KR101240087B1 - 전기 기계식 조향 시스템용 볼 베어링 헬리컬 기어 기구 및볼 베어링 헬리컬 기어 기구용 너트 - Google Patents

전기 기계식 조향 시스템용 볼 베어링 헬리컬 기어 기구 및볼 베어링 헬리컬 기어 기구용 너트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나사형 스핀들(2)과 너트(3)를 구비한, 차량의 특히 자동차의 전기 기계식 조향 시스템을 위한 볼 베어링 헬리컬 기어 기구에 관한 것이며, 상기 나사형 스핀들(2)과 너트(3)에는 너트(3) 내부에 하중을 전달하는 볼 베어링(5)을 함께 수용하기 위한 볼 베어링 경로(4)가 제공되며, 너트(3)는 볼 베어링을(5)을 볼 베어링 경로(4) 내로 배출 및 도입하기 위한 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)을 포함한다. 특히 나사형 스핀들(2)에 횡방향 힘이 작용하는 경우 볼 베어링 헬리컬 기어 기구(1)의 균일한 저소음 작동에 의해 볼 베어링이 안내되기 위해, 볼 베어링 경로(4)로의 전이 영역(8)에 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)를 갖는 너트(3)는, 접촉 또는 가압 각도(22)의 높이에서 볼 베어링 경로(4)의 고딕식 경로 프로파일(16)의 포크 구조가 전이 영역에서 형성되고 볼 베어링(5)에 대한 나사형 스핀들(2)의 볼 베어링 경로(4)의 접촉면적이 대략 연속해서 점진적으로 변경되어 하중 도입 및 하중 배출 구역(10)으로부터 부드러운 볼 베어링(5)의 규정된 도입 및 배출을 보장하도록 구성된다. 볼 베어링(5)은 볼 베어링 경로(4) 내에서 대략 두 개 이상의 나사 터언에 걸쳐서 폐쇄된 체인(7)으로 배치된다.
Figure R1020077002673
볼 베어링 헬리컬 기어 기구, 나사형 스핀들, 너트, 볼 베어링 경로

Description

전기 기계식 조향 시스템용 볼 베어링 헬리컬 기어 기구 및 볼 베어링 헬리컬 기어 기구용 너트 {Ball Bearing Helical Gearing for an Electromechanical Steering System and Nut for a Ball Bearing Helical Gearing}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 차량의, 특히 자동차의 전기 기계식 조향 시스템을 위한 볼 베어링 헬리컬 기어 기구 및 청구범위 제14항에 따른 조향 시스템의 볼 베어링 헬리컬 기어 기구를 위한 너트에 관한 것이다.
차량용 조향 시스템을 위한 볼 베어링 헬리컬 기어 기구 또는 재순환식 볼 베어링 조향 기어 기구는 공지되어 있다. 유럽 특허 제0 133 003호에는 피니언과 래크를 통해 조향 핸들과 연동하는 나사형 스핀들을 구비한 차량의 전기 기계식 조향 시스템을 위한 볼 베어링 헬리컬 기어 기구가 기재되며, 상기 나사형 스핀들은 그 주연부 둘레에 나선형 볼 베어링 경로를 포함하며, 나사형 스핀들은 축방향으로 움직일 수 없게 트랜스미션 하우징 내에 지지된 너트를 관통하고, 나사형 스핀들은 너트가 회전함에 따라 너트에 대해 축방향으로 움직일 수 있다. 너트는 나선형 볼 베어링 경로를 포함한다. 나사형 스핀들 및 너트의 볼 베어링 경로는 너트의 축방향 영역 내에서 하중을 전달하는 볼 베어링을 함께 수용하기 위해 사용된다. 나사형 스핀들은 트랙 로드 및 조향 아암으로 이루어진 연동부에 의해 차량의 조향 휘 일과 연동하며, 나사형 스핀들의 축방향 운동 시에 차량의 조향 휘일의 조향 각도가 변경된다.
이러한 볼 베어링 헬리컬 기어 기구의 작동 특성은 하중을 지지하는 나사 영역에서 나사형 스핀들과 너트의 볼 베어링 경로의 기하학적 구조에 따라 변하고, 특히 볼 베어링 안내부로부터 하중 도입 및 배출 구역을 거쳐 너트와 너트의 나사 터언(turn) 내로의 볼 베어링 경로의 기하학적 비율에 따른다. 하중 도입 및 하중 배출 구역의 경우 최적으로 구성된 기하학적 구조는, 각각의 볼 베어링이 볼 베어링 안내부로부터 규정된 방식으로, 그리고 볼 베어링이 예비 응력 및 하중력에 의한 외부 하중에 노출되는, 나사 터언의 하중을 지지하는 영역 내로 부드럽게 도입되는 방식으로 이루어져야 한다. 일정한 토크를 갖는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구의 부드러운 진행 및 볼 베어링 헬리컬 기어 기구에 의해 발생되는 열과 소음은 기하학적 비율에 의해 결정된다.
공지된 조향 기어 기구는 조향 너트 내에 볼 베어링 체인의 단일 체인 경로 변경의 원리에 기초하며, 볼 베어링 경로는 볼 베어링 안내 영역 내에서 중단되고, 나사형 스핀들에 횡방향 힘들, 특히 전기 기계식 조향 시스템에서 발생하는 래크와 나사형 스핀들의 종축에 대해 수직으로 발생하는 높은 횡방향 힘들이 작용하는 경우, 볼 베어링 헬리컬 기어 기구는 소음을 발생시키는 경향이 있는데, 나사형 스핀들 및 차량의 조향 휘일에 대한 나사형 스핀들의 고정된 연동부가 볼 베어링 안내 영역에서 볼 베어링에 의해 방사상으로 균일하지 않게 지지되기 때문이다. 또한 볼 베어링은, 특히 볼 베어링 안내부로부터 볼 베어링 경로로의 전이 영역에서 나 사형 스핀들에 횡방향 힘이 작용하는 경우, 하중을 지지하는 나사 영역 내로 가압되며, 도입 에지를 갖는 원형의 개구 내에서 종결되는 나머지 볼 베어링 안내부는 볼 베어링 경로의 하중 도입 구역 내로의 볼 베어링의 급작스런 도입 또는 하중 배출 구역으로부터의 유사한 배출을 일으킨다.
본 발명의 목적은, 조향 시스템의 하중 도입 및 하중 배출 구역이 볼 베어링 헬리컬 기어 기구의 균일하고 조용한 작동을 가능하게 하는 전기 기계식 조향 시스템용 볼 베어링 헬리컬 기어 기구를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구범위 제1항의 특징을 갖는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구 및 청구범위 제14항의 특징을 갖는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구를 위한 너트에 의해 달성된다.
볼 베어링은 볼 베어링 헬리컬 기어 기구의 볼 베어링 경로 내에서 폐쇄된 체인으로 배치됨으로써, 볼 베어링이 부드럽게 나사형 스핀들과 너트의 볼 베어링 경로 내에 도입되고 상기 볼 베어링 경로로부터 배출될 수 있다. 볼 베어링 경로 내에서 폐쇄된 볼 베어링 체인은 하중을 지지하는 볼 베어링 경로가 전혀 중단되지 않는 수단을 제공함으로써, 나사형 스핀들에 작용하는 횡방향 힘의 영향으로 인한 충격 소음이 발생할 가능성도 없다.
본 발명의 바람직한 실시예는 청구범위의 종속항에 제시된다.
볼 베어링 헬리컬 기어 기구의 특히 바람직한 실시예에서, 나사형 홈으로의 너트의 전이 영역에서 너트의 하중 도입 및 하중 배출 구역은, 나사형 스핀들의 볼 베어링 경로와 볼 베어링 사이의 접촉면적이 거의 연속해서 점진적으로 변경되도록 구성된다. 볼 베어링은 나사형 스핀들의 볼 베어링 경로에 대해 점차 확대되거나 축소되는 접촉면적을 통해 그리고 마찬가지로 볼 베어링에서 점차 변경되는 구름 마찰을 통해, 상기 전이 영역 내에서 부드럽게 가속되거나 감속된다. 이러한 볼 베어링은 고딕식(gothic) 경로 프로파일의 두 에지를 따라 너트 내의 볼 베어링 안내부로부터 접촉 가압 각도의 높이에서 나사 터언 내에 도입될 때까지 진행된다. 이로써, 볼 베어링은 나사형 스핀들과 너트의 상대 운동에 의한 구름 마찰에 점진적으로 노출되거나 그러한 구름 마찰로부터 배제되며, 너트상의 볼 베어링 복귀 채널 내부로 또는 그 외부로 자동적으로 동반된다. 따라서, 볼 베어링은 공지된 선행 기술과는 대조적으로 부드럽게 진행되고, 볼 베어링 경로에 의해 너트와 나사형 스핀들 상에 공통으로 형성된 나사 터언 내로 급작스럽게 가압되지 않는다.
볼 베어링 헬리컬 기어 기구에서는, 하나의 볼 베어링 복귀 채널 및 볼 베어링 경로 변경 부재들을 포함하는 하나의 볼 베어링 복귀부와 두 개 이상의 나사 터언을 갖는 두 개 이상의 볼 베어링 체인을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 볼 베어링 경로 변경 부재들 및 볼 베어링 복귀 채널을 갖는 볼 베어링 복귀부는 바람직하게 너트의 외주면에 배치된다. 볼 베어링 경로 변경 부재는 바람직하게 성형 및/또는 주조 공정에서 일체형으로 성형되며 금속 또는 비금속 재료로 형성된다. 볼 베어링 복귀 채널은 바람직하게 대체로 또는 완전히 너트의 내부에서 나사형 스핀들 주연에 대해 방사상 협소한 간격을 두고 진행된다. 바람직하게는 기본적으로 축방향 보어로서 너트의 외주면에서 진행되는 볼 베어링 복귀 채널은, 볼 베어링 경로 변경 부재의 전이 영역에 대해 접선 방향으로 볼 베어링 경로에 안내됨으로써, 각각의 볼 베어링 경로 변경 부재는 너트에 대한 삽입 부재로서 형성될 수 있고, 각각의 볼 베어링 경로 변경 부재가 너트 내에 삽입된 이후에는 볼 베어링 복귀 채널의 개구와 볼 베어링 경로 변경 부재의 개구가 서로 정렬되어 위치된다.
조립이 간단한 특히 바람직한 너트의 실시예에서 볼 베어링 경로 변경 부재들은 너트의 축방향 단부들에 또는 단부들 근처에 위치됨으로써, 볼 베어링 경로 변경 부재들은 간단한 방식으로 리테이너 링과 같은 각각 하나의 축방향 고정 요소 및/또는 리테이너 링과 볼 베어링 경로 변경 부재 사이에 축방향으로 배치되고 바람직하게 고무와 같은 탄성 중합체 재료로 피복된 디스크와 같은 스프링 요소에 의해 고정될 수 있다. 볼 베어링은 적어도 볼 베어링 경로 변경 부재들의 영역 내에서 고딕식 경로 프로파일을 통해 경로 변경된다.
이하, 본 발명은 실시예 및 첨부된 도면을 참조로 더욱 상세히 설명된다.
도1은 전기 기계식 구동부를 갖는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구의 종단면도이다.
도2는 도1에 따른 볼 베어링 헬리컬 기어 기구의 부분 종단면도이다.
도3은 볼 베어링 경로 변경 부재의 사시도이다.
도4는 도1에 따른 볼 베어링 헬리컬 기어 기구의 너트의 전단부측을 도시한 도면이다.
도5는 도1에 따른 볼 베어링 헬리컬 기어 기구의 너트에 대한 볼 베어링 안 내부의 기울어진 모따기부를 갖는 고딕식 경로 프로파일의 단면도이다.
도1에는 자동차의 전기 기계식 보조 동력 조향 시스템을 위한 볼 베어링 헬리컬 기어 기구(1)가 종단면으로 도시된다. 트랜스미션 하우징(19) 내에 유지되는 회전 가능한 나사형 스핀들(2)은 도시되지 않은 래크를 통해 자동차의 조향 핸들과 연결되며, 상기 래크에는 조향 핸들과 회전 고정식으로 연결된 피니언이 맞물린다. 트랜스미션 하우징(19) 내에는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구(1), 나사형 스핀들(2) 뿐만 아니라, 감속 기어(21)를 통해 너트(3)에 작용하는 전동기(20)가 배치된다. 나사형 스핀들(2)은 너트(3)에서의 나선형 볼 베어링 경로(4)와 대략 동일한 피치를 갖는 나선형 볼 베어링 경로(4)를 주연부 둘레에 포함한다. 나사형 스핀들(2)은 너트(3)를 통해 통과하고, 너트(3)는 볼 베어링 체인(7)의 볼 베어링들(5)을 통해 나사형 스핀들(2)과 연동하는데, 상기 볼 베어링들은 나사형 스핀들(2)과 너트(3)의 볼 베어링 경로(4) 내에 뿐만 아니라, 각각 하나의 볼 베어링 경로 변경 부재(6)(도2 참조)와 볼 베어링 복귀 채널(13)로 이루어진 볼 베어링 복귀부(12) 내에 둘러싸여 배치된다. 나사형 스핀들(2)은 너트(3)가 회전하는 경우 너트 상에서 축방향으로 변위된다. 나사형 스핀들(2) 상에서 트랙 로드와 조향 아암으로 이루어진 연동부는 자동차의 조향 가능한 휘일에 고정됨으로써, 너트(3) 상에서 나사형 스핀들(2)의 축방향 변위 시에 조향 가능한 휘일의 조향 각도가 변경된다. 볼 베어링(5)은 볼 베어링 경로(4) 내에서 가능한 최소 유격으로 진행된다.
볼 베어링 경로(4) 내에 볼 베어링(5)을 부드럽게 도입 또는 배출시킬 수 있고 너트(3)상에 나사형 스핀들(2)을 연속해서 방사상으로 균일하게 지지하는 것을 보장하기 위해, 하중을 지지하는 볼 베어링 경로의 중단 없이 360°이상의 폐쇄된 나사 터언을 형성하는 하나 이상의 볼 베어링 체인(7)이 제공된다. 이를 위해 볼 베어링 복귀 채널(13)의 축방향 단부(17, 17')에 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)이 너트(3)의 벽부 내로 삽입되어 고정되며, 상기 볼 베어링 경로 변경 부재들은 볼 베어링 경로(4)로의 전이 영역(8)에서 볼 베어링 경로(4) 쪽으로 연속해서 축소되는 기저면적을 포함하며, 상기 기저면적은 볼 베어링 경로(4) 상으로 볼 베어링(5)의 접촉면적(9)을 연속해서 점진적으로 변경시킬 수 있다. 이로써 볼 베어링(5)은 하중 도입/배출 구역(10)에서 나사형 스핀들(2)과 너트(3)의 상대 운동 시의 구름 마찰로 인해 너트(3)와 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)의 확장된 단부(11)에서 부드럽게 움직일 수 있다(도2 및 도3 참조).
도2에는 너트(3)의 대략 네 개의 나사 터언에 걸쳐서 연장된 단일 볼 베어링 체인(7)을 갖는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구(1)의 구조가 도1의 볼 베어링 헬리컬 기어 기구(1)의 부분 단면도로 도시된다. 동일한 부품에는 도1에서와 동일한 도면 부호가 적용된다.
도2 및 도4에 도시된 바와 같이, 볼 베어링 복귀 채널(13)은 너트(3)의 외주면에서 대략 축방향으로 도입됨으로써, 복귀 채널의 개구는 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)의 각각의 단부(11)에 대한 접선에 배치된다. 따라서, 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)은 볼 베어링 복귀 채널(13)로부터 볼 베어링(5)의 경로 변경뿐만 아니라 볼 베어링 경로(4)로부터 볼 베어링의 도입 및 배출을 위해 사용된다.
볼 베어링 경로 변경 부재들(6)은 도3에 도시된 바와 같이 일체형으로 성형된다. 도2 및 도4에 도시된 바와 같이, 상기 부재는 너트(3)의 단부에서 축방향으로 정합된 크기의 개구(18, 18') 내에 삽입될 수 있고, 리테이너 링과 같은 각각 하나의 축방향 고정 요소(14) 및 바람직하게는 고무와 같은 탄성 중합체 재료로 피복된 강철 디스크와 같은 스프링 요소(15)에 의해 너트(3) 내에 고정될 수 있다.
도5에는 너트(3) 상의 고딕식 경로 프로파일(16)을 갖는 접촉 가압 각도(22)의 영역에서 하중 도입 및 하중 배출 구역(10)이 도시되며, 상기 고딕식 경로 프로파일(16)은 기울어지게 모따기되고 이 영역에서 볼 베어링(5)을 위한 직선형 안내부가 포크형으로 분기되는 포크 구조를 유지하며, 이로써 볼 베어링(5)은 나사형 스핀들(2)과 너트(3) 사이의 상대 운동에 대해 발생하는 구름 마찰로 인해 자동적으로 동반된다. 따라서, 볼 베어링 헬리컬 기어 기구(1)의 부드러운 저소음 작동이 보장된다.

Claims (14)

  1. 차량의 전기 기계식 조향 시스템을 위한 볼 베어링 헬리컬 기어 기구이며, 너트(3)를 통해 관통하는 나사형 스핀들(2)을 구비하고, 상기 나사형 스핀들(2) 및 너트(3)에는 너트(3) 내에 하중을 전달하는 볼 베어링(5)을 함께 수용하기 위한 볼 베어링 경로(4)가 제공되며, 너트(3)는 볼 베어링(5)을 볼 베어링 경로(4) 내로 도입 및 배출하기 위해 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)을 포함하며, 볼 베어링(5)은 볼 베어링 경로(4) 내에서 두 개 이상의 나사 터언에 걸쳐서 폐쇄된 체인(7)으로 배치되는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구에 있어서,
    볼 베어링 경로(4)로의 전이 영역(8)에 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)을 갖는 너트(3)는, 전이 영역(8) 내 하중 도입 및 하중 배출 구역(10)에서 볼 베어링(5)의 도입 또는 배출을 위해, 나사형 스핀들(2)의 볼 베어링 경로(4)와 볼 베어링(5) 사이의 접촉면적(9)이 연속해서 점진적으로 변경되는 것이 보장되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  2. 제1항에 있어서, 전이 영역(8)에서 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)은 그 기저면적이 연속적으로 축소되면서 분기되는 단부(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전이 영역(8)에서 볼 베어링(5)은, 나사형 스핀들(2) 및 너트(3)의 상대 운동 시에 발생하는 구름 마찰로 인해 하중 도입 또는 하중 배출 구역(10) 내부로 또는 그 외부로 움직이는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 볼 베어링 헬리컬 기어 기구(1)는 하나의 볼 베어링 복귀 채널(13) 및 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)로 구성된 하나의 볼 베어링 복귀부(12)와, 하나 이상의 폐쇄된 나사 터언을 갖는 두 개 이상의 볼 베어링 체인(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  5. 제4항에 있어서, 볼 베어링 복귀부(12)는 너트(3) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 볼 베어링 경로 변경 부재(6)는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 볼 베어링 경로 변경 부재(6)는 성형 또는 주조 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 볼 베어링 경로 변경 부재(6)는 금속 또는 비금속 재료로 성형되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  9. 제4항에 있어서, 볼 베어링 복귀 채널(13)은 너트(3) 내에서 축방향으로 진행되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  10. 제4항에 있어서, 볼 베어링 복귀 채널(13)은 볼 베어링 경로(4)로의 볼 베어링 경로 변경 부재(6)의 전이 영역(8)에 접선 방향으로 안내되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)은 축방향 고정 요소(14), 스프링 요소(15) 또는 이 둘 모두를 사용하여 너트(3) 내에 고정되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 너트(3)의 고딕식 경로 프로파일(16)은 기울어진 모따기부에 의해 전이 영역(8)에 포크 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 헬리컬 기어 기구.
  13. 조향 시스템의 볼 베어링 헬리컬 기어 기구(1)용 너트에 있어서,
    볼 베어링 헬리컬 기어 기구(1)의 볼 베어링의 부드러운 도입 또는 배출을 위해 너트(3)는 포크 구조를 갖는 하중 도입 및 하중 배출 구역(10)을 포함하며, 상기 포크 구조상에서 볼 베어링(5)은 볼 베어링 복귀부(12)로부터 접촉 또는 가압 각도의 높이에서 볼 베어링 경로(4) 내에 도입될 때까지 너트(3)의 고딕식 경로 프로파일(16)의 에지들을 따라 안내되고,
    너트(3)는 볼 베어링 경로(4)로의 전이 영역(8)에 볼 베어링 경로 변경 부재들(6)을 갖고,
    전이 영역(8) 내 하중 도입 및 하중 배출 구역(10)에서 볼 베어링(5)의 도입 또는 배출을 위해, 나사형 스핀들(2)의 볼 베어링 경로(4)와 볼 베어링(5) 사이의 접촉면적(9)이 연속해서 점진적으로 변경되는 것이 보장되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조향 시스템의 볼 베어링 헬리컬 기어 기구(1)용 너트.
  14. 삭제
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