KR100910625B1 - 자동차용 조향장치의 타이로드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차의 조향장치에 있어서 스티어링 휠의 조향 동력을 차륜으로 전달하는 타이로드에 관한 것이다.
본 발명은 양단부에 각각 이너 볼과 아우터 볼이 수평 방향으로 구비된 볼 핀과, 상기 이너 볼을 수평 방향으로 수용하여 이너 볼 조인트를 형성하되 수평 상태로 조향 기어박스의 랙 바에 결합되는 이너 볼 하우징과, 상기 아우터 볼을 수평 방향으로 수용하여 아우터 볼 조인트를 형성하되 수평 상태로 조향 너클암의 너클암 결합부에 결합되는 아우터 볼 하우징을 포함하여 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 아우터 볼 조인트 부위에 작용하는 하중이 볼 핀의 수평축 방향을 따라서 작용하는 인장 및 압축 하중만으로 한정되므로, 종래의 타이로드에 비해 피로강도면에서 유리하여 차량의 안전성 향상에 기여하는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 타이로드는 종래의 타이로드에 비해 부품과 제작 공정수가 저감되므로, 타이로드 및 차량 제작비용 절감에 기여하는 효과도 있다.
타이로드, 아우터 볼 조인트, 이너 볼 조인트, 하중, 수평
Description
본 발명은 자동차의 조향장치에 있어서 스티어링 휠의 조향 동력을 차륜으로 전달하는 타이로드에 관한 것이다.
자동차의 진행 방향을 결정하는 조향장치는, 운전석에 마련된 스티어링 휠, 이 스티어링 휠의 하측에 연결된 스티어링 샤프트, 이 스티어링 샤프트와 교축 상태로 연결되어 스티어링 휠로부터 전달된 회전력을 감속함과 아울러 동력전달방향을 전환하는 기어박스 등으로 구성되어 있다.
특히, 상기 기어박스는 속이 빈 랙 하우징의 내부에 랙 바가 수평 방향으로 길게 설치된 구조로 되어 있어서 스티어링 샤프트로부터 전달되는 조향 회전력을 수평운동으로 전환하게 되는데, 상기 랙 바의 양단은 타이로드를 매개로 차륜 측과 연결된다.
첨부도면 도 1은 위와 같은 조향장치의 일반적인 구성을 나타내고 있는데, 랙 바(10)의 좌·우 양단에 각각 타이로드(20,20')가 설치되어 있는 모습이 도시되 어 있다. 여기서 타이로드(20)가 설치된 구조를 살펴보면, 타이로드(20)의 일단부가 이너 볼 조인트(Ji)를 통해 랙 바(10)의 말단부에 연결되어 있고, 타이로드(20)의 타단부에는 차륜의 휠 측에 연결되기 위한 조향 너클암(도시되지 않음)의 너클암 결합부와 결합되는 아우터 볼 조인트(Jo)가 구비되어 있음을 알 수 있다.
도 2는 상기 이너 볼 조인트(Ji)와 아우터 볼 조인트(Jo)의 구성을 포함한 종래 타이로드(20)의 구체적인 구조를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 이너 볼 조인트(Ji)는, 볼 핀(21a)의 일측 말단부에 구비된 볼(21b)과 이 볼(21b)이 안착되는 이너 볼 시트(21c), 이 이너 볼 시트(21c)에 안착된 볼(21b)이 수용되는 이너 볼 하우징(21d), 그리고 이너 볼 하우징(21d) 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 이너 볼 부트(21e)로 구성되어 있다. 또, 아우터 볼 조인트(Jo)는, 일측 말단부에 볼(22b)이 구비된 볼 스터드(22a)와 이 볼 스터드(22a)가 안착되는 아우터 볼 시트(22c), 이 아우터 볼 시트(22c)에 안착된 볼(22b)이 수용되는 아우터 볼 하우징(22d)과 플러그(22e), 그리고 아우터 볼 하우징(22d) 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 아우터 볼 부트(22f)로 구성되어 있다. 특히, 이너 볼 조인트(21)의 볼 핀(21a)에 아우터 볼 조인트(22)의 아우터 볼 하우징(22d)가 결합될 수 있도록, 볼 핀(21a)과 아우터 볼 하우징(22d)의 결합단에 나사(S)가 가공되어 있고, 이들이 결합된 상태에서 너트(23)가 체결되어 하나의 타이로드(20)가 완성된다. 이러한 구조하에서, 특히 아우터 볼 조인트(22)가 조향 너클암과 연결되도록, 조향 너클암의 너클암 결합부(30)가 볼 스터드(22a)의 테이퍼 형상부위에 안착된 상태에서 너트(40)가 체결된다.
그런데, 상기 이너 볼 조인트(Ji)는 수평 상태로 랙 바(10)와 연결이 되는 반면, 아우터 볼 조인트(Jo)는 볼 스터드(22a)가 수직 방향으로 아우터 볼 하우징(22d)에 결합되어 있다. 이로 인해, 이너 볼 조인트(Ji)에서는 볼 핀(21a)에 인장 및 압축 하중이 가해지게 되고, 아우터 볼 조인트(Jo)에서는 볼 스터드(22a)에 굽힘하중이 가해지게 된다. 특히, 아우터 볼 조인트(Jo)에서 하중의 작용 방향과 볼 스터드(22a)의 방향이 직각이기 때문에, 볼 스터드(22a)에 굽힘하중이 작용함에 따라 피로강도가 상대적으로 취약한 문제점을 보이고 있다.
또한, 스티어링 휠의 조작에 의한 차량 조향시 아우터 볼 조인트(Jo)의 볼 스터드(22a)가 회전하면서 아우터 볼 부트(22f)에 비틀림 변형을 일으키기 때문에, 아우터 볼 부트(22f)는 내구성이 우수한 러버 소재와 설계안으로 제작되어야 하며, 이에 따라 아우터 볼 부트(22f)의 제작 소요 비용이 증가하는 문제가 있다.
한편, 상기 타이로드(20)를 구성하는 부품이, 볼 핀(21a), 이너 볼 시트(21c), 이너 볼 하우징(21d), 이너 볼 부트(21e), 볼 스터드(22a), 아우터 볼 시트(22c), 아우터 볼 하우징(22d), 플러그(22e), 아우터 볼 부트(22f), 그리고 너트(23)로 이루어져 있어서, 부품 소요 비용이 많은 편이다. 게다가, 아우터 볼 조인트(Jo) 부위에 대한 제작 공수를 살펴보면, 아우터 볼 하우징(22d)의 단조 → 아우터 볼 하우징(22d)의 볼(22b) 삽입부 내경 가공 → 볼 핀(21a)의 나사(S) 가공 → 볼 핀(21a)과의 나사 체결을 위한 아우터 볼 하우징(22d)의 나사(S) 가공으로 총 4가지 공정이 요구됨으로써, 제작 비용이 많이 소요되는 편이다. 따라서, 종래의 타이로드(20)는 부품과 제작공정 면에서 비용 절감의 필요성이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 그 목적은, 아우터 볼 조인트 부위에서의 피로 강도가 향상되고, 아우터 볼 부트의 제작 비용이 절감되며, 부품과 제작 공정수가 저감되는 자동차용 조향장치의 타이로드를 제공하는 데에 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양단부에 각각 이너 볼과 아우터 볼이 수평 방향으로 구비된 볼 핀과, 상기 이너 볼을 수평 방향으로 수용하여 이너 볼 조인트를 형성하되 수평 상태로 조향 기어박스의 랙 바에 결합되는 이너 볼 하우징과, 상기 아우터 볼을 수평 방향으로 수용하여 아우터 볼 조인트를 형성하되 수평 상태로 조향 너클암의 너클암 결합부에 결합되는 아우터 볼 하우징을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 이너 볼 하우징에 상기 랙 바에 결합되기 위한 나선부와 휠 얼라인먼트를 위한 너트가 구비되고, 상기 아우터 볼 하우징에는 상기 너클암 결합부에 결합되기 위한 테이퍼 형상부와 나선부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 이너 볼 하우징에는 상기 이너 볼이 안착되는 이너 볼 시트가 구비됨과 아울러 이너 볼 하우징의 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 이너 볼 부트가 설치되고, 상기 아우터 볼 하우징에는 상기 아우터 볼이 안착되는 아우터 볼 시트가 구비됨과 아울러 아우터 볼 하우징의 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 아우터 볼 부트가 설치될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 아우터 볼 조인트 부위에 작용하는 하중이 볼 핀의 수평축 방향을 따라서 작용하는 인장 및 압축 하중만으로 한정되므로, 종래의 타이로드에 비해 피로강도면에서 유리하여 차량의 안전성 향상에 기여하는 효과가 있다.
또, 차량 조향시 아우터 볼 조인트의 아우터 볼 부트에 비틀림 변형이 배제되고 요동에 의한 굽힘 변형만이 발생하기 때문에 아우터 볼 부트에 대한 내구성이 우수한 러버 소재의 채용과 설계안이 요구되지 않으므로, 아우터 볼 부트의 제작 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 타이로드는 종래의 타이로드에 비해 부품과 제작 공정수가 저감되므로, 타이로드 및 차량 제작비용 절감에 기여하는 효과도 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명에 따른 타이로드의 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 타이로드(100)는 볼 핀(110)의 양단부 측에 이너 볼 조인트(J1)와 아우터 볼 조인트(J2)를 형성하고 있는데, 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 볼 핀(110)은 그 양단부에 각각 이너 볼(111)과 아우터 볼(112)을 구비하고 있다. 특히, 이들 이너 볼(111)과 아우터 볼(112)은 그 구심(球心)이 볼 핀(110)의 중심축선(ℓ)과 일직선 상에 위치함으로써, 이너 볼(111)과 아우터 볼(112)이 볼 핀(110)의 길이 방향 그대로 수평 방향으로 구비된 구조로 되어 있다.
상기 이너 볼(111)은 이너 볼 하우징(120)에 수용되어 이너 볼 조인트(J1)를 형성하는데, 특히 이너 볼 하우징(120)은 이너 볼(111)을 수평 방향으로 수용하게 되고, 이너 볼 하우징(120)은 조향 기어박스의 랙 바(도시되지 않음)에 수평 상태로 결합이 된다. 그리고, 랙 바에 이너 볼 하우징(120)이 결합될 수 있도록 이너 볼 하우징(120)에 나선부(120a)가 형성되어 있으며, 랙 바(200)에 이너 볼 하우징(120)이 결합된 상태에서 휠 얼라인먼트를 할 수 있도록 이너 볼 하우징(120)의 결합 정도를 조절하는 너트(130)가 상기 나선부(120a)에 체결되어 있다.
상기 아우터 볼(112)은 아우터 볼 하우징(140)에 수용되어 아우터 볼 조인트(J2)를 형성하는데, 아우터 볼 하우징(140)은 아우터 볼(112)을 수평 방향으 로 수용하며, 아우터 볼 하우징(140)은 조향 너클암(도시되지 않음)에 수평 상태로 결합이 된다. 특히 아우터 볼 하우징(140)은 조향 너클암의 너클암 결합부(300)에 결합되는데, 너클암 결합부(300)에 아우터 볼 하우징(140)이 견고하게 결합될 수 있도록 아우터 볼 하우징(140)에 너클암 결합부(300)가 안착되는 테이퍼 형상부(140a)가 형성되어 있고, 너클암 결합부(300)를 테이퍼 형상부(140a)에 고정하기 위한 너트(400)가 체결되는 나선부(140b)가 테이퍼 형상부(140a)의 연장선상에 형성되어 있다.
한편, 이너 볼 하우징(120)에는 이너 볼(111)이 안착되는 이너 볼 시트(150)가 구비되어 있고, 이너 볼 하우징(120)의 내부로 이물질이 유입되지 않도록 하는 이너 볼 부트(160)가 볼 핀(110)의 외주부로부터 이너 볼 하우징(120)에 걸쳐 설치되어 있다. 또한, 아우터 볼 하우징(140)에도 아우터 볼(112)이 안착되는 아우터 볼 시트(170)가 구비되어 있으며, 아우터 볼 하우징(140)의 내부로 이물질이 유입되지 않도록 하는 아우터 볼 부트(180)가 볼 핀(110)의 외주부로부터 아우터 볼 하우징(140)에 걸쳐 설치되어 있다.
위와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 타이로드(100)는, 그 구성 부품이 볼 핀(110), 이너 볼 하우징(120), 이너 볼 시트(150), 이너 볼 부트(160), 아우터 볼 하우징(140), 아우터 볼 시트(170), 아우터 볼 부트(180), 너트(130)로서 총 8개로 이루어져 있다. 이는 총 10개의 구성 부품으로 이루어진 종래의 타이로드보다 부품수가 줄어든 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 타이로드(100)에서 아우터 볼 조인트(J2)를 구성하는 부품들이 아우터 볼 하우징(140)의 단조 → 아우터 볼 하우징(140)의 볼 삽입부 내경 가공 → 조향 너클암과의 결합을 위한 아우터 볼 하우징(140)의 전조 공정에 의해 제작됨으로써, 그 공정수가 종래의 타이로드에 비해 줄어든 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 타이로드(100)에서는 아우터 볼 조인트(J2)에 작용하는 하중이 볼 핀(110)의 수평축 방향을 따라서 작용하는 인장 및 압축 하중만으로 제한되므로, 종래의 타이로드에서 볼 스터드에 굽힘하중이 작용함에 따라 피로강도가 취약해지는 경우에 비해 피로강도면에서 유리하다.
또, 차량 조향시 아우터 볼 조인트(J2)의 아우터 볼 부트(180)에 비틀림 변형이 발생하는 것이 아니라 요동에 의한 굽힘 변형만이 발생하기 때문에 아우터 볼 부트(180)가 내구성이 우수한 러버 소재로 이루어질 필요가 없고, 그 설계안 또한 간단하게 이루어진다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 자동차용 조향장치의 일반적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 조향장치에 구비된 종래의 타이로드를 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 타이로드의 실시예를 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 타이로드 110 : 볼 핀
111 : 이너 볼 112 : 아우터 볼
120 : 이너 볼 하우징 120a,140b : 나선부
130 : 너트 140 : 아우터 볼 하우징
140a : 테이퍼 형상부 150 : 이너 볼 시트
160 : 이너 볼 부트 170 : 아우터 볼 시트
180 : 아우터 볼 부트 J1 : 이너 볼 조인트
J2 : 아우터 볼 조인트
Claims (3)
- 양단부에 각각 이너 볼과 아우터 볼이 수평 방향으로 구비된 볼 핀;상기 이너 볼을 수평 방향으로 수용하여 이너 볼 조인트를 형성하되 수평 상태로 조향 기어박스의 랙 바에 결합되는 이너 볼 하우징;상기 아우터 볼을 수평 방향으로 수용하여 아우터 볼 조인트를 형성하되 수평 상태로 조향 너클암의 너클암 결합부에 결합되는 아우터 볼 하우징을 포함하여 이루어진 자동차용 조향장치의 타이로드.
- 제1항에 있어서,상기 이너 볼 하우징에 상기 랙 바에 결합되기 위한 나선부와 휠 얼라인먼트를 위한 너트가 구비되고, 상기 아우터 볼 하우징에는 상기 너클암 결합부에 결합되기 위한 테이퍼 형상부와 나선부가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 타이로드.
- 제1항에 있어서,상기 이너 볼 하우징에는 상기 이너 볼이 안착되는 이너 볼 시트가 구비됨과 아울러 이너 볼 하우징의 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 이너 볼 부트가 설치되고, 상기 아우터 볼 하우징에는 상기 아우터 볼이 안착되는 아우터 볼 시트가 구비됨과 아울러 아우터 볼 하우징의 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 아우터 볼 부트가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향장치의 타이로드.
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