1. 소개
브레이크 캘리퍼는 휠 브레이크 시스템의 핵심 부품입니다. 캘리퍼 가이드 핀의 기능은 캘리퍼가 축 방향으로 움직일 수 있도록 캘리퍼를 브래킷과 연결하는 것입니다. 차량이 제동되면 캘리퍼는 유압의 작용으로 가이드 핀을 따라 움직입니다. , 브레이크 디스크를 클램핑하여 브레이크를 형성하고 동시에 페달에서 발을 떼면 캘리퍼가 복귀되어 브레이크 해제 효과를 얻을 수 있습니다. 차량이 고속으로 제동할 때 브레이크 디스크의 회전 관성이 캘리퍼 가이드 핀에 전달되므로 캘리퍼 가이드 핀은 우수한 전단 저항을 가져야 하며 동시에 제동 시 우수한 소음 성능을 보장해야 합니다. 위의 기술 능력은 테스트를 통과하거나 CAE 분석으로 측정할 수 있습니다.
2 캘리퍼의 가이드 핀 파손에 대한 설명
테스트 차량의 24-채널 테스트 중 467주기 동안 좌측 프론트 캘리퍼의 가이드 핀이 파손되었습니다. 가이드핀 교체 후 500싸이클에서 다시 파단이 발생하였다. 표준 요구 사항에 따라 브레이크 시스템 구성 요소 테스트 요구 사항은 예외 없이 480 사이클을 충족합니다. 전면 가이드 핀의 파손 사이클 수가 표준 요구 사항을 충족하지 않습니다. 가이드 핀의 파단 부분은 핀 축 직경의 변이점입니다. 파단 분석에 따르면 파단은 전단력 작용 하에서 피로 파단에 속한다. 또 다른 현상은 후방 캘리퍼가 800 사이클 테스트 후에도 가이드 핀에 이상이 없다는 것입니다.
3 Guide Pin 파손 원인 분석
기존의 가이드 핀의 설계, 제조 및 조립 상태에서는 전단력이 상대적으로 작습니다. 동시에 가이드 핀은 냉간 압조 공정으로 형성되며 제품 자체는 강한 전단 저항을 갖습니다. 정상 상태는 피로 골절이 아닙니다. 가이드 핀의 비정상 파단파괴는 실제 도로주행 시험에서는 발생하지 않았다. 본 논문은 가이드 핀의 비정상 파단의 근본 원인을 찾기 위해 설계, 제조, 시험 방법의 관점에서 연구를 수행하고 시장에서 유사한 고장이 발생하지 않도록 개선 방안을 마련한다. 질문.
3.1 가이드 핀에 대한 제품 설계 요인의 영향 분석
가이드 핀은 캘리퍼를 캘리퍼 본체 브래킷과 연결합니다. 제동 시 캘리퍼는 오일을 밀어 브레이크 디스크 쪽으로 이동합니다. 마찰판이 브레이크 디스크에 닿으면 캘리퍼가 가이드 핀을 축으로 하여 움직입니다. 이동 과정에서 영향을 받습니다. 브레이크 디스크의 반경 방향에 따른 전단력과 캘리퍼의 자중이 가져오는 Z 방향 중력, 이 두 힘의 결합된 힘은 울퉁불퉁한 도로에서 가이드 핀에 특정 충격을 유발합니다. 충격력으로 인해 가이드 핀이 파손되는지 여부는 이론적인 CAE 분석이 필요합니다. 이 결함을 고려하여 전면 및 후면 가이드 핀의 강성과 강도에 대한 CAE 비교 분석이 수행되었습니다. 1) 구속 조건: 클램핑 지점에서 1-6 자유도, 그림 1 참조;
그림 1 전면 및 후면 가이드 핀의 분석 하중 및 구속 하중에 대한 개략도 2) 하중 조건: 가이드 핀 헤드에 가해지는 반경 방향 하중 힘은 5000N입니다. 해석 후, 하중이 5000N일 때 전면 및 후면 가이드 핀 헤드의 변형은 각각 0.5mm 및 0.48mm이며, 전단 응력은 재료의 허용 응력을 충족합니다. 동일한 유형의 가이드 핀 구조를 테스트했으며 다른 모델의 가이드 핀 설계는 결함 부품의 구조와 일치합니다. 가이드 핀이 설계 결함이 없고 파단 실패와 같은 문제를 일으키지 않을 것임을 보여줍니다.
3.2 가이드 핀 파손에 대한 시험 조건의 영향 분석
차량 24- 채널 테스트 벤치는 도로 시뮬레이션 테스트 방법을 채택하고 실험실에서 도로 고장의 90%를 재현할 수 있는 도로 시뮬레이션 테스트 벤치입니다. 이 테스트 방법은 제품 구조에 설계 결함이 있는지 여부를 신속하게 테스트할 수 있습니다. 현재 주류 OEM이 구조 부품을 검증하는 주요 방법이기도 합니다. 이 테스트 방법에서 제동 테스트 조건은 다음과 같습니다.
그림 2 전방 및 후방 가이드 핀의 변형 및 응력 분석 결과 1) 브레이크 오일 압력은 20Mpa로 설정됩니다. 2) 시험 주기는 480회이고, 주기당 브레이크 수는 32개입니다. 3) 시험액 저장 탱크는 캘리퍼 아래에 위치합니다. 비상 제동 시 파이프라인의 오일 압력은 일반적으로 8-10MPa이며 부품 설계 검증 시 브레이크 오일 압력은 16MPa를 초과하지 않습니다. 도로 시뮬레이션 테스트의 유압 설정이 설계 검증 범위를 초과합니다. , 브레이크 디스크 등의 변형이 설계 예상을 초과하고 가이드 핀의 힘 모델이 변경됩니다. 액체 저장 탱크는 캘리퍼 아래에 배치되어 브레이크가 가압되고 해제된 후 캘리퍼 피스톤의 브레이크액이 다시 흐르고 캘리퍼 피스톤은 예압 없이 후퇴합니다. 안정된 상태에서 캘리퍼의 가이드 핀의 힘 변화를 일으키기 쉽고 동시에 테스트 중에 캘리퍼에서 금속 두드리는 소리가 발생하며 제동 후 3초 후에 두드리는 소리가 발생합니다. 제동 후 오일 유체가 유체 저장 탱크로 돌아가고 디스크 사이의 간격과 피스톤과 플레이트 사이의 간격이 증가하고 캘리퍼가 비 설계 상태에서 작동하여 결과적으로 가이드 핀의 전단력.
3.3 전후방 캘리퍼 구조가 가이드핀 파단에 미치는 영향 분석
테스트에서 파손된 가이드 핀은 모두 프론트 캘리퍼였으며, 리어 캘리퍼의 가이드 핀 구조와 크기는 프론트 캘리퍼와 유사했으나 고장은 없었다. 전면 및 후면 캘리퍼의 무게와 구조에 차이가 있습니다. 프론트 캘리퍼는 리어 캘리퍼보다 2kg 더 무겁습니다. 동시에 후방 캘리퍼는 주차 메커니즘을 통합합니다. 간격은 0.55mm에 불과합니다. 테스트 조건에서 간격과 무게가 가이드 핀에 부정적인 영향을 미치는지 확인하기 위해 본 논문에서는 간격이 다른 가이드 핀에 대한 CAE 분석을 수행합니다. 1) 분석 목적: 전후 브레이크 캘리퍼의 초기 위치와 캘리퍼 피스톤의 최대 후퇴 시 가이드 핀의 힘 차이; 2) 구속 조건: 캘리퍼 마운팅 브라켓을 제한한다. 3) 적재 하중: 30g의 무게 가속 질량이 브레이크 캘리퍼의 무게 중심에 가해진다.
그림 3 가이드핀의 힘해석하중 및 구속하중의 개략해석 해석결과는 위의 조건에서 프론트 가이드핀의 응력이 184.72MPa와 209.932MPa로 나타나 캘리퍼 피스톤의 수축량 증가를 의미한다. 가이드 핀의 응력 상태에 영향을 미칩니다. 동시에 위의 조건에서 후방 가이드 핀의 응력은 각각 107.796MPa 및 108.960MPa로 전방 가이드 핀과 상당히 다른 것으로 후방 캘리퍼 가이드 핀이 실패하지 않은 이유도 확인합니다.
그림 4 프론트 캘리퍼의 초기 위치에서 가이드 핀의 응력 상태
그림 5 프론트 캘리퍼 피스톤이 4.4mm 후퇴했을 때 하부 가이드 핀의 응력 상태
그림 6 리어 캘리퍼 피스톤 0.55mm 후퇴 시 하부 가이드 핀의 응력 상태
그림 7 후방 캘리퍼 후퇴 0.55mm 시 하부 가이드 핀의 응력 상태
4 Guide Pin 파손 위험도 분석
불합리한 시험방법으로 인해 가이드 핀이 비정상적으로 파손되었습니다. 실제 작업 조건에 존재합니까? OEM의 통계에 따르면 차량 제동 감속의 98%는 0.3g 미만이며 극한 작업 조건에서 이 모델의 최대 제동 강도는 1g입니다. 20Mpa의 압력을 달성하려면 1000N의 페달 힘이 필요하며 운전자는 밟을 수 없습니다. 따라서 시뮬레이션 플랫폼에서 가이드 핀 파단 결함이 발생하더라도 이 작업 조건은 실제로 발생하지 않으며 위험이 매우 낮습니다. 동시에 주행시험장에서 3개월간의 구조적 내구성 테스트를 거쳤으며, 가이드 핀 이상 보고가 없어 설계 및 품질 관리 측면에서 요구 사항을 충족하는 것으로 확인됐다.
5. 결론
브레이크 캘리퍼는 안전 부품이므로 제품 설계 및 검증이 매우 중요합니다. 본 논문에서는 파단결함의 문제해결을 통해 제품설계를 재구성하고 제품설계의 신뢰성을 판단하였다. 동시에 테스트 방식의 불합리한 부분도 개선했다. 예를 들어 테스트 오일 압력은 실제 최악의 작업 조건과 일치하는 최대 잠금 압력으로 설정되고 액체 저장 탱크는 캘리퍼에 배치되어 검증을 보장합니다. 합리성은 검증 결과를 보다 합리적으로 만듭니다.