KR20050094955A

KR20050094955A - 전동식 파워스티어링의 백래쉬 조절장치

Info

Publication number: KR20050094955A
Application number: KR1020040019838A
Authority: KR
Inventors: 남궁주
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-09-29

Abstract

본 발명은 전동식 파워스티어링의 백래쉬 조절장치에 대한 것으로, 발명의 주된 목적은 평상시 전동모터축 구동 베벨기어의 위치를 모터의 축방향으로 밀어줄 수 있도록 함므로 써 백래쉬의 양을 최소화 하고자 하는데 있으며, 더 나가서 구동 베벨기어와 종동 베벨기어가 항상 최적의 상태로 맞물려 토오크의 조절이 용이하고, 소음 발생이 근본적으로 예방될 수 있도록 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성수단은 차체의 좌, 우 방향으로 설치되는 하우징(110)과, 그 하우징 내에서 조향을 위해 길이 방향으로 왕복 작동될 랙바(120)와, 상기 랙바로 조향 보조력을 제공하기 위해 종동 베벨기어(131)를 가진 볼너트(130)와, 상기 종동 베벨기어(131)에 치합되는 구동 베벨기어(158)를 가진 채 전동모터 수용부(114)로써 설치되는 전동모터(150)를 구비하는 전동식 파워스티어링 장치에 있어서, 상기 구동 베벨기어(158)는 그 전동모터(150)의 모터축(154) 단부에 형성한 후, 전동모터 수용부(114)의 하우징 안쪽에 베어링(156)을 개입하여 지지하되, 상기 하우징의 내경에 마련된 단턱부(114a)와 상기 베어링(156) 사이에 웨이브 와셔(160)를 개입시키므로 써 상기한 모터축(154)이 항상 축의 길이 방향으로 밀려 항상 백래쉬가 최소치가 되도록 구성하는 것이다.

Description

전동식 파워스티어링의 백래쉬 조절장치{BACKLASH ADJUST STRUCTURE FOR ELETRIC POWER STEERING SYSTEM}

본 발명은 전동식 파워스티어링의 백래쉬 조절장치에 대한 것으로, 더 상세하게는 전동모터에 의한 보조 조타력을 발생시키는 전동식 파워스티어링 장치에 있어서, 전동모터를 설치하되, 모타축기어와 감속기어 사이에 발생되는 백래쉬를 수용하여 항상 원활한 작동과 소음예방이 가능하도록 하는데 특징이 있는 것이다.

일반적으로 자동차의 조향장치에는 유압을 이용하여 조향력을 배가시키는 방법과 모터 등의 전기 장치를 이용하여 조향력을 배가시키는 방법이 알려져 있다.

전동모터를 이용하는 경우 조향핸들을 돌렸을 때 그 조향력을 ECU에서 감지하고, 감지된 데이터에 의해서 전동모터를 제어하여 조향력을 보조한다.

종래의 전동식 파워스티어링 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 차체의 좌우 방향으로 설치되는 원통형의 하우징(10)이 구비되고, 하우징 내에는 랙바(20)가 이동 가능하게 수용되며, 랙바(20)의 각 단부에는 볼조인트를 통하여 조향륜에 연결되어 있다.

상기 랙바(20)의 일측에는 이 랙바(20)와 소정량 경사되어 조향축(16)이 배치되고, 그 상단에는 조향휠이 장착된다.

상기 조향축(16)의 하단은 피니언기구(18)에 의하여 랙바(20)와 치합되어 조향휠의 회전 방향에 따라 랙바(20)가 좌우로 이동될 수 있도록 한다.

또, 하우징(10)의 좌측에는 원통형의 볼나사기구 수용부(12)가 구비되고, 볼나사기구 수용부(12)의 일측에는 랙바(20)와 소정의 경사각을 이루도록 돌출된 전동모터 수용부(14)가 형성되고, 이 부분에 전동모터(50)가 설치되며, 볼나사기구 수용부(12)에는 볼나사기구(35)가 설치된다.

상기 볼나사기구(35)와 전동모터(50)의 관계를 설명하면, 랙바(20) 좌측의 외주면에는 볼나사홈(34)이 나선형으로 형성되고, 그 외측에 결합되는 볼너트(30)는 한 쌍의 베어링(38)과 볼나사기구 수용부(12)에 의하여 회전 가능하게 지지된다.

상기 볼너트(30)의 안쪽에는 내주면에 볼나사홈(34)이 나선형으로 형성되고, 랙의 볼나사홈(26)과 볼너트(30)의 볼나사홈(30)에 의해 형성된 환상 공간 내에는 다수의 볼(40)이 충전되어 있다.

또, 볼너트(30)의 외측에는 회전에 따라 축방향으로 진행한 볼(40)을 복귀시키는 복귀관(42)이 설치되어 있으며, 볼나사기구(35)는 볼나사홈(26), 볼너트(30) 및 볼(40) 등으로 구성된다.

상기 볼너트(30)는 볼나사기구 수용부(12)안에서 설치상태가 유지된다.

상기 전동모터(50)는 전동모터설치부(14)에 볼트(52)에 의해 장착되는 바, 그 모터축(54)은 한 쌍의 베어링(56)에 의하여 지지되면서 그 상단에 모터축 구동 베벨기어(58)가 형성되어 있어 상기 볼너트(30)의 일단에 마련된 종동 베벨기어(31)와 치합된다.

전술한 바와 같은 종래 구성의 작동을 설명하면 다음과 같다.

조향휠의 회전에 따라 조향축이 회전되고, 그 회전 토오크를 회전토오크 센서(도시하지 않았음)가 감지하여 전동모터(50)를 구동시키고, 전동모터의 구동력을 보조 조타력으로 전달받아 피니언기구(18)의 회전과 함께 랙바(20)가 좌, 우 이동된다.

이때 전동모터(50)에 의한 보조 조타력의 동작을 설명하면 다음과 같다.

전동모터(50)의 모터축(54)이 회전되면 모터축(54)의 단부에 형성된 모터축 구동 베벨기어(58)가 일체로 회전하고, 모터축 구동 베벨기어(58)와 맞물린 종동 베벨기어(31)가 회전되면서 볼너트(30)가 회전되고, 볼너트(30)의 회전에 의하여 랙바(20)가 이동된다.

그러나 상기와 같은 종래의 구성에 있어서 지적되는 문제점은 전동모터(50)를 전동모터설치부(14)에 설치한 후에는 전동모터(50)의 위치를 조절할 수 있는 별도의 수단이나 장치가 없기 때문에 전동모터(50)의 회전 방향 변동으로 모터축 구동베벨기어(58)와 종동 베벨기어(31)의 치합부에 발생되는 백래쉬를 조절할 수 없다는 점이다.

그리고 상기한 백래쉬가 클 경우 소음에 의한 제품의 신뢰성이 저하된다.

따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발명의 주된 목적은 평상시 전동모터축 구동 베벨기어의 위치를 모터의 축방향으로 밀어줄 수 있도록 하므로써 백래쉬의 양을 조절할 수 있도록 하는데 있다.

따라서 구동 베벨기어와 종동 베벨기어가 항상 최적의 상태로 맞물려 토오크의 조절이 용이하고, 소음 발생이 근본적으로 예방될 수 있도록 하는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성수단은 차체의 좌, 우 방향으로 설치되는 하우징과, 그 하우징 내에서 조향을 위해 길이 방향으로 왕복 작동될 랙바와, 상기 랙바로 조향 보조력을 제공하기 위해 종동 베벨기어를 가진 볼너트와, 상기 종동 베벨기어에 치합되는 구동 베벨기어를 가진 채 전동모터 수용부로써 설치되는 전동모터를 구비하는 전동식 파워스티어링 장치에 있어서, 상기 구동 베벨기어는 그 전동모터의 모터축 단부에 형성한 후, 전동모터 수용부의 하우징 안쪽에 베어링을 개입하여 지지하되, 상기 하우징의 내경에 마련된 단턱부와 상기 베어링 사이에 웨이브 와셔를 개입시키고, 이 와셔의 탄성을 조절 스크류로 조절하여 백래쉬를 조절할 수 있도록 구성하는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 전동식 파워스티어링 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 차체의 좌우 방향으로 설치되는 원통형의 하우징(110)이 구비되고, 하우징(110) 내에는 랙바(120)가 이동 가능하게 수용되며, 랙바(120)의 각 단부에는 볼조인트(122)를 통하여 조향륜에 연결되어 있다.

랙바(120)의 일측에는 랙바(120)와 소정량 경사되어 조향축이 배치되고, 그 상단에는 조향휠이 장착된다. 조향축의 하단은 피니언기구(118)에 의하여 랙바(120)와 치합되어 조향휠의 회전 방향에 따라 랙바(120)가 좌우로 이동된다.

하우징(110)의 좌측에는 원통형의 볼나사기구 수용부(112)가 구비되고, 상기 볼나사기구 수용부(112)에는 랙바(120)와 소정의 경사각을 이루도록 돌출된 전동모터 수용부(114)가 형성되고, 이 부분에 전동모터(150)가 설치되며, 볼나사기구 수용부(114)에는 볼나사기구(135)가 설치된다.

볼나사기구(135)와 전동모터(150)의 관계를 설명하면, 랙바(120) 좌측의 외주면에는 볼나사홈(126)이 나선형으로 형성되고, 그 외측에 결합되는 볼너트(130)는 한 쌍의 베어링(138)과 볼나사기구 수용부(112)에 의하여 회전 가능하게 지지된다.

볼너트(130)의 안쪽에는 내주면에 볼나사홈(134)이 나선형으로 형성되고, 랙의 볼나사홈(26)과 볼너트(130)의 볼나사홈(134)에 의해 형성된 환상 공간 내에는 다수의 볼(140)이 충전되어 있다. 볼너트(130)의 외측에는 회전에 따라 축방향으로 진행한 볼을 복귀시키는 복귀관(142)이 설치되어 있다. 즉 볼나사기구(135)는 볼나사홈(126), 볼너트(130) 및 볼(140) 등으로 구성된다.

볼너트(130)는 나사기구 수용부(112)안에서 설치상태가 유지된다. 그리고 볼너트(130)의 일단에는 도 3에 도시된 바와 같이, 베벨기어(131)가 설치된다.

전동모터설치부(114)는 볼트(152)에 의해 장착되고, 전동모터(150)의 모터축(154)은 한 쌍의 베어링(156)이 핀(154a)으로써 고정되어 회전 가능하게 지지되며, 모터축의 단부에는 모터축 구동 베벨기어(158)가 형성되어 있다.

상기에서 모터축(154)을 지지하는 베어링(156)의 외륜측에는 도 3에서 보는 바와 같이 웨이브 와셔(160)가 받쳐진 채 설치된다.

상기 웨이브 와셔(160)는 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 단면이 소정의 곡률을 갖는 연속적인 물결모양으로 형성되어 있으며, 축방향으로 강한 하중을 받으면 물결모양이 펴지면서 전체적인 두께가 얇아지고, 하중이 제거되면 본래의 두께로 복귀된다.

전동모터 설치부(114)에 전동모터(150)를 설치한 후 모터축 구동베벨 기어(158)와 볼너트(130)의 단부에 형성된 베벨기어(131)가 맞물리게 되면 고정볼트를 조여 치합된 상태를 유지하게 된다.

상기와 같이 모터축 구동 베벨기어(158)와 종동 베벨기어(131)를 조립하는 과정에서 모터축 구동 베벨기어(158)와 베벨기어(131)의 가공공차 등에 의하여 치합상태가 다르면 백래쉬의 크기도 달라지는 바, 이때는 조절 스크류(170)를 조이거나 풀어서 모터축 구동 베벨기어(158)와 베벨기어(131)의 치합상태를 적절히 하여 백래쉬를 조절한다.

즉, 조절 스크류(170)의 조임력을 풀거나 조여주면 모터축(154)을 지지하는 베어링(156)의 외륜측에 설치된 웨이브 와셔(160)에 작용하는 힘이 달라지고, 그 탄성이 달라지면서 베어링(156)을 미는 힘의 크기가 달라지고, 베어링의 밀려나는 정도에 따라서 모터축(154)의 구동 베벨기어(158)위치가 달라지는 것이다.

이와 같이 조절된 웨이브 와셔(160)는 베어링(156)을 포함한 모터축(154) 전체를 축의 길이 방향으로 후퇴시키게 되고, 그 힘이 지속되는 한 구동 베벨기어(158)와 종동 베벨기어(131)의 백래쉬는 늘 양호한 상태를 지속하게 되는 것이다.

이때의 종동 베벨기어(131)는 그 치차의 작은 직경으로 갈수록 (-)전위이고, 큰 직경으로 갈수록 (+)전위이므로 큰 직경으로 이동하는 만큼 치차의 틈새가 좁아져 백래쉬의 양이 줄어드는 것이며, 웨이브 와셔(160)는 사실상 구동 베벨기어(158)가 항상 (+)전위의 상태를 유지하도록 밀어 올리고 있기 때문에 백래쉬가 거의 없는 양호한 상태로 정, 역회전력을 전달하게 되는 것이다.

한편, 전동모터(150)의 장기간 사용으로 모터축 구동 베벨기어(158)와 베벨기어 (131) 간에 백래쉬가 증가되었을 경우에는 앞서 언급한 바와 같이 조절 스크류(170)를 풀어서 베어링(156)을 포함하는 모터축(154)이 더 높이 이동할 수 있도록 조절할 수 있다.

즉, 조절 스크류(170)를 풀면 웨이브 와셔(160)의 탄성에 의해 베어링(156)을 포함하는 모터축(154)이 더 높이 이동하게 되므로 베벨기어간의 치합상태가 최대 (+)전위의 상태를 유지한 채 치합하게 되는 것이다.

이와 같이하면 장기간 사용으로 치차가 마모되어 치합상태가 헐거워졌다 하더라도 다시 조절하기 때문에 백래쉬가 거의 없는 최상의 치합상태로 동력을 전달할 수 있게 되는 것이다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 평상시 웨이브 와셔로하여금 베어링을 포함하는 모터축의 구동 베벨기어를 종동 베벨기어의 (+)전위차 값을 갖는 위치에서 모터의 축방향으로 밀어줄 수 있도록 하였기 때문에 최초 조립할 때는 물론 장기간 사용 후에라도 백래쉬의 양을 최소값을 갖는 상태로 조절할 수 있다.

따라서 구동 베벨기어와 종동 베벨기어가 항상 최적의 상태로 맞물려 회전하므로 회전력의 전달이 용이하고, 치차에 의한 소음 발생을 근본적으로 예방될 수 있는 장점을 가지는 것이다.

도 1은 종래의 전동식 파워스티어링 장치의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전동식 파워스티어링 장치의 단면도이다.

도 3는 본 발명의 구성에 따른 요부 확대단면도

도 4는 본 발명에 따른 웨이브 와셔의 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 웨이브 와셔의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 하우징 112 : 볼나사 수용부

114 : 전동모터 수용부 116 : 조향축

118 : 피니언기구 120 : 랙

122 : 볼 조인트 130 : 볼너트

131 : 베벨기어 134 : 볼나사홈

135 : 볼나사 138 : 베어링

140 : 볼 150 : 전동모터

152 : 고정볼트 154 : 모터축

156 : 베어링 158 : 구동 베벨기어

160 : 웨이브 와셔 170 : 조절 스크류

Claims

차체의 좌, 우 방향으로 설치되는 하우징(110)과, 그 하우징 내에서 조향을 위해 길이 방향으로 왕복 작동될 랙바(120)와, 상기 랙바로 조향 보조력을 제공하기 위해 종동 베벨기어(131)를 가진 볼너트(130)와, 상기 종동 베벨기어(131)에 치합되는 구동 베벨기어(158)를 가진 채 전동모터 수용부(114)로써 설치되는 전동모터(150)를 구비하는 전동식 파워스티어링 장치에 있어서,

상기 구동 베벨기어(158)는 그 전동모터(150)의 모터축(154) 단부에 형성한 후, 전동모터 수용부(114)의 하우징 안쪽에 베어링(156)을 개입하여 지지하되, 상기 하우징의 내경에 마련된 단턱부(114a)와 상기 베어링(156) 사이에 웨이브 와셔(160)를 개입시키고, 상기 베어링(156)의 다음 위치에 이 베어링을 포함하는 모터축(154)의 유동범위를 조절하기 위해 상기 베어링(156)을 밀어 줄 수 있는 조절 스크류(170)를 체결하여서 된 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링의 백래쉬 조절장치.