KR101275730B1

KR101275730B1 - 동력식 조향기어 성능시험기

Info

Publication number: KR101275730B1
Application number: KR1020110142515A
Authority: KR
Inventors: 장세진
Original assignee: 장세진
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-06-17

Abstract

본 발명은 유압식 조향기어의 피니언 토크와 입력압력특성을 동시에 측정할 수 있는 동력식 조향기어 시험기에 관한 것이다. 그 구성은; 랙바(105)가 끼워져 설치되는 실린더하우징(113)을 고정시키키기 위한 실린더고정부(1); 상기 랙바(105)의 직선왕복운동거리를 측정하기 위한 거리측정부; 랙피니언(103)에 축방향으로 가해지는 토크를 측정하기 위한 토크측정부; 유압장치(111)에 가해지는 압력변화를 측정하기 위한 압력측정부; 상기 랙피니언(103)을 좌우방향으로 회전시키기 위한 랙피니언회전부; 상기 유압장치에 유압을 공급하는 유압공급부(19)를 포함하되; 타이로드(107,109)중 어느 하나가 상기 실린더하우징(113)의 단부에 걸려 일방향으로는 더 이상 회전될 수 없는 순간에 입력압력, 즉 상기 유압장치(111)의 유압밸브가 개방되는 압력을 측정하고, 상기 랙피니언(103)을 축회전시킴으로써 상기 타이로드(107)를 좌우방향으로 이송시키는 사이에 피니언토크를 측정하는 것을 특징으로 한다.

Description

동력식 조향기어 성능시험기{Tester For Power Steering Gear}

본 발명은 시험장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유압식 조향기어의 피니언 토크와 입력압력특성을 동시에 측정할 수 있는 동력식 조향기어 성능시험기에 관한 것이다.

조향기어는 차량의 핸들에 가해지는 토크를 바퀴에 전달하기 위한 매개체 역할을 한다. 동력식(또는 유압식) 조향기어는 작용력을 유압을 이용하여 증폭함으로써 적은 힘으로도 용이하게 조향할 수 있게 하는 수단이다. 이하에서 조향기어라 하면 특별한 언급이 없는 경우에도 동력식 조향기어를 의미하는 것으로 한다.

자동차 제작사 또는 조향기어 제작사에서는 조향기어의 성능시험을 행하고 있다. 조향기어는 2가지의 중요한 성능시험을 겪게 되는데 하나는 정전토크(또는 피니언 토크)시험이며, 다른 하나는 입력압력 특성시험이다. 우선 조향기어의 구조를 간단히 살펴 본 다음 성능시험에 대해 언급한다.

일반적으로, 조향기어는 운전자가 손으로 조작하는 원형 링형태의 조향휠, 조향휠에 연결되는 조향샤프트, 조향샤프트를 지지하는 컬럼, 컬럼의 내부에 회전 가능하게 설치되는 것으로서 조향샤프트의 회전에 따라서 오일량을 제어하는 밸브부재, 밸브부재로 오일이 공급되도록 동력을 발생시키는 펌프와, 상기 펌프에서 발생되는 동력에 의해 공급되는 오일을 저장하는 리저버탱크와, 오일압에 의해서 타이로드를 제어하는 기어박스를 포함한다.

기어박스의 실린더 내부에는 조향휠 내지 랙피니언의 조향각도에 따라 좌우로 움직이는 랙바가 설치된다. 랙바의 끝단에는 타이로드가 연결되고, 이 타이로드가 바퀴를 직접 당기거나 밀면서 조향이 이루어지도록 하는 것이다.

위에서 언급한 정전토크(또는 피니언 토크, 이하 같음)시험은 랙피니언에서 랙바에 전달되는 토크를 측정하는 것이다. 이것은 핸들이 무겁거나 또는 가볍게 느껴지게 하는 정도를 측정하는 것으로서 설정된 범위 내에 있는 것이 바람직하며 일측에서 타측으로 조향하는 동안 설정된 범위를 벗어나지 않고 일정하게 유지되어야 한다.

다른 시험항목으로 입력압력을 측정하는 시험이 있다. 이 시험은 타이로드를 위치고정시키고 랙피니언을 양방향으로 회전시킬 때 유압밸브가 개방되는 시점의 토크를 측정하는 것이다. 유압밸브가 개방되는 시점은 실질적인 조향이 어느 정도의 토크에서부터 시작되는가를 의미한다. 따라서 이 역시 설정된 범위 내에 있어야 한다. 그리고 이 시험은 기계식 조향기어에서는 이루어질 수 없는 시험항목에 해당한다.

종래 위의 두 항목의 시험을 실시하기 위해서 소정의 시험장비가 제공된바 있다. 종래의 시험장비는 정전토크시험과 입력압력시험을 별도로 구분하여 실시하였다. 입력압력시험은 랙바를 고정하고 실시하여야 하므로 이것은 당연한 것처럼 여겨졌다. 따라서 시험자는 우선 정전토크시험을 실시한 다음 랙바를 랙바고정장치로써 고정시키고 입력압력시험을 시행하였다.

이를 위해 랙바고정장치가 별도로 구비되어야 했기 때문에 시험장비가 복잡해지는 문제가 있었으며 무엇보다 두가지 시험을 순차적으로 시행하였기 때문에 시험에 소요되는 시간이 많아지는 문제가 있다.

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 한번의 과정을 통해 2가지 항목의 성능시험, 즉 정전토크시험과 입력압력특성 시험을 동시에 시행할 수 있게 하는 동력식 조향기어 성능시험기를 제공함으로써 조향기어를 시험하는데 소요되는 시간을 단축시키는 한편 보다 용이하게 성능시험을 수행하게끔 하는 것에 있다.

위와 같은 목적은, 조향휠에 의해 축회전되는 랙피니언, 상기 랙피니언으로부터 토크를 전달받아 직선왕복운동을 하게 되는 랙바; 상기 랙바의 양단에 각각 연결되는 타이로드; 상기 랙피니언으로부터 전달되는 토크를 증대시키기 위한 유압장치를 포함하는 동력식 조향기어를 시험하기 위한 동력식 조향기어 시험기에 있어서,

상기 랙바가 끼워져 설치되는 실린더하우징을 고정시키키기 위한 실린더 고정부; 상기 랙바의 직선왕복운동거리를 측정하기 위한 거리측정부; 상기 랙피니언에 축방향으로 가해지는 토크를 측정하기 위한 토크측정부; 상기 유압장치에 가해지는 압력변화를 측정하기 위한 압력측정부; 상기 랙피니언을 좌우방향으로 회전시키기 위한 랙피니언회전부; 상기 유압장치에 유압을 공급하는 유압공급부를 포함하되;

타이로드가 상기 실린더하우징에 걸려 특정 방향으로는 더 이상 회전될 수 없는 순간에 입력압력, 즉 상기 유압장치의 유압밸브가 개방되는 압력을 측정하고, 상기 랙피니언을 축회전시킴으로써 상기 타이로드를 좌우방향으로 이송시키는 사이에 피니언토크를 측정하는 것을 특징으로 하는 동력식 조향기어 시험기에 의해 달성된다.

위와 같은 구성에 의하면, 랙피니언을 한 끝에서 다른 끝까지 한번 왕복시키는 과정에서 정전토크시험과 입력압력특성시험을 시행할 수 있게 된다. 그리고 이 과정에서 랙바 또는 타이로드 등의 부품을 고정시켜야 하는 동작을 하지 않아도 된다. 따라서 작업이 편리한 것은 물론이요 그에 소요되는 시간도 단축시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 동력식 조향기어 시험기의 구성도이며, 도 2는 그의 일실시예에 의한 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 동력식 조향기어 시험기의 시험과정을 단계별로 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 동력식 조향기어 시험기의 시험결과의 출력표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다.

본 발명은 시중에 보급되는 각 제조사의 조향기어를 시험하는 장비에 관한 것이므로 각 조향기어를 모두 적용할 수 있는 구조가 바람직하다. 도 1 내지 도 3에 도시된 것은 일반적인 형태의 조향기어이다. 그리고 본 발명의 권리범위가 이 조향기어의 구체적 형태 내지 방식에 의해 제한되어서는 아니된다.

동력식 조향기어(101)는 통상 조향휠(미도시됨)에 의해 축회전되는 랙피니언(103), 상기 랙피니언(103)으로부터 토크를 전달받아 직선왕복운동을 하게 되는 랙바(105, 또는 랙샤프트); 상기 랙바(105)의 양단에 각각 연결되는 타이로드(107,109); 상기 랙피니언(103)으로부터 전달되는 토크를 증대시키기 위한 유압장치(111)를 포함한다. 랙바(105)는 유압장치(111)의 일부 구성요소인 실린더하우징(113) 내부에 끼워져 설치된다. 실린더하우징(113)은 조향기어의 몸체 역할을 하며 차체에 고정 설치되는 것이다.

이하, 본 발명의 대상인 시험기에 대해 설명한다.

실린더고정부(1)는 랙바(105)가 끼워져 설치되는 실린더하우징(103)을 고정시키키기 위한 것이다. 실린더고정부(1)는 베이스(3)와 상기 베이스(3) 상면에 설치되는 것으로서 V자 형태의 안착홈(5)을 갖는 것으로서 이격 설치된 한 쌍의 받침대(7)와, 토글 클램프(9)와 같은 클램핑수단을 포함한다. 조향기어(101)의 크기가 차종마다 다를 수 있으므로 받침대(7) 간의 간격은 도 2에 도시된 바와 같은 레일을 따라 조절 가능하게 하는 것이 바람직하다. 안착홈(5)이 V자 형태로 형성되어 있으므로 직경의 대소에 관계없이 실린더하우징(113)을 지지할 수 있을 것이다.

거리측정부가 랙바(105)의 직선왕복운동거리를 측정한다. 거리측정부는 거리센서(13)를 이용한다. 이를 위해 거리센서(13)의 끈부재(13a)의 단부는 일측 타이로드(107)에 집게(13b) 등의 수단에 의해 연결되고 거리센서 본체(13c)는 시험기의 본체에 해당하는 베이스(3)에 고정 설치된다. 이에 의하면, 움직이는 타이로드(107)가 끈부재(13a)를 잡아당기면서 이동거리가 측정되는 것이다.

토크측정부가 랙피니언(103)에 축방향으로 가해지는 토크를 측정한다. 토크측정부에는 토크센서(15)가 이용된다. 또한 유압장치(111)에 가해지는 압력변화를 측정하기 위하여 압력측정부가 설치된다. 압력측정부에는 압력센서(17)가 사용된다.

유압장치(111)에 유압을 공급하기 위한 유압공급부(19)가 유압커넥터(111a)에 연결될 수 있다. 유압이 공급되어야만 입력압력을 측정할 수 있기 때문이다. 관리자는 하나의 조향기어(101)를 시험할 때마다 매번 유압공급부(17)를 유압커넥터(111a)에 연결하고 유압을 걸어야 한다.

언급된 각 센서(13,15,17)는 공지의 수단이며 당업자는 어렵지 않게 구입하여 사용할 수 있는 것이므로 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

랙피니언회전부는 랙피니언(103)을 좌우방향으로 축회전시키기 위한 것으로서 시험기의 베이스(3)에 고정 설치된다. 랙피니언회전부는 조향휠과 유사한 형태의 휠부재(21)와, 시험기의 베이스(3)에 고정되는 것으로서 컬럼과 유사한 형태의 컬럼부재(23)를 포함할 수 있다. 랙피니언회전부는 작업자로 하여금 측정하고자 하는 조향기어(101)의 랙피니언(103)을 용이하게 회전시킬 수 있도록 설치된다.

본 발명의 실시예에 의하면 휠부재(21)를 대체하여 또는 그와 병용하여 엔씨모터 및 타이밍벨트 등의 전동수단을 설치함으로써 자동화 시스템에 의해 시험이 이루어지도록 할 수 있다. 관리자는 유압장치를 연결하고 스위치 버튼을 누르기만 함으로써 본 발명의 성능시험기를 기동시킬 수가 있을 것이다. 이 경우 랙피니언의 회전 및 정지를 자동적으로 조절해야 하므로 타이로드가 멈추게 되는 것을 인식하기 위한 센싱수단이 더 구비되어야 할 것이다.

더 나아가 랙피니언회전부는 사용자의 선택에 의해 수동 또는 자동에 의해 랙피니언을 회전시킬 수 있도록 하는 것이 더 바람직하다.

본 발명의 시험기에 있어서 타이로드(107,109)의 좌우 방향으로의 이동 가능 구간, 즉 행정(S, stroke)은 물리적으로 제한되어야 한다. 이 행정(S)에 해당하는 전체의 구간에서 토크, 압력 및 거리를 측정할 수 있어야 한다. 만약 타이로드(107,109)의 행정이 측정 가능구간을 넘어서는 경우에는 타이로드(107,109)의 끝단에 너트 등의 고정부재를 채워 행정을 제한하여야 할 것이다.

위와 같은 구성을 이용하여 조향기어를 시험하는 과정을 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3(a)는 측정의 시작지점으로서 휠부재(21) 및 타이로드(107,109)가 최대한 한쪽 방향(도면상 좌측)으로 회전되어 있는 상태이다. 이 상태에서 휠부재(21)를 회전시켜 타이로드(107,109)가 도면상 우측방향으로 이동되도록 한다.

도 3(b)는 타이로드(107,109)가 도면상 우측방향으로 이동되는 상태를 도시하는데 이 과정은 도 4에서 좌측 하단의 그래프에서 Ⅲ 구간에 해당하며, 일측방향으로의 토크변화를 측정하는 것이다. 도 3(c)는 타이로드(107,109)가 도면상 최대한 우측으로 이동되고 더 이상 우측으로는 움직일 수 없는 상태에 해당한다. 본 발명에 의하면 이 상태가 타이로드(107,109)를 고정시킨 상태로 해석된다. 그러므로 이 상태에서 첫 번째 입력압력특성을 측정할 수 있게 되는 것이다. 첫 번째 입력압력특성 측정에 의해 도 4의 우측 하단의 그래프 상에서 ⅰ,ⅱ 구간이 작도된다.

도 3(d)는 타이로드(107,109)가 도면상 좌측방향으로 이동되는 상태를 도시하는데 이 과정은 도 4의 좌측 하단의 그래프에서 Ⅵ 구간에 해당하며, 타측방향으로의 토크변화를 측정하는 것이다.

도 3(e)는 타이로드(107,109)가 도면상 최대한 좌측으로 이동되고 더 이상 좌측으로는 움직일 수 없는 상태에 해당한다. 본 발명에 의하면 이 상태 역시 타이로드(107,109)를 고정시킨 상태로 해석되고 있다. 그리고 이 상태에서 두 번째 입력압력특성 측정이 이루어지고 그 결과로 도 4의 우측 하단 그래프 상에서 ⅳ,ⅴ 구간이 작도된다.

이렇듯 휠부재(21)를 좌우로 회전시켜 타이로드(107,109)가 도 3(a) ~ 도 3(e)에 따라 1회 왕복되는 과정에서 2가지 항목의 시험이 모두 완료되는 것이다. 결과적으로, 타이로드(107,109)가 실린더하우징(113)의 단부에 걸려 특정 방향으로는 더 이상 회전될 수 없는 순간에 입력압력을 측정하고, 랙피니언(103)을 축회전시킴으로써 타이로드(107,109)를 좌우방향으로 이송시키는 사이에 피니언토크를 측정하는 것이다.

본 발명의 시험기는 각 센서로부터 인가되는 정보를 연산하고 이를 그래픽으로 출력하는 컴퓨터 시스템을 포함한다. 그리고 본 발명의 시험기는 도 4에 도시된 바와 같은 테스트 리포트를 작성하도록 프로그래밍될 수 있다. 테스트 리포트는 상부에는 데이터값을 표시하는 테이블이 기재되고, 하단에는 피니언 토크 그래프와 입력압력 그래프가 동시에 현출되도록 한다. 참고로 도 4에는 도 3을 통해 설명된 시험과정이 단계적으로 표시되었다. 시험자는 모니터로 출력되는 도 4의 테스트리포트를 인쇄하거나 외부로 전송할 수 있다.

1 : 실린더 고정부 3 : 시험기 베이스
5 : 안착홈 7 : 받침대
9 : 토글 클램프 13 : 거리측정센서
15 : 토크센서 17 : 압력센서
19 : 유압공급부 21 : 휠부재
23 : 컬럼부재
101 : 조향기어 103 : 랙피니언
105 : 랙바 107,109 : 타이로드
111 : 유압장치 113 : 실린더하우징
S : 행정

Claims

조향휠에 의해 축회전되는 랙피니언(103), 상기 랙피니언(103)으로부터 토크를 전달받아 직선왕복운동을 하게 되는 랙바(105); 상기 랙바(105)의 양단에 각각 연결되는 타이로드(107,109); 상기 랙피니언(103)으로부터 전달되는 토크를 증대시키기 위한 유압장치(111)를 포함하는 동력식 조향기어를 시험하기 위한 동력식 조향기어 성능시험기에 있어서;
상기 랙바(105)가 끼워져 설치되는 실린더하우징(113)을 고정시키키기 위한 실린더고정부(1); 상기 랙바(105)의 직선왕복운동거리를 측정하기 위한 거리측정부; 상기 랙피니언(103)에 축방향으로 가해지는 토크를 측정하기 위한 토크측정부; 상기 유압장치(111)에 가해지는 압력변화를 측정하기 위한 압력측정부; 상기 랙피니언(103)을 좌우방향으로 회전시키기 위한 랙피니언회전부; 상기 유압장치(111)에 유압을 공급하는 유압공급부(19)를 포함하되;
상기 타이로드(107,109)중 어느 하나가 상기 실린더하우징(113)에 걸려 일방향으로는 더 이상 회전될 수 없는 순간에 입력압력, 즉 상기 유압장치(111)의 유압밸브가 개방되는 압력을 측정하고, 상기 랙피니언(103)을 축회전시킴으로써 상기 타이로드(107)를 좌우방향으로 이송시키는 사이에 피니언토크를 측정하는 것을 특징으로 하는 동력식 조향기어 성능시험기.
제1항에 있어서 상기 실린더하우징(113)은;
베이스(3)의 상면에 설치되는 것으로서 V자 형태의 안착홈(5)을 가지며 이격 설치된 한 쌍의 받침대(7); 상기 실린더하우징(113)을 파지하기 위한 토글 클램프(9)와 같은 클램핑수단을 포함하는 실린더고정부(1)에 의해 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 동력식 조향기어 성능시험기.
제1항에 있어서, 상기 랙피니언회전부는 사용자의 선택에 의해 수동 또는 자동에 의해 상기 랙피니언을 회전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 동력식 조향기어 성능시험기.