KR20080028864A

KR20080028864A - 스티어링 기어

Info

Publication number: KR20080028864A
Application number: KR1020077028189A
Authority: KR
Inventors: 에듀어드 스판; 마르쿠스 바이스; 토마스 클라인
Original assignee: 티알더블유 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2008-04-02
Also published as: CN101247982B; DE112006001270A5; WO2006122603A1; CN101247982A; US7784804B2; DE112006001270B4; DE202005007923U1; KR101257972B1; US20090166994A1

Abstract

본 발명은 랙 및 피니언 스티어링 시스템용 스티어링 기어(8)으로서, 하우징 및 하우징(10)의 축선 방향 단부(22, 24)에 위치하는 보조 서포트(26)를 포함하고, 상기 하우징 내에서 스티어링 랙(12)이 그 축선(A)을 따라 이동하도록 안내되며, 상기 보조 서포트(26)는 스티어링 랙(12)의 굽힘을 제한한다.

Description

스티어링 기어{STEERING GEAR}

본 발명은 랙 및 피니언 스티어링 시스템용 스티어링 기어에 관한 것이다.

현재, 랙 및 피니언 스티어링 기어는 차량 스티어링 시스템, 특히 자동차에 거의 유일하게 이용되고 있다. 이들 스티어링 기어는 그 축선을 따라 하우징 내에서 이동하도록 안내되는 스티어링 랙과, 이 스티어링 랙의 치형부와 맞물리며 스티어링 로드에 의해 스티어링 휠에 연결되는 피니언을 포함한다. 스티어링 랙의 두 개의 축선 방향 단부는 하우징으로부터 돌출되어, 볼 조인트에 의해 타이로드에 각각 결합되고, 타이로드는 차량 휠에 체결된다.

스티어링 랙 방향에서 관찰할 때, 피니언은 일반적으로 하우징의 어느 하나의 단부에 다른 단부 보다 더 가까이 위치한다. 스티어링 랙의 축선방향으로 이동 가능한 장착 및 안내는 일반적으로 하우징 내의 2개의 지점에서 이루어지는데, 하우징의 단부에서 이 2개의 지점 중 하나는 피니언으로부터 떨어져 있고, 다른 하나는 압력의 일부가 피니언 방향에서 스티어링 랙 상에 작용하는 피니언의 접촉점에 바로 위치한다. 이러한 두 지점 장착에 의해, 스티어링 랙은 정적 결정 방식(statically determinate manner)으로 장착되고, 이는 스티어링을 가볍게 하는 데 기여한다; 어떠한 추가 장착 위치도 정적 과도 결정(static over- determination)을 유발하여 장력이 발생할 수 있다.

이러한 배치에 따른 문제점은 피니언 상의 장착 위치와 피니언 근처 스티어링 랙의 단부에서의 타이로드의 접촉점 사이의 거리가 상대적으로 멀다는 것이다. 타이로드로 도입되거나 타이로드로부터 스티어링 랙으로 도입되는 힘은 일반적으로 스티어링 랙의 길이 방향으로 진행하지 않는 성분을 가지므로, 이는 스티어링 랙에 작용하는 굽힘 하중을 유발한다.

예컨대, 스티어링이 작동할 때, 예컨대, 속박됨으로써, 타이어의 스티어링 운동이 차단되면, 과도한 굽힘 하중이 스티어링 랙에 가해진다. 스티어링 랙의 치수는 이러한 종류의 과도한 굽힘 하중에 의해 상당히 영향을 받는다.

본 발명의 목적은 스티어링 랙의 굽힘을 제한하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 랙 및 피니언 스티어링 시스템용 스티어링 기어를 제공하고, 이 스티어링 기어는 하우징 및 이 하우징의 축선방향 단부에 위치하는 보조 서포트를 포함하고, 하우징 내에서 스티어링 랙은 그 축선을 따라 이동하도록 안내되며, 보조 서포트는 스티어링 랙의 굽힘을 제한한다. 이로 인해 작은 직경을 가지는 스티어링 랙이 이용될 수 있어서, 한편으로 중량을 줄일 수 있고, 다른 한편으로는 스티어링 기어의 가격을 낮출 수 있다는 장점을 제공한다. 여기서, 스티어링 랙은 주로 정적 결정 방식으로 장착된 상태로 유지되므로, 보조 서포트에도 불구하고, 정적 과도 결정으로 인해 발생하는 장력이 별다른 역할을 하지 않는다는 점이 강조되어야 한다. 실제로, 보조 서포트는 영구 장착물이 아니라, 단지 굽힘 하중이 과도한 경우에 일시적인 지지를 제공할 뿐이다. 따라서, 스티어링 랙의 장착은 단지 과도한 하중이 가해지는 짧은 기간 동안의 정적 과도 결정일 뿐이다. 또한, 보조 서포트는 더 작은 치형 모듈(따라서, 더 작은 치 높이)을 이용할 수 있게 한다. 이는 스티어링 랙의 횡단면을 확대시키고, 치형 설계에 관한 장점을 제공한다.

일 실시예에서, 하우징은 보조 서포트가 장착되는 만입부를 가진다. 따라서, 보조 서포트는 임의의 추가적 부착 수단을 이용하지 않고 스티어링 랙의 길이방향으로 제위치에 고정된다.

다른 실시예에 있어서, 보조 서포트는 스티어링 랙의 길이방향으로 연장되어 하우징의 그루브 내에서 진행하는 반경방향 돌출부를 가진다. 이러한 돌출부로 인해, 하우징에 대해 스티어링 랙의 축선 둘레로 보조 서포트가 회전할 수 없다.

바람직하게는, 보조 서포트는 스티어링 랙의 치형부에 대향하여 위치하는 컷아웃(cut-out)을 가진다. 이로 인해, 스티어링 랙의 치형부와 보조 서포트의 직접적인 접촉이 불가능하게 되어, 보조 서포트 및 치형부는 스티어링 랙이 그 축선을 따라 이동하는 것을 방해하는 어떠한 부적절한 연결도 유발할 수 없다.

바람직하게는, 보조 서포트는 "C"자형 횡단면의 클립이다. 이러한 종류의 클립은 제조가 용이하고, 빠르고 쉽게 하우징 상에 끼워맞춤될 수 있다.

또한, 보조 서포트는 합성 재료로 만들 수 있다. 따라서, 이런 보조 서포트는 특히 저렴하고, 합성 성분으로 인해, 탄성 및 미끄러짐 특성을 최적화하기에 용이하다.

바람직한 실시예에 있어서, 스티어링 랙의 치형부와 맞물리는 피니언이 제공되고, 이 피니언은, 스티어링 랙의 방향에서 보았을 때 하우징의 제2 단부보다 제1 단부에 더 가까이 위치하며, 보조 서포트는 제1 단부에만 마련된다. 스티어링 랙의 최대 굽힘 하중은 일반적으로 하우징의 제1 단부 영역에서 일어나는데, 그 이유는 하우징의 제2 단부에는 스티어링 랙을 위한 실제 장착점이 일반적으로 이미 마련되어 있기 때문이다.

이하 바람직한 실시예에 대한 아래의 설명에서 도면을 참조하여 본 발명의 또 다른 특징 및 장점을 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 스티어링 기어의 측면도로서, 일부를 개방 단면으로 도시한다.

도 2는 도 1의 상세 단면도이다.

도 3은 보조 서포트의 사시도이다.

도 4는 하우징의 단부의 사시도로서, 일부를 개방 단면으로 도시한다.

도 5는 끼워맞춤된 보조 서포트를 구비하는 도 4의 하우징 단부의 사시도로서, 일부를 개방 단면으로 도시한다.

도 6은 도 5의 선 VI-VI에 따른 횡단면도이다.

도 1은 랙 및 피니언 스티어링 시스템용 스티어링 기어(8)를 도시하며, 이 스티어링 기어는 스티어링 랙(12)이 그 축선(A)을 따라 이동하도록 안내되는 하우 징(10)을 포함한다. 스티어링 랙(12)은 그 축방향 단부에서 하우징(10)의 외부로 돌출되고, 각각 볼 조인트(14)에 의해 타이로드(16)에 연결된다. 그 다음, 타이로드(16)는 차량 휠(도시되지 않음)에 체결되어, 차량 휠의 스티어링 운동을 일으킬 수 있다.

또한, 피니언(18)이 도 1에 도시되어 있으며, 피니언은 스티어링 랙(12)의 치형부에 맞물린다. 스티어링 랙(12)의 방향에서 관찰할 수 있듯, 피니언(18)은 하우징(10)의 제2 단부(24) 보다 제1 단부(22)에 더욱 가깝게 위치한다.

하우징(10)의 제1 단부(22) 주변의 영역이 도 2에 상세히 도시되어 있다. 보조 서포트(26)는 볼 조인트(14)와 피니언(18) 사이에 제공되어, 스티어링 랙(12)의 굽힘을 제한한다. 스티어링 랙(12) 상의 피니언(18)의 접촉점과 볼 조인트(14) 사이의 거리는 여기서 "L"자로 지시되고, 보조 서포트(26)와 볼 조인트(14) 사이의 거리는 "L'"자로 지시된다.

보조 서포트(26)의 바람직한 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 여기서 보조 서포트(26)는 설치된 상태에서 축선 방향으로 연장된 반경 방향 돌출부(28)를 가진다. 돌출부(28)에 대향하는 보조 서포트(26)의 측면 상에는 컷아웃(30)이 마련되므로, 보조 서포트(26)는 본질적으로 "C"자형 횡단면을 구비하는 클립이다. 바람직하게는, 클립은 합성 재료로 만들어지고, 이 합성물은 끼워맞춤을 위한 소정의 탄성을 가진다. 또한, 우수한 미끄러짐 특성은 클립이 스티어링 랙(12)과 맞닿는 경우 유용하다.

보조 서포트(26)는 하우징(10)의 축선방향 단부 상에 끼워맞춤된다. 도 4는 제1 단부(22) 영역 내의 하우징(10) 부분과, 벨로우즈(bellows; 34; 도 2 참조)용 연결 요소로서 제공되는 제1 단부(22)의 외측부(32)를 도시한다. 제1 단부(22)에서는 바로 하우징의 내측에서 좁은 에지(36)를 관찰할 수 있고, 이 좁은 에지는 축선 방향에서 만입부(38)와 인접한다. 좁은 에지(36)는 보조 서포트(26)가 끼워맞춤된 상태에서 활주하여 이탈하는 것을 방지한다. 만입부(38)에는, 축선 방향으로 배향된 그루브(40)가 에지(32)까지 연장되게 마련된다.

끼워맞춤 시에는, 보조 서포트(26)를 전체적으로 약간 가압하여 컷아웃(30)의 크기를 감소시킨다. 이러한 전체 가압 상태에서, 보조 서포트(26)를 에지(32) 를 넘어 축선 방향으로 하우징(10) 내부로 밀어넣는다. 여기서 보조 서포트(26)가 정렬되어, 돌출부(28)는 그루브(40) 내에서 안내된다. 보조 서포트를 에지(32)를 넘어 완전히 밀어넣었을 때, 보조 서포트는 탄성으로 인해 만입부(38)에 맞물린다; 보조 서포트(26)가 그 축선 위치에 고정되도록 만입부(38) 및 보조 서포트(26)의 축선방향 치수가 선택된다. 돌출부(28)는 그루브(40)와 연동하여, 하우징(10)에 대한 축선(A) 둘레에서의 보조 서포트(26)의 회전이 방지된다.

도 5 및 도 6은 일부가 개방 단면으로 도시된 끼워맞춤된 보조 서포트(26) 영역과 횡단면을 도시한다. 단면에서, 컷아웃(30)이 스티어링 랙(12)의 치형부(20)와 인접한다는 것을 명확하게 확인할 수 있다. 이러한 방식으로, 보조 서포트(26)가 어떠한 상황에서도 치형부(20)와 접촉할 수 없게 되어, 치형부(20)가 보조 서포트(26)에 손상을 야기하는 것이 방지된다.

컷아웃(30)을 구비하는 부분으로부터 떨어진 곳에서는, 보조 서포트(26)가 스티어링 랙(12)을 둘러싼다; 스티어링 랙에 아무런 하중이 가해지지 않을 때, 보조 서포트(26)는 스티어링 랙(12)과 접촉하지 않지만, 적어도 2/10 밀리미터의 원주방향 유극을 가진다. 이러한 원주방향, 반경방향 간극으로 인해, 보조 서포트(26)는 추가적이며 영구적인 장착물 또는 가이드가 아니므로, 스티어링 랙(12)은 여전히 정적 결정 방식으로 장착된다. 보조 서포트(26)의 영역 내에서 스티어링 랙(12)의 굽힘이 이러한 간극 크기를 넘어서는 경우, 스티어링 랙(12)은 스티어링 랙(12)의 어떠한 추가의 굽힘도 감소시키는 보조 서포트(26)와 접촉하게 된다.

스티어링 랙(12)의 굽힘 하중은 수직력 뿐만이 아니라 횡력도 볼 조인트(14)에 의해 전달됨으로써 발생한다. 볼 조인트(14) 및 레버 아암(L) 상에 발생하는 횡력으로 인해, 피니언(18)이 접촉하는 장착점에서 스티어링 랙에 모멘트(M)가 발생한다. 수십분의 1 밀리미터의 스티어링 랙(12)의 굽힘을 일으킬 뿐인 작은 횡력으로 이러한 정적 시스템이 계속 유지된다.

그러나, 더 큰 횡력이 발생하면, 보조 서포트(26)는 임시적인 스티어링 랙(12)의 지지점을 제공한다. 이러한 추가 지지점으로 인해, 레버 아암은 L'로 감소하고, 이는 스티어링 랙이 작은 굽힘 모멘트를 받게 한다. 스티어링 랙에서 굽힘 모멘트를 가능한 최대로 감소시키기 위해, 보조 서포트(26)는 가능한 한 하우징(10)의 제1 단부(22)에 가까이 위치하여야 한다.

다음으로, 스티어링 랙(12)은 작은 굽힘 하중이 작용하므로 작은 직경을 구비하도록 설계될 수 있다. 따라서, 스티어링 랙의 중량이 감소하고, 결과적으로 그 제작 비용 또한 감소한다.

Claims

랙 및 피니언 스티어링 시스템용 스티어링 기어(8)로서,

하우징(10) 및 이 하우징(10)의 축선 방향 단부(22, 24)에 위치하는 보조 서포트(26)를 포함하고,

상기 하우징 내에서 스티어링 랙(12)은 하우징의 축선(A)을 따라 이동하도록 안내되고, 상기 보조 서포트(26)는 상기 스티어링 랙(12)의 굽힘을 제한하는 것인 스티어링 기어(8).
청구항 1에 있어서, 상기 하우징(10)은 상기 보조 서포트(26)가 장착되는 만입부(38)를 가지는 것인 스티어링 기어(8).
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 보조 서포트(26)는 반경방향 돌출부(28)를 가지고, 이 돌출부는 상기 스티어링 랙(12)의 길이방향으로 연장되며 상기 하우징(10)의 그루브(40) 내에서 진행하는 것인 스티어링 기어(8).
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 서포트(26)는 상기 스티어링 랙(12)의 치형부(20)에 대향하여 위치하는 컷아웃(30)을 가지는 것인 스티어링 기어(8).
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 서포트(26)는 본질적으로 C자형 횡단면의 클립인 것인 스티어링 기어(8).
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 서포트(26)는 합성 재료로 만들어지는 것인 스티어링 기어(8).
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스티어링 랙(12)의 치형부와 맞물리는 피니언(18)이 마련되고, 상기 스티어링 랙(12)의 방향에서 보았을 때 상기 피니언(20)은 상기 하우징(10)의 제2 단부(24) 보다 제1 단부(22)에 더 가까이 위치하며, 상기 보조 서포트(26)는 상기 제1 단부(22)에만 마련되는 것인 스티어링 기어(8).