1 はじめに
ブレーキ キャリパーはホイール ブレーキ システムの重要なコンポーネントです。 キャリパー ガイド ピンの機能は、キャリパーが軸方向に移動できるようにキャリパーをブラケットに接続することです。 車両の制動時には、油圧の作用によりキャリパーがガイドピンに沿って移動します。 、ブレーキディスクをクランプしてブレーキを形成し、ペダルを放すと同時にキャリパーを戻してブレーキを解除する効果を得ることができます。 車両の高速制動時には、ブレーキディスクの回転慣性がキャリパーガイドピンに伝達されるため、キャリパーガイドピンには良好な耐せん断性と制動時の優れた静粛性が求められます。 上記の技術力は試験に合格するか、CAE解析により測定されます。
2 キャリパーのガイドピン折れ不具合の説明
試験車両の24-チャンネルテスト中、467サイクル目で左フロントキャリパーのガイドピンが破損しました。 ガイドピン交換後、500サイクル目で再び破断した。 標準要件によると、ブレーキシステムコンポーネントのテストは例外なく480サイクルを満たす必要があります。 フロントガイドピンの破損サイクル数が規格要件を満たしていません。 ガイドピンの破断部はピン軸径の変化点となります。 破壊解析によると、この破壊はせん断力の作用による疲労破壊に属します。 もう一つの現象は、リアキャリパーは800サイクルテスト後もガイドピンに異常が見られないことです。
3 ガイドピン折損の原因分析
従来のガイドピンの設計、製造、組立状態では、せん断力は比較的小さくなります。 同時にガイドピンは冷間圧造法で形成されており、製品自体も強いせん断耐性を持っています。 通常の状態では疲労破壊は起こりません。 実際の路上試験ではガイドピンの異常破断破壊は発生しませんでした。 ガイドピンの異常破壊の根本原因を究明するために、設計、製造、試験方法の観点から調査を行い、市場で同様の故障が発生しないように改善策を策定した。 質問。
3.1 製品設計要素がガイドピンに与える影響の分析
ガイドピンは、キャリパーとキャリパー本体ブラケットを接続します。 ブレーキをかけると、キャリパーはオイルに押されてブレーキディスク側に移動します。 摩擦板がブレーキディスクに接触すると、キャリパーはガイドピンを軸として移動します。 移動プロセス中に影響を受けます。 凹凸のある路面では、ブレーキディスクのラジアル方向のせん断力と、キャリパーの自重によるZ方向の重力、この2つの力が合わさってガイドピンに一定の衝撃が発生します。 衝撃力によりガイドピンが破損するかどうかは、理論的なCAE解析が必要です。 この欠点を考慮して、フロント ガイド ピンとリア ガイド ピンの剛性と強度の CAE 比較解析が実行されました。 1) 拘束条件: クランプ点での 1-6 自由度、図 1 を参照。
図 1 前後ガイドピンの解析荷重と拘束荷重の模式図 2) 荷重条件: ガイドピンの頭部にかかるラジアル荷重力は 5000N。 解析の結果、5000N荷重時の前後ガイドピンの頭部変形量はそれぞれ0.5mm、0.48mmであり、せん断応力は材料の許容応力を満たしています。 同じタイプのガイド ピン構造をテストしたところ、他のモデルのガイド ピンの設計は故障した部品の構造と一致しました。 ガイドピンに設計上の欠陥がなく、破断破壊などの問題が発生しないことを示しています。
3.2 試験条件がガイドピン破断に及ぼす影響の解析
車両24-チャネル テストベンチは、道路シミュレーション テスト方法を採用し、実験室で道路障害の 90% を再現できる道路シミュレーション テストベンチです。 このテスト方法では、製品構造に設計上の欠陥があるかどうかを迅速にテストできます。 現在、主流の OEM が構造部品を検証する主な方法でもあります。 この試験方法における制動の試験条件は次のとおりです。
図2 前後ガイドピンの変形・応力解析結果 1) ブレーキ油圧を20Mpaに設定。 2) テストサイクルは 480 で、サイクルあたりのブレーキ数は 32 です。 3) 試験液貯蔵タンクはキャリパーの下に配置されます。 緊急ブレーキ時のパイプラインの油圧は一般に8-10MPaであり、部品の設計検証中にブレーキ油圧は16MPaを超えません。 路上模擬試験の油圧設定が設計検証範囲を超えています。 、ブレーキディスクの変形などが設計予想を超え、ガイドピンの力モデルが変化します。 液体貯留タンクがキャリパーの下に配置されているため、ブレーキ加圧および解放後にキャリパーピストンのブレーキフルードが逆流し、予圧がかからずにキャリパーピストンが後退します。 安定した状態ではキャリパーのガイドピンの力変化が生じやすく、同時に試験中にキャリパーに金属的なノック音が発生し、制動後３秒後にノック音が発生しました。 ブレーキをかけた後、油液が油貯蔵タンクに戻り、ディスクとピストンとプレートの隙間が増加し、キャリパーが設計外の状態で動作し、その結果、ガイドピンのせん断力。
3.3 前後キャリパー構造がガイドピン破断に及ぼす影響の解析
テストで破損したガイドピンは全てフロントキャリパーで、リアキャリパーのガイドピンの構造やサイズもフロントキャリパーと同様でしたが、故障はありませんでした。 フロントとリアのキャリパーの重量と構造に違いがあります。 フロントキャリパーはリアキャリパーより2kg重いです。 同時に、リアキャリパーにはパーキング機構が組み込まれています。 隙間はわずか0.55mmです。 ギャップと重量が試験条件下でガイドピンに悪影響を与えるかどうかを検証するために、本論文では、さまざまなギャップの下でガイドピンのCAE解析を実施しました。 1) 解析目的: フロントとリアのブレーキ キャリパーの初期位置とキャリパー ピストンの最大後退時のガイド ピンの力の差。 2) 拘束条件: キャリパー取付ブラケットを拘束する。 3) 積載荷重: ブレーキキャリパーの重心に 30g の重量加速質量を積載する。
図 3 ガイドピンの力解析荷重と拘束荷重の概略解析 解析結果より、上記条件におけるフロントガイドピンの応力は 184.72MPa と 209.932MPa となり、キャリパーピストンの後退量が増加することがわかります。ガイドピンの応力状態に影響します。 同時に、上記の条件下でのリア ガイド ピンの応力はそれぞれ 107.796MPa と 108.960MPa であり、フロント ガイド ピンとは大きく異なり、リア キャリパー ガイド ピンが破損しなかった理由も証明されています。
図4 フロントキャリパー初期位置におけるガイドピンの応力状態
図5 フロントキャリパーピストン4.4mm後退時の下部ガイドピンの応力状態
図6 リアキャリパーピストン後退時の下部ガイドピンの応力状態0.55mm
図7 リアキャリパー後退時の下部ガイドピンの応力状態0.55mm
4 ガイドピン折損のリスク分析
無理な試験方法によりガイドピンが異常折損してしまいました。 実際の作業環境でも存在するのでしょうか？ OEM の統計によると、車両の制動減速度の 98% は 0.3g 未満であり、極端な作業条件下でのこのモデルの最大制動強度は 1g です。 20Mpaの圧力を実現するには1000Nの踏力が必要で、ドライバーが踏むことはできません。 したがって、シミュレーションプラットフォーム上ではガイドピン折損故障が発生しましたが、現実にはこのような動作状態は発生せず、リスクは極めて低いと考えられます。 また、試験場での3ヶ月間の構造耐久試験も実施しており、ガイドピンの異常報告はなく、設計・品質管理の面での要求を満たしていると判断しました。
5。結論
ブレーキキャリパーは安全部品であり、製品の設計と検証は非常に重要です。 本稿では、破壊故障のトラブルシューティングを通じて製品設計を再整理し、製品設計の信頼性を判断します。 同時にテスト方法の不合理な部分も改善されます。 たとえば、テスト油圧を実際の最悪の作動条件と一致する最大ロックアップ圧力に設定し、液体貯蔵タンクをキャリパー上に配置することで確実に検証します。 合理性により、検証結果がより合理的になります。