KR100624887B1 - 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일세이프 겸용 장치 - Google Patents

자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일세이프 겸용 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 전달하며 다수의 볼이 위치할 수 있도록 홈이 형성된 스터브 샤프트; 상기 스터브 샤프트의 내측에 핀으로 고정 연결되어 회전하는 토션 바; 상기 스터브 샤프트의 외측에 핀으로 고정연결되어 있는 로터; 상기 스터브 샤프트와 로터를 감싸면서 토션 바의 하단과 핀으로 고정연결되어 있으며 다수의 볼이 위치할 수 있도록 홈이 형성된 워엄 샤프트; 상기 워엄 샤프트의 외측면과 기어 결합되어 있고 고압유에 의해 직선운동을 하면서 워엄 샤프트의 회전을 도와주는 동력 피스톤; 상기 동력 피스톤의 외측면과 기어 결합되어 동력 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시킴으로써 바퀴의 조향을 변환시키는 섹터를 포함하여 이루어지는 파워 스티어링 장치에 있어서,
상기 워엄 샤프트와 스터브 샤프트의 사이에 위치하며 스터브 샤프트의 동심도 유지 및 페일 세이프 기능을 겸용하는 다수의 볼이 설치되어 있는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
스터브 샤프트의 동심도 유지 기능만을 가지는 니들 베어링 대신에 다수의 볼을 사용함으로 써, 종래의 니들 베어링이 할 수 있었던 동심도 유지 기능 뿐만 아니라 니들 베어링이 할 수 없었던 페일 세이프 기능까지 겸용할 수 있는 효과가 있다.
파워 스티어링, 스터브 샤프트, 니들 베어링, 워엄 샤프트, 로터

Description

자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일 세이프 겸용 장치{FAIL SAFE A MULTIPLE USE DEVICE FOR POSITION MAINTENANCE FOR A POWER STEERING OF THE AUTOMOBILE}
도 1은 종래의 자동차용 파워 스티어링 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 x-x'선의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일 세이프 겸용 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일 세이프 겸용 장치의 밸브 어셈블리 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 y-y'선의 단면도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
11 : 스터브 샤프트 13 : 토션 바
15 : 로터 17 : 워엄 샤프트
19 : 동력 피스톤 21 : 섹터
50 : 니들 베어링 60 : 다수의 볼
페일 세이프 기능부 : 가, 나
본 발명은 자동차용 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스터브 샤프트의 동심도 유지 기능만을 가지는 니들 베어링 대신에 다수의 볼을 사용함으로써, 종래의 니들 베어링이 할 수 있었던 동심도 유지 기능 뿐만 아니라 니들 베어링이 할 수 없었던 페일 세이프(Fail safe) 기능까지 겸용할 수 있는 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일 세이프 겸용 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 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 x-x'선의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지장치의 구성은, 스티어링 휠(미도시)과 연결되어 스티어링 휠(steering wheel)의 회전력을 전달하는 스터브 샤프트(stub shaft)(11); 상기 스터브 샤프트의 내측에 핀으로 고정 연결되어 회전하는 토션 바(torsion bar)(13); 상기 스터브 샤프트(11)의 외측에 핀으로 고정연결되어 있는 로터(rotor)(15); 상기 스터브 샤프트(11)와 로터(15)를 감싸면서 토션 바(13)의 하단과 핀으로 고정연결되어 있는 워엄 샤프트(worm shaft)(17); 상기 워엄 샤프트(17)의 외측면과 기어 결합되어 있고 고압유에 의해 직선운동을 하면서 워엄 샤프트의 회전을 도와주는 동력 피스톤(piston)(19); 상기 동력 피스톤(19)의 외측면과 기어 결합되어 동력 피스톤(19)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시킴으로써 바퀴의 조향을 변환시키는 섹터(sector)(21)를 포함하여 이루어지는 파워 스티어링 장치에 있어서,
상기 스터브 샤프트(11)의 하단에 스터브 샤프트(11)의 동심도를 유지하기 위하여 니들 베어링(needle bearing)(50)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 휠의 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 샤프트(17)가 회전하게 된다.
상기한 워엄 샤프트(17)는 동력 피스톤(19)에 연결되어 있고, 동력 피스톤(19)은 섹터(21)에 연결되어 있으며, 섹터(21)는 바퀴(미도시)에 연결되어 있으므로, 결과적으로 워엄 샤프트(17)의 회전은 바퀴를 회전시키게 된다.
그러나, 바퀴는 지면 접촉력에 의한 저항력을 받기 때문에 스티어링 휠이 잘 회전되지 않게 된다.
이 경우에 운전자가 스티어링 휠을 계속 돌려줌으로써 스터브 샤프트(11)를 계속 비틀면 토션 바(13)가 비틀리면서 로터(15)와 워엄 샤프트(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 바퀴를 돌려주게 된다.
아울러 워엄 샤프트(17)도 회전시켜 토션 바(13)를 거쳐 스터브 샤프트(11)로 회전력이 전달되어 스티어링 휠이 가볍게 돌아간다.
상기와 같은 동작을 계속적으로 반복하면서 자동차의 좌우 회전이 가능하게 된다.
상기한 스터브 샤프트(11)는 토션 바(13)에 의한 회전 각도가 3도 이내이고 회전 속도도 아주 느린 상태에서 회전 운동을 원할하게 하면서 하중을 지지하게 되는데, 이 때 스터브 샤프트(11)의 하단에 설치되어 있는 니들 베어링(50)은 스터브 샤프트(11)의 회전시 동심도를 유지시키는 역할을 한다.
그러나, 이와 같은 종래의 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지장치는 상대적으로 가격이 비싼 니들 베어링(50)을 사용할 뿐만 아니라, 스터브 샤프트(11)의 하단에 니들 베어링(50)을 설치하기 위한 연마 가공공정 및 고주파 열처리 공정을 해주어야 함으로써 원가상승과 제작공정의 복잡성을 가져오고, 또한 토션 바의 비틀림 각도가 9도 이상이거나 토션 바가 파손되었을 경우에 니들 베어링은 페일 세이프 기능을 할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지장치에서 니들 베어링 대신에 상대적으로 가격이 저렴한 다수의 볼을 사용함과 동시에 스터브 샤프트의 하단에 니들 베어링을 설치하기 위한 연마 가공공정 및 고주파 열처리 공정을 제거함으로써 원가절감과 제작공정의 단순화를 가져올 수 있고, 또한 종래의 니들 베어링이 할 수 있었던 동심도 유지 기능 뿐만 아니라 니들 베어링이 할 수 없었던 페일 세이프 기능까지 겸용할 수 있는 다수의 볼을 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일 세이프 겸용 장치에 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 구성은, 스티어링 휠과 연결되어 스티어링 휠의 회전력을 전달하며 다수의 볼이 위치할 수 있도록 홈이 형성된 스터브 샤프트; 상기 스터브 샤프트의 내측에 핀으로 고정 연결되어 회전하는 토션 바; 상기 스터브 샤프트의 외측에 핀으로 고정연결되어 있는 로터; 상기 스 터브 샤프트와 로터를 감싸면서 토션 바의 하단과 핀으로 고정연결되어 있으며 다수의 볼이 위치할 수 있도록 홈이 형성된 워엄 샤프트; 상기 워엄 샤프트의 외측면과 기어 결합되어 있고 고압유에 의해 직선운동을 하면서 워엄 샤프트의 회전을 도와주는 동력 피스톤; 상기 동력 피스톤의 외측면과 기어 결합되어 동력 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시킴으로써 바퀴의 조향을 변환시키는 섹터를 포함하여 이루어지는 파워 스티어링 장치에 있어서,
상기 워엄 샤프트와 스터브 샤프트의 사이에 위치하며 스터브 샤프트의 동심도 유지 및 페일 세이프 기능을 겸용하는 다수의 볼이 설치되며, 상기 워엄 샤프트는 상기한 볼이 위치할 수 있는 공간이 되도록 함과 동시에 볼과의 페일 세이프 기능을 수행할 수 있는 홈이 형성되며, 상기 스터브 샤프트는 상기한 워엄 샤프트의 홈과 대응되는 위치에 볼이 회전가능하게 위치할 수 있도록 반원형상의 홈이 형성되는 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.
본 발명의 실시예에 따른 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일 세이프 겸용 장치의 구성은, 도 4 내지 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 스티 어링 휠(미도시)과 연결되어 스티어링 휠의 회전력을 전달하며 다수의 볼이 위치할 수 있도록 홈이 형성된 스터브 샤프트(11); 상기 스터브 샤프트(11)의 내측에 핀으로 고정 연결되어 회전하는 토션 바(13); 상기 스터브 샤프트(11)의 외측에 핀으로 고정연결되어 있는 로터(15); 상기 스터브 샤프트(11)와 로터(15)를 감싸면서 토션 바(13)의 하단과 핀으로 고정연결되어 있으며 다수의 볼이 위치할 수 있도록 홈이 형성된 워엄 샤프트(17); 상기 워엄 샤프트(17)의 외측면과 기어 결합되어 있고 고압유에 의해 직선운동을 하면서 워엄 샤프트(17)의 회전을 도와주는 동력 피스톤(19); 상기 동력 피스톤(19)의 외측면과 기어 결합되어 동력 피스톤(19)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시킴으로써 바퀴의 조향을 변환시키는 섹터(21)를 포함하여 이루어지는 파워 스티어링 장치에 있어서,
상기 워엄 샤프트(17)와 스터브 샤프트(11)의 사이에 위치하며 스터브 샤프트(11)의 동심도 유지 및 페일 세이프 기능을 겸용하는 다수의 볼(60)이 설치되며, 상기 워엄 샤프트(17)는 상기한 볼(60)이 위치할 수 있는 공간이 되도록 함과 동시에 볼(60)과의 페일 세이프 기능을 수행할 수 있는 홈이 형성되며, 상기 스터브 샤프트(11)는 상기한 워엄 샤프트(17)의 홈과 대응되는 위치에 볼이 회전가능하게 위치할 수 있도록 반원형상의 홈이 형성되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의한, 본 발명의 실시예에 의한 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일 세이프 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
운전자가 스티어링 휠(미도시)을 돌리면 스티어링 휠의 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 샤프트(17)가 회전하게 된다.
상기한 워엄 샤프트(17)는 동력 피스톤(19)에 연결되어 있고, 동력 피스톤(19)은 섹터(21)에 연결되어 있으며, 섹터(21)는 바퀴(미도시)에 연결되어 있으므로, 결과적으로 워엄 샤프트(17)의 회전은 바퀴를 회전시키게 된다.
그러나, 바퀴는 지면 접촉력에 의한 저항력을 받기 때문에 스티어링 휠이 잘 회전되지 않게 된다.
이 경우에 운전자가 스티어링 휠을 계속 돌려줌으로써 스터브 샤프트(11)를 계속 비틀면 토션 바(13)가 비틀리면서 로터(15)와 워엄 샤프트(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 바퀴를 돌려주게 된다.
아울러 워엄 샤프트(17)도 회전시켜 토션 바(13)를 거쳐 스터브 샤프트(11)로 회전력이 전달되어 스티어링 휠이 가볍게 돌아간다.
상기와 같은 동작을 계속적으로 반복하면서 자동차의 좌우 회전이 가능하게 된다.
상기한 스터브 샤프트(11)는 토션 바(13)에 의한 회전 각도가 3도 이내이고 회전 속도도 아주 느린 상태에서 회전 운동을 원할하게 하면서 하중을 지지하게 되는데, 이 때 워엄 샤프트(17)와 스터브 샤프트(11)의 사이에 설치되어 있는 다수의 볼(60)은 스터브 샤프트(11)의 회전시 동심도를 유지시키는 역할을 하며, 만약 토션 바(13)가 비틀림 각도 9도 이상 또는 파손되었을 경우에는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 볼(60)의 '가'면이 워엄 샤프트(17)의 '나'면과 접촉되어 '나'면을 밀어줌으로써 페일 세이프 기능까지 겸용한다.
이와 같이, 본 발명은 스터브 샤프트의 하단에 니들 베어링을 설치하기 위한 연마 가공공정 및 고주파 열처리 공정을 삭제하여 상대적으로 가격이 저렴한 다수의 볼을 사용함으로써 원가절감 및 제작공정의 단순화를 가져올 수 있고, 또한 스터브 샤프트의 동심도 유지 기능 및 토션 바의 비틀림 각도 9도 이상 또는 토션 바가 파손되었을 경우에 니들 베어링은 할 수 없었던 페일 세이프 기능까지 겸용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일 세이프 겸용 장치는 니들 베어링의 높은 제작비용과 구조의 복잡성 및 페일 세이프 기능을 하지 못하는 문제를 다수의 볼 구조로 대체함으로써 원가절감 및 구조의 단순화를 가져오고 또한, 동심도 유지 및 페일 세이프 기능을 겸용할 수 있으며, 스터브 샤프트의 하단에 니들 베어링을 설치하기 위한 연마 가공공정 및 고주파 열처리 공정을 제거함으로써 제작공정이 쉬워지는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 스티어링 휠과 연결되어 스티어링 휠의 회전력을 전달하며 다수의 볼이 위치할 수 있도록 홈이 형성된 스터브 샤프트; 상기 스터브 샤프트의 내측에 핀으로 고정 연결되어 회전하는 토션 바; 상기 스터브 샤프트의 외측에 핀으로 고정연결되어 있는 로터; 상기 스터브 샤프트와 로터를 감싸면서 토션 바의 하단과 핀으로 고정연결되어 있으며 다수의 볼이 위치할 수 있도록 홈이 형성된 워엄 샤프트; 상기 워엄 샤프트의 외측면과 기어 결합되어 있고 고압유에 의해 직선운동을 하면서 워엄 샤프트의 회전을 도와주는 동력 피스톤; 상기 동력 피스톤의 외측면과 기어 결합되어 동력 피스톤의 직선 운동을 회전 운동으로 변환시킴으로써 바퀴의 조향을 변환시키는 섹터를 포함하여 이루어지는 파워 스티어링 장치에 있어서,
    상기 워엄 샤프트와 스터브 샤프트의 사이에 위치하며 스터브 샤프트의 동심도 유지 및 페일 세이프 기능을 겸용하는 다수의 볼이 설치되어 있는 구조로 이루어지며,
    상기 워엄 샤프트는 상기한 볼이 위치할 수 있는 공간이 되도록 함과 동시에 볼과의 페일 세이프 기능을 수행할 수 있는 홈이 형성되며,
    상기 스터브 샤프트는 상기한 워엄 샤프트의 홈과 대응되는 위치에 볼이 회전가능하게 위치할 수 있도록 반원형상의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 파워 스티어링 장치의 동심도 유지 및 페일 세이프 겸용 장치.
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