TWI636203B - 鐵路車輛用煞車來令片及具備該煞車來令片的碟式煞車 - Google Patents

Abstract

該煞車來令片具備有：其各表面與煞車碟片的滑動面相對向且配置成分別互相隔著間隙的複數的摩擦構件、固定在各摩擦構件的背面的背板、在包含各摩擦構件的中心部的區域支承各摩擦構件的基板、及在各摩擦構件的背面側中介安裝在基板與背板之間的彈性構件。將互相鄰接的兩個摩擦構件作為一組，固定於該一組摩擦構件的背板為一體物。在任一組摩擦構件，都是將兩個摩擦構件沿著煞車碟片的周方向排列。該煞車來令片能容易減少煞車尖叫聲。

Description

鐵路車輛用煞車來令片及具備該煞車來令片的碟式煞車

本發明是關於作為鐵路車輛的制動裝置使用的碟式煞車，尤其是關於對於固定在車輪或車軸的煞車碟片的滑動面緊壓的煞車來令片，及具備該煞車來令片的鐵路車輛用碟式煞車。

近年來作為鐵路車輛、汽車、機車等的陸地運輸車輛的制動裝置，伴隨車輛的高速化及大型化，經常使用碟式煞車。碟式煞車，是利用煞車碟片與煞車來令片的滑動造成的摩擦而得到制動力的裝置。

鐵路車輛用的碟式煞車的情況，是將環形圓板狀的煞車碟片安裝固定在車輪或車軸，藉由煞車卡鉗將煞車來令片緊壓於該煞車碟片的滑動面來產生制動力。藉此將車輪或車軸的旋轉制動，將移動的車輛減速。

在碟式煞車制動時會產生稱為「煞車尖叫聲」的噪音。煞車尖叫聲，應該是煞車單元全體產生所謂「自激振動」的不穩定的振動導致。這種振動，是因為制動時將煞車來令片緊壓於煞車碟片時的摩擦所產生。所謂 自激振動，是將來自外部的穩定的能量在系統內部改變為激勵能量，藉由自激讓振幅增大的振動。為了減低煞車尖叫聲，必須抑制因制動時的摩擦所產生的自激振動。

在專利文獻1揭示有一種碟式煞車，是經由活塞將墊片緊壓於煞車碟片。在該碟式煞車，藉由墊片按壓於煞車碟片時的摩擦阻力，讓墊片朝煞車碟片的旋轉方向下游側也就是尾隨側(接觸結束側)移動。藉此，則活塞朝墊片的接觸面積，相較於煞車碟片的旋轉方向上游側也就是前導側相比，尾隨側較大。藉由這種構造，可抑制自激振動，能抑制煞車尖叫聲。

在專利文獻2揭示有：具備基板、複數的摩擦構件的煞車來令片。各摩擦構件經由彈性構件安裝於基板。彈性構件的支承剛性，因為基板上的摩擦構件的位置而有所不同。藉由這種構造，能抑制煞車尖叫聲。

在專利文獻3揭示有：具備基板、複數的摩擦構件的煞車來令片。第1圖是顯示專利文獻3所揭示的煞車來令片的構造的俯視圖。各摩擦構件3經由彈性構件安裝於基板6。以板狀的構件4將鄰接的兩個摩擦構件3連結。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2002-340056號公報

[專利文獻2]日本特開2011-214629號公報

[專利文獻3]日本特開2012-251597號公報

為了將專利文獻1所揭示的技術適用於既有的車輛，不只是煞車來令片，連對其施加緊壓力的煞車卡鉗都必須變更，會影響到碟式煞車全體的設計。因此很難將該技術適用於既有的車輛。

而在專利文獻2的煞車來令片的構造，需要根據基板上的位置變更彈性構件的支承剛性，其製造管理較麻煩。

在專利文獻3的煞車來令片之所以用板狀的構件連結兩個摩擦構件，其目的是要抑制各摩擦構件的旋轉及各個摩擦構件的磨擦係數的變化。在專利文獻3並沒有研究減少煞車尖叫聲。

因此本發明的目的要提供一種能容易減低煞車尖叫聲的煞車來令片及碟式煞車。

本實施方式的煞車來令片，是對於在鐵路車輛的車輪或車軸所固定的煞車碟片的滑動面緊壓的煞車來令片，具備有：各自的表面與上述煞車碟片的上述滑動面相對向且配置成分別互相隔著間隙的複數的摩擦構件、 固定在各摩擦構件的背面的背板、在包含各摩擦構件的中心部的區域支承各摩擦構件的基板、在各摩擦構件的背面側，中介安裝在上述基板與上述背板之間的彈性構件；將互相鄰接的兩個上述摩擦構件作為一組，固定於該一組摩擦構件的上述背板為一體物；在任一組上述摩擦構件，都是將兩個上述摩擦構件沿著上述煞車碟片的周方向排列。

本實施方式的碟式煞車具備有：在鐵路車輛的車輪或車軸所固定的煞車碟片、 及對於上述煞車碟片的滑動面緊壓的上述煞車來令片。

本發明的煞車來令片、及碟式煞車可減低煞車尖叫聲。而且本發明的煞車來令片，容易適用於既有的車輛，容易製造管理。

1‧‧‧煞車碟片

1a‧‧‧滑動面

2‧‧‧煞車來令片

3‧‧‧摩擦構件

4‧‧‧背板

5‧‧‧彈性構件

6‧‧‧基板

7‧‧‧鉚釘

第1圖為習知的煞車來令片的俯視圖。

第2圖是顯示習知的煞車來令片制動時所產生的振幅分布的立體圖。

第3A圖是本發明的一種實施方式的煞車來令片的俯視圖。

第3B圖是第3A圖的B-B剖面圖。

第4A圖是用來說明一組摩擦構件的傾斜角的俯視圖。

第4B圖是顯示在煞車來令片施加緊壓壓力的範圍的俯視圖。

第4C圖是用來說明在煞車來令片端部附近配置的一組摩擦構件的傾斜角的俯視圖。

第5A圖是本發明例子的碟式煞車所具備的煞車來令片的俯視圖。

第5B圖是比較例1的碟式煞車所具備的煞車來令片的俯視圖。

第5C圖是比較例2的碟式煞車所具備的煞車來令片的俯視圖。

第6圖是針對本發明例子、實施例1、及實施例2的碟式煞車分別具備的煞車來令片的最大尖叫聲指標的比例的顯示圖。

本發明者們發現針對第1圖所示的習知的煞車來令片，會因為一組摩擦構件3的兩個摩擦構件3的排列方向，而讓摩擦構件3的不穩定振動模式的振幅不同。

第2圖是顯示習知的煞車來令片制動時所產 生的振幅分布的立體圖。該振幅分布是藉由FEM(有限元素法)的分析所求出。在第2圖，越接近黑色(顏色越濃)的部分則不穩定振動模式的振幅越大。

從第2圖可看出，不穩定振動模式的振幅，兩個摩擦構件3的排列方向沿著煞車碟片的周方向(在第2圖以虛線顯示)的話則較小，沿著煞車碟片的徑向的話則較大。摩擦構件3的振動的不穩定振動模式之中，該振動是煞車尖叫聲的主要原因。在該煞車來令片，在沿著煞車碟片的周方向的方向的中間部(在長度方向將煞車來令片二分的中心線上)，配置一組的摩擦構件3，集中於該一組的摩擦構件而產生過大的振動。

本發明的鐵路車輛用煞車來令片、及碟式煞車，是根據這種發現所完成的。本發明的煞車來令片如上述具備有：其各表面與煞車碟片的滑動面相對向且配置成分別互相隔著間隙的複數的摩擦構件、固定在各摩擦構件的背面的背板、在包含各摩擦構件的中心部的區域支承各摩擦構件的基板、及在各摩擦構件的背面側中介安裝在基板與背板之間的彈性構件。將互相鄰接的兩個摩擦構件作為一組，固定於該一組摩擦構件的背板為一體物。在任一組摩擦構件，都是將兩個摩擦構件沿著煞車碟片的周方向排列。

本發明的碟式煞車具備有：在鐵路車輛的車輪或車軸所固定的煞車碟片、及對煞車碟片的滑動面緊壓的上述煞車來令片。

以下針對本發明的鐵路車輛用碟式煞車，詳細說明其實施方式。

第3A圖及第3B圖是顯示本發明的鐵路車輛用碟式煞車所具備的煞車來令片的一個例子的顯示圖。第3A圖顯示煞車來令片的俯視圖，第3B圖顯示第3A圖的B-B剖面圖。第3A圖顯示從表面側的煞車碟片側觀察煞車來令片的狀態。

本發明的碟式煞車，如第3B圖顯示，具備有：煞車碟片1、與煞車來令片2。煞車來令片2安裝於未圖示的煞車卡鉗。煞車碟片1從俯視方向觀察為圓環形圓板狀。煞車碟片1，藉由螺栓等堅固地安裝於未圖示的車輪或車軸。

煞車卡鉗，當制動時作動，將煞車來令片2緊壓於煞車碟片1的滑動面1a。藉此讓煞車碟片1與煞車來令片2之間產生滑動造成的摩擦，而產生制動力。碟式煞車將車輪或車軸的旋轉制動，將移動的車輛減速。

煞車來令片2包含：複數的摩擦構件3、背板4、彈性構件5、將上述構件予以保持的基板6。複數的摩擦構件3配置成互相隔著間隙。各摩擦構件3的表面與煞車碟片1的滑動面1a相對向。

摩擦構件3是由：銅燒結材、樹脂類材料等所構成。摩擦構件3，在第3A圖所示的實施方式，其平面形狀為圓形，且彼此具有大致相同的直徑。摩擦構件3的中心部形成有小孔3a。將鉚釘7***於該小孔3a，藉 由該鉚釘7將摩擦構件3安裝於基板6。摩擦構件3的平面形狀，不限於圓形，例如也可是四角形、六角形等的多角形。

在各摩擦構件3的背面，為了維持其強度及剛性，固定有由鋼等的薄金屬板所構成的背板4。將互相鄰接的兩個摩擦構件3作為一組，相對於該一組摩擦構件3設置有一個背板4。背板4，涵蓋著構成該一組摩擦構件3的兩方的摩擦構件3為一體物。一組摩擦構件3成為以背板4連結的狀態。摩擦構件3的組數並沒有特別限定。任一組的摩擦構件3都是由兩個摩擦構件3所構成，所以摩擦構件3的總數為偶數。

背板4，在該實施方式，具有：從俯視方向觀察與一組摩擦構件3的各個大致相同大小及形狀的圓板部、及將該兩個圓板部連結的連結部(參考第3A圖)。連結部的寬度(與背板4的長邊方向正交的方向的長度)，小於圓板部的寬度。於是背板4全體形狀是在長邊方向中間部收縮的形狀。

在任一組摩擦構件3，都是將兩個摩擦構件3沿著煞車碟片的周方向(在第3A圖以虛線顯示)排列。沒有沿著煞車碟片1的徑向排列的組合的摩擦構件3。

組合的兩個摩擦構件3的排列方向，也可不嚴格地與煞車碟片1的周方向一致，允許從該周方向稍微傾斜。在本發明，所謂「摩擦構件3沿著煞車碟片的周方向排列」，代表以下定義的傾斜角θ為45°以下。

第4A圖是用來說明一組摩擦構件的傾斜角的俯視圖。在一組摩擦構件3，通過各摩擦構件3的中心的直線為L1，兩摩擦構件3的中心的中點為P。直線L1對應於摩擦構件3的排列方向。以煞車碟片1的中心C為中心而通過中點P的圓為A。中點P的圓A的切線為L2。切線L2對應於中點P的煞車碟片1的周方向。直線L1與切線L2構成的角度θ為傾斜角。可是L1與L2一致時的傾斜角θ為0°。在摩擦構件3的平面形狀不是圓形的情況，在上述定義，「中心」為「重心」。

各摩擦構件3，與背板4一起藉由插通各摩擦構件3的中心部的小孔3a的鉚釘7，安裝於基板6。也就是說，各摩擦構件3，在包含各摩擦構件3的中心部的區域，藉由鉚釘7被支承於基板6。在各摩擦構件3的背面側，在背板4與基板6之間中介安裝有彈性構件5。藉此，讓複數的摩擦構件3成為被分別彈性支承的狀態。作為彈性構件5，在第3B圖，雖然舉例盤簧，而也可採用板簧或線圈彈簧。

背板4當有施加外力時可變形。因此當制動時各摩擦構件3分別可動。藉此能使制動中的煞車來令片2與煞車碟片1的接觸面壓均勻化。

一組摩擦構件3，藉由成為以一體的背板4連結的狀態，則與未以背板連結的情況相比，更能限制其動作。因此不會被制動開始時間點的行駛速度影響，可以使煞車碟片1與煞車來令片2之間的磨擦係數穩定化。

並且一組摩擦構件3，由於以兩支鉚釘7緊固於基板6，所以在制動中，並不會繞著一組摩擦構件3的中心旋轉，可以防止與基板6的緊固部產生鬆動。假設即使該緊固部產生鬆動，只要不是兩處緊固部同時損壞，則摩擦構件3不會立刻遺失。於是可確保碟式煞車的充分的耐久性及可靠度。

而且各摩擦構件3，是以其中心部正下方的鉚釘7的位置為支點被彈性支承，所以在制動中即使與煞車碟片1接觸動作也不會大幅傾斜，其接觸面涵蓋全區域會均勻地磨耗，不會產生偏向磨耗。

如上述，在任一組摩擦構件3，其兩個摩擦構件3的排列方向、及兩個鉚釘7(緊固構件)的排列方向，都是沿著煞車碟片1的周方向，並沒有沿著煞車碟片1的徑向排列的組合的摩擦構件3。因此在任一摩擦構件3，當制動而振動時，其不穩定振動模式的振幅都很小。藉此可減低煞車尖叫聲。為了達成這種效果，傾斜角θ為25°以下較佳，15°以下更好。

一般來說，傾斜角θ越接近0°越能減低煞車尖叫聲。可是在特定的情況，傾斜角θ不是0°而是在特定大小的角度能減低煞車尖叫聲。以下針對這種情況來說明。

第4B圖是顯示在煞車來令片施加緊壓壓力的範圍的俯視圖。在基板6的背面(與設置有摩擦構件3的面相反側的面)，施加藉由煞車卡鉗所緊壓的壓力。第 4B圖的具有網點的部分，是施加有緊壓壓力的區域(以下稱為「按壓區域」)P的一個例子。在該煞車來令片2，摩擦構件大致是沿著同心狀的兩個圓排列。沿著外側的圓排列有三組(6個)摩擦構件3out，沿著內側的圓排列有三組摩擦構件3in。

任一摩擦構件3(摩擦構件3out及摩擦構件3in)，都具有未進入按壓區域P內的部分。外側的摩擦構件3out之中配置於基板6的長邊方向兩端側的一組摩擦構件3out，未進入按壓區域P內的部分只有一點點。而內側的摩擦構件3in之中配置在基板6的長邊方向中央部的一組摩擦構件3in，未進入按壓區域P內的部分雖然較上述一組摩擦構件3out更多，而大部分有進入按壓區域P內。

另一方面，在上述以外的摩擦構件3，未進入按壓區域P的部分較多。內側的摩擦構件3in之中配置於基板6的長邊方向兩端側的兩組摩擦構件3in，未進入按壓區域P內的部分最多。在摩擦構件3，未進入按壓區域P內的部分，相較於進入按壓區域P的部分更容易振動。該振動會成為煞車尖叫聲的原因。

第4C圖是用來說明在煞車來令片配置於內側端部的一組摩擦構件的傾斜角的俯視圖。在使該一組摩擦構件3in繞著兩摩擦構件3in的中心的中點旋轉而傾斜角θ為0°的情況，該一組摩擦構件3in其位置如第4C圖虛線所示。在該情況，該一組摩擦構件3in之中基板6的長 邊方向端部側的摩擦構件3in，其大部分也就是具體來說面積的約70%未進入按壓區域P內。藉此，該摩擦構件3in容易振動，會增大煞車尖叫聲。

在第4C圖所示的實施方式，內側端部的一組摩擦構件3in具有傾斜角θ，傾斜角θ是讓該摩擦構件3in的相對向方向與橫切該摩擦構件3in的按壓區域P的緣部所構成的角度變小。傾斜角θ為10~20°，例如為15°。藉由該構造，在該一組摩擦構件3in之中任一個摩擦構件3in，其未進入按壓區域P的部分的面積比例為60%以下。於是相較於傾斜角θ為0°的情況，能更抑制全體的振動，能減低煞車尖叫聲。

參考第3A圖，在基板6之沿著煞車碟片1的周方向的方向的中間部，未配置摩擦構件3。藉此，也讓摩擦構件3的不穩定振動模式的振幅變小，減低煞車尖叫聲。

在將該煞車來令片的構造適用於既有車輛的情況，例如只要將摩擦構件的排列方向變更為適當的方向即可，不需要變更煞車卡鉗等。而且在該煞車來令片，彈性構件5的支承剛性，不需要因為基板6上的位置而變更。於是，該煞車來令片2，容易適用於既有的車輛，容易製造管理。

[實施例]

為了確認本發明的效果，分別針對三種煞車 來令片(本發明例、比較例1、及比較例2的煞車來令片)，來評估尖叫聲指標。尖叫聲指標從FEM(有限元素法)的分析結果來求出。具體來說，首先根據FEM複數特徵值分析，計算出每個頻率的振動的阻尼比。其中將負值也就是不穩定者，合計為1/3倍頻帶的每頻率寬，求出其絕對值。在各頻帶之中抽出最大的數據將其作為尖叫聲指標。尖叫聲指標的數值越小，代表越難產生煞車尖叫聲，即使產生煞車尖叫聲的情況其聲音也很小。

第5A圖~第5C圖為作為分析對象的各煞車來令片的俯視圖。任一煞車來令片都具備有6組摩擦構件(12個摩擦構件)。

第5A圖是本發明例子的碟式煞車所具備的煞車來令片的俯視圖。在該煞車來令片，任一組摩擦構件，都是沿著煞車碟片的周方向排列。

第5B圖是比較例1的碟式煞車所具備的煞車來令片的俯視圖。該煞車來令片包含：沿著煞車碟片的周方向排列的四組摩擦構件、及沿著煞車碟片的徑向排列的兩組摩擦構件。

第5C圖是比較例2的碟式煞車所具備的煞車來令片的俯視圖。在該煞車來令片，任一組摩擦構件，都是沿著煞車碟片的徑向排列。

在第6圖顯示該煞車來令片的最大尖叫聲指標的比例。在第6圖示顯示以比較例1的尖叫聲指標值為基準的1時的相對值。如第6圖所示，最大尖叫聲指標的 大小，在本發明例是相對於比較例1減低約20%，在比較例2是比較例1的約3倍。

最大尖叫聲指標的大小，是與沿著煞車碟片的徑向排列(未沿著周方向排列)的組合的摩擦構件的數量相關，該組合的摩擦構件的數量越多則最大尖叫聲指標越大。也就是說，藉由排除未沿著煞車碟片的周方向排列的組合的摩擦構件，確認可減低煞車尖叫聲。

[產業上的可利用性]

本發明的鐵路車輛用碟式煞車，可有效地利用於鐵路車輛，也有用於行駛速度從低速至高速的廣泛範圍的高速鐵路車輛。

Claims (3)

1. 一種鐵路車輛用煞車來令片，是對於在鐵路車輛的車輪或車軸所固定的煞車碟片的滑動面緊壓的煞車來令片，具備有：各自的表面與上述煞車碟片的上述滑動面相對向且配置成分別互相隔著間隙的複數的摩擦構件、固定在各摩擦構件的背面的背板、在包含各摩擦構件的中心部的區域支承各摩擦構件的基板、以及在各摩擦構件的背面側，中介安裝在上述基板與上述背板之間的彈性構件；將互相鄰接的兩個上述摩擦構件作為一組，固定於該一組摩擦構件的上述背板為一體物；在任一組上述摩擦構件，都是將兩個上述摩擦構件沿著上述煞車碟片的周方向排列，各摩擦構件，是藉由緊固構件被緊固於上述基板，將上述一組摩擦構件的各者緊固的上述緊固構件的排列方向，係沿著上述煞車碟片的周方向。
2. 如申請專利範圍第1項的煞車來令片，其中，在上述基板之沿著上述煞車碟片的周方向的方向的中間部，未配置上述摩擦構件。
3. 一種碟式煞車，具備有：在鐵路車輛的車輪或車軸所固定的煞車碟片、及對於上述煞車碟片的滑動面緊壓的申請專利範圍第1或2項的煞車來令片。