嵌合し、さら
にボルトにより内リングと車輪を締結する技術が提案さ
れている。ディスクを2分割することによって摺動面の
熱ひずみを内リングのボルト締結部から遮断し、内リン
グに高強度材を使用することによりボルト穴より発生す
るき裂を抑制できるとしている。しかし、同公報に開示
された方法は、ボルトに負荷される応力を低減すること
はできず、また、ディスクが内リングと外リングに分割
されているため、摩擦特性で不具合(摩擦係数が安定し
ない)が発生するおそれがある。
は、締結ボルトとディスク間にリング状のスペーサを設
け、このスペーサによりディスクとボルトの接触面積を
増大させる技術が提案されている。接触面積が増大する
ことで接触部での応力を小さくし、その結果ボルト穴縁
部に発生する応力を小さくし、ディスクが長寿命化でき
るとしている。しかし、同公報に開示された方法ではボ
ルトに発生する応力を低減する効果はなく、ボルトを長
寿命化することはできない。
ブレーキ負荷時に様々な応力が負荷される。それにとも
ないボルトにも様々な応力が発生し、その結果、ディス
ク・ボルトともき裂が発生し、破損に至る可能性があ
る。
乗り心地改善と車体の軽量化がすすめられており、ディ
スク材料にAl複合材が使用されるようになってきた。
Al複合材ディスクの材料強度は鉄系ディスクに比べて
劣るため、ボルト締結部の応力集中を緩和するという新
たな課題がある。
ボルトが破損するおそれもあり、その原因の一つとして
ディスクを車輪に組み付ける際の締結ボルトの取付けミ
スの可能性が考えられる。すなわち、ボルトの締結作業
は単純であるが極めて高い信頼性を要求される。
縁部に発生する応力を緩和することによりボルト穴縁部
を長寿命化すること、(2) ボルトに負荷される応力を低
減し、ボルトの長寿命化、ボルト本数の低減、ボルト径
の低減をはかること、(3) ボルト締結作業の信頼性を高
めること、にある。
決する方法を種々検討し、試験を積み重ねた結果、下記
のような知見を得た。
トのヘッド部分の径、ナットまたは座金径を大きくする
と、ディスクのボルト孔まわりの応力集中を緩和するこ
とができる。ただし、ボルトヘッド、ナットまたは座金
の径が大きすぎると他と干渉するため、これらを長方形
またはブレーキディスクの形状に沿った扇形等にして面
積を大きくするとよい。
ルト孔に荷重または応力が集中しないようにするには、
ボルト同士が連結されていればよい。前記(a) と合わせ
て考えれば、環状体を基体としてその上に複数のボルト
を一体化した構成にするとよい。
て、ボルトの取付けミスが減少する効果もあり、締結作
業の信頼性が高まる。
のであり、その要旨は下記の(1) および(2) にある。
ら延びたボルト部を貫通させるボルト孔と、該他方の締
結金具に設けられたボルト孔に貫通させるボルト部とを
有することを特徴とする鉄道用車輌用ブレーキディスク
の締結金具。
ら延びたボルト部を貫通させるボルト孔を有する雌型締
結金具と、該雌型金具のボルト孔に貫通させるボルト部
を有する雄型金具とで一組の締結金具とすることを特徴
とする鉄道用車輌用ブレーキディスクの締結金具。
示す斜視図である。図3は本発明の締結金具を用いてデ
ィスクを車輪に締結した状態を示す縦断面図である。図
2、図3において、図1と同一要素は同一符号で示す。
方の締結金具11bは同形状で、2つが一対となって締
結に供する。同図に示すように、締結金具11aまたは
11bのフランジ14上には、ボルト孔16とボルト部
15が交互に配置されている。
うに、両方の締結金具11a、11b間にディスク3を
2枚と車輪ディスク6を挟み、フランジ14に取付けら
れたボルト部15が他方の締結金具11bのボルト孔1
6に貫通し、ナット10で締め付けられる。
示す斜視図である。同図において、符号12は雄型締結
金具、符号13は雌型締結金具である。図2と同一部品
は同一符号で示す。図4において、ボルト部15のすべ
てが雄型締結金具12のフランジ14上に設けられてい
る。
11a、11bを2つ一組としてディスクを締結しても
よいし、図4のような雄型金具12と雌型金具13を一
組として締結してもよい。図2の形式の締結金具は、締
結金具11a、11bを同一形状とすることによって部
品種類が少なくなる利点がある。一方、図4に示すよう
に、雄型と雌型を一組として用いる形式は、ボルト締め
付けが片側から作業になるので、既存の自動締結装置を
そのまま利用できる利点がある。
ランジにより一体化することにより以下の効果がある。
ルトヘッド部または座金部のみで接触していたが、ボル
トヘッドもしくは座金部に相当する部分をフランジにす
ることによって接触面積が大きくなり、面圧が低減する
効果がある。すなわちディスクのボルト孔周辺の摩擦力
に起因した応力が軽減される。
トがディスク面に対して、傾いた状態で取り付けられる
恐れがあって、ボルトヘッド面または座金面が片当たり
し、ボルトまたはディスクに局部的な応力集中の恐れが
ある。本発明の締結金具のようにフランジを介してボル
ト部が一体化され、あるいは座金部が一体化されると、
ボルトが斜めに取り付けられることはなくなり、ディス
クの局部的な応力集中を抑制できる。
および座金部が一体化されると、ディスクの締結部の面
圧が平準化され、変形を低減できる。この効果によりボ
ルト部に生じる曲げ応力が軽減される。また、従来法の
ボルトによる締結では、締付力不足により締結部の剛性
が低下するおそれがあるが、フランジとボルト部を一体
化することにより上記の剛性低下のおそれは低い。
ディスクのボルト孔とボルト間にはある程度の隙間(ク
リアランス)がある。従来法では複数のボルトとボルト
孔とが接触しているものや接触していないものがある。
接触しているものにおいても両者の接触の方向・方位は
任意である。この状態でブレーキ力が負荷されると、負
荷を大きく受けるボルトや、負荷の小さいボルトがあ
る。ブレーキ方向(上り・下りの別))によっても、状
況が変化する。従って、特定のボルトに過大な負荷が発
生するおそれがある。
を一体化することで、取り付け時にボルト部のボルト穴
に対する取り付け位置のばらつきが抑制できるので、ボ
ルト・ボルト孔への負荷が平準化され、特定のボルトへ
の過大な応力負荷を軽減できる。その結果、ディスクお
よびボルトの長寿命化が可能になる。
が薄すぎると、ブレーキ負荷に伴うディスクの変形によ
りフランジが変形したり、ボルト部15が折れる可能性
がある。板厚tが厚すぎると、フランジ重量が増加しそ
の結果輪軸の重量が増加することから、7〜25mmにす
るのが良い。強度と軽量性の両立させるには10mm〜1
5mmにするのが特に良い。
さすぎると、厚いディスクを用いた場合に車輪との拘束
力が低下したり、ボルト部が折れたりする可能性があ
る。幅Wが大きすぎるとフランジが重くなることから5
0〜150mm以下にするのが良い。
の締結金具にかかわらず、ボルト部15の合計本数は、
少なすぎると厚さ方向の拘束力、ブレーキ負荷時の回転
方向の拘束力が低くなり、ボルト部に負荷される応力が
大きくなって、ボルト部が破断するおそれがある。ボル
ト部15の合計本数多すぎるとフランジおよびディスク
の強度が低下することから、4〜18本にするのが良
い。また、締結力を均等にするため、ボルト部およびボ
ルト穴部は円周上の均等な位置に配置するのが良い。
法の一覧を示す。試作したディスクには現在新幹線車両
で使用されている鍛鋼ディスク材を用いた。なお、試作
したディスクはすべて外形780mm、摺動面幅125mm
とした。
よる締結金具を用いたディスクである。試作した締結金
具のフランジは、すべて板厚12mm、板幅80mmとし
た。
図2に示す形式の締結金具を用いたが、ボルト部は一対
の金具で合計12本設けた。
4に示す雄型と雌型を一組とした形式の締結金具を用い
たが、雄型のボルト部本数は12本である。
ィスクである。試験体No.4は特開平10−3183
04号公報に開示された技術によるディスクである。試
験体No.5は特開平10−129481号公報に開示
された技術によるディスクであり、リング状の座金を介
してディスクを締結している。
本数・ボルト孔数を12とした。
ブレーキ試験を実施した。試験条件は速度300km/hか
らのブレーキ負荷相当とした。この時ディスク温度は約
600℃まで上昇する。その後ディスク温度が50℃以
下になるまで冷却した後再度ブレーキを負荷した。この
ブレーキ負荷を繰返し100回行った。
No.2(本発明例)の摩擦係数の平均値、変動幅とも
試験体No.3(従来例)とほぼ同じ値になっており、
本発明例の摩擦特性には問題がないことがわかった。
比較すると、試験体No.4およびNo.5は試験体N
o.3とほとんど差がなく、ボルトへの負荷はあまり改
善されていない。これに対して、本発明に係る試験体N
o.1よびNo.2では、全てのディスクでボルト部の
応力が試験体No.3より小さくなっており、フランジ
による締結によって、ボルト部の応力が軽減されている
ことがわかった。この効果により、ボルト部が長寿命化
されることが予想できる。
った。この試験では、表1の鍛鋼ディスク試験体No.
1および試験体No.3〜5の締結方法を用いた。それ
ぞれの試験体No.を1a、3a〜5aとする。
様に、外形780mm、摺動面幅125mmとし、すべて鋳
造法により製造した。ただし、試験体No.4aの内リ
ングは鍛鋼製とした。
でも鍛鋼ディスクと同様に300km/hからの非常ブレー
キ負荷相当とした。
ところ、従来例の試験体No.3aおよびNo.5aで
は、ブレーキ負荷の数回でディスクのボルト孔周辺にき
裂が発生し、試験を中断したが、本発明例の試験体N
o.1aおよび従来例の試験体No.4aではき裂は発
生しなかった。
ボルト締結ではボルト孔部に集中していた応力が、本発
明例の試験体No.1aではフランジとディスクの接触
部に一様に負荷され、ボルト孔部の応力が分散したため
と考えられる。一方、試験体No.4aでき裂が発生し
なかったのはボルト部を有する内リングに高強度材料を
使用したためである。
続きブレーキ試験を行ってボルト部応力またはボルト応
力を測定した。
は、摩擦特性が安定せず、使用できないことがわかっ
た。一方試験体No.1aでは、摩擦特性は安定してお
り、ブレーキディスクとして適用できることがわかっ
た。また、ボルト部の応力も小さくなっていた。
金具をディスクに適用することでボルト部およびボルト
を長寿命化できることがわかった。
ディスクと車輪の締結部および締結ボルトに負荷される
応力を小さくすることが可能となり、締結部を長寿命化
できる。また、ボルト穴部に発生する応力集中を小さく
することが可能となり、ディスクを長寿命化できる。さ
らに、締結作業のばらつき要因が減少するため、車輪全
体の信頼性が向上する。本発明をAl複合材ディスクに
適用すると効果が大きい。
断面図である。
結した状態を示す縦断面図である。
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 第1と第2の締結金具から構成される鉄
道用車輌用ブレーキディスクの締結金具であって、第1
の締結金具は環状のフランジ上に起立するボルト部と、
第2の締結金具から延びたボルト部を貫通させるボルト
孔とを有し、第2の締結金具は環状のフランジ上に起立
するボルト部と、第1の締結金具から延びたボルト部を
貫通させるボルト孔とを有することを特徴とする鉄道用
車輌用ブレーキディスクの締結金具。 - 【請求項2】 雄型締結金具と雌型締結金具とで構成さ
れる鉄道用車輌用ブレーキディスクの締結金具であっ
て、雄型締結金具は環状のフランジ上に起立するボルト
部を有し、雌型締結金具は雄型締結金具から延びたボル
ト部を貫通させるボルト孔を有することを特徴とする鉄
道用車輌用ブレーキディスクの締結金具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11812999A JP4325013B2 (ja) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | 鉄道用車両用ブレーキディスクの締結金具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11812999A JP4325013B2 (ja) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | 鉄道用車両用ブレーキディスクの締結金具 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000309271A true JP2000309271A (ja) | 2000-11-07 |
JP4325013B2 JP4325013B2 (ja) | 2009-09-02 |
Family
ID=14728770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11812999A Expired - Fee Related JP4325013B2 (ja) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | 鉄道用車両用ブレーキディスクの締結金具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4325013B2 (ja) |
-
1999
- 1999-04-26 JP JP11812999A patent/JP4325013B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4325013B2 (ja) | 2009-09-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2716929B1 (en) | Brake lining for railway vehicles and disc brakes equipped with the same | |
CN102792047B (zh) | 铁道车辆用制动衬片 | |
US4900097A (en) | Car wheel made of polymer material | |
JP4701512B2 (ja) | 鉄道車両用ブレーキディスク | |
JP4453595B2 (ja) | 鉄道車両用ブレーキディスク | |
JP4305296B2 (ja) | 鉄道車両用ブレーキディスク | |
JP4748390B2 (ja) | 回転体締結構造及びこれを用いた鉄道車両用輪軸 | |
CA2952860C (en) | Reduced-diameter brake rotor for heavy-duty vehicles | |
US20090294228A1 (en) | Disc rotor for disc brake | |
JP4677982B2 (ja) | 鉄道車両用ブレーキディスク及びその締結構造 | |
JP2000309271A (ja) | 鉄道用車輌用ブレーキディスクの締結金具 | |
JPWO2020071347A1 (ja) | 鉄道車両用のブレーキディスクの取付構造、及びこれを用いたブレーキディスクユニット | |
JP4600194B2 (ja) | 鉄道車両用ブレーキディスクの締結構造及び鉄道車両用車輪 | |
JP2008309319A (ja) | 鉄道車両用ブレーキライニング及びディスクブレーキ | |
Šamec et al. | Numerical analysis of railway brake disc | |
JP2000154837A (ja) | 鉄道車両用ブレーキディスク | |
JP5126903B2 (ja) | 鉄道車両用ブレーキディスクの締結構造及び鉄道車両用輪軸 | |
JP2002266911A (ja) | 車両用ディスクブレーキ | |
JPH10167067A (ja) | 鉄道車両用ディスクブレーキのアルミ基複合材製ロータの締結装置 | |
KR20120002148U (ko) | 경량 브레이크 디스크구조 | |
JPH085400Y2 (ja) | 鉄道車両用ブレーキディスク | |
JPH10129481A (ja) | 鉄道車両用ディスクブレーキのアルミ基複合材製ロータ | |
JP4038869B2 (ja) | ブレーキディスク付車輪 | |
JP4449180B2 (ja) | ブレーキディスクの締結構造 | |
JPH0533789Y2 (ja) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051124 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080718 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080805 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080924 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090519 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090601 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120619 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130619 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130619 Year of fee payment: 4 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130619 Year of fee payment: 4 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |