KR101993295B1 - 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 - Google Patents

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것으로, 본 실시예들에 의하면, 웜축의 양단부 중 모터축과 연결되는 방향의 일측 단부에 결합되는 제1베어링, 웜축의 타측 단부에 결합되는 제2베어링, 제1베어링을 축방향으로 지지하는 지지면에 안착홈이 형성되며 외주면이 기어하우징에 결합되는 플러그볼트, 제1베어링의 단부를 지지하며 플러그볼트의 안착홈에 결합되는 댐퍼를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.

Description

전동식 동력 보조 조향장치의 감속기{Reducer of Electric Power Steering Apparatus}
본 실시예들은 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 웜과 웜휠의 마모에 의한 백래쉬의 증대로 발생되거나, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 발생되는 래틀 노이즈를 감소시키며, 웜축의 축방향과 경방향의 운동이 가능해짐과 동시에 웜축과 베어링의 걸림감과 회전 저항을 줄여 운전자의 조향감을 증대시키는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기에 관한 것이다.
일반적으로 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기는 차량 운행조건에 따라 차량에 구비된 전자 제어 장치에 의해 감속기에 구비된 모터의 구동을 제어하고, 모터의 구동에 의한 웜축의 회전력이 웜휠을 매개로 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 웜축과 모터축의 결합부위에 제조상의 오차와 조립상의 오차가 누적되어 베어링의 걸림감이 발생되고 웜축의 회전 저항이 증대되는 문제점이 있었다.
또한, 웜과 웜휠이 내구가 진행되면 마모에 의해 유격이 발생되고, 백래쉬로 인한 래틀 노이즈가 발생되는 문제점과, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 래틀 노이즈로 인해 운전자에게 조향휠 조작시 불쾌감을 일으키게 되는 문제점이 있었다.
이에 본 실시예들은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 웜과 웜휠의 마모에 의한 백래쉬의 증대로 발생되거나, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 발생되는 래틀 노이즈를 감소시키며, 웜축의 축방향과 경방향의 운동이 가능해짐과 동시에 웜축과 베어링의 걸림감과 회전 저항을 줄여 운전자의 조향감을 증대시키는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 실시예들의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 실시예들는, 웜축의 양단부 중 모터축과 연결되는 방향의 일측 단부에 결합되는 제1베어링, 웜축의 타측 단부에 결합되는 제2베어링, 제1베어링을 축방향으로 지지하는 지지면에 안착홈이 형성되며 외주면이 기어하우징에 결합되는 플러그볼트, 제1베어링의 단부를 지지하며 플러그볼트의 안착홈에 결합되는 댐퍼를 포함하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 제공한다.
이러한 형상과 구조를 갖는 본 실시예들에 의하면, 웜과 웜휠의 마모에 의한 백래쉬의 증대로 발생되거나, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 발생되는 래틀 노이즈를 감소시키며, 웜축의 축방향과 경방향의 운동이 가능해짐과 동시에 웜축과 베어링의 걸림감과 회전 저항을 줄여 운전자의 조향감을 증대시키는 효과가 있게 된다.
도 1은 본 실시예들에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 개략적으로 나타내는 구성도,
도 2는 본 실시예들에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 일부를 나타내는 분해사시도,
도 3은 본 실시예들에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 일부를 나타내는 사시도,
도 4 내지 도 7은 본 실시예들에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 일부를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 실시예들의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 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 실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예들의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시예들에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기를 개략적으로 나타내는 구성도, 도 2는 본 실시예들에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 일부를 나타내는 분해사시도, 도 3은 본 실시예들에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 일부를 나타내는 사시도, 도 4 내지 도 7은 본 실시예들에 의한 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기 중 일부를 나타내는 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 실시예들에 의한 전동식 동력 보조 조향장치(100)의 감속기는, 웜축(130)의 양단부 중 모터축(미도시)과 연결되는 방향의 일측 단부에 결합되는 제1베어링(151), 웜축(130)의 타측 단부에 결합되는 제2베어링(153), 제1베어링(151)을 축방향으로 지지하는 지지면(163)에 안착홈(161)이 형성되며 외주면이 기어하우징(180)에 결합되는 플러그볼트(160), 제1베어링(151)의 단부를 지지하며 플러그볼트(160)의 안착홈(161)에 결합되는 댐퍼(170)를 포함한다.
먼저, 전동식 동력 보조 조향장치(100)는, 운전석에 배치되는 조향휠(101)과 이에 연결된 조향축(102), 조향축(102)으로부터 입력받은 회전력을 직선 운동으로 변환하는 랙 기어(112)와 피니언 기어(111)를 포함하는 랙피니언 기구부105), 양단부에 타이로드(106)와 너클암(107)을 구비한 랙바(109)를 포함하여 구성된다.
조향축(102)은 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결된다. 또한, 피니언축(104)은 랙피니언 기구부(105)를 통해 랙바(109)에 연결되고, 랙바(109)의 양단은 타이로드(106)와 너클암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다.
보조 동력 기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(125), 토크 센서(125)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장치(123), 전자 제어 장치(123)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(110), 모터(110)에서 발생한 보조 동력을 조향축(102)에 전달하기 위하여 웜축(130) 및 웜휠(140)을 구비한 감속기를 포함하여 구성된다.
따라서, 전동식 동력 보조 조향장치는 조향휠(101)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙피니언 기구부(105)를 거쳐서 랙바(109)에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(110)에서 발생한 보조 동력이 랙바(109)에 전달되도록 구성된다.
즉, 조향휠(101)의 회전에 의해 발생한 토크와 모터(110)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙바(109)를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
여기서, 감속기는 모터(110)의 구동력에 의해 웜축(130)과 웜휠(140)이 연동되면서 조향축(102)을 회전시켜 운전자의 조향력을 보조하게 되는데, 모터(110)의 구동시 모터축과 연동되는 웜축(130)의 양단에는 제1베어링(151)과 제2베어링(153)이 체결되어 웜축(130)의 회전을 지지하며, 조향축(102)과 연동되는 웜휠(140)과 웜축(130)은 기어하우징(180)에 내장되어 있다.
여기서, 제1베어링(151)은 웜축(130)의 양단부 중 모터축과 연결되는 방향의 일측 단부에 결합되고 제2베어링(153)은 웜축(130)의 타측 단부에 결합된다.
이러한 제1베어링(151)과 제2베어링(153)은 기어하우징(180)의 내측에 장착되며 웜축(130)의 양단에서 웜축(130)의 회전을 지지하며 웜축(130)의 회전 저항을 줄여주는데, 웜축(130)과 모터축이 결합되는 부위는 플러그볼트(160)를 매개로 하는 축과 축의 연결부위여서, 제작 오차와 조립 오차가 누적되어 베어링의 걸림량이 커지게 되고, 이로 인해 웜축(130)의 회전 저항이 증대되게 된다.
또한, 노면으로부터 바퀴와 조향축(102)을 통해 전달되는 외력이 웜휠(140)로 전달될 때 축방향뿐만 아니라 웜휠(140)과 치합되는 웜축(130)이 축방향과 소정의 각도로 비틀리는 탄성 변형을 일으키게 된다.
따라서, 웜휠(140)을 통해 전달되는 외력과, 웜축(130)과 웜휠(140)의 작동으로 웜축(130)이 축방향 또는 축방향과 소정의 각로로 비틀리는 탄성 변형시 이로 인해 발생되는 진동과 소음을 흡수할 수 있도록 웜축(130)의 양단부 중, 모터축 연결 부위의 단부에 댐퍼(170)와 플러그볼트(160) 등이 결합되어 있다.
플러그볼트(160)는, 제1베어링(151)을 축방향으로 지지하는 지지면(163)에 안착홈(161)이 형성되어 있으며 외주면에 나사부가 형성된 대경부(165)가 기어하우징(180)의 내주면에 나사 결합되어 고정된다.
그리고, 제1베어링(151)과 플러그볼트(160)의 사이에 댐퍼(170)가 결합되는데, 댐퍼(170)의 일측은 제1베어링(151)의 단부를 지지하며 댐퍼(170)의 타측은 플러그볼트(160)의 안착홈(161)에 결합되어 제1베어링(151)에 축방향과 경방향의 탄성력을 제공하게 된다.
또한, 댐퍼(170)는 제1베어링(151)의 외륜(151a)을 축방향으로 지지하는 제1지지부(171)와 제1지지부(171)의 단부에서 축방향으로 연장되어 플러그볼트(160)의 안착홈(161)에 삽입되는 제2지지부(173)가 형성되어 있다.
이러한 댐퍼(170)는 추가적으로 제2지지부(173)의 단부에서 축방향으로 돌출된 지지돌기(175)가 형성되어 있어서 플러그볼트(160)의 안착홈(161)에 삽입시 지지돌기(175)가 탄성압축되며 결합된다.
따라서, 웜축(130)으로 진동과 하중이 전달되는 경우 1차적으로 지지돌기(175)가 탄성변형되면서 이를 흡수하게 되고 노면으로부터의 큰 충격하중이 전달되는 경우에는 2차적으로 제2지지부(173)가 탄성변형되면서 하중을 흡수하게 된다.
즉, 전달되는 하중이 작은 경우에는 지지돌기(175)의 탄성력으로 하중을 지지하다가 순간적으로 큰 하중이 전달되는 경우에는 지지돌기(175)와 제2지지부(173)가 동시에 큰 하중을 지지하면서 진동과 하중을 흡수하게 되어 감속기의 래틀 노이즈를 방지하게 되어 있다.
또한, 안착홈(161)은 제1지지부(171)의 단부가 안착되는 제1안착홈(161a)과 제2지지부(173)와 지지돌기(175)가 삽입되는 제2안착홈(161b)이 형성되어 있어서, 댐퍼(170)의 제1지지부(171)가 제1안착홈(161a)에서 이탈되지 않고 정위치를 유지하도록 되어 있고, 제2지지부(173)와 지지돌기(175)는 제2안착홈(161b)의 내부 공간에서 탄성변형이 이루어지게 된다.
이러한 댐퍼(170)는 기어하우징(180)의 내주면과 축방향 및 경방향으로 이격된 위치에 구비되어 있어서 웜축(130)이 축방향과 소정의 각도로 비틀리는 탄성 변형을 일으키더라도 댐퍼(170)는 기어하우징(180)과 간섭없이 지지될 수 있게 되어 있다.
그리고, 웜축(130)의 타측 단부에 결합되는 제2베어링(153)은 외륜의 단부와 외주면이 기어하우징(180)의 내주면과 제2단턱부(181)에 밀착 지지되어 있어서 제2베어링(153)을 기준으로 제1베어링(151) 부위에서의 웜축(130)이 축방향과 소정의 각도로 비틀리는 탄성 변형이 이루어질 수 있게 되어 있다.
또한, 제1베어링(151)은 기어하우징(180)의 제1단턱부(183)와 축방향으로 간극이 형성되도록 결합되어 있어서 댐퍼(170)의 축방향 댐핑량만큼 웜축(130)의 축방향 이동이 가능하게 되어 있다.
따라서, 웜축(130)은 제2베어링(153)이 결합된 방향의 단부는 기어하우징(180)에 고정되고 반대쪽 제1베어링(151)이 결합된 방향의 단부는 축방향과 경방향으로의 유동이 가능하게 되며, 이 때 축방향과 경방향의 유동량을 댐퍼(170)가 흡수할 수 있게 되어 있다.
한편, 댐퍼(170)의 제1지지부(171)는 제1안착홈(161a)에서 댐퍼(170)의 위치를 고정시킬 수 있는 강성과 함께 하중과 진동을 흡수할 수 있도록, 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같은 플라스틱재질 중 적어도 하나 이상의 재질로 형성될 수 있다.
그리고 제2지지부(173)와 지지돌기(175)는 축방향과 경방향의 탄성압축이 용이하도록 NR(Natural Rubber), BR(Butadiene Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer rubber ), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 불소고무, 실리콘, 우레탄, 써모플라스틱 폴리 우레탄(TPU) 등과 같은 탄성재질 중 적어도 하나 이상의 재질로 형성될 수 있다.
이러한 형상과 구조를 갖는 본 실시예들에 의하면, 웜과 웜휠의 마모에 의한 백래쉬의 증대로 발생되거나, 노면으로부터 바퀴와 조향축을 통해 전달되는 충격으로 발생되는 래틀 노이즈를 감소시키며, 웜축의 축방향과 경방향의 운동이 가능해짐과 동시에 웜축과 베어링의 걸림감과 회전 저항을 줄여 운전자의 조향감을 증대시키는 효과가 있게 된다.
이상에서, 본 실시예들을 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 실시예들이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시예들의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 실시예들의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들에 개시된 실시예들은 본 실시예들의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예들의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예들의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예들의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
102: 조향축 110: 모터
130: 웜축 140: 웜휠
151: 제1베어링 153: 제2베어링
160: 플러그볼트 161: 안착홈
161a: 제1안착홈 161b: 제2안착홈
170: 댐퍼 171: 제1지지부
173: 제2지지부 175: 지지돌기

Claims (8)

  1. 웜축의 양단부 중 모터축과 연결되는 방향의 일측 단부에 결합되는 제1베어링;
    상기 웜축의 타측 단부에 결합되는 제2베어링;
    상기 제1베어링을 축방향으로 지지하는 지지면에 안착홈이 형성되며 외주면이 기어하우징에 결합되는 플러그볼트;
    상기 제1베어링의 단부를 지지하며 상기 플러그볼트의 안착홈에 결합되는 댐퍼를 포함하며,
    상기 기어하우징에는, 상기 제1베어링이 결합되는 위치의 내주면에 형성되는 제1단턱부와, 상기 제2베어링이 결합되는 위치의 내주면에 형성되는 제2단턱부가 구비되며, 상기 제1베어링은 상기 제1단턱부와 축방향의 간극이 형성되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 댐퍼는 상기 제1베어링의 외륜을 지지하는 제1지지부와 상기 제1지지부의 단부에서 축방향으로 연장되어 상기 안착홈에 삽입되는 제2지지부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 댐퍼는 상기 제2지지부의 단부에서 축방향으로 돌출된 지지돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 안착홈은 상기 제1지지부의 단부가 안착되는 제1안착홈과 상기 제2지지부와 지지돌기가 삽입되는 제2안착홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 댐퍼는 상기 기어하우징의 내주면과 축방향 및 경방향으로 이격된 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2베어링은 외륜의 단부와 외주면이 상기 기어하우징의 내주면과 상기 제2단턱부에 밀착 지지되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1지지부는, 폴리 아세탈(POM), 폴리 아미드(PA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리 이미드(PI), 폴리 부틸렌 테레프 탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2지지부와 지지돌기는 NR(Natural Rubber), BR(Butadiene Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer rubber ), SBR(Styrene Butadine Rubber), CSM(Chlorosulphonated Polyethylene), 불소고무, 실리콘, 우레탄, 써모플라스틱 폴리우레탄(TPU) 으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 보조 조향장치의 감속기.
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