KR200192425Y1

KR200192425Y1 - Variable Gear Ratio Steering Manipulator Using Cam

Info

Publication number: KR200192425Y1
Application number: KR2019970043854U
Authority: KR
Inventors: 정병주
Original assignee: 정몽규; 현대자동차주식회사
Priority date: 1997-12-30
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 2000-09-01
Also published as: KR19990031145U

Abstract

본 고안은 캠을 이용한 가변 기어비형 조향조작장치에 관한 것으로, 2쌍의 원형 기어와 캠을 이용해서 구조를 간단하게 만들어서 저렴하게 제작할 수 있도록 하면서 구동기어에 대한 피동기어의 회전속도를 적절히 가변시켜 편리한 조향조작이 이루어질 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.The present invention relates to a variable gear ratio steering manipulator using a cam, and by using a pair of circular gears and a cam, the structure can be made inexpensively by making the structure simple and the rotational speed of the driven gear with respect to the drive gear can be varied appropriately. The purpose is to enable convenient steering operation.

상기한 바의 목적을 달성하기 위해 조향핸들이 일단에 연결된 상부 조향축(1)의 타단에는 타단에는 구동기어(3)가 장착되고, 상기 상부 조향축에 평행하게 배열되는 하부 조향축(2)의 일단에는 피니언기어가 장착됨과 더불어 타단에는 피동기어(7)가 설치되며, 상기 구동기어와 피동기어에는 각각 제1,2아이들기어(5,6)가 치합되고, 이들 제1,2아이들기어를 일체로 연결시키는 아이들기어축(4)의 양단은 베어링(8)을 매개로 상기 상부 조향축과 하부 조향축에 각각 상대회전가능하게 연결되는 한편, 이 아이들기어축에는 캠(9)이 편심되게 장착되면서 이 캠의 외주면은 롤러(10)에 외접되게 설치되어 있다.In order to achieve the above object, a driving gear 3 is mounted at the other end of the upper steering shaft 1 connected to one end of the steering wheel, and a lower steering shaft 2 arranged in parallel with the upper steering axis. One end of the pinion gear is mounted and the other end of the driven gear (7) is installed, the first and second idle gears (5, 6) are engaged with the drive gear and the driven gear, respectively, these first and second idle gear Both ends of the idle gear shaft 4 for integrally connecting the two gears are connected to the upper steering shaft and the lower steering shaft, respectively, via the bearing 8 so as to be relatively rotatable, while the cam 9 is eccentric to the idle gear shaft. The outer circumferential surface of the cam is externally installed on the roller 10 while being mounted.

Description

Variable Gear Ratio Steering Manipulator Using Cam

본 고안은 조향조작장치에 관한 것으로, 특히 구동기어에 치합된 피동기어를 갖춘 아이들 기어축에 캠을 설치하여 구동기어의 회전시에 피동기어가 회전되면서 그 아이들 기어축이 회동되게 하여 기어비를 가변시킬 수 있도록 된 캠을 이용한 가변 기어비형 조향조작장치에 관한 것이다.The present invention relates to a steering control device, and in particular, by installing a cam on the idle gear shaft having a driven gear meshed with the drive gear, the idle gear shaft is rotated while the driven gear is rotated when the drive gear is rotated to change the gear ratio It relates to a variable gear ratio steering operation apparatus using a cam that can be made.

일반적으로 차량의 조향장치는 운전자가 차륜의 진행방향을 임의로 바꿀수 있도록 장착되는 장치로서, 운전자가 직접 조향조작을 하여 그 조작력을 각 기구로 전달하기 위해 조향 핸들과 조향축 및 조향칼럼 등으로 이루어진 조작기구와, 조향축의 회전을 감속함으로써 조작력을 증대시킴과 동시에 조작기구의 운동방향을 바꾸어 링크 기구에 전달하는 기어기구 및, 기어기구의 움직임을 앞바퀴에 전달함과 동시에 좌우 바퀴의 관계위치를 올바르게 유지하기 위해 피트먼 암과 드래드 링크 및 너클 암과 타이로드 등으로 구성된 링크 기구를 갖추고 있다.In general, the steering device of a vehicle is a device that is mounted so that the driver can arbitrarily change the driving direction of the vehicle. The steering device, the steering shaft, the steering column, and the like, are used to directly steer the driver and transfer the driving force to each device. Reduces the rotation of the mechanism and the steering shaft to increase the operating force, change the direction of movement of the operating mechanism, and transmit the movement of the gear mechanism to the link mechanism. For this purpose, it is equipped with a link mechanism composed of a pitman arm and a drag link and a knuckle arm and a tie rod.

여기서 상기 조향조작기구는 도 1에 도시된 바와 같이 조향축(101)의 일단에 조향핸들(102)이 장착되고, 상기 조향축의 외주에는 조향칼럼(103)이 끼워져서 차체에 브라켓을 매개로 마운팅되며, 상기 조향축(101)의 하단부는 유니버설 죠인트(104)를 매개로 조향기어박스에 연결되는 한편, 조향기어박스에 삽입된 조향축의 선단부에는 조향기어박스내의 랙기어와 치합된 피니언기어가 장착되어 있다.Wherein the steering operation mechanism, as shown in Figure 1, the steering wheel 102 is mounted on one end of the steering shaft 101, the steering column 103 is fitted to the outer circumference of the steering shaft to mount the bracket to the vehicle body via a bracket The lower end of the steering shaft 101 is connected to the steering gear box via the universal joint 104, while the front end of the steering shaft inserted into the steering gear box is fitted with a pinion gear engaged with the rack gear in the steering gear box. It is.

이에 따라 운전자가 조향핸들을 조작하면, 조향핸들의 조작력이 조향축을 통해 피니언기어에 전달되고, 이 피니언기어는 조향축과 일체로 회전하면서 조향기어박스내의 랙기어를 움직여서 운전자가 소망하는 대로 차량을 조향시키게 되어 있다.Accordingly, when the driver operates the steering wheel, the steering force of the steering wheel is transmitted to the pinion gear through the steering shaft, and the pinion gear rotates integrally with the steering shaft to move the rack gear in the steering gear box to move the vehicle as desired by the driver. It is supposed to steer.

한편 상기와 같은 조향조작기구에 있어서, 직진 주행시에 기어비를 적게 하여 핸들을 조작하기가 수월하고, 주차시에 처럼 핸들을 완전히 조향할 때에 핸들의 조작력을 가볍게 하기 위해 기어비를 달리하는 가변 기어비형 조향조작장치가 구비되어 있는 바, 즉 도 2에 도시된 바와 같이 조향축이 조향핸들과 연결된 상부 조향축(201)과 피니언기어가 연결된 하부 조향축(202)으로 분할되어 일부가 중첩되게 배열되고, 상기 상부 조향축에는 원형의 구동기어(203a)와 비원형의 제1가변기어(203b)가 각각 소정간격을 두고 일체로 장착되며, 상기 하부 조향축에는 상기 상부 조향축의 구동기어(203a)와 치합되는 피동기어(204a)와 상기 제1가변기어(203b)와 치합되는 제2가변기어(204b)가 소정간격으루 두고 각각 장착되어 있다.On the other hand, in the steering operation mechanism as described above, it is easy to operate the steering wheel by reducing the gear ratio when driving straight, and the variable gear ratio type steering which varies the gear ratio to lighten the operating force of the steering wheel when steering the steering wheel completely as in parking. As shown in FIG. 2, that is, the steering shaft is divided into an upper steering shaft 201 connected to a steering wheel and a lower steering shaft 202 connected to a pinion gear, and a part thereof is arranged to overlap. A circular drive gear 203a and a non-circular first variable gear 203b are integrally mounted to the upper steering shaft at predetermined intervals, and the lower steering shaft is meshed with the driving gear 203a of the upper steering shaft. The driven gear 204a and the second variable gear 204b meshed with the first variable gear 203b are mounted at predetermined intervals.

이에 따라 조향핸들을 회전시키면 조향핸들에 연결된 상부 조향축이 조향축과 함께 회전하게 되고, 이 상부 조향축의 회전운동은 구동기어(203a)와 피동기어(204a)를 통해 하부 조향축을 피니언기어에 전달되어, 이 피니언기어에 의해 랙기어가 좌측 혹은 우측으로 이동하면서 조향이 이루어지게 되는 바, 상기와 같은 회전운동을 전달과정에 상기 2개의 비원형기어에 의해 조향비가 가변되게 된다.Accordingly, when the steering wheel is rotated, the upper steering shaft connected to the steering wheel rotates together with the steering shaft, and the rotational movement of the upper steering shaft transmits the lower steering shaft to the pinion gear through the drive gear 203a and the driven gear 204a. Thus, the steering gear is made while the rack gear is moved left or right by the pinion gear, and the steering ratio is changed by the two non-circular gears during the rotational movement as described above.

그런데 상기와 같은 종래의 가변 기어비형 조향조작장치에 있어서는 2개의 비원형 가변기어를 사용함에 따라 비원형기어의 제작이 어렵고, 제작단가를 상승시킨다고 하는 결점이 있었다.However, in the conventional variable gear ratio steering control apparatus as described above, the production of non-circular gears is difficult due to the use of two non-circular variable gears, thereby increasing the manufacturing cost.

이에 본 고안은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 2쌍의 원형 기어와 캠을 이용해서 구조를 간단하게 만들어서 저렴하게 제작할 수 있도록 하면서 구동기어에 대한 피동기어의 회전속도를 적절히 가변시켜 편리한 조향조작이 이루어질 수 있도록 된 캠을 이용한 가변 기어비형 조향조작장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been devised in view of the above circumstances, and it is convenient to make the structure by using two pairs of circular gears and cams to make the structure cheaper and to change the rotational speed of the driven gear with respect to the drive gear. It is an object of the present invention to provide a variable gear ratio steering control apparatus using a cam that can be operated.

도 1은 종래 기술에 따른 조향 조작장치의 개략적인 사시도이고,1 is a schematic perspective view of a steering apparatus according to the prior art,

도 2는 종래 기술에 따른 비원형 기어를 이용한 가변 기어비형 조향 조작장치의 개략적인 사시도,Figure 2 is a schematic perspective view of a variable gear ratio steering operation apparatus using a non-circular gear according to the prior art,

도 3은 본 고안에 따른 캠을 이용한 가변 기어비형 조향조작장치의 평면도,3 is a plan view of a variable gear ratio steering control device using a cam according to the present invention,

도 4는 도 3의 정면도,4 is a front view of FIG. 3;

도 5는 본 고안에 따른 캠을 이용한 가변 기어비형 조향조작장치의 조향각에 대한 피니언축의 회전속도선도이다.5 is a rotational speed diagram of the pinion shaft with respect to the steering angle of the variable gear ratio steering operation apparatus using a cam according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1-상부 조향축 2-하부 조향축1-upper steering shaft 2-lower steering shaft

3-구동기어 4-아이들기어축3-drive gear 4-idle gear shaft

5-제1아이들기어 6-제2아이들기어5- 1st Children Gears 6- 2nd Children Gears

7-피동기어 8-베어링7-driven gear 8-bearing

9-캠 10-롤러9-cam 10-roller

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 조향핸들이 일단에 연결된 상부 조향축의 타단에는 타단에는 구동기어가 장착되고, 상기 상부 조향축에 평행하게 배열되는 하부 조향축의 일단에는 피니언기어가 장착됨과 더불어 타단에는 피동기어가 설치되며, 상기 구동기어와 피동기어에는 각각 제1,2아이들기어가 치합되고, 이들 제1,2아이들기어를 일체로 연결시키는 아이들기어축의 양단은 베어링을 매개로 상기 상부 조향축과 하부 조향축에 각각 상대회전가능하게 연결되는 한편, 이 아이들기어축에는 캠이 편심되게 장착되면서 이 캠의 외주면은 롤러에 외접되게 설치되어 있다.The present invention for achieving the above object is, the other end of the upper steering shaft connected to one end of the steering wheel is equipped with a drive gear on the other end, the pinion gear is mounted on one end of the lower steering shaft arranged in parallel to the upper steering shaft In addition, a driven gear is installed at the other end, and first and second idle gears are meshed with the driving gear and the driven gear, respectively, and both ends of the idle gear shaft which integrally connect the first and second idle gears are connected to each other by bearings. It is connected to the upper steering shaft and the lower steering shaft, respectively, so as to be relatively rotatable, while the cam is mounted eccentrically on the idle gear shaft, and the outer circumferential surface of the cam is externally installed on the roller.

이하 본 고안을 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 고안에 따른 캠을 이용한 가변 기어비형 조향조작장치의 평면도이고, 도 4는 도 3의 정면도인 바, 즉 조향축이 조향핸들과 연결된 상부 조향축(1)과 피니언기어가 연결된 하부 조향축(2)으로 분할되어 평행한 방향으로 배열되고, 상기 상부 조향축의 일단에는 대경의 구동기어(3)가 장착되며, 이 구동기어는 아이들 기어축(4)에 장착된 소경의 제1아이들기어(5)와 치합되며, 이 제1아이들기어와 축방향으로 소정 간격을 두고 제2아이들기어(6)가 아이들기어축(4)에 장착되는 한편, 상기 제2아이들기어는 하부 조향축에 장착된 소경의 피동기어(7)와 치합되어 있다.3 is a plan view of a variable gear ratio steering control apparatus using a cam according to the present invention, Figure 4 is a front view of Figure 3, that is, the steering shaft is connected to the steering wheel and the upper steering shaft (1) connected to the lower steering gear A large diameter drive gear 3 is mounted at one end of the upper steering shaft, which is divided into a steering shaft 2 and arranged in a parallel direction, and the driving gear is a small diameter first child mounted to an idle gear shaft 4. The second idler gear 6 is fitted to the gear 5, and the second idler gear 6 is mounted on the idle gear shaft 4 at a predetermined distance in the axial direction from the first idler gear, while the second idler gear is mounted on the lower steering shaft. It is engaged with the small diameter driven gear 7 attached.

그리고 상기 아이들기어축(4)의 양단은 각각 상부 조향축과 하부 조향축쪽으로 각각 연장되어 베어링(8)을 매개로 상대회전가능하게 지지되어 있고, 상기 제1아일기어와 제2아이들기어사이의 아이들기어축에는 편심된 캠(9)이 장착되어 있는 한편 이 캠의 외주면은 차체에 장착된 롤러(10)와 밀착되어 지지되게 되어 있다.Both ends of the idle gear shaft 4 are respectively extended to the upper steering shaft and the lower steering shaft, respectively, so as to be relatively rotatable through the bearing 8, and between the first and second idler gears. The eccentric cam 9 is attached to the idle gear shaft, and the outer circumferential surface of the cam is in close contact with the roller 10 mounted on the vehicle body.

이에 따라 운전자가 조향핸들을 회전시키면 조향핸들이 장착된 상부 조향축이 회전하면서 구동기어를 회전시키고, 이 구동기어의 회전운동은 제1,2아이들기어를 통해 피동기어에 전달되어, 피동기어가 회전하면서 하부 조향축을 회전시키며, 이 하부 조향축의 회전운동은 피니언기어에 전달되어, 이 피니언기어에 의해 조향 랙기어가 좌측 혹은 우측으로 이동하면서 조향이 이루어지게 된다.Accordingly, when the driver rotates the steering wheel, the upper steering shaft on which the steering wheel is mounted rotates to rotate the drive gear, and the rotational movement of the drive gear is transmitted to the driven gear through the first and second idler gears. The lower steering shaft is rotated while rotating, and the rotational movement of the lower steering shaft is transmitted to the pinion gear, whereby steering is performed while the steering rack gear is moved left or right by the pinion gear.

그런데 상기와 같은 아이들기어축의 회전운동과정에 아이들기어축에 장착된 캠이 롤러에 편심되게 지지되어 있으므로, 아이들기어축은 캠과 롤러의 외접형태에 따라 상부 조향축 및 하부 조향축을 중심으로 단진동을 하게 되고, 이러한 아이들기어축의 단진동은 각 제1,2아이들기어에 전달되어, 제1,2아이들기어가 자전과 공전을 동시에 하게 된다.However, since the cam mounted on the idler shaft is eccentrically supported by the roller during the rotational movement of the idler shaft as described above, the idler shaft has a single oscillation centering on the upper and lower steering shafts according to the external form of the cam and roller. The single vibration of the idle gear shaft is transmitted to each of the first and second idle gears, so that the first and second idle gears rotate and rotate at the same time.

즉 도 5에 도시된 바와 같이 아이들기어축과 롤러가 가장 인접하게 배열된 상태를 조향핸들의 중립상태로 설정한 경우에, 조향핸들을 예컨대 시계방향으로 회전시키면 구동기어도 동일한 방향으로 회전하게 되는 데, 이 구동기어의 회전운동으로 제1아이들기어는 반시계방향으로 회전되면서 아이들기어축과 제2아이들기어를 역시 반시계방향으로 회전시키게 된다.That is, as shown in FIG. 5, when the idle gear shaft and the rollers are arranged in the most adjacent state, the steering wheel is rotated clockwise, for example, when the steering wheel is rotated clockwise. In this case, the first idler gear is rotated counterclockwise by the rotational movement of the drive gear to rotate the idle gear shaft and the second idler gear counterclockwise as well.

상기와 같이 아이들기어가 반시계방향으로 회전운동을 할 경우에 아이들기어축에 장착된 캠이 롤러에 지지된 상태로 아이들기어축과 일체로 회전하게 되고, 이러한 캠의 회전운동으로 아이들기어축이 상부 조향축 및 하부 조향축에 대해 도 4에 도시된 바와 같이 반시계방향으로 회전하게 되며, 아이들기어축의 회전운동은 결국에 제1,2아이들기어에 전달되어 아이들기어들이 반시계방향으로 자전과 동시에 공전하게 되어, 아이들기어의 회전속도가 빨라지게 된다.When the idle gear rotates in the counterclockwise direction as described above, the cam mounted on the idle gear shaft rotates integrally with the idle gear shaft while being supported by the roller, and the idle gear shaft is rotated by the cam rotation. As shown in FIG. 4, the upper steering shaft and the lower steering shaft are rotated counterclockwise, and the rotational movement of the idle gear shaft is transmitted to the first and second idle gears so that the idle gears rotate and rotate counterclockwise. At the same time, the idle gears rotate faster.

상기와 같이 아이들기어들의 회전속도가 자전 및 공전운동으로 빨라지게 되면 되며, 피동기어의 회전속도도 그만큼 증가하게 되어, 피니언기어축의 회전속도를 도 5에 도시된 바와 같이 증가시키게 된다.As described above, the rotational speed of the idle gears may be increased by rotating and revolving motions, and the rotational speed of the driven gear is also increased, thereby increasing the rotational speed of the pinion gear shaft as shown in FIG. 5.

물론 조향핸들을 반시계방향으로 회전시킬 경우에도 동일한 작용을 하여 피니언기어축의 회전속도를 증가시키게 되므로, 결국에는 조향핸들이 중립일 경우에 피니언기어축의 회전속도가 가장 느리게 되는 반면에 조향핸들을 시계방향 혹은 반시계방향으로 회전시키면 피니언기어축의 회전속도가 조향핸들의 회전량에 상응해서 그 만큼 빨라지게 되는 것이다.Of course, if the steering wheel is rotated counterclockwise, the same action will increase the rotation speed of the pinion gear shaft. Therefore, if the steering wheel is neutral, the rotation speed of the pinion gear shaft will be the slowest while the steering wheel will be clocked. Rotating clockwise or counterclockwise makes the pinion gear shaft's rotational speed corresponding to that of the steering wheel.

따라서 차량의 조향각이 클 경우에 신속한 조향이 이루어지게 되는 반면에 고속주행시에와 같이 조향핸들의 조작각이 작은 경우에는 차량의 조향응답성이 그만큼 느려지게 되어, 주행안정성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.Therefore, when the steering angle of the vehicle is large, quick steering is achieved, while when the steering angle of the steering wheel is small, such as in high-speed driving, the steering response of the vehicle is reduced by that much, thereby improving driving stability. .

이상 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 캠을 이용한 가변 기어비형 조향조작장치에 의하면, 2쌍의 원형 기어와 하나의 캠을 이용해서 피니언기어축의 회전속도를 가변시킴에 따라 조향핸들의 중립조작시에는 조향응답성이 느려지게 되는 반면에 조향각이 클려우에는 조향응답성이 빨라지게 되어, 조향핸들의 조작이 편리해지고, 또 구조가 간단하여 저렴하게 구성시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the variable gear ratio type steering control apparatus using the cam according to the present invention, the steering speed is adjusted during the neutral operation of the steering wheel by varying the rotation speed of the pinion gear shaft using two pairs of circular gears and one cam. While the responsiveness is slowed, the steering angle is large, the steering response is faster, the steering wheel is easy to operate, and the structure is simple and inexpensive.

Claims

As the steering wheel is connected to one end, the driving gear is connected to the upper steering shaft at the other end and parallel to the upper steering shaft, and the pinion gear is mounted at one end, and the lower steering shaft to which the driven gear is mounted at the other end, the driving gear and the driven end. Two first and second idler gears meshed with the gears, the idler shafts connected to each of the first and second idler gears integrally rotatably to the upper and lower steering shafts via bearings, respectively. And a cam gear mounted eccentrically on the idle gear shaft, and a cam having a roller installed to be circumferential to the outer circumferential surface of the cam.