현가장치 스프링의 종류

현가장치 스프링 이해

현가장치의 스프링

자동차의 진동

자동차의 승차감을 향상하기 위해서는 주행 중 노면에서 받는 진동이나 충격이 차체에 직접 전달되지 않도록 흡수하여야 한다. 따라서 프레임과 차축 사이에 완충장치를 설치하여 충격이나 진동이 직접 프레임에 전달되는 것을 방지하여 승차감을 향상하며, 적재물을 보호하고, 무리한 충격으로 인하여 차체 각부가 파손되는 것을 방지할 필요가 있다. 이러한 완충장치를 포함하여 프레임과 차축 사이를 연결하는 일련의 기구를 현가장치라 한다. 자동차가 주행하면 기관과 동력 전달 장치 등에 의한 고유 진동이 발생하고 또한 노면으로부터의 충격에 의한 진동, 그 외에 다른 힘(구동력, 제동력, 원심력, 풍력 등)에 의한 진동 등이 발생한다. 차체의 운동과 진동은 자동차의 무게중심을 원점으로 하고, 원점에서 세운 수직축을 z 축, 자동차의 길이(세로) 방향으로 그 은선을 x축, 좌우(가로) 방향을 그은 선을 y 축이라 하면 여러 가지 진동이 나타나는데 이들은 개별적으로 나타나지 않고, 복합된 형태로 나타난다. 대표적으로 바운싱, 러칭, 서징, 요잉, 피칭, 롤링, 시미, 스키딩, 트램핑이 있고 이외에 급발진 또는 급가속을 할 때에 구동력에 의하여 차체의 뒷부분이 낮아지는 스쾃나 제동 할 때 제동력에 의하여 차체의 앞부분이 낮아지는 다이브 또는 노즈다운 등이 있다. 자동차에서 발생하는 진동 및 충격을 억제시키는 현가장치는 노면으로부터의 충격을 완화시키고 스프링의 자유 진동을 억제 감쇠시켜 승차감을 향상하는 쇽업소버 그리고 자동차의 롤링을 방지하는 스테빌라이저 등으로 구성된다.

스프링의 종류

판 스프링은 스프링 아이의 한쪽 끝은 핀이 끼워져 프레임에 고정되고 다른 끝은 하중의 변화에 따라 스팬이 변할 수 있도록 섀클을 사용하여 프레임과 연결된다. 섀클은 장착방법에 따라 압축 섀클과 인장 섀클이 링크의 역할도 하고 구조가 간단하므로 뒤 차축용 현가장치로 많이 사용된다. 판 스프링은 스팬이 길수록 탄성이 유연하고, 매수가 많을수록 하중에 대한 강도가 높다. 따라서 승차감을 중요시하는 소형 자동차는 스팬의 길이가 길고 매수는 적다. 판 스프링의 특징은 스프링의 강성이 다른 스프링보다 강하므로 차축과 프레임을 연결, 고정장치를 겸할 수 있으므로 구조가 간단해지나, 판 사이의 마찰로 인해 진동을 억제하는 작용을 하나 미세한 진동을 흡수하기가 곤란하고, 내구성이 크며, 스테이플러 구동방식에서는 스프링 장력이 약하면 차축의 유지력이 부족하여 불안정하기 쉽다. 다음으로 코일 스프링은 강선을 코일 형으로 감아 강의 비틀림 탄성을 이용한 것이다. 판 스프링보다 탄성도 좋고, 미세한 진동에도 민감하지만 강도가 약하여 주로 승용차용의 앞뒤 차축에 사용된다. 코일 스프링의 특징은 단위 중량당 에너지 흡수율이 크고, 제작비가 저렴하고 스프링의 작용이 효과적이며 다른 스프링에 비하여 손상률이 적은 장점이 있으나, 소재 강의 지름이 같고, 스프링의 피치가 같을 경우 하중과 변형량은 직선적으로 나타나고, 진동 감쇠 작용과 옆 방향의 힘에 대한 저항도 약하다. 그러나 미니블록 스프링은 소재강의 지름을 양단에서는 작게, 중간 부분은 크게 하고, 피치를 부등 피치로, 코일의 지름을 달리하여 비선형 특성을 나타나도록 하여 일반 코일 스프링의 단점을 많이 보완한 것이다. 즉, 미니블록 스프링은 스프링이 물릴 때 이웃하는 스프링과 맞닿는 일이 없으므로 스프링 작용이 유연하고 또한 스프링의 높이가 낮으므로 하중이 많이 걸려도 좌굴 현상이 생기지 않는다. 또 토션 바는 스프링 강으로 된 막대를 비틀면 강성에 의해 원래의 모양으로 되돌아가는 성질을 이용한 것으로, 다른 형식의 스프링보다 단위 중량당 에너지 흡수율이 크므로 경량화할 수 있고, 구조도 간단하므로 설치 공간을 작게 차지할 수 있다. 또한 스프링의 특성 계산 값과 잘 맞는 장점이 있으나 다른 스프링보다 재료의 정선, 단부의 가공과 접속에 다소 어려움이 있다. 스프링의 힘은 바의 길이와 단면적 그리고 재질에 의해 결정되며, 진동의 감쇠 작용이 없으므로 쇽업소버를 병용하여야 한다. 설치방식에는 차체와 평행하게 설치하는 세로방식과 직각으로 설치하는 가로 방식이 있으나, 세로방식은 바의 길이에 거의 제한을 받지 않으므로 널리 사용된다. 그 외에도 고무 스프링과 공기 스프링이 있다.