KR101559614B1 - 랙구동형 동력 보조 조향장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로 이와 같은 본 발명에 의하면, 모터에 의한 벨트의 작동시 너트풀리와 볼너트에 전달되는 진동이나 노면으로부터 랙바를 통해 전달되는 충격에 의해 록너트와 록스크류가 풀리는 경우에도 운전중에 조향휠이 잠기는 것을 방지하여 주행 안정성을 높이는 효과가 있게 된다.

Description

랙구동형 동력 보조 조향장치{Rack Assist Type Electric Power Steering Apparatus}
본 발명은 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 모터에 의한 벨트의 작동시 너트풀리와 볼너트에 전달되는 진동이나 노면으로부터 랙바를 통해 전달되는 충격에 의해 록너트와 록스크류가 풀리는 경우에도 운전중에 조향휠이 잠기는 것을 방지하여 주행 안정성을 높일 수 있는 랙구동형 동력 보조 조향장치에 관한 것이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구를 포함하여 구성된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도이고, 도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치는 조향휠(105)부터 양측 바퀴(150)에까지 이어지는 조향 계통(100) 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 공급하는 보조 동력 기구(160)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(100)은, 상단이 조향휠(105)에 연결되어 조향휠(105)과 함께 회전하고 하단은 한 쌍의 유니버설 조인트(115)를 매개로 피니언축(120)에 연결되는 조향축(110)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(120)은 랙-피니언 기구부(135)를 통해 랙바(155)에 연결되고, 랙바(155)의 양단은 타이로드(140) 및 너클암(145)을 통해 자동차의 바퀴(150)에 연결된다.
랙-피니언 기구부(135)는 피니언축(120)의 하단에 형성되는 피니언 기어(125)와 랙바(155)의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어(130)가 서로 맞물려서 형성된다.
보조 동력 기구(160)는 운전자가 조향휠(105)에 가하는 조향 토크를 감지하고 감지된 조향 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(117), 토크 센서(117)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(ECU), 전자 제어 장치로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 조향 보조 동력을 발생시키는 모터(165) 및 벨트(210)를 매개로 모터(165)에서 발생한 보조 동력을 랙바(155)에 전달하는 벨트식 전동장치(170)를 포함하여 구성된다.
벨트식 전동장치(170)는 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(165)와, 모터(165)의 축(165a)에 고정된 모터풀리(205a), 모터풀리(205a)에 감겨진 벨트(210), 랙바(155)를 감싸는 랙하우징(200)의 내부에 랙바(155)를 지지하는 볼너트(220)가 구비되고, 볼너트(220)의 외주면에 결합된 너트풀리(205b) 등으로 구성된다.
볼너트(220)는 볼을 매개로 랙바(155)와 결합되어 회전하면서 랙바(155)를 랙하우징(200)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(220)의 외주면에는 볼너트(220)의 회전을 지지하는 베어링(340)이 장착되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술에 의한 경우에는 볼너트가 회전하면서 랙바를 슬라이딩시킬 때 랙바와 볼너트, 너트풀리, 베어링, 랙하우징 등을 통해 소음과 진동이 발생되는 문제점이 있었고, 이러한 소음과 진동이 다른 부품들에 전달되어 체결된 부품들을 풀리게 하는 문제점이 있었다.
또한, 모터에 의한 벨트의 작동시 너트풀리와 볼너트에 전달되는 진동이나 노면으로부터 랙바를 통해 전달되는 충격에 의해 록너트와 록스크류가 풀리는 경우에 운전중에 조향휠이 잠기는 중대한 안정상의 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 랙구동형 동력 보조 조향장치에 있어서, 모터에 의한 벨트의 작동시 너트풀리와 볼너트에 전달되는 진동이나 노면으로부터 랙바를 통해 전달되는 충격에 의해 록너트와 록스크류가 풀리는 경우에도 운전중에 조향휠이 잠기는 것을 방지하여 주행 안정성을 높이는 데에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 성취하기 위하여 본 발명은, 랙하우징과 기어박스 하우징의 내측에서 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트의 외주면 일측과 타측에 각각 결합되는 베어링과 너트풀리, 상기 베어링의 외륜을 지지하며 상기 랙하우징에 결합되는 록스크류 및 상기 베어링의 내륜을 지지하며 상기 볼너트에 결합되는 록너트를 포함하되, 상기 록너트와 상기 랙하우징의 내벽면 사이에는 축방향의 제1간극이 구비되고, 상기 너트풀리와 상기 기어박스 하우징의 내벽면 사이에 축방향의 제2간극이 구비되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 모터에 의한 벨트의 작동시 너트풀리와 볼너트에 전달되는 진동이나 노면으로부터 랙바를 통해 전달되는 충격에 의해 록너트와 록스크류가 풀리는 경우에도 운전중에 조향휠이 잠기는 것을 방지하여 주행 안정성을 높이는 효과가 있게 된다.
도 1은 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치를 개략적으로 나타낸 부분 단면도;
도 2는 일반적인 랙구동형 동력 보조 조향장치 중 일부를 개략적으로 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도;
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타내는 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치 일부를 나타낸 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는, 랙하우징(301)과 기어박스 하우징(303)의 내측에서 랙바(305)와 결합되어 랙바(305)를 슬라이딩시키는 볼너트(330)와, 내륜(310a)은 상기 볼너트(330)의 외주면 일측에 결합되고 외륜(310b)은 랙하우징(301)의 내주면에 결합되는 베어링(310)과, 상기 볼너트(330)의 외주면 타측에 결합되어 벨트의 구동력을 전달하는 너트풀리(320)와, 상기 베어링(310)과 너트풀리(320)의 사이에서 상기 베어링(310)의 외륜(310b)을 지지하며 상기 랙하우징(301)에 결합되는 록스크류(313) 및 상기 볼너트(330)의 외주면 끝단에서 상기 베어링(310)의 내륜(310a)을 지지하며 결합되는 록너트(311)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 랙구동형 동력 보조 조향장치는 구동수단과 종동수단을 구비하는데, 구동수단은 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 모터(도 2의 165 참조)와, 상기 모터의 축(도 2의 165a)에 결합된 모터풀리(도 2의 205a), 벨트(도 2의 210) 등으로 이루어진다.
또한, 종동수단은 랙바(305)를 감싸는 랙하우징(301)의 내부에 랙바(305)를 지지하는 볼너트(330)와, 볼너트(330)의 외주면에 결합되는 너트풀리(320) 등으로 이루어진다.
모터(165)와 연결된 모터풀리(205a)와, 랙바(305)와 연결된 너트풀리(320)는 서로 평행하게 배치되며, 이 모터풀리(205a)와 너트풀리(320)에는 벨트(210)가 끼워져 모터(165)의 회전력을 볼너트(330)를 통해 랙바(305)에 전달하고, 볼너트(330)의 동작에 의하여 랙바(305)를 좌우로 이동시켜 조향 보조력을 발생시키게 된다.
볼너트(330)는 볼(미도시)을 매개로 랙바(305)와 결합되어 회전하면서 랙바(305)를 랙하우징(301)과 기어박스 하우징(303)의 내측에서 슬라이딩시키게 되고, 볼너트(330)의 외주면 일측에는 볼너트(330)를 회전시키는 너트풀리(320)가 결합되고, 볼너트(330)의 외주면 타측에는 회전을 지지하는 베어링(310)이 장착된다.
볼너트(330)의 내주면과 랙바(305)의 외주면에는 랙바(305)를 축방향으로 슬라이딩시켜 조향 보조력을 발생시킬 수 있도록 동력전달구조가 마련되는데, 이 동력전달구조는 랙바(305)의 외주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 외주스크류홈(305a)과, 이에 삽입되는 볼 및, 외주스크류홈(305a)과 대응되게 볼너트(330)의 내주면에 반구형 내지는 아크형 단면을 가지며 나선형으로 형성된 내주스크류홈(330a)으로 이루어진다.
볼너트(330)는 내주면에 내주스크류홈(330a)이 형성된 중공관으로서, 볼너트(330)의 외주면에 결합된 베어링(310)의 외륜(310b) 끝단에는 록스크류(313)가 랙하우징(301)의 내주면에 나사결합되어 베어링(310)을 지지하며 고정된다.
너트풀리(320)는 볼너트(330)의 외주면과의 사이에 경방향으로 탄성력을 발생시키는 톨러런스 링(335)이 결합되어 있어서 볼너트(330)로부터 이탈이 방지되게 되어 있다.
그리고, 베어링(310)의 내륜(310a) 끝단에는 록너트(311)가 볼너트(330)의 외주면에 나사결합되어 베어링(310)을 지지하며 고정되는데, 록너트(311)와 랙하우징(301)의 내벽면 사이에는 축방향의 제1간극(A)이 구비되고, 너트풀리(320)와 기어박스 하우징(303)의 내벽면 사이에는 축방향의 제2간극(B)이 구비되어 있다.
베어링(310)은 볼너트(330)의 외주면에 슬라이딩 조립되며 볼너트(330)의 대략 중간부위에 직경이 확대 형성되어 있는 안착부(333)에 베어링(310)이 지지되며 고정되는데, 볼너트(330)와 랙바(305)의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중 등으로 인해 록너트(311)가 풀리는 경우가 발생되고 이로 인해 볼너트(330)가 랙바(305)를 따라서 좌,우로 슬라이딩하게 된다.
이때 볼너트(330)의 슬라이딩으로 너트풀리(320)가 기어박스 하우징(303)에 닿게 되면 너트풀리(320)의 회전에 저항이 발생되고 심한 경우 너트풀리(320)의 회전이 멈추어서 조향휠이 잠기게 되는 치명적인 문제가 발생된다.
그러므로, 본 발명에서는 너트풀리(320)와 기어박스 하우징(303)의 내벽면 사이에 축방향으로 형성된 제2간극(B)이, 록너트(311)와 랙하우징(301)의 내벽면 사이에 축방향으로 형성된 제1간극(A)보다 크게 형성되어 있다.
즉, 록너트(311)가 최대한 풀리는 경우 록너트(311)가 축방향으로 이동가능한 최대거리인 제1간극(A)만큼 볼너트(330)의 이동이 가능하게 되고 이 제1간극(A)이 너트풀리(320)와 기어박스 하우징(303)의 내벽면 사이의 거리인 제2간극(B)보다 작게 형성되므로 볼너트(330)가 기어박스 하우징(303)의 내벽면에 닿지 않고 회전이 가능하게 된다.
따라서, 록너트(311)가 최대한 풀리더라도 너트풀리(320)와 기어박스 하우징(303)의 내벽면 사이에 소정의 간극이 유지되어 너트풀리(320)의 회전에 저항이 발생되지 않고 조향휠도 잠기지 않게 된다.
또한, 베어링(310)의 외륜(310b)을 지지하면서 랙하우징(301)에 고정되는 록스크류(313)가 랙바(305)의 작동으로 인한 진동이나 노면으로부터 역입력되는 충격 하중으로 인해 풀리는 경우에도 볼너트(330)가 랙바(305)를 따라서 좌,우로 슬라이딩하게 된다.
그리고, 록스크류(313)의 풀림으로 인해 볼너트(330)가 슬라이딩하면서 너트풀리(320)가 기어박스 하우징(303)에 닿게 되면 너트풀리(320)의 회전에 저항이 발생되고 심한 경우 조향휠이 잠기게 되는 치명적인 문제가 발생된다.
따라서, 기어박스 하우징(303)의 내측에는 단턱부(303a)가 형성되어 있고, 이 단턱부(303a)와 록스크류(313)와의 사이에 축방향으로 제3간극(C)이 형성되어 있으며, 제2간극(B)이 제3간극(C)보다 크게 형성되어 있어서, 록스크류(313)가 최대한 풀리더라도 너트풀리(320)와 기어박스 하우징(303)의 내벽면 사이에 소정의 간극이 유지되어 너트풀리(320)의 회전에 저항이 발생되지 않고 조향휠도 잠기지 않게 된다.
즉, 록스크류(313)가 최대한 풀리는 경우 록스크류(313)가 축방향으로 이동가능한 최대거리인 제3간극(C)만큼 볼너트(330)의 이동이 가능하게 되고 이 제3간극(C)이 너트풀리(320)와 기어박스 하우징(303)의 내벽면 사이의 거리인 제2간극(B)보다 작게 형성되므로 볼너트(330)가 기어박스 하우징(303)의 내벽면에 닿지 않고 회전이 가능하게 된다.
한편, 본 발명에서는 록너트(311)와 록스크류(313)가 동시에 풀리는 경우에 조향휠이 잠기는 것도 방지할 수 있도록 제2간극(B)이 제1간극(A)과 제3간극(C)의 합(A+C)보다 크게 형성되어 있다.
따라서, 록너트(311)와 록스크류(313) 모두가 최대한 풀리는 경우에도 너트풀리(320)와 기어박스 하우징(303)의 내벽면 사이에 소정의 간극이 유지됨으로써 너트풀리(320)의 회전에 저항이 발생되지 않고 조향휠이 잠기는 것을 방지할 수 있게 된다.
즉, 록너트(311)와 록스크류(313) 모두가 최대한 풀리는 경우 록너트(311)와 록스크류(313)가 축방향으로 이동가능한 최대거리인 제1간극(A)과 제3간극(C)을 합한 거리만큼 볼너트(330)의 이동이 가능하게 되고, 제1간극(A)과 제3간극(C)을 합한 거리가 너트풀리(320)와 기어박스 하우징(303)의 내벽면 사이의 거리인 제2간극(B)보다 작게 형성되므로 볼너트(330)가 기어박스 하우징(303)의 내벽면에 닿지 않고 회전이 가능하게 된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 모터에 의한 벨트의 작동시 너트풀리와 볼너트에 전달되는 진동이나 노면으로부터 랙바를 통해 전달되는 충격에 의해 록너트와 록스크류가 풀리는 경우에도 운전중에 조향휠이 잠기는 것을 방지하여 주행 안정성을 높이는 효과가 있게 된다.
301: 랙하우징 303: 기어박스 하우징
305: 랙바 310: 베어링
311: 록너트 313: 록스크류
320: 너트풀리 330: 볼너트
A: 제1간극 B: 제2간극
C: 제3간극

Claims (5)

  1. 랙하우징과 기어박스 하우징의 내측에서 랙바를 슬라이딩시키는 볼너트의 외주면 일측과 타측에 각각 결합되는 베어링과 너트풀리, 상기 베어링의 외륜을 지지하며 상기 랙하우징에 결합되는 록스크류 및 상기 베어링의 내륜을 지지하며 상기 볼너트에 결합되는 록너트를 포함하되,
    상기 록너트와 상기 랙하우징의 내벽면 사이에는 축방향의 제1간극이 구비되고, 상기 너트풀리와 상기 기어박스 하우징의 내벽면 사이에 축방향의 제2간극이 구비되며, 상기 기어박스 하우징의 내측에는 단턱부가 형성되고 상기 단턱부와 상기 록스크류와의 사이에 축방향의 제3간극이 구비되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2간극이 상기 제1간극보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2간극이 상기 제3간극보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2간극이 상기 제1간극과 제3간극의 합보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 랙구동형 동력 보조 조향장치.
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