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KR20170080160A - 댐핑 기어휠 구조체 - Google Patents

댐핑 기어휠 구조체 Download PDF

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KR20170080160A
KR20170080160A KR1020150191420A KR20150191420A KR20170080160A KR 20170080160 A KR20170080160 A KR 20170080160A KR 1020150191420 A KR1020150191420 A KR 1020150191420A KR 20150191420 A KR20150191420 A KR 20150191420A KR 20170080160 A KR20170080160 A KR 20170080160A
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damper
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이정남
김주연
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Abstract

기어연결에 의한 동력 전달시 기어 상호간의 백래쉬에 의한 충격소음을 경감할 수 있으며, 구성요소들 상호간 마찰발생 또는 집중하중 발생을 차단하여 마모등에 의한 손상 또는 전단파손등을 방지할 수 있도록 한 댐핑 기어휠 구조체에 관한 것이다.

Description

댐핑 기어휠 구조체{A damping gear wheel structure}
본 발명은 댐핑 기어휠 구조체에 관한 것으로써, 특히 기어연결에 의한 동력 전달시 기어 상호간의 백래쉬에 의한 충격소음을 경감할 수 있으며, 구성요소들 상호간 마찰발생 또는 집중하중 발생을 차단하여 마모등에 의한 손상 또는 전단파손등을 방지할 수 있도록 한 댐핑 기어휠 구조체에 관한 것이다.
예컨대, 차량에 장착되는 동력 보조 조향장치 중에는 모터에 의해 조향력이 조절되는 전동식 동력 보조 조향장치가 있으며, 이것은 차속 센서 및 조향 토크 센서 등과 같은 각종 센서에서 감지된 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 장치에서 모터를 정밀하게 구동하고, 모터에서 발생한 토크가 감속기를 거쳐 조향컬럼 또는 피니언에 전달되어서 이 조향컬럼 및 피니언에 연결된 조향휠을 조작하는 운전자의 조향력을 돕게 된다.
이에 따라, 저속 주행시에는 가볍고 편안한 조향 상태를 제공하고, 고속 주행시에는 무겁고 안정적인 조향 상태를 제공하며, 돌발적인 비상 상황에서는 이에 대처하여 급속한 조향 운전이 가능하도록 하는 등 운전자에게 최적의 조향 조건을 유지할 수 있도록 하는 조향 성능을 제공한다.
이러한 전동식 동력 보조 조향장치는 운전석의 조향휠과 차량 하부의 기어박스를 연결하는 조향축을 차체에 고정하기 위한 조향컬럼 부위, 또는 랙바와 결합되는 피니언이 내장된 기어박스 부위 등에 모터를 구비한 감속기를 설치하고, 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력이 모터와 감속기에 의해서 랙바에 전달될 수 있도록 하는 장치이다.
도 1은 통상 사용되는 컬럼에 구비된 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타낸 것으로써, 이는 중간부에 웜(102)이 형성된 강(鋼)과 같은 금속 재질의 웜축(104)이 구비되고, 웜축(104)의 양단에는 웜베어링(106)이 각각 설치되어 웜축(104)을 지지하며, 웜축(104)과 모터축(108)이 연결되어 모터(110)의 구동에 의해 웜축(104)이 회전하는 구조로 되어 있다.
감속기어로서 웜축(104)의 중간부에 형성된 웜(102)과 치합될 수 있도록 웜(102)의 외경 일측에는 예컨대 수지 조성물로 된 웜휠(114)이 구비되며, 웜휠(114)은 운전자가 조작하는 조향휠(미도시)의 회전력을 전달하는 조향축(112)에 장착되어, 모터(110)의 구동에 의한 웜축(104)의 회전력이 조향축(112)에 전달되게 된다. 웜기어 방식으로 치합되는 이들 웜휠(114)과 웜축(104)은 외부로부터의 보호를 위해 하우징(116)의 내부에 장착되어 있다.
차량의 운행 조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치(미도시)가 모터(110)의 구동을 제어하고 모터(110)의 구동에 의한 웜축(104)의 회전력이 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력에 부가되어 조향축(112)에 전달됨으로써 운전자의 조향 운전 상태를 부드럽고 안정적으로 유지할 수 있게 되는 것이다.
상기와 같은 감속기는 기어치의 마모에 의한 백래쉬(backlash)의 증가로 인하여 진동 및 래틀 노이즈(rattle noise)가 일어나게 되며, 특히 오프로드(off-road) 상에서는 이러한 진동 및 래틀 노이즈가 차량의 실내에까지 전달되어 운전자에게 불쾌감을 야기시킨다.
이러한 문제점을 해결하는 자동차용 전동식 스티어링장치가 일본 특허 제3842215호에 개시되어 있다. 이는 외주연에 복수의 돌기를 갖는 링형상의 탄성스페이서를 채용하여서 웜과 웜휠 사이의 백래쉬에 의한 충격 및 충격소음을 완화하고 있다.
그러나 이 장치는 탄성스페이서의 내/외주면이 상대요소와의 마찰이 발생되어 장기간 사용시 마모등으로 그 기능 수명이 단축되는 문제점이 있다.
또한, 한국 특허공개 제10-2014-0001288호에 개시된 댐핑 웜휠은 도 1에 도시된 바와 같이, 웜휠 플레이트(20)의 일측에 구비되고 차량의 조향축(4)에 결합되는 클러치(30)와, 상기 클러치(30)를 관통하고 상기 웜휠 플레이트(20)의 일측과 상기 클러치(30)를 이격시키며 내부에 홀이 형성되는 탄력부재(40)와, 상기 홀을 통하여 상기 클러치(30)와 상기 웜휠 플레이트(20)를 결합시키는 결합부재(50)를 구비한다.
이는 탄성부재(40)의 반발력에 의해 웜샤프트(3)와 웜휠플레이트(20) 사이에 생기는 유격을 보상할 수 있고, 랙바(6) 등에서 역입력되는 충격을 완화할 수 이점을 가진다.
그러나 상기와 같은 댐핑 웜휠은 클러치(30)의 각 고정홀(32)과 각 결합부재(50) 사이의 각 이격틈새가 동일하도록 가공되어야 하며, 또한 결합부재(50) 및 상기 이격틈새에 결합되는 각 탄력부재(40)들이 동일한 복원력을 갖도록 제작되어야 한다.
이러한 요건들이 충족되지 않을 경우 웜플레이트(20)로부터 결합부재(50)를 통하여 조향축(4)에 동력이 전달될때 어느 한 결합부재(50)에 집중하중 또는 반복하중이 발생되어 전단파손이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
일본 특허 제3842215호 한국 특허공개 제10-2014-0001288호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 기어연결에 의한 동력 전달시 기어 상호간의 백래쉬에 의한 충격소음을 경감할 수 있으며, 구성요소들 상호간 마찰발생 또는 집중하중 발생을 차단하여 마모등에 의한 손상 또는 전단파손등을 방지할 수 있도록 한 댐핑 기어휠 구조체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하는 본 발명은 주기어와 이 주기어와 기어물림되어 동력이 전달되는 기어휠 사이의 백래쉬에 따른 충격소음 저감을 위한 댐핑 기어휠 구조체에 있어서,
외주면에 상기 주기어와 기어물림되는 기어치가 형성되고 내주면에 복수의 결합홈이 형성된 환형의 기어플레이트와,
외주연에 상기 결합홈에 결합되며 상기 결합홈의 폭보다 상대적으로 작은 폭의 복수의 돌기가 형성되고 중앙에 샤프트가 결합되는 축공이 형성된 환형의 보스와,
상기 보스의 일면에 접착되는 제1댐퍼와,
상기 기어플레이트의 내주면 및 상기 제1댐퍼의 표면에 접착되는 제1허브를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명 구조체는 상기 보스의 타면에 접착되는 제2댐퍼와, 상기 기어플레이트의 내주면 및 상기 제2댐퍼의 표면에 접착되는 제2허브를 더 구비하여 된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명 구조체는 상기 제1,2댐퍼는 환형으로 형성되고 내측 가장자리로부터 수직으로 연장된 제1,2수직부를 구비하며, 상기 보스의 축공 가장자리로부터 상하로 연장되며 상기 제1,2수직부가 접착되는 제1,2환형돌부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명 구조체는 상기 제1,2댐퍼는 상기 보스의 중심으로부터 외주연측으로 갈수록 폭이 커지는 부채꼴형상이며 복수개 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명 구조체는 상기 제1,2댐퍼에 복수의 완충홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명 구조체에 있어서 상기 제1,2댐퍼는 그 상면에 원주방향으로 볼록부와 오목부가 교대로 형성되되, 상기 각 볼록부는 상기 보스의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 폭이 커지는 부채꼴형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
첫째, 기어플레이트(210)의 결합홈(212)과 보스(220)의 돌기(221)와의 유격 범위에서 기어플레이트(210)에 대해 보스(220)가 상대회전되게 되게 하고, 고무재의 제1,2댐퍼(230)(250)를 보스(220)에 접착하여 구성함으로써, 백래쉬에 의한 충격 및 소음을 경감시키고 구성요소간 마찰발생을 방지하여 댐퍼의 수명을 연장시킬 수 있다.
둘째, 보스(220)의 표면에 대하여 전체적으로 일체형으로 형성된 제1,2댐퍼(230)(250)가 접착된 경우보다 부채꼴형상의 제1,2댐퍼를 복수개 이격되게 구성함으로써 탄성복원 기능을 원활히하여 댐핑효율을 높일 수 있게 한다.
세째, 제1,2댐퍼(230)(250)에 완충홀(232)(252)을 형성시킴으로써 탄성변형 및 복원을 보다 원활하게 한다.
네째, 제1,2댐퍼(430)(530)를 상면에 원주방향으로 볼록부(230a)와 오목부(230b)를 교대로 형성시키고, 각 볼록부(230a)를 부채꼴형상으로 형성시킴으로써, 제1,2댐퍼(430)(530)를 보스(220)에 접착시키기 간편하게 하며, 볼록부(230a)에 의해서 탄성변형 및 복원을 원활하게 하여 댐핑효율을 높일 수 있게 한다.
도 1은 통상의 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 나타낸 단면도,
도 2는 종래 댐핑 웜휠을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명 실시예의 댐핑 기어휠을 나타낸 부분 단면 사시도,
도 4는 도 3의 분리 사시도,
도 5는 기어플레이트와 보스의 결합 상태 개략도,
도 6은 보스에 다른 실시예의 제1댐퍼가 접착된 상태의 사시도,
도 7a 및 도 7b는 도 6 실시예의 제1댐퍼의 작동상태 설명도,
도 8은 또 다른 실시예의 제1,2댐퍼를 나타낸 요부 사시도이다.
본 발명 실시예의 댐핑 기어휠 구조체는 도 1에 도시된 바와 같은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 채용되는 웜휠에 대응되는 것으로써, 웜과 웜휠 사이의 백래쉬에 의한 충격 또는 그 소음을 완충할 수 있도록 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명 실시예의 기어휠 구조체(200)는 모터의 동력으로 회전구동되는 웜(주기어)이 기어물림되어서 감속되어 조향축(도 2 참조)으로 동력을 전달한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명 실시예의 기어휠 구조체(200)는 외주면에 상기 주기어와 기어물림되는 기어치(211)가 형성되고 내주면에 복수의 결합홈(212)이 형성된 환형의 기어플레이트(210)와, 외주연에 상기 결합홈(212)에 결합되며 상기 결합홈(212)의 폭보다 상대적으로 작은 폭의 복수의 돌기(221)가 형성되고 중앙에 샤프트(조향축;300)가 결합되는 축공(222)이 형성된 환형의 보스(220)와, 상기 보스(220)의 일면에 접착되는 탄성의 제1댐퍼(230)와, 상기 기어플레이트(210)의 내주면 및 상기 제1댐퍼(230)의 표면에 접착되는 제1허브(240)를 구비한다.
이와 같은 구성의 기어휠 구조체는 주기어(웜)의 회전력이 기어플레이트(210), 제1허브(240), 제1댐퍼(230) 및 보스(220)를 순차적으로 경유하여 샤프트(300)에 전달되게 된다.
이때 주기어와 기어치(211) 사이의 백래쉬에 의한 기어치끼리의 충격이 발생하는 경우, 기어플레이트(210)와 보스(220) 사이에는 회전위상차가 발생하게 된다.
즉, 도 5를 참조하면, 기어플레이트(210)의 결합홈(212)과 보스(220)의 돌기(221)와의 유격 범위에서 기어플레이트(210)에 대해 보스(220)가 상대회전되게 되는데, 이때 고무재의 제1댐퍼(230)의 탄성에 의해서 충격 및 그 소음이 경감되게 된다.
한편, 상기 보스(220)의 타면에는 탄성의 제2댐퍼(250)가 접착되고, 상기 기어플레이트(210)의 내주면 및 상기 제2댐퍼(250)의 표면에는 제2허브(260)가 더 접착된다.
이 경우 기어플레이트(210)로부터 보스(220)로의 동력전달이 보다 안정적으로 이루어지게 되며, 제1,2댐퍼(230)(250)에 의해서 백래쉬에 따른 기어치들의 충격 및 소음을 안정적으로 댐핑할 수 있게 한다.
또한, 상기 제1,2댐퍼(230)(250)는 환형으로 형성되고 내측 가장자리로부터 수직으로 연장된 제1,2수직부(231)(251)를 구비하며, 상기 보스(220)의 축공(222) 가장자리에는 상하로 연장되어 상기 제1,2수직부(231)(251)가 접착되는 제1,2환형돌부(223)(224)가 형성된다.
이 경우 제1,2허브(240)(260)와 보스(220)와의 접촉면적을 증대시켜서 보다 안정적인 동력전달이 이루어지도록 하고 댐핑할 수 있게 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제1,2댐퍼(230)(250)는 보스(220)의 표면에 복수개가 일정간격으로 이격되게 구성할 수 있다.
상기 보스(220)의 중심으로부터 외주연측으로 갈수록 회전변위가 커지므로, 상기 제1,2댐퍼(230)(250)는 외주연측으로 갈수록 폭이 커지는 부채꼴형상으로 형성함이 바람직하다.
이 경우 도 3 및 도 4의 기어휠 구조체와 같이 보스(220)의 표면에 대하여 전체적으로 일체형으로 형성된 제1,2댐퍼(230)(250)가 접착된 경우보다 부채꼴형상의 제1,2댐퍼(230)(250)를 복수개 이격되게 구성함으로써 탄성복원 기능을 원활히하여 댐핑효율을 높일 수 있게 한다.
즉, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 모터에 의해 회전구동되는 주기어(웜; 미도시)와 기어플레이트(210)의 기어치(211)와의 기어물림으로 동력전달시 백래쉬에 의해서 제1,2허브(240)(260)와 보스(220) 사이에 회전위상차가 발생되는 경우 부채꼴형상의 제1,2댐퍼(230)(250)의 좌우 측벽이 자유면으로 되어 탄성변형 및 복원을 원활하게 한다.
특히, 제1,2댐퍼(230)(250)에 완충홀(232)(252)을 형성하는 경우 탄성변형 및 복원을 보다 원활하게 하며, 적용되는 제1,2댐퍼(230)(250)의 탄성도에 따라 완충홀(232)(252)의 형성 위치 및 갯수를 설계에 반영할 수 있다.
한편, 도 8은 다른 실시예의 제1,2댐퍼(430)(530)를 나타낸 것으로써, 이는 그 상면에 원주방향으로 볼록부(230a)와 오목부(230b)를 교대로 형성시키되, 상기 각 볼록부(230a)는 상기 보스(220)의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 폭이 커지는 부채꼴형상으로 형성시킨 것이다.
이 실시예는 제1,2댐퍼(430)(530)를 보스(220)에 접착시키기 간편하게 하며, 볼록부(230a)에 의해서 탄성변형 및 복원을 원활하게 하여 댐핑효율을 높일 수 있게 한다.
210...기어플레이트 211...기어치
212...결합홈 220...보스
230,250...제1,2댐퍼 240,260...제1,2허브
300...샤프트(조향축)

Claims (6)

  1. 주기어와 이 주기어와 기어물림되어 동력이 전달되는 기어휠 사이의 백래쉬에 따른 충격소음 저감을 위한 댐핑 기어휠 구조체에 있어서,
    외주면에 상기 주기어와 기어물림되는 기어치(211)가 형성되고 내주면에 복수의 결합홈(212)이 형성된 환형의 기어플레이트(210)와,
    외주연에 상기 결합홈(212)에 결합되며 상기 결합홈(212)의 폭보다 상대적으로 작은 폭의 복수의 돌기(221)가 형성되고 중앙에 샤프트(300)가 결합되는 축공(222)이 형성된 환형의 보스(220)와,
    상기 보스(220)의 일면에 접착되는 탄성의 제1댐퍼(230)와,
    상기 기어플레이트(210)의 내주면 및 상기 제1댐퍼(230)의 표면에 접착되는 제1허브(240)를 구비하여서,
    상기 제1댐퍼(230)에 의해 백래쉬에 의한 충격 및 소음이 경감되도록 된 것을 특징으로 하는 댐핑 기어휠 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 보스(220)의 타면에 접착되는 탄성의 제2댐퍼(250)와, 상기 기어플레이트(210)의 내주면 및 상기 제2댐퍼(250)의 표면에 접착되는 제2허브(260)를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 댐핑 기어휠 구조체.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제1,2댐퍼(230)(250)는 환형으로 형성되고 내측 가장자리로부터 수직으로 연장된 제1,2수직부(231)(251)를 구비하며,
    상기 보스(220)의 축공(222) 가장자리로부터 상하로 연장되며 상기 제1,2수직부(231)(251)가 접착되는 제1,2환형돌부(223)(224)가 형성된 것을 특징으로 하는 댐핑 기어휠 구조체.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제1,2댐퍼(230)(250)는 상기 보스(220)의 중심으로부터 외주연측으로 갈수록 폭이 커지는 부채꼴형상이며 복수개가 일정간격으로 이격되어 구비된 것을 특징으로 하는 댐핑 기어휠 구조체.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1,2댐퍼(230)(250)에 복수의 완충홀(232)(252)이 형성된 것을 특징으로 하는 댐핑 기어휠 구조체.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제1,2댐퍼는 그 상면에 원주방향으로 볼록부(230a)와 오목부(230b)가 교대로 형성되되,
    상기 각 볼록부(230a)는 상기 보스(220)의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 폭이 커지는 부채꼴형상으로 형성되어서,
    상기 볼록부(230a)의 탄성변형에 의해서 백래쉬에 의한 충격 및 소음이 경감되도록 된 것을 특징으로 하는 댐핑 기어휠 구조체.
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