JP2002048167A - brake disc - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ブレーキングにより発生する熱応力によるボ
ルト孔縁部への応力集中を抑制することにより、長期間
の使用に耐え得るブレーキディスクを提供する。
【解決手段】 摺動面15を備える外周部13とボルト
孔14を備える内周部12とからなるブレーキディスク
11において、内周部12はスリット部2と切欠き底部
3とからなる複数の切欠き部1を備え、切欠き底部3の
幅はスリット部2の幅よりも大きく、かつ切欠き底部3
は変曲点を有しない連続した一の曲線を輪郭線とする。
(57) [Problem] To provide a brake disc that can withstand long-term use by suppressing stress concentration on an edge portion of a bolt hole due to thermal stress generated by braking. SOLUTION: In a brake disc 11 comprising an outer peripheral portion 13 having a sliding surface 15 and an inner peripheral portion 12 having a bolt hole 14, the inner peripheral portion 12 has a plurality of cuts formed by a slit portion 2 and a cutout bottom portion 3. The notch 1 is provided, the width of the notch bottom 3 is larger than the width of the slit 2, and the notch bottom 3
Is a continuous curve having no inflection point as an outline.
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
用ブレーキディスクに関し、特にボルト孔縁部に発生す
る局所的応力を低減することにより、ボルト孔縁部から
のき裂の発生を抑制し、長期間の使用に耐え得るブレー
キディスクに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to a brake disk for a railway vehicle, and more particularly to a method for reducing the occurrence of cracks from the edge of a bolt hole by reducing local stress generated at the edge of the bolt hole. The present invention relates to a brake disc that can withstand long-term use.
【0002】[0002]
【従来の技術】鉄道車両や自動車及び自動二輪車等の陸
上輸送機械の制動装置として、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。
近年では、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。2. Description of the Related Art Block brakes, drum brakes, disc brakes, and the like are used as braking devices for land transportation machines such as railway cars, automobiles, and motorcycles.
In recent years, disk brakes have come to be used heavily as vehicles have become faster and larger.
【0003】ディスクブレーキとは、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装置
のことであり、通常、ボルトにより車軸または車輪に取
り付けたドーナツ形の円盤状ディスクの摺動面に、ブレ
ーキライニングを押し付けることにより制動力を得、車
軸または車輪の回転を制動して車両の速度を制御する装
置である。この摺動面を有する円盤状のディスクをブレ
ーキディスクと称する。A disc brake is a device that obtains a braking force by friction between a brake disc and a brake lining. Usually, a brake is provided on a sliding surface of a donut-shaped disc-shaped disc attached to an axle or a wheel with bolts. A device that obtains a braking force by pressing a lining, and controls the speed of a vehicle by braking the rotation of an axle or a wheel. The disc having the sliding surface is referred to as a brake disc.
【0004】これらのブレーキディスクの中で、鉄道車
両用ブレーキディスクには、側ディスク、軸マウントデ
ィスクがある。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。
以下、側ディスクおよび軸マウントディスクのことをブ
レーキディスクといい、単にディスクともいう。Among these brake discs, there are side discs and shaft mount discs as brake discs for railway vehicles. The side disc is a brake disc fastened to the side surface of the wheel, and the axle mount disc is a brake disc fastened to the axle.
Hereinafter, the side disk and the shaft mount disk are referred to as a brake disk, or simply as a disk.
【0005】図1は、従来型の鉄道車両用ブレーキディ
スクの形状を示し、図1(a)は、鉄道車両用ブレーキ
ディスクの1/4を示す部分平面図であり、図1(b)
は、鉄道車両用ブレーキディスクの断面の1/2を示す
部分断面図である。FIG. 1 shows a shape of a conventional brake disk for a railway vehicle, and FIG. 1A is a partial plan view showing a quarter of the brake disk for a railway vehicle, and FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a half of a cross section of a railway vehicle brake disc.
【0006】同図(a)、(b)に示すように、一般に
ブレーキディスク11は、摺動面15を備える外周部1
3と車輪等に締結するためのボルト孔14を備える内周
部12とから構成されている。As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), a brake disc 11 generally has an outer peripheral portion 1 having a sliding surface 15.
3 and an inner peripheral portion 12 having a bolt hole 14 for fastening to a wheel or the like.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】新幹線等の高速鉄道車
両では、ディスクの回転速度や慣性力が非常に大きいた
め、ブレーキ負荷時のディスクの温度上昇は他の自動車
及び自動二輪車用と比較して著しく大きい。そのため、
ディスクの摺動面を備える外周部では、温度上昇に伴い
非常に大きな熱膨張力が発生する。しかし、ボルト孔縁
部を備え外周部に比して低温である内周部により拘束さ
れるため、ディスク外周部には円周方向に圧縮応力が生
じ、逆にディスクの内周部には円周方向に引張応力が生
じる。DISCLOSURE OF THE INVENTION In a high-speed railway vehicle such as a Shinkansen, the disk rotation speed and the inertia force are extremely large, so that the disk temperature rise under a brake load is higher than that of other automobiles and motorcycles. Remarkably large. for that reason,
At the outer peripheral portion having the disk sliding surface, a very large thermal expansion force is generated as the temperature rises. However, since the disk is restrained by the inner peripheral portion, which has a bolt hole edge portion and is lower in temperature than the outer peripheral portion, a compressive stress is generated in the outer peripheral portion of the disk in the circumferential direction, and conversely, the inner peripheral portion of the disk has Tensile stress occurs in the circumferential direction.
【0008】この結果、ディスクの内周部はボルトによ
り締結・拘束されていることから、ディスクの内周部に
設けた締結用のボルト孔縁部には著しい応力集中が生
じ、ディスク全体の中で最も危険な部位となることがあ
る。また、ディスク外周部で温度上昇時に生じた圧縮応
力により塑性変形が生じると、温度低下後に引張残留応
力が生じる。これにより摺動面上に熱き裂が生じる場合
がある。As a result, since the inner peripheral portion of the disk is fastened and restrained by the bolts, remarkable stress concentration occurs at the edge of the bolt hole for fastening provided on the inner peripheral portion of the disk, and the inside of the entire disk is May be the most dangerous part. Further, if plastic deformation occurs at the outer peripheral portion of the disk due to compressive stress generated when the temperature rises, tensile residual stress occurs after the temperature decreases. This may cause a thermal crack on the sliding surface.
【0009】特に鉄道車両用ディスクにおいては、この
ように過酷な熱応力を繰り返し受けるため、ディスクを
長寿命化することが困難であった。本発明は、上記問題
点に鑑み、ディスク形状を適正化することにより、ディ
スクの内周部に配した締結用のボルト孔縁部に発生する
局所的な応力・歪を低減させ、ボルト孔縁部からのき裂
の発生、破損を抑制し、ディスクを長寿命化することを
目的とする。Particularly, in the case of a disk for a railway vehicle, it is difficult to extend the life of the disk because the disk is subjected to such severe thermal stress repeatedly. The present invention has been made in view of the above problems, and by optimizing a disk shape, it is possible to reduce local stress / strain generated at an edge portion of a bolt hole for fastening provided on an inner peripheral portion of a disk, and to reduce a bolt hole edge. It is an object of the present invention to suppress the occurrence and breakage of cracks from a part and to prolong the life of a disk.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ディスク
の内周部のボルト孔縁部に生じる応力集中を分散させる
ために、ディスク内周部に複数の切欠き部を設けること
を検討し、応力集中を分散させるのに適した切欠き形状
をFEM解析により求めた結果、以下の知見を得た。Means for Solving the Problems The present inventors have considered providing a plurality of notches on the inner peripheral portion of the disk in order to disperse the stress concentration generated at the edge of the bolt hole on the inner peripheral portion of the disk. Then, a notch shape suitable for dispersing stress concentration was obtained by FEM analysis, and as a result, the following knowledge was obtained.
【0011】(A)ディスク内周部に設ける複数の切欠
き部の形状をスリット状とすれば、例えばその切欠き部
を隣接するボルト孔の間に配置することにより、切欠き
深さをディスク内周部の幅の範囲で任意に設定すること
ができ、これによりボルト孔縁部に生じる応力集中を大
幅に抑制することができる。(A) If the plurality of notches provided in the inner peripheral portion of the disk are formed in a slit shape, for example, the notches are arranged between adjacent bolt holes so that the notch depth can be reduced. It can be set arbitrarily within the range of the width of the inner peripheral portion, whereby the concentration of stress generated at the edge of the bolt hole can be largely suppressed.
【0012】(B)しかし、単に切欠き部の形状をスリ
ット状としたのでは、切欠き底への応力集中が著しくな
り、切欠き底からき裂が容易に発生する可能性がある。
そこで、切欠き部をスリット部と切欠き底部とからなる
切欠き部とし、切欠き底部の幅W1をスリット部の幅W
2よりも大きく、かつ切欠き底部は変曲点を有しない連
続した一の曲線を輪郭線とすることにより、切欠き底へ
の応力集中を抑制する。(B) However, if the shape of the notch portion is simply made into a slit shape, stress concentration on the bottom of the notch becomes remarkable, and a crack may easily occur from the bottom of the notch.
Therefore, the notch is a notch comprising a slit and a notch bottom, and the width W1 of the notch bottom is changed to the width W of the slit.
The concentration of stress on the notch bottom is suppressed by using a single continuous curve that is larger than 2 and has no inflection point at the notch bottom as a contour line.
【0013】ここで、スリット部とは、ブレーキディス
クの内周と切欠き底部とを結ぶ切欠き部の部位であり、
スリット部の幅W2とは、スリット部の2本の輪郭線の
切欠き底側の端部を結ぶ線分の長さである。Here, the slit portion is a portion of a notch portion connecting the inner periphery of the brake disk and the notch bottom portion,
The width W2 of the slit portion is the length of a line segment connecting the notched bottom ends of the two contour lines of the slit portion.
【0014】また、切欠き底部とは、スリット部の2本
の輪郭線の切欠き底側の端部を結ぶ線を輪郭線とする切
欠き部の部位であり、切欠き底部の幅W1とは、切欠き
底部の円周方向の両端部を結ぶ線分の長さである。The notch bottom portion is a portion of the notch portion having a line connecting the ends of the two contour lines of the slit portion on the notch bottom side as a contour line, the width W1 of the notch bottom portion and the width W1 of the notch bottom portion. Is the length of a line segment connecting both circumferential ends of the notch bottom.
【0015】また、曲線とは直線をも含む概念であり、
切欠き底部の輪郭線である「変曲点を有しない連続した
一の曲線」には、曲線と直線とからなるものも含まれ
る。 (C)切欠き部の切欠き底の曲率半径Rと隣接するボル
ト孔の中心を結ぶ円弧の長さLとが下記(1)式を充足
する形状とすることにより、切欠き底及び切欠き部とボ
ルト孔の近接した位置への応力集中を抑制することがで
きる。A curve is a concept including a straight line.
The “one continuous curve having no inflection point”, which is the contour of the bottom of the notch, includes a curve and a straight line. (C) By setting the radius of curvature R of the notch bottom of the notch and the length L of the arc connecting the centers of the adjacent bolt holes to a shape satisfying the following expression (1), the notch bottom and the notch It is possible to suppress stress concentration at a position where the portion and the bolt hole are in close proximity.
【0016】ここで、切欠き底とは、切欠き底部の内で
最もディスクの外周側に位置する部位のことである。Here, the notch bottom refers to a portion of the notch bottom located at the outermost side of the disk.
【0017】[0017]
【数2】 本発明は、上記知見に基づいて完成させたものであり、
その要旨は以下のとおりである。(Equation 2) The present invention has been completed based on the above findings,
The summary is as follows.
【0018】(イ)摺動面を備える外周部とボルト孔を
備える内周部とからなるブレーキディスクにおいて、前
記内周部はスリット部と切欠き底部とからなる複数の切
欠き部を備え、前記切欠き底部の幅W1は前記スリット
部の幅W2よりも大きく、かつ前記切欠き底部は変曲点
を有しない連続した一の曲線を輪郭線とすることを特徴
とするブレーキディスク。(B) In a brake disk comprising an outer peripheral portion having a sliding surface and an inner peripheral portion having a bolt hole, the inner peripheral portion has a plurality of notches comprising a slit portion and a notch bottom portion, The width W1 of the notch bottom is larger than the width W2 of the slit portion, and the notch bottom has a contour as a continuous curve having no inflection point.
【0019】(ロ)前記切欠き部の切欠き底の曲率半径
Rと隣接するボルト孔の中心を結ぶ円弧の長さLとが、
下記(1)式を充足することを特徴とする上記(イ)項
に記載のブレーキディスク。(B) The radius of curvature R of the notch bottom of the notch and the length L of an arc connecting the centers of adjacent bolt holes are:
The brake disc according to the above (1), wherein the following formula (1) is satisfied.
【0020】[0020]
【数3】 (ハ)前記切欠き部は隣接するボルト孔の間に位置し、
前記切欠き底部はブレーキディスクの半径方向の位置に
おいてボルト孔から内周部外側端部の範囲に位置するこ
とを特徴とする上記(イ)項または(ロ)項に記載のブ
レーキディスク。(Equation 3) (C) the notch is located between adjacent bolt holes,
The brake disc according to the above (a) or (b), wherein the notch bottom portion is located in a range from the bolt hole to the inner peripheral portion outer end portion at a radial position of the brake disc.
【0021】なお、ここで「ボルト孔から内周部外側端
部の範囲」における「ボルト孔」とは、ディスク半径方
向に位置の異なる複数列のボルト孔を有する場合には最
内周側に位置するボルト孔のことをいう。Here, the "bolt hole" in the "range from the bolt hole to the outer end portion of the inner peripheral portion" means the innermost peripheral side when a plurality of rows of bolt holes having different positions in the disk radial direction are provided. Refers to the bolt hole located.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】図2は、本発明の一実施形態であ
るブレーキディスクの形状を示し、図2(a)はブレー
キディスクの1/4を示す部分平面図、図2(b)は図
2(a)のブレーキディスクの内周の切欠き部を拡大し
た平面図である。同図において、図1と同一の要素につ
いては同一の符号を用いて示す。FIG. 2 shows the shape of a brake disk according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is a partial plan view showing a quarter of the brake disk, and FIG. FIG. 3 is an enlarged plan view of a cutout portion on the inner periphery of the brake disc of FIG. In the figure, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
【0023】同図(a)、(b)に示すように、本発明
のブレーキディスク11は、スリット部2と切欠き底部
3とからなる切欠き部1を内周部12に複数備える。上
述したように、例えば図1に示す従来型のディスクで
は、ブレーキングにより繰り返し発生する熱応力によ
り、ディスクの内周部のボルト孔縁部に著しい応力集中
が生じる。これに対し、本発明のディスクでは、図2
(a)及び(b)に示すように、ディスク11の内周部
12に複数の切欠き部1を設けることにより、新たに切
欠き部に応力集中が発生するものの、ボルト孔縁部への
応力集中を分散できる。さらに、この結果、外周部13
に発生する応力も低減されるため、外周部13の摺動面
15における熱き裂の発生も抑制される。As shown in FIGS. 1A and 1B, the brake disc 11 of the present invention includes a plurality of notches 1 formed on the inner peripheral portion 12 each including a slit portion 2 and a notch bottom portion 3. As described above, for example, in the conventional disk shown in FIG. 1, remarkable stress concentration occurs at the edge of the bolt hole on the inner peripheral portion of the disk due to the repeated thermal stress caused by braking. On the other hand, in the disc of the present invention, FIG.
As shown in (a) and (b), the provision of a plurality of notches 1 in the inner peripheral portion 12 of the disk 11 causes a new concentration of stress in the notches, but the stress on the edge of the bolt hole is increased. The stress concentration can be dispersed. Further, as a result, the outer peripheral portion 13
Is also reduced, so that the occurrence of thermal cracks on the sliding surface 15 of the outer peripheral portion 13 is also suppressed.
【0024】また、本発明のディスクの内周部に設ける
切欠き部1はスリット部2と切欠き底部3とからなるス
リット状であるので、ボルト孔縁部の強度を過度に損な
うことなしに切欠き深さをディスクの内周部の範囲で任
意に設定することができる。これにより、ボルト孔縁部
への応力集中を大幅に抑制することができる。Further, since the notch 1 provided on the inner peripheral portion of the disk of the present invention has a slit shape including the slit 2 and the notch bottom 3, the strength of the edge of the bolt hole is not excessively impaired. The notch depth can be set arbitrarily within the range of the inner peripheral portion of the disk. As a result, stress concentration on the edge of the bolt hole can be significantly suppressed.
【0025】図3は、本発明の別の実施形態であるブレ
ーキディスクの形状を示し、図3(a)はブレーキディ
スクの1/4を示す部分平面図、図3(b)は図3
(a)のブレーキディスクの内周の切欠き部を拡大した
平面図である。同図において、図2と同一の要素につい
ては同一の符号を用いて示す。FIG. 3 shows the shape of a brake disk according to another embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) is a partial plan view showing a quarter of the brake disk, and FIG.
It is the top view which expanded the notch part of the inner periphery of the brake disk of (a). 2, the same elements as those in FIG. 2 are indicated by the same reference numerals.
【0026】図4は、FEM解析によって求めたブレー
キ負荷時に発生するボルト孔縁部の全ひずみと切欠き深
さD1/D2との関係を示すグラフである。ここで、図
3に示すように、D1とはボルト孔の内周側の端部から
切欠き底までのディスクの半径方向の距離であり、D2
とはボルト孔の内周側の端部から内周部外側端部までの
ディスクの半径方向の距離である。そして、切欠き深さ
D1/D2とは上記D1を上記D2で除した値である。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the notch depth D1 / D2 and the total strain at the edge of the bolt hole generated at the time of a brake load determined by FEM analysis. Here, as shown in FIG. 3, D1 is the distance in the radial direction of the disk from the inner peripheral end of the bolt hole to the notch bottom, and D2
Is the radial distance of the disc from the inner peripheral end of the bolt hole to the inner peripheral outer end. The notch depth D1 / D2 is a value obtained by dividing D1 by D2.
【0027】ボルト孔縁部への応力集中を抑制するとい
う観点からは、図4に示すように切欠き深さを深くする
ほど上記応力集中を抑制することができるので、切欠き
底部3は可及的に外周部側に設けた方が好ましい。した
がって、図3に示すように、ディスクの半径方向の位置
でボルト孔から内周部外側端部の範囲に設けることが好
ましい。From the viewpoint of suppressing the concentration of stress on the edge of the bolt hole, as shown in FIG. 4, the more the notch depth is increased, the more the above-mentioned stress concentration can be suppressed. It is more preferable to be provided on the outer peripheral side as much as possible. Therefore, as shown in FIG. 3, it is preferable to provide the disk in a range from the bolt hole to the inner peripheral portion outer end portion at the radial position of the disk.
【0028】本発明のブレーキディスクの切欠き部の形
状としては、様々な形状を適用できる。図5は、切欠き
部の形状の代表例を示し、図5(a)は切欠き底部が円
形状の切欠き部、図5(b)は切欠き底部が長円形状の
切欠き部、図5(c)は切欠き底部が楕円形状の切欠き
部、図5(d)は図5(a)よりも広幅のスリット部を
有する切欠き部を示す概要図である。Various shapes can be applied to the shape of the notch of the brake disk of the present invention. 5A and 5B show a typical example of the shape of the notch. FIG. 5A shows a notch having a circular notch bottom, FIG. 5B shows an oval notch having a notch bottom, and FIG. FIG. 5C is a schematic view showing a cutout portion having a cutout bottom having an elliptical shape, and FIG. 5D is a cutout portion having a slit portion wider than FIG. 5A.
【0029】同図(a)、(b)、(c)、(d)に示
すように、本発明のブレーキディスクの切欠き底部3の
幅W1はスリット部2の幅W2よりも大きく、かつ切欠
き底部は変曲点を有しない連続した一の曲線を輪郭線と
する。これにより、切欠き底への応力集中を抑制するこ
とができる。As shown in FIGS. 3A, 3B, 3C and 3D, the width W1 of the notch bottom 3 of the brake disk of the present invention is larger than the width W2 of the slit 2 and The notch bottom has a contour as a continuous curve having no inflection point. Thereby, stress concentration on the notch bottom can be suppressed.
【0030】同図(a)、(b)、(c)、(d)に示
す切欠き底4の曲率半径Rは、小さすぎると切欠き底へ
の応力集中が過大となる虞があり、大きすぎると切欠き
底部とボルト穴との近接した位置への応力集中が過大と
なる虞がある。If the radius of curvature R of the notch bottom 4 shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D is too small, stress concentration on the notch bottom may become excessive. If it is too large, the concentration of stress at a position close to the bottom of the notch and the bolt hole may be excessive.
【0031】したがって、切欠き底の曲率半径Rと隣接
するボルト孔の中心を結ぶ円弧の長さLとが、下記
(1)式を充足する形状を決定することが好ましい。Therefore, it is preferable that the radius of curvature R of the notch bottom and the length L of the arc connecting the centers of the adjacent bolt holes determine a shape satisfying the following expression (1).
【0032】[0032]
【数4】 切欠き部の個数は、4以上であってボルト孔数の2倍以
下とすることが好ましい。4以上が好ましいとしたの
は、応力集中の分散起点を多くすることにより、より効
果的に応力集中を分散できるからである。ボルト孔数の
2倍以下が好ましいとしたのは、余りに多くの切欠き部
を設けると、上述した切欠き底の曲率半径Rを適正範囲
内にすることが困難となるからである。(Equation 4) It is preferable that the number of the notch portions is four or more and twice or less the number of bolt holes. The reason why four or more is preferable is that the stress concentration can be more effectively dispersed by increasing the dispersion starting point of the stress concentration. The reason why the number of bolt holes is preferably twice or less is that if too many notches are provided, it becomes difficult to keep the above-mentioned radius of curvature R of the notch bottom in an appropriate range.
【0033】また、切欠き部は、ディスクの周方向に略
等間隔に設けることが好ましい。より均等に応力集中を
分散することにより、更に応力集中を抑制できるからで
ある。Preferably, the notches are provided at substantially equal intervals in the circumferential direction of the disk. This is because the stress concentration can be further suppressed by dispersing the stress concentration more evenly.
【0034】また、本実施態様では、スリット部が直線
状である切欠き部を有するブレーキディスクを例にとっ
て述べたが、スリット部の位置及び形状がボルト孔縁部
の強度を過度に損なわないようにしてあれば、直線状、
曲線状等の任意の形状としても構わない。Further, in this embodiment, the brake disk having the notch in which the slit is linear has been described as an example. However, the position and shape of the slit do not excessively impair the strength of the edge of the bolt hole. If you have, linear,
Any shape such as a curved shape may be used.
【0035】なお、本実施態様では鉄道車両用ブレーキ
ディスクを例にとって述べたが、本発明はこれに限定さ
れるものでなく、自動車及び自動二輪車等の制動装置に
も適用される。In this embodiment, the brake disk for a railway vehicle has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to a braking device for an automobile or a motorcycle.
【0036】[0036]
【実施例】本発明の効果を確認するため、SiC粒子分
散型Al基複合材を使用し、砂型鋳造法により、内周部
の形状が異なる6種類のディスク(外径:725mm)
を製造し、ブレーキ試験を行なった。また、FEM解析
により、ボルト孔縁部及び切欠き部における歪を求め
た。EXAMPLES In order to confirm the effects of the present invention, six types of disks (outer diameter: 725 mm) having different inner peripheral shapes by sand casting using an SiC particle-dispersed Al-based composite material.
Was manufactured and a brake test was performed. In addition, the strain at the edge of the bolt hole and the notch was obtained by FEM analysis.
【0037】表1に試験に供したディスクの形状を示
す。Table 1 shows the shapes of the disks subjected to the test.
【0038】[0038]
【表1】 表1に示す6種類のディスクについて、JR新幹線の台
車をモデルにした車輪試験機を用い、ディスクを2枚一
組として、摺動面(摺動面幅:127.5mm)を外側
にして車輪の両面に取り付けてブレーキ試験を行なっ
た。ブレーキライニング材には、銅系焼結合金を用い、
走行速度300km/hからの非常ブレーキに相当する
条件とした。このとき、ブレーキ開始後約100秒で車
輪は停止し、ディスク温度は約350℃まで上昇した。
その後ディスクを放冷し、ディスク温度が60℃まで低
下したところで、再度車輪を駆動させ、前記条件にてブ
レーキ試験を再度行なった。この工程を100回繰り返
し行った。また、ボルト孔または切欠き部にき裂が生じ
た場合には、そこで試験を中止した。[Table 1] For the six types of discs shown in Table 1, using a wheel tester modeled on a bogie of the JR Shinkansen, a pair of discs, wheels with the sliding surface (sliding surface width: 127.5 mm) outside And a brake test was performed. For the brake lining material, use a copper-based sintered alloy,
The conditions corresponded to emergency braking from a running speed of 300 km / h. At this time, about 100 seconds after the start of braking, the wheels stopped, and the disk temperature rose to about 350 ° C.
Thereafter, the disk was allowed to cool, and when the disk temperature dropped to 60 ° C., the wheels were driven again, and the brake test was performed again under the above conditions. This step was repeated 100 times. Further, when a crack was formed in the bolt hole or the notch, the test was stopped there.
【0039】また、FEM解析は、上記ブレーキと同様
の条件で1回目のブレーキ後のボルト孔縁部及び切欠き
部における歪を求めた。表2にブレーキ試験の結果を、
表3にFEM解析の結果を夫々示す。In the FEM analysis, the strain at the edge of the bolt hole and the notch after the first braking was obtained under the same conditions as the above-mentioned brake. Table 2 shows the results of the brake test,
Table 3 shows the results of the FEM analysis.
【0040】[0040]
【表2】 [Table 2]
【0041】[0041]
【表3】 表2において、「○」は100回のブレーキ試験後にボ
ルト孔縁部および切欠き部にき裂が発生していなかった
ことを示し、「×」は試験途中でき裂が発生したことを
示す。[Table 3] In Table 2, "O" indicates that no crack was generated at the edge of the bolt hole and the notch after 100 times of the brake test, and "X" indicates that a crack was generated during the test.
【0042】表2及び表3に示すように、試験材4は、
ディスクの内周部に複数の切欠き部を有しないため、ボ
ルト孔縁部への応力集中を分散することができず、2回
のブレーキ試験によりボルト孔縁部からき裂が発生し
た。As shown in Tables 2 and 3, the test material 4
Since the inner peripheral portion of the disk did not have a plurality of notches, stress concentration on the edge of the bolt hole could not be dispersed, and a crack was generated from the edge of the bolt hole in two brake tests.
【0043】試験材5は、ディスクの内周部にスリット
部と切欠き底部とからなる複数の切欠き部を備え、切欠
き底部の幅W1はスリット部の幅W2よりも大きく、か
つ切欠き底部は変曲点を有しない連続した一の曲線を輪
郭線とするので、ボルト孔縁部への応力集中を分散でき
ている。しかし、切欠き底の曲率半径Rと隣接するボル
ト孔の中心を結ぶ円弧の長さLとの比(以下、R/Lと
もいう。)が好適範囲外の3/10超であるため、切欠
き部とボルト孔との近接位置への応力集中がやや大き
く、15回のブレーキ試験により、切欠き部からき裂が
発生した。The test material 5 has a plurality of notches formed of a slit and a notch bottom on the inner periphery of the disk. The width W1 of the notch bottom is larger than the width W2 of the slit, and the notch is notched. Since the bottom has a continuous curve having no inflection point as a contour line, stress concentration on the edge of the bolt hole can be dispersed. However, the ratio of the radius of curvature R of the notch bottom to the length L of the arc connecting the centers of the adjacent bolt holes (hereinafter, also referred to as R / L) is out of the preferred range and exceeds 3/10. The stress concentration was slightly large in the vicinity of the notch and the bolt hole, and a crack was generated from the notch after 15 times of the brake test.
【0044】試験材6は、ディスクの内周部にスリット
部と切欠き底部とからなる複数の切欠き部を備え、切欠
き底部の幅W1はスリット部の幅W2よりも大きく、か
つ切欠き底部は変曲点を有しない連続した一の曲線を輪
郭線とするので、ボルト孔縁部への応力集中を分散でき
ている。しかし、R/Lが適正範囲外の1/10未満と
なっているため、切欠き底への応力集中がやや大きく、
5回のブレーキ試験により、切欠き部からき裂が発生し
た。The test material 6 is provided with a plurality of notches formed of a slit and a notch bottom on the inner periphery of the disk. The width W1 of the notch bottom is larger than the width W2 of the slit, and the notch is notched. Since the bottom has a continuous curve having no inflection point as a contour line, stress concentration on the edge of the bolt hole can be dispersed. However, since R / L is less than 1/10 of the appropriate range, the stress concentration on the notch bottom is slightly large,
In the five brake tests, a crack was generated from the notch.
【0045】試験材1〜3は、ディスクの内周部にスリ
ット部と切欠き底部とからなる複数の切欠き部を備え、
切欠き底部の幅W1はスリット部の幅W2よりも大き
く、かつ切欠き底部は変曲点を有しない連続した一の曲
線を輪郭線とし、かつR/Lが1/10以上3/10以
下の適正範囲となっているため、ボルト孔縁部及び切欠
き底への応力集中を著しく抑制できており、ボルト孔縁
部及び切欠き部ともにき裂は発生せずに良好であった。Each of the test materials 1 to 3 is provided with a plurality of notches formed of a slit portion and a notch bottom portion on the inner peripheral portion of the disk.
The width W1 of the notch bottom is larger than the width W2 of the slit portion, and the notch bottom has a contour as a continuous curve having no inflection point, and an R / L of 1/10 or more and 3/10 or less. , Stress concentration on the edge of the bolt hole and the bottom of the notch was significantly suppressed, and the crack was not generated on both the edge of the bolt hole and the notch.
【0046】[0046]
【発明の効果】本発明により、ブレーキング時に発生す
る熱応力によるボルト孔縁部への応力集中を効果的に抑
制し、ディスクのボルト孔縁部からのき裂の発生を抑制
できるので、長期間の使用に耐え得るブレーキディスク
を得ることができる。According to the present invention, it is possible to effectively suppress the concentration of stress on the edge of the bolt hole due to the thermal stress generated during braking and to suppress the occurrence of cracks from the edge of the bolt hole of the disk. It is possible to obtain a brake disc that can withstand use for a period.
【図1】従来型の鉄道車両用ブレーキディスクの形状を
示す図であり、図1(a)は、鉄道車両用ブレーキディ
スクの1/4を示す部分平面図、図1(b)は、鉄道車
両用ブレーキディスクの断面の1/2を示す部分断面図
である。FIG. 1 is a diagram showing the shape of a conventional railway vehicle brake disc, FIG. 1 (a) is a partial plan view showing a quarter of a railway vehicle brake disk, and FIG. It is a partial sectional view showing 1/2 of a section of a brake disc for vehicles.
【図2】本発明のブレーキディスクの一実施形態を示す
図であり、図2(a)はブレーキディスクの1/4を示
す部分平面図、図2(b)は図2(a)のブレーキディ
スクの内周の切欠き部を拡大した平面図である。FIG. 2 is a view showing an embodiment of a brake disk according to the present invention. FIG. 2 (a) is a partial plan view showing a quarter of the brake disk, and FIG. 2 (b) is a brake shown in FIG. 2 (a). FIG. 4 is an enlarged plan view of a notch on the inner periphery of the disk.
【図3】本発明のブレーキディスクの別の実施形態を示
す図であり、図3(a)はブレーキディスクの1/4を
示す部分平面図、図3(b)は図3(a)のブレーキデ
ィスクの内周の切欠き部を拡大した平面図である。FIG. 3 is a view showing another embodiment of the brake disk of the present invention, wherein FIG. 3 (a) is a partial plan view showing a quarter of the brake disk, and FIG. 3 (b) is a view of FIG. 3 (a). It is the top view which expanded the notch part of the inner periphery of a brake disc.
【図4】FEM解析によって求めたブレーキ負荷時に発
生するボルト孔縁部の全ひずみと切欠き深さD1/D2
との関係を示すグラフである。FIG. 4 shows the total strain and notch depth D1 / D2 of a bolt hole edge generated at the time of a brake load determined by FEM analysis.
6 is a graph showing a relationship with the graph.
【図5】切欠き形状の代表例を示す概要図であり、図5
(a)は切欠き底部が円形状の切欠き部、図5(b)は
切欠き底部が長円形状の切欠き部、図5(c)は切欠き
底部が楕円形状の切欠き部、図5(d)は図5(a)よ
りも広幅のスリット部を有する切欠き部を示す概要図で
ある。FIG. 5 is a schematic view showing a typical example of a notch shape, and FIG.
5A is a cutout having a circular notch bottom portion, FIG. 5B is a cutout portion having an oval cutout bottom, FIG. 5C is a cutout portion having an oval cutout bottom, FIG. 5D is a schematic view showing a notch having a slit wider than that of FIG. 5A.
1:切欠き部 2:スリット部 3:切欠き底
部 11:ブレーキディスク 12:内周部 13:外周部 14:ボルト孔 15:摺動面1: Notch part 2: Slit part 3: Notch bottom part 11: Brake disk 12: Inner peripheral part 13: Outer peripheral part 14: Bolt hole 15: Sliding surface
フロントページの続き (72)発明者 牧野 泰三 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 三澤 泰久 大阪府大阪市此花区島屋5丁目1番109号 住友金属工業株式会社関西製造所製綱品 事業所内 Fターム(参考) 3J058 BA44 BA46 CB14 CB17 FA21Continued on the front page (72) Inventor Taizo Makino 4-33, Kitahama, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Inside Sumitomo Metal Industries Co., Ltd. (72) Inventor Yasuhisa Misawa 5-1-1109, Shimaya, Konohana-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sumitomo Metal Industries Co., Ltd. Kansai Works Rental products In-house F-term (reference) 3J058 BA44 BA46 CB14 CB17 FA21
Claims (3)
る内周部とからなるブレーキディスクにおいて、前記内
周部はスリット部と切欠き底部とからなる複数の切欠き
部を備え、前記切欠き底部の幅W1は前記スリット部の
幅W2よりも大きく、かつ前記切欠き底部は変曲点を有
しない連続した一の曲線を輪郭線とすることを特徴とす
るブレーキディスク。1. A brake disc comprising an outer peripheral portion having a sliding surface and an inner peripheral portion having a bolt hole, wherein the inner peripheral portion has a plurality of notches comprising a slit portion and a notch bottom portion, A brake disk, wherein a width W1 of a notch bottom is larger than a width W2 of the slit portion, and the notch bottom has a contour as a continuous curve having no inflection point.
と隣接するボルト孔の中心を結ぶ円弧の長さLとが、下
記(1)式を充足することを特徴とする請求項1に記載
のブレーキディスク。 【数1】 2. A radius of curvature R of a notch bottom of the notch bottom.
2. The brake disk according to claim 1, wherein the length of the arc connecting the centers of the adjacent bolt holes satisfies the following expression (1). 3. (Equation 1)
位置し、前記切欠き底部はブレーキディスクの半径方向
の位置においてボルト孔から内周部外側端部の範囲に位
置することを特徴とする請求項1または2に記載のブレ
ーキディスク。3. The notch portion is located between adjacent bolt holes, and the notch bottom portion is located in a radial position of the brake disc in a range from the bolt hole to an inner peripheral outer end. The brake disc according to claim 1 or 2, wherein
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| Publication Number | Publication Date |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002048167A (en) |
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