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KR102566335B1 - 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 - Google Patents

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 Download PDF

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KR102566335B1
KR102566335B1 KR1020160130912A KR20160130912A KR102566335B1 KR 102566335 B1 KR102566335 B1 KR 102566335B1 KR 1020160130912 A KR1020160130912 A KR 1020160130912A KR 20160130912 A KR20160130912 A KR 20160130912A KR 102566335 B1 KR102566335 B1 KR 102566335B1
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shaft bearing
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Abstract

본 발명은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예는 모터축과 연결되는 일측단부와 반대쪽인 타측단부에 각각 제1웜축베어링과 제2웜축베어링이 결합되는 웜축, 제1웜축베어링과 제2웜축베어링 및 웜축이 내장되는 기어하우징, 웜축이 웜휠과 치합되는 방향의 기어하우징 내주면과 제1웜축베어링의 외륜 사이에 지지되며 결합되는 흡습보상부재를 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, 웜휠의 수분 흡습 및 이로 인한 치수 변형에 따른 토크의 증가를 최소화함으로써 운전자의 조향휠 조작력을 정확하게 보조할 수 있음과 더불어, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬 및 역입력 하중에 의한 래틀 노이즈의 발생을 방지할 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 유격과 백래쉬로 인한 래틀 노이즈가 발생되는 문제점이 있었다. 더구나, 험로 주행시 바퀴로부터 역입력되는 하중에 의해 래틀 노이즈가 더욱 심하게 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 웜은 스틸과 같은 금속으로 만들어지는 한편, 웜휠은 웜과의 마찰 저항에 대처하도록 전체 또는 일부(외주부)가 플라스틱으로 만들어지는데, 차량이 고온다습한 지역에서 운행되는 경우에 플라스틱으로 된 웜휠이 수분을 흡수하여 팽창하면서 치수가 변하고, 이로 인해 토크가 증대되어 운전자의 조향감이 무겁게 되면서 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜휠의 수분 흡습 및 이로 인한 치수 변형에 따른 토크의 증가를 최소화함으로써 운전자의 조향감 및 성능의 저하를 방지할 수 있게 됨과 더불어, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬 및 역입력 하중에 의한 래틀 노이즈의 발생을 방지할 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 각각 제1웜축베어링과 제2웜축베어링이 결합되는 웜축, 제1웜축베어링과 제2웜축베어링 및 웜축이 내장되는 기어하우징, 웜축이 웜휠과 치합되는 방향의 기어하우징 내주면과 제1웜축베어링의 외륜 사이에 지지되며 결합되는 흡습보상부재를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜휠의 수분 흡습 및 이로 인한 치수 변형에 따른 토크의 증가를 최소화함으로써 운전자의 조향감 및 성능의 저하를 방지할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
또한, 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬 및 역입력 하중에 의한 래틀 노이즈의 발생을 방지할 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 사시도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 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 사시도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타내는 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는, 모터축과 연결되는 일측단부와 반대쪽인 타측단부에 각각 제1웜축베어링(256)과 제2웜축베어링(257)이 결합되는 웜축(254), 제1웜축베어링(256)과 제2웜축베어링(257) 및 웜축(254)이 내장되는 기어하우징(260), 웜축(254)이 웜휠(156)과 치합되는 방향의 기어하우징(260) 내주면과 제2웜축베어링(257)의 외륜(257b) 사이에 지지되며 결합되는 흡습보상부재(310)를 포함한다.
감속기는 모터(146)의 구동력에 의해 웜축(254)과 웜휠(156)이 연동되면서 조향축(201)을 회전시켜 운전자의 조향력을 보조하게 되는데, 모터(146)의 구동시 모터(146)의 축과 연동되는 웜축(254)의 일측단부와 반대쪽 타측단부에는 각각 제1웜축베어링(256)과 제2웜축베어링(257)이 체결되어 웜축(254)의 회전을 지지하게 된다.
조향축(201)과 연동되는 웜휠(156)과 웜축(254)은 제1웜축베어링(256), 제2웜축베어링(257) 등과 함께 기어하우징(260)에 내장된다.
그리고, 제2웜축베어링(257)은 웜축(254)의 단부(254a)에 결합되는 내륜(257a)과 볼(257c), 외륜(257b)으로 이루어지며, 웜축(254)이 웜휠(156)과 치합되는 방향의 기어하우징(260) 내주면과 제2웜축베어링(257)의 외륜(257b) 사이에 흡습보상부재(310)가 지지되며 결합되어, 흡습에 의한 웜휠(156)의 팽창량을 보상할 수 있게 되어 있다.
또한, 웜축(254)이 웜휠(156)과 치합되는 방향과 반대방향 즉, 흡습보상부재(310)가 결합된 위치와 반대편인 기어하우징(260)의 내주면과 제2웜축베어링(257)의 외륜(257b) 사이에 탄성부재(320)가 지지되며 결합되어, 웜축(254)과 웜휠(156)의 유격을 보상하면서 충격과 래틀 노이즈를 흡수하게 되어 있다.
그리고, 탄성부재(320)의 이탈을 방지하는 캡부재(330)가 기어하우징(260)에 결합될 수 있는데, 캡부재(330)는 기어하우징(260)에 나사 결합되도록 형성되어 나사 체결량에 따라서 탄성부재(320)의 탄성지지력을 조정하게 하고 조립성을 개선할 수 있게 된다.
여기서, 흡습보상부재(310)는 웜휠(156)을 형성하는 플라스틱 재질과 흡습팽창량이 같은 플라스틱 재질로 형성됨으로써, 웜휠(156)의 팽창량과 동일하게 흡습보상부재(310)도 팽창하게 되어 있다.
즉, 차량이 고온다습한 환경에서 운행되는 경우에 플라스틱으로 형성되는 웜휠(156)이 주변 공기중의 수분을 흡습하여 팽창하면서 그 치수가 변하게 되면, 흡습보상부재(310)도 수분을 흡습하여 동일하게 팽창하면서 제2웜축베어링(257)과 웜축(254)을 웜휠(156) 반대쪽으로 밀어붙여 탄성부재(320)가 압축되면서 웜축(254)과 웜휠(156)의 과도한 결합력이 발생되지 않게 되어 있다.
따라서, 웜휠(156)의 팽창량과 동일한 팽창량을 흡습보상부재(310)가 흡수하게 되고 이로 인해 웜축(254)과 웜휠(156)의 지지력은 흡습전과 동일한 지지력으로 유지되게 되어 웜축(254)과 웜휠(156) 사이의 과도한 토크 증가를 최소화하게 되고 조향감이 저하되는 것을 방지하게 된다.
이러한 흡습보상부재(310)는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 12 으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 재질로 형성될 수 있다.
또한, 흡습보상부재(310)는 쐐기 형상으로 형성되는 제1보상부재(310a)와 제2보상부재(310b)가 서로 한쌍을 이루며 맞물려진 상태로 기어하우징(260)에 조립된다.
먼저, 제1보상부재(310a)는 쐐기 형상으로 형성되는 수개의 돌기부(311), 이들 돌기부(311)의 사이에 형성되는 홈부(312)가 제2웜축베어링(257)과 기어하우징(260) 방향으로 연결되어 배치되는 형상으로 형성된다.
그리고, 제2보상부재(310b)는 제1보상부재(310a)와 동일한 한쌍으로 형성되어 제1지지부재의 홈부(312)와 돌기부(311)에 각각 제2보상부재(310b)의 돌기부(311)와 홈부(312)가 삽입되도록 결합된다.
또한, 제1보상부재(310a)와 제2보상부재(310b)는 돌기부(311)의 일측면과 타측면 중 어느 한쪽면 또는 양쪽면에 레일홈(313, 315)이 형성될 수 있는데, 이렇게 레일홈(313, 315)이 구비됨으로써 흡습보상부재(310)와 주변 공기와의 접촉 면적이 증대되어 흡습보상부재(310)의 흡습팽창이 잘 이루어지게 되어 있다.
이는 흡습보상부재(310)의 부피가 웜휠(156)에 비해 훨씬 작고 조립되는 부위도 웜휠(156)에 비해 협소한 공간에 조립되기 때문에 웜휠(156)의 팽창량에 비해 흡습보상부재(310)의 팽창량이 줄어들지 않도록 하는 효과가 있다.
한편, 흡습보상부재(310)와 탄성부재(320)의 상하간 지지력을 조정할 수 있도록 기어하우징(260)에 형성되는 체결홀(341)에 조정부재(340)가 결합되어 제1보상부재(310a)와 제2보상부재(310b)가 서로 삽입되는 방향으로 지지할 수 있게 되어 있다.
즉, 도 3에 도시된 좌표축과 같이 웜축(254) 방향을 X축, 이와 수직이면서 웜축(254)과 웜휠(156)의 중심을 연결하는 방향을 Z축, X축 및 Z축과 수직인 방향을 Y축으로 설정할때, X축과 수직인 평면을 도시한 도 6에서와 같이 조정부재(340)가 체결홀에 체결되는 깊이에 따라서 제1보상부재(310a)와 제2보상부재(310b)의 삽입 깊이를 조정할 수 있게 되어 있다.
그리고, 제2웜축베어링(257)이 결합되는 기어하우징(260)의 장착면도 웜축(254)과 웜휠(156)이 치합되는 상하방향의 장착면(260b)의 유격이 좌우방향의 장착면(260a)보다 크게 형성되어 제2웜축베어링의 상하방향 유동이 가능하게 되어 있다.
따라서, 작업자는 조정부재(340)의 체결량을 조정함으로써 제1웜축베어링(256)의 상하방향 위치가 셋팅되면서 동시에 탄성부재(320)의 탄성지지력도 조정이 이루어지게 된다.
이러한 형상과 구조를 갖는 이러한 구조를 갖는 본 발명에 의하면 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 있어서, 웜휠(156)의 수분 흡습 및 이로 인한 치수 변형에 따른 토크의 증가를 최소화함으로써 운전자의 조향감 및 성능의 저하를 방지할 수 있게 되는 효과가 있게 된다,
또한, 웜과 웜휠의 마모에 의한 유격을 방지하고 백래쉬 및 역입력 하중에 의한 래틀 노이즈의 발생을 방지할 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 256: 제1웜축베어링
257: 제2웜축베어링 310: 흡습보상부재
310a: 제1보상부재 310b: 제2보상부재
320: 탄성부재 340: 조정부재

Claims (8)

  1. 모터축과 연결되는 일측단부와 반대쪽인 타측단부에 각각 제1웜축베어링과 제2웜축베어링이 결합되는 웜축;
    상기 제1웜축베어링과 제2웜축베어링 및 웜축이 내장되는 기어하우징;
    상기 웜축이 웜휠과 치합되는 방향의 기어하우징 내주면과 상기 제2웜축베어링의 외륜 사이에 지지되며 결합되는 흡습보상부재;
    를 포함하며,
    상기 흡습보상부재는,
    쐐기 형상으로 형성되는 수개의 돌기부와 상기 돌기부의 사이에 형성되는 홈부가 상기 제2웜축베어링과 기어하우징 방향으로 연결되어 배치되는 제1보상부재;
    상기 제1보상부재와 동일한 한쌍으로 형성되어 상기 제1보상부재의 홈부와 돌기부에 각각 돌기부와 홈부가 삽입되는 제2보상부재;
    를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웜축이 웜휠과 치합되는 방향과 반대방향의 기어하우징 내주면과 상기 제2웜축베어링의 외륜 사이에 지지되며 결합되는 탄성부재를 더 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기어하우징에 결합되어 상기 탄성부재의 이탈을 방지하는 캡부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡습보상부재는 상기 웜휠을 형성하는 플라스틱 재질과 흡습팽창량이 같은 플라스틱 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡습보상부재는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 12 으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1보상부재와 제2보상부재는 상기 돌기부의 일측면과 타측면 중 어느 한쪽면 또는 양쪽면에 레일홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기어하우징에 형성되는 체결홀에 결합되어 상기 제1보상부재 또는 제2보상부재가 서로 삽입되는 방향으로 지지하는 조정부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
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