JP2018017556A - デッドアクスルケースの亀裂検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】デッドアクスルケースの変形に至る前に、ブレーキフランジ溶接部からの貫通亀裂を検知しうるデッドアクスルケースの亀裂検知システムを提供する。【解決手段】デッドアクスルケース１０にリング状のブレーキフランジ１６を挿通して車軸方向の片側を全周溶接し、その溶接ビード１８ｉの最下部におけるルート部１９の真上のデッドアクスルケース内面１０ｃに、その内面に発生する歪を検出する歪検知器２０を取り付け、歪検知器２０で、デッドアクスルケース１０の亀裂を予測するものである。【選択図】図１

Description

本発明はデッドアクスルケースの亀裂検知システムに関するものである。

トラックの後ろ二軸の車両では、用途によって前側の駆動車軸はデファレンシャルギヤが収容されるドライブアクスルケースが用いられ、後側の従動車軸には、図４に示すデッドアクスルケース１０が用いられる。

デッドアクスルケース１０の中央部は角断面部１１となっている。デッドアクスルケース１０の両端は円筒部１２となっている。角断面部１１と円筒部１２とは断面四角から断面円形にされた移行部１３で接続される。

デッドアクスルケース１０に掛かる主たる外力の一つは車両上下方向の荷重である。上下方向の荷重は、車両や積載物の質量で、デッドアクセルケース１０のバネ受け部１４に入力される。デッドアクセルケース１０はタイヤのトレッド部１５で支えられる。

このとき、デッドアクスルケース１０の全体は図５のように撓み、デッドアクスルケース１０のＬＷＲ側には引張応力が生じる。デッドアクスルケース１０の円筒部１２にはブレーキフランジ１６が溶接によって取り付けられており、この溶接部に応力が集中しやすい。

図３（ａ）は、デッドアクスルケース１０に、ブレーキフランジ１６の片側を全周溶接ビード１８ｉで取り付け、他方を、その下部を未溶接とした溶接ビート１８ｏで取り付けた場合、上下方向の荷重で、溶接ビート１８ｉ、１８ｏに発生する応力を示したものである。上下方向に単位荷重が掛かった場合、ＵＰＲ側の溶接ビート１８ｉ、１８ｏには、指数６２、指数５７の圧縮応力が発生する。またこの場合、全周溶接された溶接ビード１８ｉのＬＷＲ側の最下部（最大引張応力を受ける部分）には、指数９７の高い引張応力が発生する。

デッドアクスルケースは過大な上下方向の荷重を繰り返し受けることで、図３（ｂ）に示すように溶接ビード１８ｉのＬＷＲ側の最下部の溶接ルート部１９から亀裂Ｃが生じる。

亀裂進展の初期段階では、図３（ｂ）に示すように亀裂Ｃは円筒部１２の板厚方向に進行し、板厚を貫通する。更に、中期の段階では円筒部１２の円周方向へ貫通部分が拡大していく。そして、末期の段階では、貫通部分が凡そ下部１８０°以上にまで拡大し、終には、上下方向の荷重に耐えかねて亀裂は大きく開口、変形する。変形時は貫通亀裂位置すなわちブレーキ取付部を境にアクスルケースは折れ曲がり、車両として走行不能となる。

亀裂の発生に関し、ドライブアクスルケースの本体内部には、動力伝達ギヤ用の潤滑油が入っている。亀裂が発生すると、初期段階の本体板厚貫通時点で潤滑油が本体外部へ漏れ出し、油滲みの現象で亀裂の存在が発見できる。これにより、ユーザはアクスルケースの修理または交換等の対応を取ることができる。

しかし、デッドアクスルケース１０では、本体内部に潤滑油が入っておらず、初期の油滲みで亀裂の存在を発見することはできない。すなわち、デッドアクスルケース１０では、ブレーキフランジ１６の溶接部の初期の亀裂の検出が困難である。

ブレーキフランジの溶接部の亀裂を防ぐため、従来から種々対策されている（下記対策例１〜３）。
対策例１：アクスルケースの板厚、断面寸法増しによる応力低減
対策例２：ブレーキフランジ溶接の下側部分廃止
対策例３：ブレーキフランジ溶接止端部へのピーニング処理の追加

しかし、対策の多くはコスト、質量の増大等の経済的理由、また、レイアウト上の制約から対策は最小限に抑えられる。また亀裂発生はユーザの過積載、過酷走行などの使用状況にもよることから、亀裂発生を完全に抑制する方法をとることができない。

アクスルケースの亀裂検知構造として、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１には、アクスルケースの開口部に、最も弱い部分と次に弱い部分とを成形し、それらを結ぶライン上に歪ゲージを装着し、歪ゲージが断線したことを検出したとき、ライン上に亀裂が発生したことを運転者に知らせ、アクスルケースの寿命が尽きる前に交換を促すようにした亀裂検知構造が提案されている。

特開２０１４−１７８２０９号公報 特開２００９−２０２８４８号公報

しかし、アクスルケースに、わざわざ、最も弱い部分と次に弱い部分とを成形しているので、その部分の強度低下が避けられない。このため、使用による経年劣化によって本来最初に亀裂が発生する部位（最も弱い部分、次に弱い部分）に亀裂が発生する可能性があり、アクスルケースの耐用年数が短くなってしまう。

一方、ブレーキフランジに取り付けられるブレーキは重要保安部品である。このため、ブレーキフランジの溶接部分近傍に発生する亀裂は確実に検出することが望まれる。

そこで、本発明の目的は上記課題を解決し、デッドアクスルケースの変形に至る前に、ブレーキフランジ溶接部からの貫通亀裂を検知しうるデッドアクスルケースの亀裂検知システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明はデッドアクスルケースにリング状のブレーキフランジを挿通して車軸方向の片側のみを全周溶接し、その溶接ビードの最下部におけるルート部の真上のデッドアクスルケース内面に、その内面に発生する歪を検出する歪検知器を取り付け、該歪検知器で、デッドアクスルケースの亀裂を予測することを特徴とするデッドアクスルケースの亀裂検知システムである。

前記歪検知器は歪ゲージからなり、その歪ゲージを溶接ビードの最下部におけるルート部の真上のデッドアクスルケース内面に貼り付け、歪ゲージに接続されたリード線がデッドアクスルケースの上下方向中立位置に貫通形成した穴を通して、デッドアクスルケース外に延出され、前記歪検知器での検出値が歪変位量計測手段に入力されるのが好ましい。

歪変位量計測手段は前記歪検知器からの検出値から歪変位量を求めると共に、その歪変位量からデッドアクスルケースに掛かる軸重を求めて、過積載かどうかを判定するのが好ましい。

歪変位量計測手段で求めた歪変位量を歪変位量積算手段が、単位時間ごと或いは単位距離ごとに積算し、その積算した歪変位量の総和から亀裂発生予測手段が亀裂発生の時期を予測するのが好ましい。

本発明はデッドアクスルケースに発生する亀裂を予測できるという優れた効果を発揮する。

本発明の一実施の形態を示す図である。 図１に示した歪検知器部分を拡大した断面図である。 （ａ）はブレーキフランジが溶接されるデッドアクスルケースに荷重か掛かったときの応力を説明する図、（ｂ）ブレーキフランジが溶接されるデッドアクスルケースのブレーキフランジ最下部の断面を示す図である。 デッドアクスルケースを示す図である。 デッドアクスルケースに荷重が掛かって撓んだ状態を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明のデッドアクスルケースの亀裂検知システムの概略を示したものである。

デッドアクスルケース１０は中央に形成された角断面部１１と、角断面部１１に接続され角断面から円形断面にされ、更にその円形断面が縮径される移行部１３と、移行部１３に接続されトレッドを支持する筒部１２とを備えて構成される。

ブレーキフランジ１６はブレーキ装置を取り付けるフランジ部１６ｆと、フランジ部１６ｆを支持する内外カラー部１６ｉ、１６ｏとで構成される。内カラー部１６ｉは外カラー部１６ｏより肉厚に形成され、内カラー部１６ｉはデッドアクスルケース１０（円筒部１２）に溶接ビード１８ｉで全周溶接される。外カラー部１６ｏは応力が集中する最下端部を中心に９０°〜１８０°の範囲の未溶接を除いて、その上部から下方にかけて溶接ビード１８ｏで部分溶接される。

ブレーキフランジ１６をデッドアクスルケース１０に片側の全周溶接で取り付ける場合、図２に示すように、上下方向の荷重で全周溶接された溶接ビード１８ｉの最下部（最大の引張応力を受ける部分）における溶接ルート部１９に高い引張応力が発生する。亀裂の起点は溶接ルート部１９である。溶接ルート部１９を起点とした亀裂はデッドアクスルケース１０の板厚方向に進展し、貫通する。

ここで亀裂の起点と、亀裂進展方向すなわちデッドアクスルケース１０の本体の最小断面となる断面垂直方向は既知である。

予め、貫通位置となるデッドアクスルケース１０の内面１０ｃの部位に歪検知器（歪ゲージ）２０を取り付け（図２）、その歪検知器２０のリード線２１を、図１に示すようにデッドアクスルケース１０の上下方向中立位置に貫通形成した穴２２に通してデッドアクスルケース１０外に延出し、その歪検知器２０での検出値をＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３０に入力する。

穴２２の位置はデッドアクスルケース１０に加わる車重および路面反力によって生じる応力や曲げモーメントを考慮すると、デッドアクスルケース１０の上下方向中立軸上のブレーキフランジ１６の近傍、車両外側が望ましい。

この位置は車両ブレーキ装置に覆われる部位であることから、走行時にタイヤによって巻き上げられる汚泥水に晒されず、穴２２を通してアクスル内部へ汚泥水が浸入する心配がない。また、歪検知器２０のリード線２１を取り回す際も、もともと存在しているブレーキ装置の各種センサのリード線と併せられるため都合が良い。

ＥＣＵ３０には、歪変位量計測手段３１と、歪変位量積算手段３２と、亀裂発生予測手段３３とが備えられている。これら手段３１〜３３で計測乃至予測した結果を表示器３４で表示できるようになっている。

歪検知器２０は歪ゲージからなり、溶接ルート部１９の真上のアクスルケース内面１０ｃに貼り付けられる。歪ゲージの貼り付け部分が溶接ルート部１９に生じる応力に応じて歪むことで、歪ゲージの抵抗値が変化する。この抵抗値の変化から歪変位量計測手段３１が、溶接ルート部１９に生じる応力を計測する。

ここで、貫通亀裂が発生する際には、溶接ルート部１９に引張応力が繰り返し生じることで、溶接ルート部１９の耐疲労強度が低下し、終には溶接ルート部１９に亀裂が発生する。この亀裂が歪ゲージ貼り付け位置まで進展すると歪ゲージが断線し、その時点で歪検知ができなくなる。

そこで亀裂が発生するまでの疲労限度線図（Ｓ−Ｎ線図）を予め実験で求めておき、歪変位量計測手段３１で、単位時間或いは単位走行距離で検出した応力の最大値を歪変位量積算手段３２が積算し、これを基に亀裂発生予測手段３３が溶接ルート部１９に亀裂が発生する時期や亀裂が発生するまでの距離を予測する。

通常、歪ゲージの断線時すなわち亀裂貫通したときは、デッドアクスルケース１０は変形状態にはなく、亀裂貫通箇所から円周方向に亀裂が進展して変形する。このため、亀裂発生予測手段３３はその変形までの時期を予測でき、表示器３４でそのデッドアクスルケース１０の点検・交換を警告することができる。

亀裂発生は、車両が過積載を繰り返したり、悪路走行、急発進、急制動などを繰り返したりすると早期に起こりやすくなる。

そこで、歪変位量計測手段３１では、検出する歪量から車両が過積載（例えば１５０％過積載）のとき、表示器３４で過積載であることを警告することもできる。

このように本発明においては、特許文献１のように、アクスルケースに、わざわざ、最も弱い部分と次に弱い部分とを成形する必要がないので、アクスルケースが本来有する強度が低下することはない。よって、本発明においては、デッドアクスルケースのブレーキフランジ溶接部に生じる亀裂を、デッドアクスルケースの耐用年数を低下させることなく、的確に検出できる。

デッドアクスルケースに亀裂進展の初期段階であるところの本体板厚貫通時点で亀裂の存在が発見できる。これにより、車両の故障が回避でき、デッドアクスルケースの故障前にデッドアクスルケースを交換できるため、車両の無稼働時間を最小限にできる。

１０ デッドアクスルケース
１６ ブレーキフランジ
１８ｉ 溶接ビード
１９ ルート部
２０ 歪検知器

Claims (4)

1. デッドアクスルケースにリング状のブレーキフランジを挿通して車軸方向の片側を全周溶接し、その溶接ビードの最下部におけるルート部の真上のデッドアクスルケース内面に、その内面に発生する歪を検出する歪検知器を取り付け、該歪検知器で、デッドアクスルケースの亀裂を予測することを特徴とするデッドアクスルケースの亀裂検知システム。
2. 前記歪検知器は歪ゲージからなり、その歪ゲージを溶接ビードの最下部におけるルート部の真上のデッドアクスルケース内面に貼り付け、歪ゲージに接続されたリード線が、デッドアクスルケースの上下方向中立位置に貫通形成した穴を通して、デッドアクスルケース外に延出され、前記歪検知器での検出値が歪変位量計測手段に入力される請求項１記載のデッドアクスルケースの亀裂検知システム。
3. 歪変位量計測手段は前記歪検知器からの検出値から歪変位量を求めると共に、その歪変位量からデッドアクスルケースに掛かる軸重を求めて、過積載かどうかを判定する請求項２記載のデッドアクスルケースの亀裂検知システム。
4. 歪変位量計測手段で求めた歪変位量を歪変位量積算手段が、単位時間ごと或いは単位距離ごとに積算し、その積算した歪変位量の総和から亀裂発生予測手段が亀裂発生の時期を予測する請求項３記載のデッドアクスルケースの亀裂検知システム。

Images