현가장치 현가장치(suspension system))의 개요 자동차가 주행 중 노면으로부터 바퀴를 통하여 받게 되는 충격이나 진동을 흡수하여 차체나 화물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하며 , 차축을 차체 또는 프레임에 연결하는 장치이다 섀시스프링, 쇽업쇼버, 스태빌라이저, 고무부싱

현가장치 현가장치의 구비조건 노면으로부터의 충격을 완화하기 위해 상하 방향의 움직임은 적당한 유연성이 있어야 한다. 구동력, 제동력, 원심력 등에 견디기 위해서는 전후, 좌우 방향으로 적당한 강성이 있어야 한다. 그러나 유연성과 강성은 서로 상반되므로 적절한 조화가 필요하다.

현가장치 현가장치의 종류 현가장치는 좌.우 휠을 1개의 액슬로 연결한 차축식과 좌.우 휠 독립적으로 운동하는 독립 현가식으로 나눌 수 있다. 리프 스프링 차축식 코일스프링 에어 스프링 위시본 독립식 맥퍼슨 트레일링 암형

현가장치의 구성 섀시 스프링(chassis spring) 감쇠력 바디와 차축 또는 휠 사이에 설치되어 감쇠력을 이용하여 주행중 노면으로부터의 충격과 진동을 흡수하여 바디에 전달되지 않도록 한다. 판 스프링(leaf spring), 코일 스프링(coil spring), 토션바 스프링(torsion bar spring), 고무 스프링, 에어 스프링(air spring) 감쇠력 스프링 또는 쇽업소버에 힘을 가하면 그 힘에 저항하려는 힘이 작용하는데 이 저항력을 감쇠력이라 한다. 오버댐핑(over damping) : 현가장치에서 감쇠력이 클 경우 승차감이 딱딱한 상태 언더댐핑(under damping) : 감쇠력이 너무작아 승차감이 저하되는 상태.

현가장치의 구성 판 스프링(leaf spring) 강판의 탄성을 이용한 것으로 강도를 증가시킬 목적으로 여러 개의 강판을 겹쳐놓은 스프링이다. 스팬(span)이 길수록 유연한 탄성을 갖고, 스프링 수가 많을수록 하중에 대한 강도는 높아진다.

현가장치의 구성 코일 스프링(coil spring) 코일 스프링은 강성을 코일형으로 감아 강의 비틀림 탄성을 이용한 것으로 승용차에 많이 사용. 판 스프링에 비해 탄성은 좋지만 강도가 약하다. 승용차에 사용되는 코일 스프링의 상수는 3-5kg/mm, 상용차의 경우 20-30kg/mm 정도이다.

현가장치의 구성 스프링정수(SPRING CONSTANT) 스프링의 단단함, 연함 즉 스프링 특성을 표현하는 방법으로서 정수(탄성치=상수)라는 단어가 있다.  이것은 스프링에 하중을 걸었을 때에 어느 정도 변형하는가를 수치에 의하여 표시하는 것. 일반적으로 스프링 정수는 승용차에 3∼5kg/mm  대형차량은 20∼30kg/mm정도이다. ▶ 스프링 정수 K = 스프링 상수[kg/mm] W = 외력(하중) [kg]    a = 변형(휨) [mm]      

현가장치의 구성 토션바 스프링(torsion bar spring) 적당한 탄성의 금속 막대를 비틀면 탄성에 의해 원상태로 돌아가는 성질을 이용한 것이다. 스프링 상수는 봉의단면형상. 단면적, 길이 재질에 따라 정해지며 설치공간과 구조가 간단하다.

현가장치의 구성 스태빌라이저(stabilizer) 스태빌라이저는 자동차가 선회할 경우 원심력에 의한 횡요동(rolling)을 억제하기 위한 토션바로서 주행시 좌.우 휠이 별도로 상하운동을 할 경우 스태빌라이저는 비틀림 힘을 받는다. 스프링에 의한 비틀림 힘으로 rolling 즉, 바디의 좌.우 기울어짐을 억제하게 된다.

현가장치의 구성 에어 스프링(air spring) 공기의 탄성을 이용한 것으로 압축공기를 이용하여 하중을 지지 또는 완충한다. 종류는 벨로우즈형, 다이어프램형, 복합 다이어프램형

현가장치의 구성 에어 스프링(air spring)의 장점 금속 스프링에 비해 아주 유연하다. 압축공기로서 에어 스프링의 상수값을 다변화 할 수 있다. 밀폐된 공간 내에서 완충이 되므로 방음효과가 있다. 공기 그 자체가 감쇠성이 있어 작은 진동을 흡수하는 효과가 있다. 하중의 변화에 따라 압축 공기압을 자동 조정하므로 차고를 일정하게 유지 가능하다.

쇽 업소버 쇽 업소버(shock absorber) 쇽 업소버는 스프링이 받는 진동을 억제, 감쇄하는역할. 스프링의 피로를 작게 하고, 스프링의 상하 운동 에너지를 열로 변환시켜 진동을 감쇠. 차축과 연결된 실린더와 차체에연결된 피스톤로드, 오일 오리피스, 오일 등으로 구성되어 있으며, 스프링이 압축, 팽창할 때 작은 구멍을 통과하는 오일의 저항으로 진동을 감쇠시키는 단동식과, 복동식이 있다

쇽 업소버 원리 아래 그림처럼 오일이 충만된 밀폐 실린더 내에서 피스톤 로드에 하중을 가하더라도 피스톤은 움직이지 않는다. 그러나, 피스톤의 변위만큼 오일을 빼면 오일이 이동하는 과정중에 저항이 발생하고 이 저항을 감쇠력으로 사용하여 완충작용을 하게 된다.

차축식 현가장치 차축식 현가장치는 일체로 된 차축 좌.우에 구동바퀴를 설치하며, 차축은 스프링을 지지하면서 바디(frame)에 설치되는 형식이다. FR 방식의 승용차의 후차축, 버스나 상용차의 전.후차축에 사용된다.

차축식 현가장치 장점 단점 부품수가 적어 구조가 간단하고 저가이며, 보수가 용이하다. 휠 얼라이먼트 변화와 타이어의 마모가 적다. 공간을 적게 차지하여 차체바닥을 낮게 할 수 있다 선회할 때 차체의 기울기가 적다. 단점 스프링 하중량이 크고 승차감과 조정안정성에 불리하다. 좌우 두 바퀴의 움직임이 연동해서 옆의 진동도 발생하기 쉽다. 스프링 밑 질량이 커 승차감이 불량하다. 조향 핸들에 시미(shimmy)가 발생하기 쉽다. 스프링 정수가 너무 적은 것은 사용하기 어렵다.

차축식 현가장치 차축식 현가장치의 종류

독립 현가식 독립 현가장치는 좌.우의 타이어가 독립해서 움직일 수 있도록 한 현가방식으로, 현재 승용차에 많이 사용되고 있다 종류 위시본(wishibone)형, 맥퍼슨(macpherson)형, 트레일 링(trailing)형,

독립 현가식 장점 단점 스프링 상수값이 적은 섀시 스프링을 사용할 수 있다 스프링 아래 하중을 작게 할 수 있으므로 승차감이 좋다. 노면으로부터의 충격을 좌우 독립하여 완충하기 때문에 승차감이 좋다. 차축식과 같은 액슬이 필요하지 않기 때문에 차고를 낮게 할 수 있다. 단점 구조가 복잡해지며, 가격이나 정비성이 불리하다. 관절 부분이 많아 마모와 내구가 불리해 정렬값들이 틀려지기가 쉽다. 바퀴의 상하 움직임에 따라 일반적으로 윤거나 차륜정렬이 변하므로 타이어의 마모가 빠르다.

독립 현가식 위시본식(wish bone type) 장단암(SLA)식 팽형사변형식 아래 컨토롤 암이 위 컨토롤 암보다 길게 되어 있다. 캠버의 변화가 있지만 토우값과 윤거의 변화가 없어 타이어 마멸이 적다. 팽형사변형식 아래컨트롤 암과 위 컨트롤 암을 연결하는 4점이 팽행사변형 윤거가 변화므로 타이어의 마멸이 심해지나 캠버의 변화가 없어 선회 안정성이 요구되는 경주용차량에 사용.

독립 현가식 맥퍼슨형(macpherson strut type) 맥퍼슨 형식은 쇽업소오버(스트러트바) 내부에 코일스프링, 너클암이 설치되고 스트러바아 위쪽은 인슐레이터로 차체에 지지되고 아래쪽은 로워암, 크로스멤버로 통해 차체에 지지되며 요 근래에는 승용차에 많이 사용되고 있다

독립 현가식 맥퍼슨형(macpherson strut type) 구조가 간단하고 유지보수가 쉽다. 엔진 룸의 유효 체적을 넓게 사용할 수 있다. 스프링 아래 무게가 작기 때문에 승차감 및 로드 홀딩(road holding)이 좋다 앤티 다이브(anti-dive) 효과가 우수하다.

독립 현가식 트레일링 암형(trailing arm type) FF방식 자동차의 뒷 현가장치에 대부분 사용. 한 개 또는 두개의 암에 의해 휠을 지지하며, 암은 자동차의 진행방향과 직각으로 설치되기 때문에 휠이 상하 운동할 경우 윤거와 캠버의 변화가 거의 없으나 캐스터가 변화한다. 그러나 암을 두개 적용하면 캐스터의 변화가 없으며 축거가 약간 변화한다.

자동차 진동의 종류 자동차의 진동 자동차의 진동은 스프링 위 질량의 진동과 스프링 아래 질량의 진동으로 구분 wheel hop yawing Jow Bouncing wind-up Rolling Pitching Tramp

차륜정열(wheel alignment) 개요 자동차는 주행 중 안정된 직진성과 선회완료 다음에는 복원성이 좋아야 하며, 조작이 가볍고 정확한 핸들의 조작을 위해 차륜은 바디에 대해 기하학적인 각도를 두어 주행 중 최적의 조종안정성과 승차감을 위해서 차륜정열을 적용한다. 필요성 조향시 경쾌하고 확실한 조작을 위하여 복원력을 얻기 위하여 타이어의 편마모를 줄이기 위하여 고속 주행시 직진 안정성을 얻기 위하여

차륜정열(wheel alignment) 캠버(camber) 자동차를 앞에서 보았을 때 휠의 중심선과 노면에 대한 수직선이 이루는 각도를 말한다. 조향 핸들의 조작력을 가볍게 하고 타이어 편 마멸을 방지한다. 차륜이 하중을 받았을 때 아래로 벌어지는 것을 방지. 주행 중 차륜의 이탈 방지와 차축의 휨을 적게 한다. 광폭 타이어의 채용으로 캠버각의 값이 작아지는 추세이다.

차륜정열(wheel alignment) 킹핀 경사각(kingpin inclination) 자동차를 앞에서 보았을 때 노면과의 수직선에 대하여 킹핀의 중심선이 경사져 있는 각도를 말한다. 조향 핸들의 조작력을 가볍게 한다. 조향 핸들의 복원력을 증대 시킨다. 캠버 옵셋의 감소로 타이어의 이상 현상을 억제한다

차륜정열(wheel alignment) 협각(included angle) 캠버각과 킹핀 경사각의 합을 말한다. 전륜의 스핀들 스러스트의 굽힘 점검에 이용하며 1.5도 이내이어야 한다.

차륜정열(wheel alignment) 캐스터(caster) 자동차의 전차륜을 옆에서 보았을 때 킹핀 중심선이 수직선에 대하여 경사져 있는 각도를 말한다. 주행 중 조향 차륜에 방향성을 부여한다. 조향 완료한 다음 직진 방향으로 복원성을 부여한다.

차륜정열(wheel alignment) 토우(toe) 자동차의 차륜을 위에서 내려다 보았을때 양 휠의 중심거리를 기준으로 양휠의 앞.뒤 거리의 차이를 말한다. 앞바퀴를 주행저항 및 구동력에 대해 직진성을 확보해 준다. 캠버에 의한 토우 아웃을 방지하며 타이어의 편마멸을 방지한다.

차륜정열(wheel alignment) 셋백(set back) 한쪽 차륜이 반대 차륜에 비해 앞으로 또는 뒤로 처져 있는 각도. 바디의 이상점검에 이용. 이상적인 휠 셋백 : 제로(zero)

차륜정열(wheel alignment) 스러스터 각(thrust angle) 자동차의 진행 뱡향과 기하학적 중심선과 이루는 각.