KR100795042B1 - 차량용 조향장치의 기어박스 - Google Patents

차량용 조향장치의 기어박스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 조향장치의 기어박스에 관한 것으로서, 그 목적은 하우징의 내부에 설치되는 랙피스톤의 회전을 방지하고, 서로 이물림되는 랙기어와 섹터기어의 밀착상태를 유지할 수 있도록 랙피스톤의 외부에 탄성지지부를 구비한 차량용 조향장치의 기어박스를 제공하는 것이며, 축방향으로 왕복운동될 수 있도록 하우징(10)의 내부에 설치되며 일측에는 랙기어(42)가 형성된 랙피스톤(40)과, 상기 랙기어(42)와 이물림될 수 있도록 일측에 섹터기어(51)가 형성되어 상기 랙피스톤(40)과 교축되도록 설치된 섹터축(50)과, 상기 랙기어(42)와 섹터기어(51)의 밀착상태를 유지할 수 있도록 상기 랙피스톤(40)을 상기 섹터축(50) 측으로 탄성지지하는 탄성지지부(100)가 구비되는 구성이다.
랙피스톤, 랙기어, 섹터축, 섹터기어, 탄성지지부

Description

차량용 조향장치의 기어박스{GEAR BOX OF STEERING SYSTEM FOR VEHICLE}
도 1은 종래 차량용 조향장치의 기어박스를 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 조향장치의 기어박스를 보인 단면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 보인 부분단면도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 하우징 20 : 로터리밸브
30 : 볼스크류 40 : 랙피스톤
42 : 랙기어 50 : 섹터축
51 : 섹터기어 100 : 탄성지지부
110 : 안내홀 120 : 엔드커버
130 : 가압부재 140 : 스프링
본 발명은 차량용 조향장치의 기어박스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하우징의 내부에 설치되는 랙피스톤의 회전을 방지하고, 서로 이물림되는 랙기어와 섹터기어의 밀착상태를 유지할 수 있도록 랙피스톤의 외부에 탄성지지부를 구비한 차량용 조향장치의 기어박스에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 조향장치는 차량의 진행 방향을 변경하기 위해 차량의 조향륜 회전각을 조절할 수 있도록 마련되는 것으로서, 운전석에 마련된 조향핸들과, 그 하측에 마련되는 조향축, 그리고 이 조향축과 연결되어 회전력을 감속함과 동시에 동력전달방향을 전환하는 기어박스 등을 구비하여 마련된다.
한편, 기어박스는 워엄섹터형, 워엄섹터롤러형, 볼앤너트형, 랙앤피니언형 등이 있고, 이에 링크기구를 개재하여 조향핸들의 회전력을 조향륜으로 전달하게 되는데, 조작력 경감을 위해 유압력을 발생시키는 유압발생장치를 구비하여 마련된다.
도 1은 볼앤너트형 기어박스를 보인 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 기어박스의 외형을 이루며 내부에는 실린더(1a)가 형성된 하우징(1)이 마련된다.
그리고, 하우징(1)의 일측에는 회전 가능하도록 내부에 입력축(2a)이 마련된 로터리밸브(2)가 설치된다.
또, 하우징(1)의 내부로 연장된 입력축(2a)의 선단에는 볼스크류(3)가 연결 설치되는데, 이 볼스크류(3)의 외부면에는 반구형 단면의 외부홈(3a)이 나선형으로 연장 형성된다.
아울러, 볼스크류(3)의 외측에는, 외부홈(3a)과 대응되도록 내부면에 내부홈(4a)이 형성되며, 실린더(1a)의 내부에서 축방향으로 슬라이딩 동작되도록 랙피스톤(4)이 마련된다.
한편, 외부홈(3a)과 내부홈(4a)의 내부에는 다수개의 볼(6)이 삽입 설치되어 볼스크류(3)의 회전시 랙피스톤(4)이 슬라이딩 동작되는데, 이러한 동작을 외부측으로 전달할 수 있도록 랙피스톤(4)의 일측 외부면에는 랙기어(4b)가 형성된다.
또한, 랙기어(4b)에는 이와 치합될 수 있도록 일단에 섹터기어(5a)가 형성된 섹터축(5)이 랙피스톤(4)과는 교축되도록 배치되어, 볼스크류(3)와 랙피스톤(4)에 의해 감속된 조향력을 전달받아 이를 다시 링크기구측으로 전달하게 된다.
이때 섹터축(5)은 랙기어(4b)를 기준으로 "6°" 정도 경사가공되어 섹터축(5)의 높낮이에 따라 그 사이의 밀착면적이 달라지게 되므로, 랙기어(4b)와 섹터기어(5a)를 통해 전달되는 토크의 높낮이 결정된다.
그러나, 이와 같이 구성된 종래의 차량용 조향장치의 기어박스는, 랙피스톤의 원활한 슬라이딩을 위하여 랙피스톤의 내,외측으로 소정치 형성되는 유격과, 치합되는 랙기어과 섹터기어 사이가 장기간 사용으로 마모되었을 경우 발생되는 유격으로 인해 볼스크류와 볼이 회전되어 랙피스톤을 축방향으로 이동시킬 때 랙피스톤이 반경방향으로 회전하게 된다.
즉, 직선운동되는 랙피스톤이 회전되므로 인해 치합점의 변화가 생기고, 이러한 치합점의 변화는 랙기어와 섹터기어 사이의 토크를 변화시키게 되어 운전자가 느끼는 조향감이 저하되고, 랙기어와 섹터기어 사이의 동력전달이 불안정해지며, 소음 및 진동이 발생되어 제품의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 하우징의 내부에 설치되는 랙피스톤의 회전을 방지하고, 서로 이물림되는 랙기어와 섹터기어의 밀착상태를 유지할 수 있도록 랙피스톤의 외부에 탄성지지부를 구비한 차량용 조향장치의 기어박스를 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 조향장치의 기어박스는, 축방향으로 왕복운동될 수 있도록 하우징의 내부에 설치되며 일측에는 랙기어가 형성된 랙피스톤과, 상기 랙기어와 이물림될 수 있도록 일측에 섹터기어가 형성되어 상기 랙피스톤과 교축되도록 설치된 섹터축을 구비한 차량용 조향장치의 기어박스에 있어서, 상기 랙기어와 섹터기어의 밀착상태를 유지할 수 있도록 상기 랙피스톤을 상기 섹터축 측으로 탄성지지하는 탄성지지부가 마련된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명에 따른 차량용 조향장치의 기어박스에 대한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기어박스의 외형을 이루며 내부에는 각종 부품의 설치공간과 실린더(11) 및 유로가 형성된 하우징(10)이 마련된다.
그리고, 하우징(10)의 일측에는 운전자가 발생시킨 조향력을 전달받아 회전되도록 내부에 입력축(21)이 마련되고, 외부의 유압펌프와 연결되어 하우징(10) 내부로 유압을 공급하는 로터리밸브(20)가 설치된다.
또, 하우징(10)의 내부로 연장되는 입력축(21)의 선단에는 이와 함께 연동되도록 볼스크류(30)가 마련되는데, 이 볼스크류(30)의 외부면에는 반구형 단면의 외부홈(31)이 나선형으로 연장 형성된다.
아울러, 볼스크류(30)의 외측으로는 이에 대응되도록 내부면에 반구형 단면 의 내부홈(41)이 나선형으로 연장 형성되며 실린더(11)의 내부에서 축방향으로 슬라이딩 동작되도록 랙피스톤(40)이 마련된다.
그리고, 볼스크류(30)와 랙피스톤(40)에 형성된 외부홈(31)과 내부홈(41)의 내부에는 다수개의 볼(32)이 삽입 설치되어 볼스크류(30)의 회전시 랙피스톤(40)이 슬라이딩 동작되는데, 이러한 동작을 외부측으로 전달할 수 있도록 랙피스톤(40)의 일측 외부면에는 랙기어(42)가 형성된다.
또, 랙기어(42)에는 이와 치합될 수 있도록 일단에 섹터기어(51)가 형성된 섹터축(50)이 랙피스톤(40)과는 직교하도록 배치되어, 볼스크류(30)와 랙피스톤(40)에 의해 감속된 조향력을 전달 받아 이를 다시 링크기구측으로 전달하게 된다.
한편, 하우징(10)의 일측에는 서로 치합되는 랙기어(42)와 섹터기어(51)의 밀착상태를 유지시켜줄 수 있도록 랙피스톤(40)을 섹터축(50) 측으로 탄성지지해주는 탄성지지부(100)가 마련된다.
이 탄성지지부(100)는 랙피스톤(40)의 랙기어(42)와 반대되는 측에 형성되는 것으로서, 하우징(10)에 형성되는 안내홀(110)과, 이 안내홀(110)을 개폐하는 엔드커버(120), 그리고 안내홀(110)의 안내를 받으며 랙피스톤(40)을 밀 수 있도록 마련되는 가압부재(130)와, 이 가압부재(130)와 엔드커버(120) 사이에 설치되어 가압부재(130)를 랙피스톤(40)측으로 밀어주는 스프링(140)으로 구비된다.
먼저, 안내홀(110)은 엔드커버(120)가 삽입되는 외측 지름에 비해, 엔드커버(120) 보다 작은 지름의 가압부재(130)가 삽입되는 내측 지름이 작게 마련 되고, 외측과 내측의 사이에는 내측의 지름보다 작은 지름으로 형성되어 내,외측으로 단턱이 형성된다.
이때 안내홀(110)의 외측에 설치되는 엔드커버(120)는 중심측에 하향으로 돌출된 삽입단(121)이 안내홀(110)의 가장 작은 지름으로 형성된 중간측을 통과하여 내측으로 까지 연장된다.
그리고, 안내홀(110)의 외측 단턱에는 엔드커버(120)와의 사이에 압착되어 하우징(10) 내부의 오일이 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있도록 오링(122)("O" Ring)이 설치되고, 안내홀(110)의 내주면과 엔드커버(120)의 외주면에는 서로 결합될 수 있도록 나사가 형성된다.
또, 안내홀(110)의 내측으로는 랙피스톤(40)의 왕복방향과 교차되는 방향으로 이동 가능하도록 일단이 상기 랙피스톤(40)과 밀착 설치되는 가압부재(130)의 타단이 삽입 설치된다.
이때 가압부재(130)의 일단은 도 3에 도시된 바와 같이 이에 마주하는 랙피스톤(40)과 밀착될 수 있도록 라운딩 형성되어 랙피스톤(40)의 외부면을 감싸게 된다.
그리고, 이 가압부재(130)의 타단에는 엔드커버(120)의 중심측에 형성된 삽입단(121)이 삽입될 수 있는 정도의 지름을 가지는 설치홈(131)이 마련되고, 이 설치홈(131)에는 스프링(140)이 압착 설치된다.
이 스프링(140)은 일단이 엔드커버(120)의 삽입단(121) 외측으로 설치되어 엔드커버(120)에 의해 지지되고 타단은 설치홈(131)에 삽입됨으로 그 사이를 확장 시킬 수 있도록 탄성력을 발생시킨다.
즉, 하우징(10)에 고정된 엔드커버(120)에 의해 일단이 지지되므로 이동 가능하게 마련된 가압부재(130)를 랙피스톤(40)측으로 밀어주는 탄성력을 발생시키는 것이다.
아울러, 엔드커버(120)의 외측에는 공구 등을 이용하여 이를 회전시킬 수 있도록 공구삽입홈(123)이 설치된다.
이와 같이 구성된 본 발명 차량용 조향장치의 기어박스는, 하우징(10)의 내부에 랙피스톤(40)을 설치할 때 랙피스톤(40)의 외측으로 가압부재(130)를 설치한다.
이때 가압부재(130)는 그 내부에 스프링(140)이 압착되어 삽입된 상태로 안내홀(110)의 내측에 설치된다.
그리고, 안내홀(110)의 외측으로 오링(122)을 개재한 엔드커버(120)를 삽입하고 이를 회전시켜 안내홀(110)과 나사결합시킨다.
이로써, 탄성지지부(100)는, 랙피스톤(40)의 원활한 슬라이딩을 위하여 랙피스톤(40)의 내,외측으로 소정치 형성되는 유격과, 치합되는 랙기어(42)와 섹터기어(51) 사이의 마모로 인한 유격을 보상해주게 된다.
즉, 엔드커버(120)의 지지를 받는 스프링(140)에 의해 랙피스톤(40)을 섹터축(50) 방향으로 가압하게 되므로, 랙피스톤(40)에 형성된 랙기어(42)와 섹터축(50)에 형성된 섹터기어(51)와의 치합상태를 항상 일정하게 유지시키고, 이와 함께 랙피스톤(40)이 회전되는 것을 방지하게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 조향장치의 기어박스는, 하우징의 외부에 탄성지지부를 마련함으로써, 랙피스톤이 볼스크류의 외부에서 회전되는 것을 방지함은 물론, 랙기어와 섹터기어 사이의 밀착상태를 유지할 수 있게 된다.
이로써, 랙기어와 섹터기어 사이의 치합점을 유지할 수 있어 운전자가 느끼는 조향감을 향상시키고, 랙기어와 섹터기어 사이의 안정적인 동력전달을 이룰 수 있으며, 소음 및 진동을 감소시켜 제품의 신뢰성을 향상시키는 이점이 있다.

Claims (3)

  1. 축방향으로 왕복운동될 수 있도록 하우징의 내부에 설치되며 일측에는 랙기어가 형성된 랙피스톤과, 상기 랙기어와 이물림될 수 있도록 일측에 섹터기어가 형성되어 상기 랙피스톤과 교축되도록 설치된 섹터축을 구비한 차량용 조향장치의 기어박스에 있어서,
    상기 랙기어(42)와 섹터기어(51)의 밀착상태를 유지할 수 있도록 상기 랙피스톤(40)을 상기 섹터축(50) 측으로 탄성지지하는 탄성지지부(100)가 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치의 기어박스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성지지부(100)는, 일단이 상기 랙피스톤(40)과 밀착 설치되는 가압부재(130)와, 상기 가압부재(130)의 타단이 삽입되도록 상기 하우징(10)의 외부 일측에 관통 형성되어 상기 랙피스톤(40)의 이동을 안내하는 안내홀(110)과, 상기 안내홀(110)을 개폐할 수 있도록 마련된 엔드커버(120)와, 상기 엔드커버(120)와 가압부재(130)의 타단 사이에 설치되어 탄성력을 발생시키는 스프링(140)으로 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치의 기어박스.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가압부재(130)의 타단에는 상기 스프링(140)이 삽입될 수 있도록 설치 홈(131)이 마련되고, 상기 하우징(10)의 내측으로 설치되는 상기 엔드커버(120)의 일단은 상기 설치홈(131)의 내부로 일부가 삽입될 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 조향장치의 기어박스.
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