KR102395656B1 - 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 - Google Patents

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것으로, 모터축과 연결되는 일측단부와 반대쪽인 타측단부에 웜축베어링이 각각 결합되는 웜축, 웜축베어링과 웜축이 내장되는 기어하우징, 웜축이 웜휠과 치합되는 방향으로 지지되도록 일측단부쪽 웜축베어링과 기어하우징의 사이에 탄성 압축되며 결합되되, 내측은 웜축베어링에 지지되고 외측은 기어하우징에 지지되며 내측과 외측이 연결 형성되는 유격보상부재를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.

Description

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기{Reducer of Electric Power Steering Apparatus}
본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 노면으로부터 전달되는 충격음과 백래쉬에 의한 래틀 노이즈를 줄이며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다.
도 1은 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도로서, 도 1에서 도시된 바와 같이 전동식 동력 보조 조향장치(100)는 조향휠(102)로부터 양측 바퀴(126)까지 이어지는 조향 계통(130) 및 조향 계통(130)에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(140)를 포함하여 구성된다.
조향 계통(130)은 일측이 조향휠(102)에 연결되어 조향휠(102)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(104)를 매개로 피니언축(108)에 연결되는 조향축(106)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(108)은 랙-피니언 기구부(110)를 통해 랙바(112)에 연결되고, 랙바(112)의 양단은 타이로드(122)와 너클암(124)을 통해 차량의 바퀴(126)에 연결된다.
보조 동력 기구(140)는 운전자가 조향휠(102)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(142), 토크 센서(142)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(144), 전자 제어 장치(144)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(146) 및 모터(146)에서 발생한 보조 동력을 조향축(106)에 전달하기 위하여 웜(152) 및 웜휠(156)을 구비한 감속기(150)를 포함하여 구성된다.
따라서, 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙-피니언 기구부(110)를 거쳐서 랙바(112)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(146)에서 발생한 보조 동력이 랙바(112)에 전달되도록 구성된다.
즉, 조향휠(102)의 회전에 의해 발생한 토크와 모터(146)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(112)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
도 2는 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도로서, 도 2에서 도시된 바와 같이 감속기(150)는 웜(152)이 형성된 웜축(254)이 구비되고 웜축(254)의 양단에는 웜축 베어링(257)이 각각 설치되어 웜축(254)을 지지하며, 웜축 베어링(257)이 웜축(254)의 축방향으로 유격되는 것을 방지하기 위해 플러그 볼트(210)가 댐핑 커플러(240)와 웜축 베어링(257) 사이에 체결되고, 플러그 볼트(210)는 플러그 너트(220)에 의해 고정된다.
웜축(254)은 모터(146)와 댐핑 커플러(240)를 매개로 연결되어 모터(146)의 구동에 의해 웜축(254)이 회전하는 구조로 되어 있다.
그리고 웜축(254) 상에 형성된 웜(152)과 치물림될 수 있도록 웜(152)의 외경 일측에는 웜휠(156)이 구비되며, 웜휠(156)은 운전자가 조작하는 조향휠(102)의 회전력을 전달하는 조향축(106)에 장착되어 모터(146)의 구동에 의한 웜축(254)의 회전력이 조향축(106)에 전달되는 구조이다.
기어하우징(260)에는 웜(152), 웜휠(156) 등이 내주하고 기어하우징(260)의 일측으로 웜축(254)에 구동력을 제공하는 모터(146)가 구비되며, 기어하우징(260)과 모터(146)는 모터 커버(230)에 의해 볼트(250)로 결합된다.
웜축 베어링(257)은 내륜(280)과 외륜(270) 사이에 볼(258)이 결합되어 있어서, 기어하우징(260)의 끝단부에서 모터(150)와 연결된 웜축(254)의 회전을 지지하게 된다.
이와 같은 구조로 이루어진 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 차량 운행조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치에 의해 모터의 구동을 제어하고, 모터의 구동에 의한 웜축의 회전력이 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력에 부가하여 조향축에 전달됨으로써, 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있도록 한 것이다.
그런데, 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 모터의 구동에 의해 회전하는 웜과 웜휠이 내구가 진행되면 마모에 의해 발생되는 유격으로 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 타고 전달되는 충격음과 웜과 웜휠의 백래쉬로 인한 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다.
따라서, 이와 같은 문제점들로 인해 운전자의 조향휠 조작력을 보조하는 조향 보조력을 정확하게 제공할 수 없게 되는 문제점도 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 노면으로부터 전달되는 충격음과 백래쉬에 의한 래틀 노이즈를 줄이며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 모터축과 연결되는 일측단부와 반대쪽인 타측단부에 웜축베어링이 각각 결합되는 웜축, 웜축베어링과 웜축이 내장되는 기어하우징, 웜축이 웜휠과 치합되는 방향으로 지지되도록 일측단부쪽 웜축베어링과 기어하우징의 사이에 탄성 압축되며 결합되되, 내측은 웜축베어링에 지지되고 외측은 기어하우징에 지지되며 내측과 외측이 연결 형성되는 유격보상부재를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.
본 발명에 의하면 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 노면으로부터 전달되는 충격음과 백래쉬에 의한 래틀 노이즈를 줄이며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 구성도,
도 2는 종래 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 일부를 나타내는 정면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기의 유격보상 작동을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 일부를 나타내는 정면도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기의 유격보상 작동을 나타내는 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는, 모터축과 연결되는 일측단부와 반대쪽인 타측단부에 웜축베어링(257)이 각각 결합되는 웜축(254), 웜축베어링(257)과 웜축(254)이 내장되는 기어하우징(260), 웜축(254)이 웜휠(156)과 치합되는 방향으로 지지되도록 일측단부쪽 웜축베어링(257)과 기어하우징(260)의 사이에 탄성 압축되며 결합되되, 내측은 웜축베어링(257)에 지지되고 외측은 기어하우징(260)에 지지되며 내측과 외측이 연결 형성되는 유격보상부재(310)를 포함한다.
감속기는 모터(146)의 구동력에 의해 웜축(254)과 웜휠(156)이 연동되면서 조향축(미도시)을 회전시켜 운전자의 조향력을 보조하게 되는데, 모터(146)의 구동시 모터(146)의 축과 연동되는 웜축(254)의 일측단부와 반대쪽 타측단부에는 웜축베어링(257)이 체결되어 웜축(254)의 회전을 지지하며, 조향축과 연동되는 웜휠(156)과 웜축(254)은 기어하우징(260)에 내장되어 있다.
그리고, 웜축(254)의 일측단부쪽에 결합되는 웜축베어링(257)과 기어하우징(260)의 사이에 결합되는 유격보상부재(310)는 웜축(254)이 웜휠(156)과 치합되는 방향으로 웜축(254)을 밀면서 유격을 보상하게 되어 있다.
여기서, 유격보상부재(310)는 내측은 웜축베어링(257)에 지지되고 외측은 기어하우징(260)에 지지되며 내측과 외측이 연결 형성되는데, 크게 웜축베어링(257)에 결합되는 베어링지지부(311)와 기어하우징(260)에 결합되는 하우징지지부(313)로 이루어지며, 이들 베어링지지부(311)와 하우징지지부(313)가 일체로 벤딩되어 형성된다.
베어링지지부(311)는 웜축베어링(257)의 외륜이 삽입되어 지지되는 것으로 웜축베어링(257)의 외륜보다 작은 크기로 형성되어, 웜축베어링(257)의 삽입시 경방향 외측으로 탄성 변형이 이루어지면서 결합되게 되어 있다.
베어링지지부(311)의 끝단(311a)에서 연장되어 일체로 형성되는 하우징지지부(313)는 베어링지지부(311)와의 사이에 공간이 형성되도록 베어링지지부(311)의 경방향 외측으로 이격 형성되어 기어하우징(260)의 안착홈(260a)에 결합되는데, 안착홈(260a)의 크기보다 크게 형성되어 안착홈(260a)에 결합시 경방향 내측으로 탄성 변형이 이루어지면서 결합된다.
그리고, 베어링지지부(311)는 웜축(254)이 웜휠(156)과 치합되는 방향에 개구부(311c)가 형성되도록 웜축베어링(257)의 외륜을 감싸면서 개구부(311c)의 양측 끝단(311a)이 하우징지지부(313)쪽으로 벤딩되어 일체로 형성된다.
따라서, 유격보상부재(310)가 조립될 때 베어링지지부(311)는 경방향 외측으로 탄성 변형되고 하우징지지부(313)는 경방향 내측으로 탄성 변형되면서 웜축베어링(257)과 기어하우징(260)의 안착홈(260a)에 결합됨으로써, 베어링지지부(311)와 하우징지지부(313)의 탄성력에 의해 웜축(254)의 위치를 고정하면서 충격과 진동을 흡수할 수 있게 되어 있다.
즉, 자동차의 주행중에 노면으로부터 입력되는 충격과 진동이 조향축과 웜휠(156)을 통해 웜축(254)으로 전달되면 웜축(254)이 상하, 좌우로 움직이게 되어 웜축(254)과 웜휠(156) 사이에 노이즈가 발생되는데, 이 때 기어하우징(260)의 안착홈(260a)에 결합되어 있는 하우징지지부(313)와 일체로 연결된 베어링지지부(311)가 웜축베어링(257)에 결합된 웜축(254)을 고정시키면서 과대 밀림을 방지하게 된다.
또한, 베어링지지부(311)는 중심부에서 웜축(254)이 웜휠(156)과 치합되는 방향(Z 축)과 수직(Y 축)인 양측 최외곽부에 평면으로 형성되는 베어링가이드부(311b)가 구비되어 있어서, 내구 진행으로 인한 웜휠(156)의 마모시 웜축베어링(257)이 웜휠(156)쪽으로 이동하며 유격을 보상할 수 있게 가이드하도록 되어 있다.
이렇게 웜축베어링(257)이 웜축(254)과 웜휠(156)이 치합되는 쪽으로 이동할 수 있도록, 하우징지지부(313)는 개구부(311c)의 양측 끝단(311a)으로부터 개구부(311c)의 반대쪽 양측으로 연장되고, 다시 개구부(311c)쪽을 향하도록 반대방향으로 벤딩된 양측 끝단에 베어링가이드부(311b)의 외주면과 평행하게 형성된 가압부(313a)가 구비된다.
또한, 가압부(313a)는 개구부(311c)의 정반대쪽에서 원주방향 양측에 구비됨으로써, 웜휠(156)의 마모가 없는 때에는 양측 가압부(313a) 부위에서 베어링지지부(311)가 경방향 외측으로 가하는 탄성력과 하우징지지부(313)가 경방향 내측으로 가하는 탄성력의 합이 웜휠(156)이 웜축(254)을 지지하는 힘과 평형을 이루게 된다.
이후 웜휠(156)의 마모로 웜휠(156)의 웜축(254) 지지력이 줄어들면 가압부(313a)가 베어링지지부(311)를 경방향 내측으로 가압하여 웜축베어링(257)이 웜휠(156)쪽으로 이동시켜 웜축(254)과 웜휠(156)의 유격을 보상하게 된다.
이러한 가압부(313a)는 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼, 웜축(254)과 수직인 평면(YZ 평면)에서 웜축 방향(X 축)으로 보았을 때, 웜축(254)의 중심에서 웜축(254)과 웜휠(156)이 치합되는 방향으로 설정되는 가상의 축(Z 축)을 기준으로 원주방향 양측의 대칭되는 위치에 구비된다.
또한, 가압부(313a)는 웜축(254)의 중심에서 웜축(254)과 웜휠(156)이 치합되는 방향으로 설정되는 가상의 축(Z 축)을 기준으로 원주방향의 예각(A)을 형성하는 위치에 구비된다.
따라서, 서로 대칭되는 위치에 배치된 가압부(313a)가 베어링지지부(311)를 경방향 내측으로 가압하면, 웜축베어링(257)이 베어링지지부(311)의 베어링가이드부(311b)를 타고 웜휠(156)쪽으로 슬라이딩되면서 이동하여 웜휠(156)과의 유격이 보상되고, 가압부(313a)의 가압력으로 인해 반대쪽으로의 이동은 제한되게 된다.
실제 웜휠(156)의 마모로 인한 웜축(254)과 웜휠(156)의 유격량은 1mm 미만의 미세량이지만 도 5에서는 설명의 편의를 위해 유격량을 크게 확대하여 도시하였으며, 도 5의 (a)는 웜휠(156)의 마모가 없는 초기 상태를 도시하고, 도 5의 (b)에서는 웜휠(156)의 마모로 인해 유격량이 웜축(254)과 웜휠(156)의 치합되는 방향으로 △Z 만큼 발생되어 웜축베어링(257)이 유격량만큼 이동된 상태를 나타낸다.
즉, 도 5의 (a)에서는 웜휠(156)의 마모가 없는 상태에서 웜축베어링(257)이 결합된 베어링지지부(311)가 조립된 상태 그대로 가압부(313a) 부위에서, 베어링지지부(311)가 경방향 외측으로 가하는 탄성력과 하우징지지부(313)가 경방향 내측으로 가하는 탄성력의 합이 웜휠(156)이 웜축(254)을 지지하는 힘과 평형을 이루게 된다.
이후 내구가 진행되어 웜휠(156)이 마모되어 유격이 발생되면 웜휠(156)이 웜축(254)을 지지하는 힘이 줄면서 힘의 평형이 깨지고 가압부(313a)의 가압력에 의해 웜축베어링(257)의 중심 위치가, 웜축(254)이 웜휠(156)과 치합되는 방향(Z 축)과 수직인 방향(Y 축)이 Y1 에서 Y2 로 이동되고 △Z 만큼 유격 보상이 이루어지게 된다.
물론, 이후에 웜휠(156)의 마모량이 늘어나더라도 가압부(313a)가 지지하는 가압력은 어느 정도 유지되므로 웜축(254)과 웜휠(156)의 유격은 일정 수준을 유지할 수 있게 된다.
이러한 형상과 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 의하면, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 노면으로부터 전달되는 충격음과 백래쉬에 의한 래틀 노이즈를 줄이며, 회전 토크의 변화에 따른 유격변화량을 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있게 되는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
146: 모터 156: 웜휠
254: 웜축 257: 웜축 베어링
310: 유격보상부재 311: 베어링지지부
311b: 베어링가이드부 311c: 개구부
313: 하우징지지부 313a: 가압부

Claims (8)

  1. 모터축과 연결되는 일측단부와 반대쪽인 타측단부에 웜축베어링이 각각 결합되는 웜축;
    상기 웜축베어링과 웜축이 내장되는 기어하우징;
    상기 웜축이 웜휠과 치합되는 방향으로 지지되도록 상기 일측단부쪽 웜축베어링과 상기 기어하우징의 사이에 탄성 압축되며 결합되되, 내측은 상기 웜축베어링에 지지되고 외측은 상기 기어하우징에 지지되며 내측과 외측이 연결 형성되는 유격보상부재;
    를 포함하고,
    상기 유격보상부재는,
    상기 웜축베어링의 외륜이 삽입되어 지지되는 베어링지지부;
    상기 베어링지지부의 끝단에서 연장되어 상기 베어링지지부와 경방향 외측으로 이격 형성되며 상기 기어하우징의 안착홈에 결합되는 하우징지지부;
    를 포함하며,
    상기 베어링지지부는, 상기 웜축이 웜휠과 치합되는 방향에 개구부가 형성되도록 상기 웜축베어링의 외륜을 감싸며 상기 개구부의 양측 끝단이 상기 하우징지지부쪽으로 벤딩 형성되고, 중심부에서 상기 웜축이 웜휠과 치합되는 방향과 수직인 양측 최외곽부에 평면으로 형성되는 베어링가이드부가 구비되며,
    상기 하우징지지부는, 상기 개구부의 양측 끝단으로부터 상기 개구부의 반대쪽 양측으로 연장되되, 상기 개구부쪽을 향하도록 반대방향으로 벤딩된 양측 끝단에 상기 베어링가이드부의 외주면과 평행하게 형성된 가압부가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 개구부의 정반대쪽에서 원주방향 양측에 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 웜축과 수직인 평면에서 상기 웜축 방향으로 보았을 때, 상기 웜축의 중심에서 상기 웜축과 웜휠이 치합되는 방향으로 설정되는 가상의 축을 기준으로 원주방향 양측의 대칭되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 웜축의 중심에서 상기 가상의 축을 기준으로 원주방향의 예각을 형성하는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
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