KR100678633B1 - 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어에 관한 것으로서, 그 목적은, 랙과 피니언의 작동시 수직분력의 발생을 배제함으로써 조향성능이 향상되고 스티어링 장치의 수명이 보전되도록 하는 데에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 랙과 피니언의 작동에 의해 조향력을 전달하는 자동차의 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어에 있어서, 상기 랙의 치가 랙의 횡축 중심선을 기준으로 상하 서로 반대방향으로 형성되고, 상기 피니언의 치는 상기 랙의 치에 대응하여 피니언의 횡축 중심선을 기준으로 상하 서로 반대방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.

스티어링, 랙, 피니언, 기어, 반대방향, 대칭, 더블 헬리컬, 수직, 분력

Description

랙 앤드 피니언형 스티어링 기어{Rack and Pinion Type Steering Gear System}

도 1은 종래 스티어링 기어의 랙바를 나타낸 도면,

도 2는 종래 스티어링 기어의 피니언을 나타낸 도면,

도 3은 통상적인 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어를 나타낸 도면,

도 4는 종래 스티어링 기어에서 조향시 랙에 대한 작용하중을 설명하는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 스티어링 기어의 랙바를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 스티어링 기어의 피니언을 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 따른 스티어링 기어에서 조향시 랙에 대한 작용하중을 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 랙 1a,1a' : 랙의 치

2 : 피니언 2a, 2a' : 피니언의 치

ℓ: 랙의 횡축 중심선 ℓ' : 피니언의 횡축 중심선

Fv, Fv' : 수직분력 Lc,Lc' : 치의 접촉하중

Lt,Lt' : 전달하중

본 발명은 자동차의 스티어링장치에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 랙과 피니언 기어의 작동에 의해 자동차의 진행 방향을 변경하는 스티어링장치에 있어서 해당 기어의 주요부를 구성하는 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어에 관한 것이다.

자동차의 진행 방향을 운전자의 의사대로 변경하기 위해 사용되는 스티어링장치의 기어기구로는 랙 앤드 피니언형(Rack and Pinion Type)과 볼 앤드 너트형(Ball and Nut Type)이 있다.

특히, 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어는 구조가 간단하며, 스티어링 샤프트에 직접 연결되어 있는 피니언 기어의 움직임이 랙으로 전달되기 때문에 스티어링 휠의 움직임에 타이어가 직접적으로 반응하는 구조를 가지고 있어, 동력 조향의 여부를 불문하고 소형차와 앞바퀴 굴림 차량에 가장 널리 사용되고 있다.

이러한 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어를 구성하는 랙과 피니언의 구조가 첨부도면 도 1 및 도 2에 각각 도시되어 있는데, 통상적인 랙과 피니언에 형성된 치(齒)의 구조는 도면에서와 같이 어느 일방향으로만 가공이 되어 있다.

이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이 랙과 피니언의 조립 완성후 작동시, A 방향으로 조향력이 작용할 때 B방향으로 수직분력이 함께 작용하게 된다.

이는 조향시 랙에 대한 작용 하중을 도시한 도 4를 통해서도 쉽게 알 수 있는데, 피니언의 회전에 따른 전달하중(Lt)의 작용방향에 대해 랙과 피니언의 치의 접촉하중(Lc)이 작용하는 방향이 이루는 각도(β)에 비례하는 수직분력(Fv)이 발생하게 된다.

이와 같이 랙과 피니언의 작동에 따른 수직분력의 발생은 조향성능을 저하시키고 전체 스티어링 장치의 수명을 저해하는 악영향을 미치게 되므로, 이를 개선할 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 랙과 피니언의 작동시 수직분력의 발생을 배제함으로써 조향성능이 향상되고 스티어링 장치의 수명이 보전되도록 하는 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어를 제공하는 데에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어는, 랙과 피니언의 작동에 의해 조향력을 전달하는 자동차의 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어에 있어서, 상기 랙의 치가 랙의 횡축 중심선을 기준으로 상하 서로 반대방향으로 형성되고, 상기 피니언의 치는 상기 랙의 치에 대응하여 피니언의 횡 축 중심선을 기준으로 상하 서로 반대방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 랙의 치는 상기 랙의 횡축 중심선을 기준으로 상하 대칭을 이루고, 상기 피니언의 치는 상기 피니언의 횡축 중심선을 기준으로 상하 대칭을 이루도록 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 랙의 구조가 도 5에 도시되어 있는데, 랙(1)의 횡축 중심선(ℓ)에 대하여 랙의 치(1a,1a')가 상하 반대방향으로, 특히 상하 서로 대칭을 이루는 더블 헬리컬(double helical) 형태가 되도록, 상기 횡축 중심선(ℓ) 상측의 치(1a)는 좌향 사선으로 형성되어 있고, 횡축 중심선(ℓ) 하측의 치(1a')는 우향 사선으로 형성되어 있다.

그리고, 상기 랙(1)과 치합되는 피니언의 구조는 도 6에 도시되어 있는데, 랙(1)의 치(1a,1a')들과 맞물리게 되는 피니언(2)의 치(2a,2a')들 역시 랙(1)의 치(1a,1a')들이 형성된 구조에 대응되도록 횡축 중심선(ℓ')에 대하여 상하 위치에 각각 우향 사선과 좌향 사선으로 형성됨으로써 더블 헬리컬 형태를 갖는다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 랙(1)과 피니언(2)의 작동시 랙바에 작용하는 하중과 분력의 관계에 대해 도 7을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 횡축 중심선(ℓ)의 상측에 좌향 사선으로 치(1a)가 형성된 부위에는 피니언의 회전에 따른 전달하중(Lt), 랙과 피니언의 치의 접촉하중(Lc), 그리고 이들 하중에 비례하여 수직 상방으로 분력(Fv)이 발생한다.

이에 대응하여, 횡축 중심선(ℓ)의 하측에 우향 사선으로 치(1a')가 형성된 부위에도 전달하중(Lt')과 치의 접촉하중(Lc)이 작용하되, 횡축 중심선(ℓ)의 상측에 작용하는 수직 상방의 분력(Fv)과는 힘의 크기는 동일하지만 힘의 방향은 반대인 수직 하방의 분력(Fv')이 발생하게 된다.

이에 따라, 랙(1)에 수직 상방의 분력(Fv)만이 작용하던 종래의 경우와는 달리 수직 상방의 분력(Fv)과 반대방향으로 발생하는 수직 하방의 분력(Fv')에 의해 랙(1)에 작용하는 수직분력은 상쇄되고 만다.

이와 같이, 더블 헬리컬형의 치가 형성된 랙과 피니언의 구조에 의해 본 발명의 스티어링 기어에서는 랙에 작용하는 수직분력이 배제되는 결과를 얻을 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어에 의하면, 랙과 피니언의 작동시 불필요한 수직분력의 발생이 배제되므로, 조향성능이 향상되고 스티어링 장치의 수명이 보전되는 효과를 볼 수 있다.

Claims (2)

1. 랙과 피니언의 작동에 의해 조향력을 전달하는 자동차의 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어에 있어서,

   상기 랙의 치가 랙의 횡축 중심선을 기준으로 상하 서로 반대방향으로 형성되고, 상기 피니언의 치는 상기 랙의 치에 대응하여 피니언의 횡축 중심선을 기준으로 상하 서로 반대방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어.
2. 제1항에 있어서,

   상기 랙의 치는 상기 랙의 횡축 중심선을 기준으로 상하 대칭을 이루고, 상기 피니언의 치는 상기 피니언의 횡축 중심선을 기준으로 상하 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 랙 앤드 피니언형 스티어링 기어.

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