KR102394862B1 - 기어 박스의 토션바 체결 구조 - Google Patents

기어 박스의 토션바 체결 구조 Download PDF

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KR102394862B1
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Abstract

기어 박스의 토션 바 체결 구조가 개시된다. 토션 바 체결 구조는, 인풋 샤프트와 웜 샤프트를 연결하는 토션 바, 및 상기 토션 바의 일단 및 타단은 각각 인풋 샤트르 및 웜 샤프트에 연결 고정하며 상기 토션 바의 비틀림 강성을 조절하는 한 쌍의 고정핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.

Description

기어 박스의 토션바 체결 구조{Structure for fixing torsion bar of gear box}
본 발명은 기어 박스에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기어 박스의 토션바 체결 구조에 대한 것이다.
일반적으로 차량의 조향 장치는 운전자가 차륜의 진행방향을 임의로 변경할 수 있도록 장착되는 장치로서, 운전자가 직접 조향 조작을 하여 그 조작력을 각 기구로 전달하기 위해 스티어링 휠, 이 스티어링 휠의 회전력을 전달하는 스티어링 컬럼과 유조인트, 이 스티어링 컬럼과 유조인트와 연결되어 운동방향을 바꾸어 링크 기구에 전달하는 스티어링 기어박스 등을 포함하여 구성된다.
이때, 기어박스의 토션바는 인풋 샤프트와 웜 샤프트를 연결하는 부품이다. 일반적으로 토션바의 비틀림 특성을 이용 밸브의 개폐 속도를 조절하여 스티어링 온센터필과 조향 조종력(Effort)에 영향을 준다.
토션바는 인풋 샤프트와 웜 샤프트에 고정핀 압입으로 연결/구속이 되며, 토션바 직경의 증대/축소를 통해서 강성값을 조절하지만 조향 조종력(Effort)과 내구성능을 만족하기 위해 직경의 증대/축소에 제약조건이 있다.
1. 한국공개특허번호 제10-2008-0102454호 2. 한국공개특허번호 제10-2005-0101366호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 기계적 비틀림 강성값과 구조적인 한계를 극복하고 조향 조종력(Effort)과 내구성능을 만족하는 기어 박스 토션바 체결 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 토션바의 비틀림 강성을 조절하여 노면으로부터 전달되는 진동을 흡수함으로써 스티어링감을 개선할 수 있는 기어 박스 토션바 체결 구조를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해 기계적 비틀림 강성값과 구조적인 한계를 극복하고 조향 조종력(Effort)과 내구성능을 만족하는 기어 박스 토션바 체결 구조를 제공한다.
상기 기어 박스 토션바 체결 구조는,
인풋 샤프트와 웜 샤프트를 연결하는 토션 바; 및
상기 토션 바의 일단 및 타단은 각각 인풋 샤프트 및 웜 샤프트에 연결 고정하며 상기 토션 바의 비틀림 강성을 조절하는 한 쌍의 고정핀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 한 쌍의 고정핀은 탄성 재질인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 고정핀은, 상기 토션 바에 설치되는 토션바 삽입부; 및
상기 토션바 삽입부와 단차를 두고 양단에 형성되며 가류되는 탄성체부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 토션바 삽입부는 상기 토션 바의 삽입홀에 압입 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 고정핀은 탄성값 조절이 용이하도록 횡방향의 폭이 좁고, 종방향의 폭이 긴 타원 단면 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 탄성체부는 고무 재질인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 웜 샤프트 및 인풋 샤프트의 내측에 상기 탄성체부를 각각 가류할 수 있는 고무 가류부가 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 탄성체부에 고정을 위한 고정홀이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고무의 탄성 특성을 이용함으로써, 동일한 토션바의 크기에 대해서 기어박스 밸브 특성값을 조절 할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 토션바 비틀림 강성을 기존의 선형에서 비선형 상수값으로 조절가능하여 기어박스 밸브 특성의 조절이 용이하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 온센터 구간에서 미세한 휠의 움직임에 대한 인풋 샤프트의 회전도 고무의 탄성력으로 흡수하여 중립 구간에서 직진 안전성이 증대될 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 노면으로부터 기어 박스를 통해 올라오는 진동도 고정핀 고무에서 흡수하여, 스티어링 컬럼을 통해 올라오는 진동을 절연시켜 준다는 점을 들 수 있다.
도 1은 일반적인 차량의 조향 장치(100)의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기어 박스(140)의 부분 확대 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 인풋 샤프트(260) 및 웜 샤프트(290)의 확대 단면도이이다.
도 4는 도 3에서 A-A축으로 절개한 단면도이다.
도 5는 도 3에서 B-B축으로 절개한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인풋 샤프트(260)와 토션 바(250)의 결합 관계를 보여주는 개념도이다.
도 7은 도 6에서 A'-A'축으로 절개한 단면도로서 회전에 따른 변화를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 고정핀(240-1), 인풋 샤프트(260), 토션 바(250)간의 결합 관계를 보여주는 개념도이다.
도 9는 도 8에 도시된 고정핀(240-1)의 구조를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 인풋 샤프트와 고정핀의 결합 관계를 보여주는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 웜 샤프트와 고정핀의 결합 관계를 보여주는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 토션바의 비틀림 강성 및 기어 박스의 밸브 특성을 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 변형 구간을 보여주는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 기어 박스 토션바 체결 구조를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 차량의 조향 장치(100)의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 조향 장치(100)는 운전자가 차륜의 진행방향을 임의로 변경할 수 있도록 장착되는 장치로서, 운전자가 직접 조향 조작을 하기 위한 스티어링 휠(110), 스티어링 휠(110)에 연결되어 스티어링 휠(110)의 회전력을 전달하는 스티어링 컬럼(120), 스티어링 컬럼(120)의 힘을 기어 박스(140)에 정확하게 전달하여 조향각 조절이 가능하게 하는 유조인트(130) 등으로 구성된다. 스티어링 컬럼(120)은 차량의 실내에 위치되며, 기어 박스(140)는 엔진룸(미도시)에 위치된다.
도 2는 도 1에 도시된 기어 박스(140)의 부분 확대 단면도이다. 도 2를 참조하면, 기어 박스(140)는 외관을 형성하는 하우징(210), 하우징(210)내에 인풋 샤프트(260)와 웜 샤프트(290)가 토션 바(250)에 의해 연결된다. 즉, 토션 바(250)의 상단은 제 1 고정핀(240-1)에 의해 인풋 샤프트(260)와 연결되고, 토션 바(250)의 하단은 제 2 고정핀(240-2)에 의해 웜 샤프트(290)와 연결된다. 이외에도, 웜 샤프트(290)가 놓이는 실린더(280), 회전하여 유로 및 유압을 형성하는 밸브 조립체(220), 웜 샤프트(290)에 의해 회전하는 섹터 샤프트(270) 등이 구성된다.
따라서, 다음과 같이 순서대로 동작한다.
① 스티어링 컬럼(120) 회전
② 인풋 샤프트(260) 회전
③ 제 1 및 제 2 고정핀(240-1,240-2)의 비틀림 변형
④ 토션 바(250) 비틀림
⑤ 웜 샤프트(290)/밸브 조립체(220) 회전 및 유로 형성
⑥ 유압 형성
도 3은 도 2에 도시된 인풋 샤프트(260) 및 웜 샤프트(290)의 확대 단면도이다. 도 3을 참조하면, 인풋 샤프트(260)와 웜샤프트(290)/밸브 조립체(220), 토션바(250) 연결구조의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 각각의 부품들은 고정핀으로 연결/구속되어 있다.
도 4는 도 3에서 A-A축으로 절개한 단면도이고, 도 5는 도 3에서 B-B축으로 절개한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 토션 바(250)가 회전되기 전의 상태이다. 따라서, 제 1 고정핀(240-1)에 비틀림이 발생되지 않은 상태이다.
도 5도, 역시, 토션 바(250)가 회전되기 전의 상태이다. 따라서, 제 2 고정판(240-2)에 비틀림이 발생되지 않은 상태이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인풋 샤프트(260)와 토션 바(250)의 결합 관계를 보여주는 개념도이고, 도 7은 도 6에서 A'-A'축으로 절개한 단면도로서 회전에 따른 변화를 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 인풋 샤프트(260)가 시계 방향으로 회전에 따라, 인풋 샤프트(260) 내에 제 1 고정핀(240-1)에 의해 토션 바(250)가 고정 체결된 상태에서 인풋 샤프트(260)가 시계 방향으로 회전함에 따라 고무 가류부(710)에 고정된 제 1 고정핀(240-1)의 양단에 탄성 압축(즉, 고무 압축)이 발생한다.
부연하면, 토션 바(250)가 미회전 상태에서 제 1 고정핀(240-1)의 양단만 반시계 방향으로 회전하게 됨에 따라 비틀림이 발생한다. 따라서, 이러한 비틀림에 의해 제 1 고정핀(240-1)이 최대 압축되며, 이 최대 압축에 의해 토션 바(250)가 회전하게 된다. 이에 따라, 압력이 형성되고 기어 박스가 작동하게 된다.
도 8은 도 6에 도시된 고정핀(240-1), 인풋 샤프트(260), 토션 바(250)간의 결합 관계를 보여주는 개념도이다. 도 8을 참조하면, 인풋 샤프트(260)와 제 1 고정핀(240-1)이 결합 고정된다.
도 9는 도 8에 도시된 고정핀(240-1)의 구조를 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 제 1 고정핀(240-1)은, 토션 바(250)에 설치되는 토션바 삽입부(910), 상기 토션바 삽입부(910)와 단차를 두고 양단에 형성되며 가류되는 탄성체부(920-1,920-2)를 갖는 것을 특징으로 한다.
토션바 삽입부(910)는 상기 토션 바(250)의 삽입홀(미도시)에 압입 삽입되어 고정된다. 토션바 삽입부(910)는 금속, 비금속, 고강도 플라스틱 등의 비탄성체 재질이 사용된다.
제 1 탄성체부(920-1) 및 제 2 탄성체부(920-2)는 탄성체 재질로서 주로 고무가 사용될 수 있다. 이 제 1 탄성체부(920-1) 및 제 2 탄성체부(920-2)는 가류를 통해 토션바 삽입부(910)의 양단에 형성된다. 따라서, 제 1 탄성체부(920-1) 및 제 2 탄성체부(920-2)는 힘이 가해지면 토션바 삽입부(910)와 달리 화살표와 같이 유연하게 휘어진다.
고정핀(240-1)은 탄성값 조절이 용이하도록 횡방향의 폭이 좁고, 종방향의 폭이 긴 타원 단면 형상인 것을 특징으로 할 수 있다. 부연하면, 비틀림 방향(횡방향)으로 고무의 탄성값 조절이 용이(고무 가류량 조절)하도록 횡방향의 폭이 좁고, 종방향의 폭이 긴 타원단면 형상이 적용될 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 탄성체부(920-1,920-2)에 고정을 위한 고정홀(921)이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
측면 정면도(930)는 고정핀(240-1)을 측면 정면에서 본 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 인풋 샤프트와 고정핀의 결합 관계를 보여주는 단면도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 웜 샤프트와 고정핀의 결합 관계를 보여주는 단면도이다.
토션 바(250) & 인풋 샤프트(260) 및 토션 바(250) & 웜 샤프트(290)의 상세단면도이며, 토션 삽입부(910)는 도시된 바와 같이 토션 바(250)에 압입되며, 인풋 샤프트와 웜 샤프트의 내측에는 고무를 가류할 수 있는 고무 가류부(710,1110)가 반영되어 있다.
부연하면, 기존과 동일하게 제 1 및 제 2 고정핀(240-1,240-2)을 토션 바(250)에 압입한 후에 장착 위치를 지그 상태에서 고정한 후 고무를 가류시킨다. 고무의 재질은 기어 박스 씰링류에 동일하게 쓰이는 재질로써 내온성 및/또는 내유성에 적합하다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 토션바의 비틀림 강성 및 기어 박스의 밸브 특성을 보여주는 그래프이다. 도 12를 참조하면, 토션 바(250)의 비틀림 강성 곡선 그래프(1210) 및 밸브 조립체(220)의 밸브 특성 곡선 그래프(1220)가 도시된다. 즉, 비틀림 강성 곡선 그래프(1210)는 비선형 상수이고, 밸브 특성 곡선 그래프(1220)는 센터 구간의 불감역 구간을 증대시켜 온 센터 구간의 응답성을 향상시킨다. 즉, 토션바 강성값의 조절이 가능하다. 또한, 고무 탄성력이 감소하면, 동일 입력 토크에 대해서 더 빠른 시간에 압력 형성이 가능하므로 조향 조종력(Effort)이 저감될 수 있다.
또한, 고무 탄성력이 증가하면, 동일 입력 토크에 대해서 더 늦은 시간에 압력 형성이 가능하므로, 온센터 필이 개선될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 러버 변형 구간을 보여주는 도면이다. 도 13을 참조하면, 최대 변형 구간(즉 압축구간) 이내에서의 움직임이 흡수된다. 부연하면, 온센터 구간에서 미세한 휠의 움직임에 대한 인풋 샤프트의 회전도 고무의 탄성력으로 흡수하여 중립 구간에서 직진 안정성이 증대된다.
100: 조향 시스템 110: 스티어링 휠
120: 스티어링 컬럼 130: 유조인트
140: 기어 박스 210: 하우징
220: 밸브 조립체 240-1,204-2: 제 1 및 제 2 고정핀
250: 토션바 260: 인풋 샤프트
270: 섹터 샤프트
280: 실린더
290: 웜 샤프트

Claims (8)

  1. 기어 박스의 토션 바 체결 구조에 있어서,
    인풋 샤프트와 웜 샤프트를 연결하는 토션 바; 및
    상기 토션 바의 일단 및 타단은 각각 인풋 샤프트 및 웜 샤프트에 연결 고정하며 상기 토션 바의 비틀림 강성을 조절하는 한 쌍의 고정핀;을 포함하며,
    상기 한 쌍의 고정핀은 탄성 재질인 것을 특징으로 하는 기어 박스의 토션 바 체결 구조.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 고정핀은,
    상기 토션 바에 설치되는 토션바 삽입부; 및
    상기 토션바 삽입부와 단차를 두고 양단에 형성되며 가류되는 탄성체부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 박스의 토션 바 체결 구조.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 토션바 삽입부는 상기 토션 바의 삽입홀에 압입 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 기어 박스의 토션 바 체결 구조.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 고정핀은 탄성값 조절이 용이하도록 횡방향의 폭이 좁고, 종방향의 폭이 긴 타원 단면 형상인 것을 특징으로 하는 기어 박스의 토션 바 체결 구조.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄성체부는 고무 재질인 것을 특징으로 하는 기어 박스의 토션 바 체결 구조.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 웜 샤프트 및 인풋 샤프트의 내측에 상기 탄성체부를 각각 가류할 수 있는 고무 가류부가 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 박스의 토션 바 체결 구조.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄성체부에 고정을 위한 고정홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 박스의 토션 바 체결 구조.
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