KR100591407B1 - 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치 - Google Patents

자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일 세이프 겸용 장치에 관한 것으로서, 스티어링 휠과 연결되어 스티어링 휠의 회전력을 전달하는 스터브 샤프트; 상기 스터브 샤프트의 내측에 핀으로 고정 연결되어 회전하는 토션 바; 상기 스터브 샤프트의 외측에 핀에 걸려있는 로터; 상기 스터브 샤프트와 로터를 감싸면서 토션 바의 하단과 핀으로 고정연결되어 있는 워엄; 상기 워엄의 외측면과 기어 결합되어 있고 고압유에 의해 직선운동을 하면서 워엄의 회전을 도와주는 동력 피스톤; 및 상기 동력 피스톤의 외측면과 기어 결합되어 동력 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시킴으로써 바퀴의 조향을 변환시키는 섹터를 포함하여 이루어지는 파워 스티어링 장치에 있어서,
상기 스터브 샤프트와 상기 워엄 사이에 위치하고 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 형성되어 상기 워엄 내주면의 세레이션과의 틈새를 0.05㎜ 이하로 하는 페일 세이프 세레이션이 설치되어 있는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
스터브 샤프트와 워엄 사이에 위치하여 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 설치되어 상기 스터브 샤프트의 동심도 유지 기능만을 가지는 니들 베어링 대신에 상기 스터브 샤프트와 상기 워엄 사이에 위치하고 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 형성되어 있는 페일 세이프 세레이션(FAIL SAFE SERRATION)과 워엄 내주면의 세레이션과의 틈새를 0.05㎜ 이하로 줄여주어 종래의 니들 베어링이 할 수 있었던 동심도 유지 기능을 하게 됨으로써 상기 니들 베어링이 삭제되는 효과가 있다.
파워 스티어링, 니들베어링, 워엄, 스터브 샤프트

Description

자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치{DEVICE FOR POSITION MAINTENANCE FOR A POWER STEERING OF THE AUTOMOBILE}
도 1은 종래의 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 x-x'선의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 y-y'선의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
51 : 스터브 샤프트 53 : 토션 바
55 : 로터 57 : 워엄 샤프트
59 : 동력 피스톤 61 : 섹터
63 : 페일 세이프 세레이션
페일 세이프 기능부 : 가, 나
본 발명은 자동차용 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스터브 샤프트의 동심도 유지 기능만을 가지는 니들 베어링 대신에 스터브 샤프트와 워엄 사이에 위치하고 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 형성되어 있는 페일 세이프 세레이션((FAIL SAFE SERRATION)과 워엄 내주면의 세레이션과의 틈새를 0.05㎜ 이하로 줄여주어 종래의 니들 베어링이 할 수 있었던 동심도 유지 기능을 하게 됨으로써 상기 니들 베어링이 삭제되는 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 스티어링(steering) 장치는 자동차의 진행방향을 임의로 바꾸기 위한 장치를 말하며, 조작기구, 기어기구, 링크기구의 3가지 구조로 구성되어 있다.
상기한 바와 같은 스티어링 장치를 운전자가 조작하는데 있어서, 유압을 이용하여 한층 더욱 수월하게 조향이 이루어지도록 하기 위한 것이 파워 스티어링(power steering) 장치이다.
도 1은 종래의 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치의 구성을 나타내는 단면도이고 도 2는 도 1의 x-x'선의 단면도이다.
도 1과 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치의 구성은, 스티어링 휠(steering wheel)(미도시)과 연결되어 스티어링 휠(미도시)의 회전력을 전달하는 스터브 샤프트(stub shaft)(11); 상기 스터브 샤프트(11)의 내측에 핀으로 고정 연결되어 회전하는 토션 바(torsion bar)(13); 상기 스터브 샤프트(11)의 외측에 핀에 걸려있는 로터(rotor)(15); 상기 스터브 샤프트(11)와 로터(15)를 감싸면서 상기 토션 바(13)의 하단과 핀으로 고정연결되어 있는 워엄(worm)(17); 상기 워엄(17)의 외측면과 기어 결합되어 있고 고압유에 의해 직선운동을 하면서 워엄(17)의 회전을 도와주는 동력 피스톤(piston)(19); 및 상기 동력 피스톤(19)의 외측면과 기어 결합되어 동력 피스톤(19)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시킴으로써 바퀴(미도시)의 조향을 변환시키는 섹터(sector)(21)를 포함하여 이루어지는 파워 스티어링 장치에 있어서,
상기 스터브 샤프트(11)와 상기 워엄(17) 사이에 위치하고 상기 스터브 샤프트(11)의 일측 외주면을 따라 형성되어 상기 워엄(17) 내주면의 세레이션(25)과의 틈새를 G(0.06㎜) 이상으로 하는 페일 세이프 세레이션(23)과 상기 스터브 샤프트(11)와 상기 워엄(17) 사이에 위치하고 상기 스터브 샤프트(11)의 일측 외주면을 따라 설치되어 상기 스터브 샤프트(11)의 동심도 유지기능을 하는 니들 베어링(needle bearing)(27)이 설치되어 있는 구조로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 종래의 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지장치의 작용은 다음과 같다.
운전자가 스티어링 휠(미도시)을 돌리면 스티어링 휠(미도시)의 회전력이 스터브 샤프트(11)로 전달되면서 스터브 샤프트(11)가 회전하게 된다.
이와 같이 스터브 샤프트(11)가 회전하게 되면, 스터브 샤프트(11)와 핀으로 연결되어 있는 토션 바(13)가 회전력으로 인해 비틀어지게 되면서, 토션 바(13)의 하부에 핀으로 고정 결합되어 있는 워엄(17)이 회전하게 된다.
상기한 워엄(17)은 동력 피스톤(19)에 연결되어 있고, 동력 피스톤(19)은 섹 터(21)에 연결되어 있으며, 섹터(21)는 바퀴(미도시)에 연결되어 있으므로, 결과적으로 워엄(17)의 회전은 바퀴(미도시)를 회전시키게 된다.
그러나, 바퀴(미도시)는 지면 접촉력에 의한 저항력을 받기 때문에 스티어링 휠(미도시)이 잘 회전되지 않게 된다.
이 경우에 운전자가 스티어링 휠(미도시)을 계속 돌려줌으로써 스터브 샤프트(11)를 계속 비틀면 토션 바(13)가 비틀리면서 로터(15)와 워엄(17)의 상대 변위 차에 의해 고압유가 발생하여 A실 또는 B실로 흘러 들어가 동력 피스톤(19)의 측면을 밀게 되고, 이에 따라 동력 피스톤(19)이 섹터(21)를 회전시켜 바퀴(미도시)를 돌려주게 된다.
아울러 워엄(17)도 회전시켜 토션 바(13)를 거쳐 스터브 샤프트(11)로 회전력이 전달되어 스티어링 휠(미도시)이 가볍게 돌아간다.
상기와 같은 동작을 계속적으로 반복하면서 자동차의 좌우 회전이 가능하게 된다.
상기한 스터브 샤프트(11)는 토션 바(13)에 의한 회전 각도가 3°이내이고 회전 속도도 아주 느린 상태에서 회전 운동을 원할하게 하면서 하중을 지지하게 되는데, 이 때 상기 스터브 샤프트(11)와 상기 워엄(17) 사이에 위치하고 상기 스터브 샤프트(11)의 일측 외주면을 따라 설치되어 있는 니들 베어링(27)이 상기 스터브 샤프트(11)의 회전시 동심도를 유지시키는 기능을 한다.
그러나, 이와 같은 종래의 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지장치는 상대적으로 가격이 비싼 니들 베어링(27)을 사용할 뿐만 아니라, 상기 스터브 샤프트(11)와 상기 워엄(17) 사이에 상기 스터브 샤프트(11)의 일측 외주면을 따라니들 베어링(27)을 설치하기 위한 자리 연마 가공공정 및 고주파 열처리 공정을 해주어야 함으로써 원가상승 및 제작공정의 복잡성을 가져오는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스터브 샤프트와 워엄 사이에 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 니들 베어링을 설치하기 위한 자리 연마 가공공정 및 고주파 열처리 공정을 삭제하여 원가절감 및 제작공정의 단순화를 가져오기 위하여 상기 니들 베어링 대신에 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 형성되어 있는 페일 세이프 세레이션과 상기 워엄 내주면의 세레이션과의 틈새를 0.05㎜ 이하로 줄여주어 종래의 니들 베어링이 할 수 있었던 동심도 유지 기능을 하게 됨으로써 상기 니들 베어링의 삭제가 가능한 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 구성은, 스티어링 휠과 연결되어 스티어링 휠의 회전력을 전달하는 스터브 샤프트; 상기 스터브 샤프트의 내측에 핀으로 고정 연결되어 회전하는 토션 바; 상기 스터브 샤프트의 외측에 핀에 걸려있는 로터; 상기 스터브 샤프트와 로터를 감싸면서 토션 바의 하단과 핀으로 고정연결되어 있는 워엄; 상기 워엄의 외측면과 기어 결합되어 있고 고압유에 의해 직선운동을 하면서 워엄의 회전을 도와주는 동력 피스톤; 및 상기 동력 피스톤의 외측면과 기어 결합되어 동력 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시킴 으로써 바퀴의 조향을 변환시키는 섹터를 포함하여 이루어지는 파워 스티어링 장치에 있어서,
상기 스터브 샤프트와 상기 워엄 사이에 위치하고 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 형성되어 상기 워엄 내주면의 세레이션과의 틈새를 0.05㎜ 이하로 하는 페일 세이프 세레이션이 설치되어 있는 구조로 이루어진다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치의 구성을 나타내는 단면도이고 도 4는 도 3의 y-y'선의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치의 구성은, 스티어링 휠(미도시)과 연결되어 스티어링 휠(미도시)의 회전력을 전달하는 스터브 샤프트(51); 상기 스터브 샤프트(51)의 내측에 핀으로 고정 연결되어 회전하는 토션 바(53); 상기 스터브 샤프트(51)의 외측에 핀에 걸려있는 로터(55); 상기 스터브 샤프트(51)와 로터(55)를 감싸면서 토션 바(53)의 하단과 핀으로 고정연결되어 있는 워엄(57); 상기 워엄(57)의 외측면과 기어 결합되어 있고 고압유에 의해 직선운동을 하면서 워엄(57)의 회전을 도와주는 동력 피스톤(59); 및 상기 동력 피스톤(59)의 외측면과 기어 결합되어 동력 피스톤(59)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시킴으로써 바퀴(미도시)의 조향을 변환시키는 섹터(61)를 포함하여 이루어지는 파워 스티어링 장치에 있어서,
상기 스터브 샤프트(51)와 상기 워엄(57) 사이에 위치하고 상기 스터브 샤프트(51)의 일측 외주면을 따라 형성되어 상기 워엄(57) 내주면의 세레이션(65)과의 틈새를 G1(0.05㎜) 이하로 하는 페일 세이프 세레이션(63)이 설치되어 있는 구조로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 본 발명의 실시예에 의한 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
운전자가 스티어링 휠(미도시)을 돌리면 스티어링 휠(미도시)의 회전력이 스터브 샤프트(51)로 전달되면서 스터브 샤프트(51)가 회전하게 된다.
이와 같이 스터브 샤프트(51)가 회전하게 되면, 스터브 샤프트(51)와 핀으로 연결되어 있는 토션 바(53)가 회전력으로 인해 비틀어지게 되면서, 토션 바(53)의 하부에 핀으로 고정 결합되어 있는 워엄(57)이 회전하게 된다.
상기한 워엄(57)은 동력 피스톤(59)에 연결되어 있고, 동력 피스톤(59)은 섹터(61)에 연결되어 있으며, 섹터(61)는 바퀴(미도시)에 연결되어 있으므로, 결과적으로 워엄(57)의 회전은 바퀴(미도시)를 회전시키게 된다.
그러나, 바퀴(미도시)는 지면 접촉력에 의한 저항력을 받기 때문에 스티어링 휠(미도시)이 잘 회전되지 않게 된다.
이 경우에 운전자가 스티어링 휠(미도시)을 계속 돌려줌으로써 스터브 샤프트(51)를 계속 비틀면 토션 바(53)가 비틀리면서 로터(55)와 워엄(57)의 상대 변위 차에 의해 고압유가 발생하여 A실 또는 B실로 흘러 들어가 동력 피스톤(59)의 측면을 밀게 되고, 이에 따라 동력 피스톤(59)이 섹터(61)를 회전시켜 바퀴(미도시)를 돌려주게 된다.
아울러 워엄(57)도 회전시켜 토션 바(53)를 거쳐 스터브 샤프트(51)로 회전력이 전달되어 스티어링 휠(미도시)이 가볍게 돌아간다.
상기와 같은 동작을 계속적으로 반복하면서 자동차의 좌우 회전이 가능하게 된다.
상기한 스터브 샤프트(51)는 토션 바(53)에 의한 회전 각도가 3°이내이고 회전 속도도 아주 느린 상태에서 회전 운동을 원할하게 하면서 하중을 지지하게 되는데, 이때 상기 스터브 샤프트(51)와 상기 워엄(57) 사이에 위치하고 상기 스터브 샤프트(51)의 일측 외주면을 따라 형성되어 있는 페일 세이프 세레이션(63)은 상기 워엄(57) 내주면의 세레이션(65)과의 틈새가 G1(0.05㎜) 이하로 형성되어 있음으로써 상기 스터브 샤프트(51)의 회전시 동심도를 유지시키는 역할을 하며, 만약 토션 바(53)가 비틀림 각도 9°이상 또는 파손 되었을 경우에는 페일 세이프 기능(가, 나)까지 겸용한다.
이와 같이, 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 형성되어 있는 페일 세이프 세레이션과 상기 워엄 내주면의 세레이션과의 틈새가 0.05㎜ 이하로 형성됨으로써 종래의 니들 베어링이 할 수 있었던 동심도 유지 기능이 가능해져 상기 스터브 샤프트와 상기 워엄 사이에 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 상기 니들 베어링을 설치하기 위한 자리 연마 가공공정 및 고주파 열처리 공정이 삭제되어 원가절감 및 제작공정의 단순화를 가져오게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치는 스터브 샤프트와 워엄 사이에 위치하여 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 설치되어 상기 스터브 샤프트의 동심도 유지 기능만을 가지는 니들 베어링 대신에 상기 스터브 샤프트와 상기 워엄 사이에 위치하고 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 형성되어 있는 페일 세이프 세레이션과 상기 워엄 내주면의 세레이션과의 틈새를 0.05㎜ 이하로 줄여줌으로써, 종래의 니들 베어링이 할 수 있었던 동심도 유지 기능이 가능해져 상기 스터브 샤프트와 상기 워엄 사이에 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 상기 니들 베어링을 설치하기 위한 자리 연마 가공공정 및 고주파 열처리 공정이 삭제되어 원가절감 및 제작공정의 단순화를 가져오는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

  1. 스티어링 휠과 연결되어 스티어링 휠의 회전력을 전달하는 스터브 샤프트;
    상기 스터브 샤프트의 내측에 핀으로 고정 연결되어 회전하는 토션 바;
    상기 스터브 샤프트의 외측에 핀에 걸려있는 로터;
    상기 스터브 샤프트와 로터를 감싸면서 토션 바의 하단과 핀으로 고정연결되어 있는 워엄;
    상기 워엄의 외측면과 기어 결합되어 있고 고압유에 의해 직선운동을 하면서 워엄의 회전을 도와주는 동력 피스톤; 및
    상기 동력 피스톤의 외측면과 기어 결합되어 동력 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시킴으로써 바퀴의 조향을 변환시키는 섹터를 포함하여 이루어지는 파워 스티어링 장치에 있어서,
    상기 스터브 샤프트와 상기 워엄 사이에 위치하고 상기 스터브 샤프트의 일측 외주면을 따라 형성되어 상기 워엄 내주면의 세레이션과의 틈새를 0.05㎜ 이하로 하는 페일 세이프 세레이션이 설치되어 있는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치.
KR1020050002528A 2005-01-11 2005-01-11 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 장치 KR100591407B1 (ko)

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