KR101180926B1 - A steering device of rack & pinion type - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조향 작동 시, 랙과 피니언 사이에서 가변 기어비를 구현하여 작은 조향 토크의 입력으로도 원활한 조향력 및 조향 응답성을 향상시킬 수 있도록 하는 랙 피니언형 조향장치를 제공한다.The present invention provides a rack and pinion type steering apparatus that can realize a smooth steering force and steering response even by inputting a small steering torque by implementing a variable gear ratio between the rack and the pinion during steering operation.

조향장치, 랙 피니언, 가변 피니언, 가변 랙 Steering, Rack Pinion, Adjustable Pinion, Adjustable Rack

Description

랙 피니언형 조향장치{A STEERING DEVICE OF RACK ＆ PINION TYPE}Rack Pinion Steering System {A STEERING DEVICE OF RACK & PINION TYPE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 랙 피니언형 조향장치의 구성 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a rack pinion type steering apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랙 피니언형 조향장치에 적용되는 가변 피니언 및 가변 랙의 구성도이다. 2 and 3 is a configuration of the variable pinion and variable rack applied to the rack pinion type steering apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 랙 피니언형 조향장치의 작동 상태도이다. 4 and 5 are operational state diagrams of the rack pinion type steering apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 랙 피니언형 조향장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조향 작동 시, 랙과 피니언 사이에서 가변 기어비를 구현하여 작은 조향 토크의 입력으로도 원활한 조향력 및 조향 응답성을 향상시킬 수 있도록 하는 랙 피니언형 조향장치에 관한 것이다.The present invention relates to a rack pinion type steering apparatus, and more particularly, to a rack that enables a variable gear ratio between a rack and a pinion during steering operation to improve smooth steering and steering response even with a small steering torque input. Pinion type steering device.

일반적으로 조향장치는 운전자가 차량의 진행 방향을 의도하는 대로 진행하도록 조향 핸들을 이용하여 조종하는 장치이다. In general, a steering device is a device for steering by using a steering wheel so that a driver can proceed the direction of the vehicle as intended.

이러한 조향장치에서 특히, 랙 피니언(Rack & Pinion)형 조향장치는 경량으로 조향력의 전달을 신속 정확하게 이룰 수 있는 효과가 있다. In such a steering device, in particular, the rack and pinion type steering device is lightweight and has an effect of quickly and accurately achieving transmission of steering force.

그러나 상기한 종래의 랙 피니언형 조향장치는 조향 기어비(steering gear ratio ; 조향 핸들의 회전각과 피니언의 이빨수로 정해지는 감속비)가 정해져 있어서 운전조건에 따른 요구성능을 만족시키지 못하는 단점이 있으며, 적용할 수 있는 회전각이 제한되어 있어 수동 조향장치나 동력 조향장치에 적용 시, 많은 조향 토크의 입력을 필요로 하는 단점도 내포하고 있다. However, the conventional rack pinion type steering apparatus has a disadvantage in that steering gear ratio (deceleration ratio determined by the steering angle of the steering wheel and the pinion teeth) is not satisfied to meet the required performance according to the operating conditions. Since the rotation angle is limited, it has a disadvantage of requiring a large amount of steering torque when applied to a manual steering device or a power steering device.

그러나 상술한 바와 같은 종래 기술의 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로써, 본 발명의 목적은 조향 작동 시, 랙과 피니언 사이에서 가변 기어비를 구현하여 작은 조향 토크의 입력으로도 원활한 조향력 및 조향 응답성을 향상시킬 수 있도록 하는 랙 피니언형 조향장치를 제공하는 것이다.However, in order to solve the disadvantages of the prior art as described above, the object of the present invention implements a variable gear ratio between the rack and the pinion during steering operation, smooth steering and steering response even with the input of a small steering torque It is to provide a rack pinion type steering device to improve the performance.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 랙 피니언형 조향장치는 내부에 스크류 홀이 가공된 스티어링 기어 하우징; 일측 단부의 내측으로 축방향을 따라 스플라인 홀이 형성되며, 타단에는 조향 핸들이 연결되는 스티어링 칼럼; 일측으로는 일정구간 스크류부를 형성하여 상기 스티어링 기어 하우징의 스크류 홀에 치합되며, 타측으로는 일정구간 스플라인부를 형성하여 상기 스티어링 칼럼의 스플라인 홀에 축방향을 따라 슬라이드 가능하게 장착되는 피니언 샤프트; 상기 피니언 샤프트의 중앙에 장착되며, 중앙에서 양측으로 직경이 커지는 테이퍼 형상으로 형성되어 원주방향으로 가변 기어치가 형성되는 가변 피니언; 상부면에는 중앙을 기준으로 하여 양측으로 피치가 넓어지도록 기어치를 형성하여 상기 가변 피니언에 치합되며, 양단은 조향 너클과 각각 연결되는 가변 랙을 포함하는 것을 특징으로 한다.Rack pinion type steering apparatus according to the present invention for realizing the above object is a steering gear housing in which a screw hole is processed; A spline hole is formed in the axial direction inward of one end portion, and the other end of the steering column includes a steering handle; A pinion shaft on one side of the pinion shaft, the pinion shaft being engaged with the screw hole of the steering gear housing and the other side forming a spline portion on the other side, the pinion shaft being slidably mounted along the axial direction of the spline hole of the steering column; A variable pinion mounted at a center of the pinion shaft and formed in a tapered shape having a diameter larger from both centers to a variable gear tooth in a circumferential direction; The upper surface is formed with gears to widen the pitch to both sides with respect to the center, and are meshed with the variable pinion, and both ends include variable racks connected to steering knuckles, respectively.

상기 가변 피니언은 그 중앙을 기준으로 하여 양측으로 직경이 넓어져 서로 대칭적으로 형성되며, 상기 가변 기어치는 상기 가변 피니언의 외주면을 따라 그 중앙에서 양 외측으로 일정각 벌어져 피치가 넓어지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.The variable pinions are symmetrically formed with each other by a diameter widening on both sides with respect to the center thereof, and the variable gear teeth are formed so as to be widened at regular intervals from the center to both outside along the outer circumferential surface of the variable pinion. It features.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 랙 피니언형 조향장치의 구성 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a rack pinion type steering apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 랙 피니언형 조향장치의 구성은 내부에 스크류 홀(1)이 가공된 스티어링 기어 하우징(3)이 구비된다.The rack pinion type steering apparatus according to the embodiment of the present invention is provided with a steering gear housing 3 in which a screw hole 1 is processed.

그리고 일측 단부의 내측으로 축방향을 따라 스플라인 홀(5)이 형성되는 스티어링 칼럼(7)이 구비된다. 이 스티어링 컬럼(7)은 그 타단에 조향 핸들(미도시)이 연결되어 운전자의 조향력에 의해 회전 작동하게 된다.And the steering column 7 is provided with a spline hole 5 in the axial direction inside the one end portion. The steering column 7 is connected to a steering wheel (not shown) at the other end thereof to rotate by the steering force of the driver.

상기 스티어링 기어 하우징(3)과 스티어링 칼럼(7) 사이에는 피니언 샤프트(9)가 구성되는데, 상기 피니언 샤프트(9)는 그 일측으로 일정구간 스크류부(11)를 형성하여 상기 스티어링 기어 하우징(3)의 스크류 홀(1)에 치합되고, 그 타측으로는 일정구간 스플라인부(13)를 형성하여 상기 스티어링 칼럼(7)의 스플라인 홀(5)에 축방향을 따라 슬라이드 가능하게 장착된다. A pinion shaft 9 is formed between the steering gear housing 3 and the steering column 7, and the pinion shaft 9 forms a screw section 11 at one side thereof to the steering gear housing 3. It is engaged with the screw hole (1) of the c), and on the other side, a spline portion 13 is formed on the other side and slidably mounted along the axial direction in the spline hole 5 of the steering column 7.

또한, 상기 피니언 샤프트(9)의 중앙에는 가변 피니언(15)이 장착되는데, 이 가변 피니언(15)은 그 중앙에서 양측으로 직경이 커지는 테이퍼 형상으로 형성되어 원주방향으로 가변 기어치(17)가 형성된다. In addition, a variable pinion 15 is mounted at the center of the pinion shaft 9, and the variable pinion 15 is formed in a tapered shape with a diameter increasing from both sides to a circumferential direction. Is formed.

즉, 상기 가변 피니언(15)은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 그 중앙을 기준으로 하여 양측으로 직경이 넓어져 서로 대칭적으로 형성되며, 상기 가변 기어치(17)는 상기 가변 피니언(15)의 외주면을 따라 그 중앙에서 양 외측으로 일정각 벌어져 피치(P)가 넓어지도록 형성된다.That is, as shown in FIG. 2, the variable pinion 15 is widened to both sides with respect to the center thereof, and is formed symmetrically with each other, and the variable gear tooth 17 is the variable pinion 15. It is formed so that the pitch (P) is widened at regular intervals from both the center to the outer side along the outer circumferential surface of).

또한, 상기 가변 피니언(15)은 가변 랙(19)과 치합되는데, 상기 가변 랙(19)은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 그 상부면에 중앙을 기준으로 하여 양측으로 피치(P)가 넓어지도록 기어치(21)를 형성하여 상기 가변 피니언(15)에 치합된다. In addition, the variable pinion 15 is meshed with the variable rack 19, the variable rack 19, as shown in Figure 3, the pitch (P) to both sides with respect to the center on the upper surface thereof as shown in FIG. The gear tooth 21 is formed to be wider and is engaged with the variable pinion 15.

이러한 가변 랙(19)은 그 양단이 조향 너클(미도시)과 각각 연결되어 조향력을 전달하게 된다. Both ends of the variable rack 19 are connected to steering knuckles (not shown) to transmit steering power.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 랙 피니언형 조향장치의 작동을 도 4와 도 5를 통하여 구체적으로 설명한다.Therefore, the operation of the rack pinion-type steering apparatus having the configuration as described above will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.

먼저, 도 1에서와 같이, 직진 주행 중에는 가변 피니언(15)의 중앙에 상기 가변 랙(19)의 중앙이 위치하여 치합된 상태가 되며, 이때, 가변 피니언(15)과 가변 랙(19)의 치합 위치에서는 기어비가 작아 운전자에 의한 조작성이 향상되고 기어간 백 래쉬가 없어 민감한 조작이 가능하게 된다. First, as shown in FIG. 1, while driving straight, the center of the variable rack 19 is positioned at the center of the variable pinion 15 to be engaged with each other. In this case, the variable pinion 15 and the variable rack 19 In the engaged position, the gear ratio is small, which improves operability by the driver, and there is no backlash between the gears, thereby enabling sensitive operation.

그리고 도 4에서와 같이, 조향 핸들을 일방향(오른쪽)으로 돌리면, 상기 피니언 샤프트(9)는 스티어링 칼럼(7)에 의해 회전력을 전달받아 그 스크류부(11)를 통하여 스티어링 기어 하우징(3) 상의 스크류 홀(1)에 감기는 방향으로 체결되면서 이동하게 되고, 이때, 상기 가변 피니언(15)의 후측(도면에서, 우측)에 상기 가변 랙(19)의 우측이 위치하여 치합된 상태가 되며, 이때, 가변 피니언(15)과 가변 랙(19)의 치합 위치에서는 기어비가 커서 조향 핸들을 완전히 돌릴 때 응답성 향상된다.As shown in FIG. 4, when the steering wheel is turned in one direction (right), the pinion shaft 9 receives the rotational force by the steering column 7 on the steering gear housing 3 through the screw part 11. It moves while being fastened in the winding direction to the screw hole (1), at this time, the right side of the variable rack 19 is located on the rear side (in the figure, the right side) of the variable pinion 15 is in a state of being engaged. At this time, in the engagement position of the variable pinion 15 and the variable rack 19, the gear ratio is large, and the response is improved when the steering wheel is turned completely.

또한, 도 5에서와 같이, 조향 핸들을 타방향(왼쪽)으로 돌리면, 상기 피니언 샤프트(9)는 스티어링 칼럼(7)에 의해 회전력을 전달받아 그 스크류부(11)를 통하여 스티어링 기어 하우징(3) 상의 스크류 홀(1)에서 풀리는 방향으로 이동하게 되고, 이때, 상기 가변 피니언(15)의 전측(도면에서, 좌측)에 상기 가변 랙(19)의 좌측이 위치하여 치합된 상태가 되며, 이때, 가변 피니언(15)과 가변 랙(19)의 치합 위치에서는 도 4의 설명과 같이, 기어비가 커서 조향 핸들을 완전히 돌릴 때 응답성 향상된다.In addition, as shown in FIG. 5, when the steering wheel is turned in the other direction (left side), the pinion shaft 9 receives the rotational force by the steering column 7 and the steering gear housing 3 through the screw part 11. In the screw hole (1) on the) move in the direction of release, at this time, the left side of the variable rack 19 is located on the front side (left side) of the variable pinion (15) is in a state of being engaged. In the engagement position of the variable pinion 15 and the variable rack 19, as shown in FIG. 4, the gear ratio is large and the response is improved when the steering wheel is turned completely.

여기서, 상기 조향 핸들의 조작에 따라 스티어링 기어 하우징(3)에 대하여 체결 및 풀리는 방향으로 이동하는 피니언 샤프트(9)는 그 스트로크 만큼 상기 스티어링 칼럼(7)과 피니언 샤프트(9)의 스플라인 결합부에서 흡수하게 된다.Here, the pinion shaft 9 moving in the fastening and disengaging direction with respect to the steering gear housing 3 in accordance with the operation of the steering handle is at the spline coupling portion of the steering column 7 and the pinion shaft 9 by the stroke. Will be absorbed.

또한, 본 발명의 랙 피니언형 조향장치는 조향각의 입력 대 출력의 비율이 조향각에 따라 가변되는 특징이 있는데, 즉, 조향각이 작은 구간(직진 구간 포함)에서는 조향각의 입력 대 출력의 비가 작기 때문에 이 구간에서 조향 토크를 보조하는 효과가 있어 민감한 조작 가능하게 되고, 조향각이 큰 구간(최대 조향 구간 포함)에서는 조향각의 입력 대 출력의 비가 크기 때문에 빠른 응답이 가능하게 된다. In addition, the rack pinion type steering apparatus of the present invention is characterized in that the input-to-output ratio of the steering angle is varied according to the steering angle, that is, in a section in which the steering angle is small (including the straight section), the input-to-output ratio of the steering angle is small. It has the effect of assisting steering torque in the section, enabling sensitive operation, and in a section with a large steering angle (including the maximum steering section), a quick response is possible because the input-to-output ratio of the steering angle is large.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 랙 피니언형 조향장치는 가변 랙과 가변 피니언을 적용하여 조향 작동 시, 조향각 구간에 따라 가변 기어비를 구현할 수 있도록 함으로써, 작은 조향 토크의 입력으로도 원활한 조향력 및 조향 응답성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있을 뿐만 아니라, 조향각이 작은 구간에서는 민감한 조작 가능하게 하고, 조향각이 큰 구간 빠른 응답성을 얻을 수 있는 효과가 있다. As described above, the rack-pinion type steering apparatus according to the present invention applies a variable rack and a variable pinion to implement a variable gear ratio according to a steering angle section during steering operation, thereby providing smooth steering force and steering response even with a small steering torque input. Not only is there an effect to improve the performance, it is possible to operate sensitively in a section with a small steering angle, it is possible to obtain a fast response in a section with a large steering angle.

Claims (3)

랙 피니언형 조향장치에 있어서, In the rack pinion type steering apparatus, 내부에 스크류 홀이 가공된 스티어링 기어 하우징;A steering gear housing in which a screw hole is processed; 일측 단부의 내측으로 축방향을 따라 스플라인 홀이 형성되며, 타단에는 조향 핸들이 연결되는 스티어링 칼럼;A spline hole is formed in the axial direction inward of one end portion, and the other end of the steering column includes a steering handle; 일측으로는 일정구간 스크류부를 형성하여 상기 스티어링 기어 하우징의 스크류 홀에 치합되며, 타측으로는 일정구간 스플라인부를 형성하여 상기 스티어링 칼럼의 스플라인 홀에 축방향을 따라 슬라이드 가능하게 장착되는 피니언 샤프트;A pinion shaft on one side of the pinion shaft, the pinion shaft being engaged with the screw hole of the steering gear housing and the other side forming a spline portion on the other side, the pinion shaft being slidably mounted along the axial direction of the spline hole of the steering column; 상기 피니언 샤프트의 중앙에 장착되며, 중앙에서 양측으로 직경이 커지는 테이퍼 형상으로 형성되어 원주방향으로 가변 기어치가 형성되는 가변 피니언; A variable pinion mounted at a center of the pinion shaft and formed in a tapered shape having a diameter larger from both centers to a variable gear tooth in a circumferential direction; 상부면에는 기어치를 형성하여 상기 가변 피니언에 치합되며, 양단은 조향 너클과 각각 연결되는 가변 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 랙 피니언형 조향장치.Rack pinion type steering apparatus comprising a gear rack formed on the upper surface is meshed with the variable pinion, both ends of the variable rack is connected to the steering knuckle, respectively. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 가변 피니언은 그 중앙을 기준으로 하여 양측으로 직경이 넓어져 서로 대칭적으로 형성되며, The variable pinion has a diameter widen on both sides with respect to the center thereof and are formed symmetrically with each other. 상기 가변 기어치는 상기 가변 피니언의 외주면을 따라 그 중앙에서 양 외측으로 일정각 벌어져 피치가 넓어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 랙 피니언형 조향장치.The variable gear tooth is a rack pinion type steering device, characterized in that the pitch is widened at regular intervals from the center to both outside along the outer peripheral surface of the variable pinion. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 가변랙의 상부면에 형성되는 기어치는 중앙을 기준으로 하여 양측으로 각 피치가 넓어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 랙 피니언형 조향장치.Gear pin formed on the upper surface of the variable rack rack pinion type steering device, characterized in that formed on the center of each pitch widen to both sides.
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