KR101631328B1 - 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼너트 유닛(3)을 이루는 앤드캡(6)이 사이클로이드 궤적(Cycloid trajectory)을 이루는 볼전환트랙(7)을 형성함으로써, 볼(10)이 사이클로이드 궤적을 타고 빠르게 빠져나가는 흐름으로 마찰을 크게 줄여 앤드캡(6)의 내마모성을 증대는 물론 걸림감을 감소시킬 수 있고, 이러한 걸림감 감소는 운전자에게 부드럽고 깔끔한 조향감을 느낄 수 있는 특징을 갖는다.

Description

랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트유닛{Ball Nut Unit for R-MDPS}

본 발명은 랙 어시스트식 전동 조향장치(R-MDPS)에 관한 것으로, 특히 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트유닛에 관한 것이다.

일반적으로 랙 어시스트식 전동 조향장치인 R-MDPS는 모터에 의해 구동토크를 생성하는 구동부와, 상기 구동토크를 벨트로 전달해 너트의 회전운동으로 전환함으로써 랙바의 축이동을 구현하는 종동부로 구성되어진다.

상기 구동부와 상기 종동부의 동력전달구조는 상기 구동부의 모터축에 체결되어진 구동풀리와 상기 종동부의 볼너트 유닛에 체결되어진 종동풀리 및 이들 풀리를 서로 연결하는 벨트로 구성되어진다.

통상 볼너트 유닛은 랙바에 형성된 볼스크류와, 상기 볼스크류를 감싸고 내경부에 그루브(Groove)를 형성한 볼너트와, 상기 볼스크류와 볼너트사이를 회전하는 볼과, 상기 볼을 선회/순환시키는 앤드캡으로 구성되어진다.

상기 볼너트 유닛의 조립 순차는 볼스크류를 형성한 랙바와 볼너트사이로 일정 수량의 볼을 삽입하고, 볼 삽입 완료후 양쪽 끝단의 앤드캡 장착부에 앤드캡을 삽입하여 이루어진다.

이에 더해, 조립된 볼너트의 이탈 방지를 위해 C-링(C-Ring)을 볼너트의 내경부에 형성된 그루브에 장착되어진다.

그러므로 조향 작동시 피니언축이 회전되면, 상기 피니언과 기어로 맞물려있는 랙바가 축이동을 하고, 상기 랙바의 축이동시 볼스크류부와 체결된 볼너트가 회전운동을 하게 된다.

상기 볼너트의 회전으로 볼은 볼스크류와 볼너트의 그루브를 따라 이동하여 앤드캡으로 유입된 후, 상기 앤드캡의 순환홀을 통해 반대방향으로 앤드캡을 빠져나옴으로써 볼의 순환이 이루어지게 된다.

그러므로, 볼의 순환 흐름이 원활하기 위해선 앤드캡의 볼 이동경로 구조가 매우 중요하게 된다.

하지만, 앤드캡의 볼 이동경로 구조는 볼이 유입되는 입구에서 볼이 빠져나가는 출구를 이어주는 구간을 단순히 접선들로 이루어진 곡선형상 조합들로 형성해줌으로써, 볼의 순환이 최단이면서 최속 강하 운동으로 구현되기에 어려움이 있을 수밖에 없게 된다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 볼의 순환 흐름을 형성하는 앤드캡의 볼 이동경로의 사이클로이드 궤적 형상화로 앤드캡으로 유입된 후 빠져나가는 볼의 움직임을 최적화시켜줌으로써, 볼의 순환을 위한 움직임을 최단이면서 최속 강하 운동으로 구현할 수 있는 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트유닛을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 랙바의 볼스크류와 볼너트의 그루브를 타고 흐르는 볼을 유입해 방향을 전환하여 배출시키는 볼전환트랙이 형성된 앤드캡을 구비한 랙 어시스트식 전동 조향장치에 있어서,

상기 볼전환트랙이 등시곡선의 궤적인 사이클로이드 궤적(Cycloid trajectory)을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 사이클로이드 궤적은 상기 볼이 유입되는 유입구와 상기 볼이 빠져나가는 배출구를 연결한 빗변의 길이를 이용해 상기 볼전환트랙에 형성되어진다.

이러한 본 발명은 앤드캡의 볼 이동경로를 사이클로이드 궤적으로 형상화하여 볼의 유입후 빠져나가는 움직임의 최적화로 걸림감 및 병목현상 없는 볼 흐름이 형성될 수 있고, 또한 볼의 접촉에 의한 마찰 마모를 줄여 앤드캡의 내마모성을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 사이클로이드 궤적을 따르는 볼의 최단이면서 최속 강하 운동 구현으로 조향시 부드럽고 매끈한 조향감을 줄 수 있는 효과도 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 볼너트유닛을 적용한 랙 어시스트식 전동 조향장치의 부분 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 앤드캡의 볼 흐름도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 볼너트유닛을 적용한 랙 어시스트식 전동 조향장치의 부분 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 랙 어시스트식 전동 조향장치는 모터에 의해 구동토크를 생성하는 구동부(1)와, 구동토크를 벨트로 전달해 너트의 회전운동으로 전환함으로써 랙바의 축이동을 구현하는 종동부(2)로 구성되어진다.

상기 구동부(1)와 상기 종동부(2)의 동력전달구조는 상기 구동부(1)의 모터축에 체결되어진 구동풀리와 상기 종동부(2)의 볼너트 유닛(3)에 체결되어진 종동풀리 및 이들 풀리를 서로 연결하는 벨트로 구성되어진다.

본 실시예에 따른 볼너트 유닛(3)은 랙바의 외주면으로 그루브(Groove)를 형성한 볼스크류(20)와, 상기 볼스크류(20)를 감싸고 회전되는 볼너트(4)와, 상기 볼스크류(20)와 볼너트(4)사이에 위치되어 이동하는 볼(10)과, 상기 볼을 유입 및 배출해 볼(10)의 선회/순환흐름을 형성해주는 앤드캡(6)과, 조립된 상기 볼너트(4)의 위치 이탈을 방지하는 링 앗세이(5)로 구성되어진다.

상기 앤드캡(6)에는 볼스크류(20)와 볼너트(4)의 그루브를 타고 순환하는 볼(10)을 안내해 앤드캡(6)의 내부로 유입한 후 방향을 전환해 배출시키는 볼전환트랙(7)이 형성되며, 상기 볼전환트랙(7)은 볼(10)이 유입되는 유입구(A)와 볼(10)이 빠져나가는 배출구(B)를 이어주는 통로인 볼안내경로(8)로 이루어진다.

상기 볼안내경로(8)는 유입된 볼(10)이 가장 빠르게 경로를 타고 빠져나가는 등시곡선의 궤적인 사이클로이드 궤적(Cycloid trajectory)을 갖는 트랙선도(9)를 형성한다.

상기 트랙선도(9)를 이루는 사이클로이드 궤적(Cycloid trajectory)은 유입구(A)와 배출구(B)를 연결한 빗변의 길이를 R로 할 때, 다음과 같이 사이클로이드(Cycloid)곡선의 방정식이 결정되어진다.

즉, x축방향 사이클로이드(Cycloid)곡선 방정식; x=(R/2∏)(Θ-sinΘ), y축방향 사이클로이드(Cycloid)곡선 방정식; y=(R/2∏)(1-cosΘ)의 관계식이 성립되어진다.

그리고, 상기 링 앗세이(5)는 앤드캡(6)을 밀어주는 댐퍼링과, 조립된 볼너트(4)의 위치 이탈을 방지하는 C-링으로 구성되어진다.

도 2는 본 실시예에 따른 앤드캡의 볼 흐름도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 랙바의 볼스크류(20)와 볼너트(4)의 그루브를 타고 흐르는 볼(10)이 앤드캡(6)쪽으로 위치되면, 상기 볼(10)은 앤드캡(6)의 볼전환트랙(7)의 유입구(A)에 위치되어진다.

상기 앤드캡(6)의 볼전환트랙(7)의 유입구(A)에 위치된 볼(10)은 이어지는 볼의 계속적인 흐름으로 볼안내경로(8)쪽으로 들어가고, 이어지는 볼의 계속적인 흐름으로 밀리면서 배출구(B)를 통해 방향을 전환한 상태로 다시 볼스크류(20)와 볼너트(4)의 그루브를 타고 순환되어진다.

상기와 같이 볼안내경로(8)를 지나는 볼(10)은 사이클로이드 궤적(Cycloid trajectory)을 이루는 트랙선도(9)를 타고 흘러감으로써, 상기 볼(10)은 유입구(A)에서 배출구(B)까지의 구간을 가장 빠르게 빠져나갈 수 있게 된다.

상기 볼(10)의 신속한 흐름은 볼(10)의 마찰을 크게 줄여 앤드캡(6)의 내마모성을 증대는 물론 걸림감을 감소시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 볼너트 유닛(3)을 이루는 앤드캡(6)이 사이클로이드 궤적(Cycloid trajectory)을 이루는 볼전환트랙(7)을 형성함으로써, 볼(10)이 사이클로이드 궤적을 타고 빠르게 빠져나가는 흐름으로 마찰을 크게 줄여 앤드캡(6)의 내마모성을 증대는 물론 걸림감을 감소시킬 수 있고, 이러한 걸림감 감소는 운전자에게 부드럽고 깔끔한 조향감을 느낄 수 있게 된다.

1 : 구동부 2 : 종동부
3 : 볼너트유닛 4 : 볼너트
5 : 링 앗세이 6 : 앤드캡
7 : 볼전환트랙 8 : 볼안내경로
9 : 트랙선도 10 : 볼
20 : 볼스크류

Claims (2)

1. 랙바의 볼스크류와 볼너트의 그루브를 타고 흐르는 볼을 유입해 방향을 전환하여 배출시키는 볼전환트랙이 형성된 앤드캡을 구비한 랙 어시스트식 전동 조향장치에 있어서,
   상기 볼전환트랙이 등시곡선의 궤적인 사이클로이드 궤적(Cycloid trajectory)을 가지며, 상기 사이클로이드 궤적은 상기 볼이 유입되는 유입구가 시작점이면서 상기 볼이 빠져나가는 배출구가 종점을 형성하는 것을 특징으로 하는 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트 유닛.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 사이클로이드 궤적은 상기 유입구와 상기 배출구를 연결한 빗변의 길이를 이용해 상기 볼전환트랙에 형성하는 것을 특징으로 하는 랙 어시스트식 전동 조향장치의 볼너트 유닛.

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