KR20130004628A - 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체 - Google Patents

전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웜샤프트의 축방향 충격 및 하중에 대해 효율적으로 흡수할 수 있는 댐퍼 구조가 개선된 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체에 관한 것이다.
본 발명의 구성은 하우징의 내부에 웜휠과 치합되게 연결되어 회전 가능하게 배치되고 양측 단부에 베어링부재가 회전을 지지하도록 설치된 웜샤프트와, 양측의 베어링부재들 중 일측 베어링부재의 외륜 부위의 좌,우 양측에 각각 배치되는 스틸소재의 제 1,2링부재와, 제 1,2링부재의 외측으로 각각 배치되며 축방향으로 전달되는 하중을 흡수하도록 탄성 변형 가능한 소재로 된 제 1,2탄성부재와, 제 1탄성부재의 외측에 배치되어 축방향 하중을 흡수하기 위한 제 3링부재로 구성된다.

Description

전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체{WORMSHAFT DAMPING STRUCTURE OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING SYSTEM}
본 발명은 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체에 관한 것으로, 특히 축방향 하중을 지탱하면서 베어링과 웜샤프트에 가해지는 충격을 효과적으로 흡수할 수 있음과 아울러, 축방향 변위에 의해 탄성 변형으로 내구성을 증대시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체에 관한 것이다.
일반적으로, 전동식 파워 스티어링(MDPS: Motor Driven Power Steering)은 기존의 유압식 파워 스티어링을 전기 모터로 대체하여 전자제어를 통한 조향력을 보조하는 장치로서, 오일탱크, 펌프, 호스 등 유압부품을 제거하고 모터 및 제어장치가 적용된 차량의 동력 조향 장치이다.
상기 전동식 파워 스티어링 장치는 유압식에 비하여 상대적으로 부피가 작고 중량이 더 적은 이점을 갖고 있으므로, 승용차량 등에서 현재 널리 사용되고 있다.
전동식 파워 스티어링 장치는, 스티어링휠과 기어박스를 연결하며 모터를 구비한다. 모터와 연결된 컬럼샤프트는 끝단에서 유니버셜 조인트로 기어박스로 연결되고, 상기 기어박스는 양측단에서 각각 볼조인트가 결합된 샤프트들을 랙피니온(rack and pinion)방식으로 좌우로 이동시키며, 각각의 볼조인트는 타이로드를 통해 좌우 로드휠의 너클(knuckle)에 각각 연결된다.
이 중, 모터가 구비되는 부분은 하우징의 내부에서 웜휠은 스티어링휠과 연결된 컬럼샤프트가 중심에 삽입되도록 결합된다. 그리고, 상기 웜휠은 모터와 결합되고 외주면에 나사산이 형성된 웜샤프트와 치합된다.
하지만, 모터의 가감속(加減速) 및 토크 변동에 따라 웜샤프트와 웜휠 간의 치합은 균일하게 유지되지 못하고, 유격이 발생하여 소음을 유발하는 문제점이 있었다.
또한, 웜샤프트는 웜휠에 장착할 때 발생하는 종방향의 수직력 뿐만 아니라 웜휠의 회전 시 반발력으로 작용하는 축방향 횡력이 발생한다.
그리고, 차량의 고성능화에 따라 횡력에 대한 유격 보상은 수직력에 대한 유격 보상과 더불어 소음방지 및 내구성 향상을 위하여 중요하게 고려되고 있다.
본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창안된 것으로써, 그 목적은 웜샤프트의 축방향 충격 및 하중에 대해 효율적으로 흡수할 수 있는 댐퍼 구조가 개선된 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 축방향 하중에 대한 댐퍼의 구조를 개선하여 부품의 내구성을 증대시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하우징의 내부에 웜휠과 치합되게 연결되어 회전 가능하게 배치되고 양측 단부에 베어링부재가 회전을 지지하도록 설치된 웜샤프트와,
상기 양측의 베어링부재들 중 일측 베어링부재의 외륜 부위의 좌,우 양측에 각각 배치되는 스틸소재의 제 1,2링부재와,
상기 제 1,2링부재의 외측으로 각각 배치되며 축방향으로 전달되는 하중을 흡수하도록 탄성 변형 가능한 소재로 된 제 1,2탄성부재를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 제 1탄성부재의 외측에 배치되어 축방향 하중을 흡수하기 위한 제 3링부재를 더 구비한다.
상기 제 3링부재는 상기 하우징의 내주면에 고정되게 설치된 스냅링에 지지되며, 상기 스냅링과 접촉되는 부위의 폭이 다른 부위의 폭보다 더 크게 형성된 것이다.
상기 제 1,2탄성부재는 고무 또는 우레탄 소재를 채용한다.
상기 제 1,2탄성부재는 측면 부위에 탄성 변형을 위한 다수개의 돌기가 형성된 것이다.
첫째, 제 1,2,3링부재와 제 1,2탄성부재가 분할된 구조로 되어 있으며, 제 1,2탄성부재가 전달되는 하중에 의해 변형 가능한 소재로 되어 있으므로, 상호 간의 연결 부위의 파손을 방지하고 부품의 내구성을 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.
둘째, 제 1,2탄성부재의 측면 부위에 다수개의 돌기가 형성되어 있으므로, 축방향 하중이 전달될 때 충격력을 분산 및 흡수시킬 수 있는 여유공간의 기능을 가지게 되어 하중에 대한 효율적인 흡수가 가능하게 되어 작동 소음을 경감시키고, 부품의 내구성이 향상되는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체의 일 실시 예를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 댐퍼 구조인 제 1,2,3링부재와 제 1,2탄성부재가 웜샤프트에 결합되기 전 상태를 나타낸 분해사시도.
도 3은 본 발명 일 실시 예의 결합상태를 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체의 다른 실시 예를 나타낸 사시도.
도 5a,6a,7a는 본 발명 제 1,2탄성부재의 다양한 돌기 형상을 보인 정면도이고, 도 5b,6b,7b는 각 제 1,2탄성부재의 단면 형상을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도.
도 9a는 기존 댐퍼 구조체의 소음 발생수치를 나타낸 그래프이고, 도 9b는 본 발명 실시 예에 해당하는 댐퍼 구조체의 소음 발생수치를 보인 그래프이다.
웜샤프트에는 충격을 흡수하기 위해 스틸과 고무가 일체화된 일체형 댐퍼가 웜샤프트의 외주면에 끼움 결합되어 베어링의 내륜 측에 근접되게 조립되어 있으나, 이 경우에는 축방향으로 전달되는 하중에 의해 스틸과 고무 소재가 서로 분리되거나 스틸 부위의 변형 및 고무소재가 파손되는 단점이 있다.
또한, 상기한 일체형 댐퍼는 축방향 하중이 지속적으로 전달됨에 따라 스틸과 고무소재의 접착이 분리되어 파손될 우려가 있다.
본 발명은 웜샤프트의 축방향 하중에 대해 효율적으로 흡수할 수 있으면서 내구성을 증대시키고 소음을 저감시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체를 제공하기로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체의 일 실시 예는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 그 구성은 하우징(10)의 내부에 웜휠과 치합되게 연결되어 회전 가능하게 배치되고 양측 단부에 베어링부재(40)(50)가 회전을 지지하도록 설치된 웜샤프트(20)와, 양측의 베어링부재(40)(50)들 중 일측 베어링부재(50)의 외륜 부위의 좌,우 양측에 각각 배치되는 스틸소재의 제 1,2링부재(110,120)와, 제 1,2링부재(110,120)의 외측으로 각각 배치되며 축방향으로 전달되는 하중을 흡수하도록 탄성 변형 가능한 소재로 된 제 1,2탄성부재(210,220)와, 제 1탄성부재(210)의 외측에 배치되어 축방향 하중을 흡수하기 위한 제 3링부재(130)로 구성된 것이다.
더 상세히 설명하면, 제 1,2탄성부재(210,220)는 축방향으로 전달되는 하중에 의해 탄성 변형이 가능한 소재를 채용하되, 일 예로 고무 또는 우레탄 소재를 채용할 수 있다.
또한, 제 1,2,3링부재(110,120,130)는 환형의 와셔 링 형태로 구성되고, 축 하중을 지탱하기 위하여 스틸 소재를 채용한다.
일측 베어링부재(50)는 도면에 미도시되어 있지만 모터측과 근접된 베어링부재(50)를 의미하는 것이다.
즉, 제 1,2링부재(110,120)는 측면 일부위가 일측 베어링부재(50)의 둘레 외측과 근접된 측면 부위와 면 접촉되도록 배치되는 구조를 갖는다.
이는, 웜샤프트(20)의 축 방향 하중이 베어링부재를 통해 제 1,2,3링부재(110,120,130)와 제 1,2탄성부재(210,220)에 전달되므로, 직접적으로 하중이 전달되는 것이 아니라 간접적으로 하중을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 하중의 분산 효과를 얻을 수 있다.
제 3링부재(130)는 하우징(10)의 내주면에 고정되도록 설치된 스냅링(15)에 의해 접촉되어 지지되는 배치구조를 갖는다.
그리고, 제 2탄성부재(220)는 하우징(10)의 내주면에 단턱 형태로 형성된 고정턱(12)에 면접촉되어 지지되어 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명 일 실시 예의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체는, 웜샤프트(20)의 일측 단부에 배치된 베어링부재의 외륜 부위의 좌,우측에 제 1,2링부재(110,120)를 배치하고, 제 1,2링부재(110,120)의 외측(베어링부재의 반대측)에 제 1,2탄성부재(210,220)를 각각 배치한다.(도 3참조)
이후에, 제 1탄성부재(210)의 외측에 제 3링부재(130)를 배치하도록 조립하면 댐퍼 구조체의 조립이 완료된다.
이때, 제 2탄성부재는 하우징(10)의 고정턱(12)에 면접촉으로 지지되고, 그 반대편인 제 3링부재(130)는 하우징(10)의 내주면에 고정된 스냅링(15)에 의해 지지되어 제 1,2,3링부재(110,120,130)와 제 1,2탄성부재(210,220)로 구성된 댐퍼의 조립이 완료된다.
이러한 조립이 완료된 댐퍼 구조체의 작동과정은, 웜휠과 기어이 맞물림 결합된 웜샤프트(20)가 모터의 구동력을 웜휠 측으로 전달하여 웜휠에 연결되고 스티어링휠과 연결된 컬럼샤프트(미도시)에 조향력을 보조하게 된다.
상기한 조향 동작시 웜샤프트(20)에 전달되는 축방향 하중은 제 1,2탄성부재(210,220)에서 탄성 변형이 발생되어 충격을 흡수하는 기능을 수행하고, 제 1,2,3링부재(110,120,130)에서 베어링부재(50)로부터 하중을 전달하면서 제 1,2탄성부재(210,220)를 지지하게 된다.
더 자세히 설명하면, 제 1,2링부재(110,120)는 베어링부재의 양측에서 축방향 하중을 제 1,2탄성부재(210,220)측으로 전달하게 되고, 제 3링부재(130)는 스냅링(15)을 매개로 제 1탄성부재를 지탱하는 기능을 수행한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시 예를 나타낸 도면으로서, 그 구성은 제 1,2탄성부재(210,220)와 제 1,2,3링부재(110,120,130)로 구성된 댐퍼의 구성요소는 앞서 설명한 선 실시 예와 동일한 구성요소를 가지며, 제 1,2탄성부재(210,220)의 측면 부위에 외측으로 돌출된 다수개의 돌기(212,222)가 형성된 구조를 갖는다.
상기한 돌기는 도 5a,5b,6a,6b,7a,7b에서와 같이 다양한 형태(삼각뿔,원형,직사각형)로 형성될 수 있다.
이하, 선 실시 예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호를 기재하며 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상세히 설명하면, 제 1,2탄성부재(210,220)는 측면 부위에 서로 이격된 다수개의 돌기(212,222)가 돌출되게 형성되어 단면 구조상 산과 골을 갖는 엠보싱 형태를 갖는다.
이는, 탄성 변형 가능한 제 1,2탄성부재(210,220)의 구조적 특성상 축 방향 하중이 전달될 때 면접촉되는 제 1,2,3링부재(110,120,130)의 접촉부위에 대해 형태 변형이 가능한 여유공간을 형성하기 위함이다.
또한, 상기한 돌기(212,222)는 제 1,2탄성부재(210,220)의 양측면 부위에 형성된 것으로 도면에 표현되어 있으나, 가공상의 이유로 일측 또는 타측 부위에만 형성될 수도 있다.
즉, 제 1,2탄성부재(210,220) 측에 축방향 하중이 전달되면, 돌기(212,222) 부위가 형태 변형되어 돌기들 사이의 골 부위에 해당하는 공간측으로 형태가 변형되면서 하중을 흡수 및 분산시키는 기능을 갖는다.
이로 인해 제 1,2탄성부재(210,220)의 내구성을 증대시킬 수 있는 이점을 갖는다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도로서, 그 구성은 제 3링부재(130)가 웜샤프트(20)의 축방향 하중이 전달되는 부위의 폭을 다른 부위의 폭보다 크게 형성된 것이다.
상세히 설명하면, 스냅링(15)과 면접촉되는 제 3링부재(130)의 부위를 확폭부(130A)라 칭하면 확폭부(130A)의 폭이 다른 중심 부위의 폭보다 크게 형성되고, 이에 대응되는 제 1탄성부재(210)의 일 부위의 폭이 축소되도록 형성된 것이다.
스냅링(15)과 접촉되는 부위는 제 3링부재(130)의 외주 가장자리에 해당하며, 다른 부위와 경사진 각도로 테이퍼지게 연결되도록 형성된다.
이는, 스냅링(15)과 접촉되는 제 3링부재(130)의 가장자리 부위의 폭을 다른 중심쪽 부위의 폭보다 더 크게 형성함으로써, 특정 부위인 확폭부(130A)의 강도를 보강하여 웜휠(30)과 웜샤프트(20)의 조향동작시 베어링부재(50)로부터 전달되는 축방향 하중을 용이하게 지탱하기 위함이다.
이로 인해, 웜샤프트(20) 하중에 대해 스틸 소재인 제 3링부재(130)의 변형 파손을 방지할 수 있다.
상기한 본 발명의 실시 예들은 와셔 형태의 제 1,2,3링부재(110,120,130)가 각각 분할된 형태로 이격되게 배치되고, 제 1,2,3링부재(110,120,130)와 베어링부재의 사이에 제 1,2링부재(110,120)가 개재되도록 배치된 댐퍼구조를 가지게 됨으로써, 웜샤프트(20)에 전달되는 축방향 하중에 대한 충격을 흡수할 수 있으므로, 부품의 내구성을 향상시키고 소음을 저감시킬 수 있게 된다.
상기한 소음 저감 효과는 도 9a,9b의 그래프에서 도시된 바와 같이, 기존 웜샤프트의 댐퍼구조체(도 9a참조)와 본 발명의 웜샤프트의 댐퍼구조체(도 9b참조)의 소음 발생도를 수치화한 그래프에 도시된 바와 같이 소음 경감도의 확연한 차이를 알 수 있습니다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 하우징 12 : 고정턱
15 : 스냅링 20 : 웜샤프트
30 : 웜휠 40,50 : 베어링부재
110,120,130 : 제 1,2,3링부재 130A : 확폭부
210,220 : 제 1,2탄성부재
212,222 : 돌기

Claims (5)

  1. 하우징의 내부에 웜휠과 치합되게 연결되어 회전 가능하게 배치되고 양측 단부에 베어링부재가 회전을 지지하도록 설치된 웜샤프트와,
    상기 양측의 베어링부재들 중 일측 베어링부재의 외륜 부위의 좌,우 양측에 각각 배치되는 스틸소재의 제 1,2링부재와,
    상기 제 1,2링부재의 외측으로 각각 배치되며 축방향으로 전달되는 하중을 흡수하도록 탄성 변형 가능한 소재로 된 제 1,2탄성부재를 구비한 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1탄성부재의 외측에 배치되어 축방향 하중을 흡수하기 위한 제 3링부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 3링부재는 상기 하우징의 내주면에 고정되게 설치된 스냅링에 지지되며, 상기 스냅링과 접촉되는 부위의 폭이 다른 부위의 폭보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1,2탄성부재는 고무 또는 우레탄 소재인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 웜샤프트 댐퍼구조체.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1,2탄성부재는 측면 부위에 탄성 변형을 위한 다수개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링용 웜샤프트 댐퍼구조체.
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