KR20130004630A - 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체 - Google Patents

조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웜샤프트의 축방향 및 수직 하중에 대해 효율적으로 흡수할 수 있는 댐퍼 구조가 개선된 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체에 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 부위를 외측에서 감싸도록 배치되며 일측 베어링부재를 통해 전달되는 축방향 및 수직 하중에 의해 탄성 변형 가능한 소재로 된 탄성체와, 탄성체의 양측에 배치되어 탄성체를 외측에서 감싸도록 배치되는 커버링부재 및, 플레이트부재로 구성된다.

Description

조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체{WORMSHAFT DAMPING STRUCTURE OF STEERING SYSTEM}
본 발명은 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체에 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 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체에 관한 것이다.
일반적으로, 조향장치의 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 수직 방향의 수직 하중이 발생할 뿐만 아니라 웜휠의 회전 시 반발력으로 작용하는 축방향 하중이 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 하중 및 수직 하중에 대한 충격력을 효율적으로 흡수할 수 있는 댐퍼 구조가 개선된 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 축방향 및 수직 하중에 대한 댐퍼의 구조를 개선하여 부품의 내구성을 증대시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체를 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 부위를 감싸도록 배치되고 축방향 및 수직 하중에 의해 탄성 변형 가능한 소재로 된 탄성체와,
상기 하우징의 내부에 단턱 형태로 형성된 고정턱에 지지되며 상기 탄성체의 일측을 감싸도록 배치되는 스틸 소재의 커버링부재와,
상기 탄성체의 타측을 감싸도록 배치되는 플레이트부재를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 탄성체는 상기 일측 베어링부재의 외주면 둘레와 면접촉되어 외측을 감싸는 제 1탄성체와,
상기 제 1탄성체의 양측에 배치되어 상기 일측 베어링부재의 가장자리 양측을 감싸는 제 2,3탄성체로 구성된 것이다.
상기 탄성체는 상기 일측 베어링부재의 외주면 둘레를 감싸는 중앙부와,
상기 중앙부의 양측단부로부터 절곡되게 연장 형성되어 상기 일측 베어링부재의 가장자리 양측 부위를 감싸는 절곡부로 일체화된 것이다.
상기 탄성체는 고무 또는 우레탄 소재를 채용한다.
상기 탄성체는 외측면에 탄성 변형을 위한 돌출부가 형성되고,
상기 탄성체를 감싸도록 배치된 커버링부재와 플레이트부재의 내측면에 상기 돌출부의 변형을 위한 여유공간을 갖도록 수용홈이 형성된다.
첫째, 탄성체가 베어링부재를 외측에서 감싸는 구조로 배치되며, 웜샤프트와 베어링부재를 통해 전달되는 수직 하중 및 축방향 하중에 의해 변형 가능한 소재로 되어 있으므로, 충격력을 효율적으로 분산 흡수할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.
둘째, 탄성체에 하나 또는 다수의 돌출부가 형성되어 있으므로, 축방향 및 수직 하중이 전달될 때 충격력을 분산 및 흡수시킬 수 있는 기능을 가지게 되어 하중에 대한 효율적인 흡수가 가능하게 되며 소음 경감 및 부품의 내구성이 향상되는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체의 일 실시 예를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 댐퍼 구조가 웜샤프트에 결합된 상태를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명 댐퍼 구조인 탄성체와 커버링부재 및 플레이트부재의 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체의 다른 실시 예를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명 다른 실시 예의 변형 예를 보인 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도.
도 7은 도 6의 요부 확대도.
도 8a는 기존 댐퍼 구조체의 소음 발생수치를 나타낸 그래프이고, 도 8b는 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.
그리고, 기존의 일체형 댐퍼는 축방향 하중에 대해서만 댐핑 구조를 가질 수 있으므로, 수직 방향 하중에 대해서는 취약할 뿐만 아니라, 작동 소음이 발생하는 단점이 있다.
본 발명은 웜샤프트의 축방향 및 수직방향 하중(이하, 수직 하중이라 칭함)에 대해 효율적으로 흡수할 수 있으면서 내구성을 증대시키고 소음을 저감시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체를 제공하기로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체의 일 실시 예는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 그 구성은 하우징(10)의 내부에 웜휠(30)과 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 부위를 외측에서 감싸도록 배치되며 일측 베어링부재(50)를 통해 전달되는 축방향 및 수직 하중에 의해 탄성 변형 가능한 소재로 된 탄성체(100)와, 탄성체(100)의 양측에 배치되어 탄성체(100)를 외측에서 감싸도록 배치되는 커버링부재(210) 및, 플레이트부재(220)로 구성된다.
더 상세히 설명하면, 탄성체(100)는 축방향 또는 수직방향으로 전달되는 하중들에 의해 탄성 변형이 가능한 소재를 채용하되, 일 예로 고무 또는 우레탄 소재를 채용할 수 있다.
또한, 커버링부재(210)와 플레이트부재(220)는 웜샤프트(20)와 일측 베어링부재(50)를 통해 전달되는 하중을 지탱하기 위하여 스틸 소재를 채용한다.
일측 베어링부재(50)는 도면에 미도시되어 있지만 모터측과 근접된 베어링부재(50)를 의미하는 것이다.
그리고, 탄성체(100)는 일측 베어링부재의 외주면 둘레와 면접촉되어 외측을 감싸는 제 1탄성체(110)와, 상기 제 1탄성체(110)의 좌,우 양측에 배치되어 일측 베어링부재의 가장자리 양측을 감싸는 제 2,3탄성체(120,130)로 구성된다.
즉, 제 2,3탄성체(120,130)은 측면 일부위가 일측 베어링부재(50)의 둘레 외측과 근접된 측면 부위와 면 접촉되도록 배치되는 구조를 갖는다.
이는, 웜샤프트(20)의 축 방향 하중이 일측 베어링부재(50)를 통해 제 2,3탄성체(120,130)에 전달되고, 수직 하중이 제 1탄성체(110)에 전달되므로, 직접적으로 하중이 전달되는 것이 아니라 간접적으로 하중을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 하중의 분산 효과를 얻을 수 있다.
플레이트부재(220)는 하우징(10)의 내주면에 고정되도록 설치된 스냅링(15)에 의해 접촉되어 지지되는 배치구조를 갖는다.
그리고, 커버링부재(210)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 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체는, 웜샤프트(20)의 일측 단부에 배치된 일측 베어링부재(50)의 외주면 둘레를 외측에서 감싸도록 제 1탄성체(110)를 배치하고, 일측 베어링부재(50)의 외륜 부위의 좌,우측에 제 2,3탄성체(120,130)를 배치하고, 제 1,3탄성체(110,130)의 외측(베어링부재의 일측)을 감싸도록 커버링부재(210)를 배치한 후에, 제 2탄성체(120)의 외측(베어링부재의 타측)에 플레이트부재(220)를 배치한다.(도 3참조)
이후에, 플레이트부재(220)의 외측을 스냅링으로 지지하도록 조립하면 댐퍼 구조체의 조립이 완료된다.
이때, 커버링부재(210)는 하우징(10)의 고정턱(12)에 면접촉으로 지지되고, 그 반대편인 플레이트부재(220)는 하우징(10)의 내주면에 고정된 스냅링(15)에 의해 지지되어 탄성체(100)를 외측에서 감싸도록 구성된 댐퍼의 조립이 완료된다.
이러한 조립이 완료된 댐퍼 구조체의 작동과정은, 웜휠(30)과 기어이 맞물림 결합된 웜샤프트(20)가 모터의 구동력을 웜휠(30) 측으로 전달하여 웜휠(30)에 연결되고 스티어링휠과 연결된 컬럼샤프트(미도시)에 조향력을 보조하게 된다.
상기한 조향 동작시 웜샤프트(20)에 전달되는 축방향 하중이 발생하면 제 2,3탄성체(120,130)에서 탄성 변형이 발생되어 충격을 흡수하는 기능을 수행하고, 수직 하중이 전달되면 일측 베어링부재(50)의 외주면 둘레를 감싸는 제 1탄성체(110)에서 탄성 변형이 발생되어 충격을 흡수하는 기능을 수행하게 된다.
또한, 상기한 제 1,2,3탄성체(110,120,130)는 수직 및 축하중에 대해 탄성 변형됨과 동시에, 그 하중을 커버링부재(210)와 플레이트부재(220)에 전달하는 과정에서 충격력을 흡수하게 된다.
커버링부재(210)와 플레이트부재(220)는 탄성체(100)를 통해 전달되는 축방향 및 수직 하중을 지탱하며 지지하는 기능을 수행한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 나타낸 도면으로서, 그 구성은 제 1,2,3탄성체(110,120,130)와 커버링부재(210) 및 플레이트부재(220)로 구성된 댐퍼의 구성요소는 앞서 설명한 선 실시 예와 동일한 구성요소를 가지며, 다만, 제 1,2,3탄성체(210,220)의 외측면 부위에 외측으로 돌출된 돌출부(112,122,132)가 형성되고, 상기 탄성체(100)를 감싸도록 배치된 커버링부재와 플레이트부재(220)의 내측면에 상기 돌출부(112,122,132)의 변형을 위한 여유공간을 갖도록 수용홈(212,222)이 각각 형성된 구조를 갖는다.
상기한 돌출부(112,122,132)는 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 1,2,3탄성체(110,120,130)는 각각의 외측면 부위에 서로 돌출부(112,122,132)가 돌출되게 형성되어 커버링부재(210)와 플레이트부재(220)의 내측면에 형성된 수용홈(212,222) 내에 여유공간을 갖도록 수용된 구조를 갖는다.
이는, 탄성 변형 가능한 제 1,2,3탄성체(110,120,130)의 구조적 특성상 축 방향 또는 수직 하중이 전달될 때 돌출부(112,122,132)가 수용홈(212,222)의 여유공간 내부에 형태 변형이 가능하도록 결합된 것이다.
도 5는 본 발명 다른 실시 예의 변형 예를 나타낸 도면으로서, 그 구성은 제 1탄성체(110)의 내측면 부위에 다수개의 돌출부(114)가 형성된 것이며, 이는 제 1탄성체(110)의 외측면과 내측면 양측에 돌출부(112)(114)가 형성될 수도 있음을 나타낸 것이다.
즉, 제 1탄성체(110) 측에 수직 하중이 전달되면, 돌출부(112)(114) 부위가 형태 변형되어 수용홈(212)의 여유공간 측으로 형태가 변형되면서 하중을 흡수 및 분산시키는 기능을 갖는다.
이로 인해 제 1탄성체(110)의 내구성을 증대시킬 수 있는 이점을 갖는다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도로서, 그 구성은 선 실시 예들과 달리 탄성체(100)가 일체형 구조로 형성된 것으로, 탄성체(100)는 상기 일측 베어링부재(50)의 외주면 둘레를 감싸는 중앙부(100A)와, 중앙부(100A)의 양측단부로부터 절곡되게 연장 형성되어 상기 일측 베어링부재의 가장자리 양측 부위를 감싸는 절곡부(100B,100C)로 일체화된 구조로 된 것이다.
즉, 탄성체(100)는 하나의 링 구조로 구성되어 양측의 절곡부(100B,100C)가 일측 베어링부재(50)의 외륜측 가장자리 양 부위와 면접촉되는 결합구조를 갖는다.
이는, 탄성체(100)의 형태에 상관없이 변형 실시가 가능함을 나타낸 것이다.
상기한 본 발명의 실시 예들은 일측 베어링부재(50)의 외측을 탄성체(100)로 감싸도록 배치하고, 그 탄성체(100)의 외측을 커버링부재(210)와 플레이트부재(220)로 감싸도록 배치된 댐퍼구조를 가지게 됨으로써, 웜샤프트(20)에 전달되는 수직하중 및 축방향 하중에 대한 충격을 흡수할 수 있으므로, 부품의 내구성을 향상시키고 소음을 저감시킬 수 있게 된다.
상기한 소음 저감 효과는 도 8a,8b의 그래프에서 도시된 바와 같이, 기존 웜샤프트의 댐퍼구조체(도 8a참조)와 본 발명의 웜샤프트의 댐퍼구조체(도 8b참조)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
100 : 탄성체 100A : 중앙부
100B,100C : 절곡부 110,120,130 : 제 1,2,3탄성체
112,114,122,132 : 돌출부 210 : 커버링부재
212,222 : 수용홈 220 : 플레이트부재

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 부위를 감싸도록 배치되고 축방향 및 수직 하중에 의해 탄성 변형 가능한 소재로 된 탄성체와,
    상기 하우징의 내부에 단턱 형태로 형성된 고정턱에 지지되며 상기 탄성체의 일측을 감싸도록 배치되는 스틸 소재의 커버링부재와,
    상기 탄성체의 타측을 감싸도록 배치되는 플레이트부재를 구비한 것을 특징으로 하는 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성체는 상기 일측 베어링부재의 외주면 둘레와 면접촉되어 외측을 감싸는 제 1탄성체와,
    상기 제 1탄성체의 양측에 배치되어 상기 일측 베어링부재의 가장자리 양측을 감싸는 제 2,3탄성체로 구성된 것을 특징으로 하는 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성체는 상기 일측 베어링부재의 외주면 둘레를 감싸는 중앙부와,
    상기 중앙부의 양측단부로부터 절곡되게 연장 형성되어 상기 일측 베어링부재의 가장자리 양측 부위를 감싸는 절곡부로 일체화된 것을 특징으로 하는 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성체는 고무 또는 우레탄 소재인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 웜샤프트 댐퍼구조체.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성체는 외측면에 탄성 변형을 위한 돌출부가 형성되고,
    상기 탄성체를 감싸도록 배치된 커버링부재와 플레이트부재의 내측면에 상기 돌출부의 변형을 위한 여유공간을 갖도록 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 조향장치용 웜샤프트의 충격흡수구조체.
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