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물리학

동력조항장치와 현가장치

by 스텐즈 2023. 7. 4.
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대형 자동차나 저압 타이어를 사용한 자동차에서는 앞바퀴의 접지저항이 크기 때문에 조향휠의 조작력이 크게 되고 신속한 조향 조작이 안될 염려가 있다. 그러므로 조향장치 중간에 배력장치를 설치하여, 엔진으로 오일펌프를 구동하여 발생한 유압을 배력장치로 보내서 배력장치의 작동으로 조향휠의 조작력을 가볍게 하는 구조로 되어 있다. 조향 배력장치를 사용하면 조작력을 2~3kg 정도까지 낮출 수 있고 조향 기어비도 작게 할 수 있어 자동차가 달릴 때 항상 가볍고 빠른 조작을 할 수 있다. 또한 도로면으로부터 받는 충격 및 진동을 잘 흡수하는 이점이 있다. 일반적인 동력 조향장치는 다음과 같은 3개의 주요 부분으로 구성되어 있다. 동력장치-동력원이 되는 유압을 발생하는 장치이며 엔진에 의해 구동되는 오일펌프와, 최고 유압을 규제하는 압력 조절 밸브 및 오일 통로의 유량을 조정하는 유량 제어 밸브를 포함한 밸브 유닛 등으로 구성되어 있다. 작동장치-오일펌프에서 발생한 유압을 기계적인 힘으로 바꾸어 앞바퀴의 조향력을 발생하게 하는 부분으로 복동식 동력 실린더를 사용한다. 제어장치-작동장치에 이르는 유로를 개폐하는 밸브이며 조향휠의 조작으로 제어 밸브가 오일 회로를 바꾸어 동력 실린더의 작동 방향과 작동상태를 제어한다. 또한 유압 계통에 고장이 생겼을 때에도 핸들 조작을 할 수 있도록 안전 첵 밸브가 설치되어 있다. 동력 조향장치는 제어밸브와 동력실린더의 모양이나 배치에 따라 링키지형과 일체형으로 나누어진다. 

현가장치란, 자동차가 주행 중 각종의 진동이나 충격을 받을 때 이것을 완화시키기 위하여 바퀴에 타이어를 사용하고 프레임 또는 차체 사이에 완충장치로써 스프링이나 충격흡수 기능을 사용하는데, 이러한 완충 장치와 액슬과 프레임 또는 차체를 연결하는 기구를 말한다. 현가장치는 자동차의 승차감과 성능을 결정하는 핵심부품이다. 엔진성능이 아무리 뛰어나도 하체가 뒷받침이 되지 않으면 빠르고 안전하게 주행할 수 없다. 이 부품은 모양과 구조에 따라 탑승객들이 실제 사용하는 공간에 큰 영향을 주기 때문에 최근까지도 자동차 설계 시 가장 중요한 사항으로 고려되고 있다. 현가장치는 차축과 차체를 연결하여, 주행할 때 차축이 노면에서 받는 진동이나 충격을 차체에 직접 전달되지 않도록 함으로써 차체나 하물의 손상을 방지하고 승차감이나 안정성을 향상하는 장치이다. 이 장치는 노면에서 받는 충격을 완화하는 새시스프링과 새시스프링의 자유진동을 억제하여 승차감을 좋게 하는 쇽 업소버 및 자동차가 옆으로 흔들리는 것을 방지하는 스테빌라이저 등으로 구성되어 있다. 현가장치는 구동 바퀴에 발생하는 구동력이나 제동 할 때에 각 바퀴의 제동력을 차체에 전달함과 동시에 선회할 때의 원심력에도 견디고, 각 바퀴를 차체에 대해 바른 위치로 지지하는 역할을 한다. 이러한 역할을 하기 위하여 현가장치가 갖추어야 할 조건들은 다음과 같다. 1 노면에서 받는 충격을 완화하기 위해 상하 방향으로 움직일 수 있는 상태의 결합이 필요하다. 2 바퀴에 발생하는 구동력, 제동력 및 선회할 때의 원심력 등에 견딜 수 있도록 수평 방향으로 강한 결합이 필요하다. 

이러한 조건은 서로 상반되는 것이나, 될 수 있는 한 두 조건을 충족하도록 여러가지 형식이 고안되어 있다. 현가장치에 사용되는 스프링은 크게 강철 스프링, 고무 스프링, 가스 스프링으로 나누어지고 강철 스프링은 다시 판 스프링, 코일 스프링, 토션 바로 나누어진다. 코일 스프링은 독립식에 가장 많이 사용되는데 차지하는 공간이 많지 않고 불확실한 마찰작용이 일어나지 않는 장점이 있다. 토션 바는 바의 비틀림 탄성 에너지를 이용한 것으로 단위당 중량 흡수 에너지가 판 스프링의 3배, 코일 스프링의 약 1.4배로 다른 스프링에 비해 가장 효과적인 스프링이다. 일반적으로 현가장치를 분류하면 독립식 현가장치와 일체차축 현가장치가 있으며, 승용차에는 앞차축의 독립식 현가장치를 많이 사용하고, 버스나 대형 트럭에서는 일체차축 현가장치를 사용한다. 현가장치는 자동차의 설치 위치에 따라 앞 현가장치와 뒤 현가장치로 나누어진다. 또한 현가장치의 형식에 따라 차축 현가식과 독립 현가식으로 구별할 수 있다. 독립식 현가장치는 차축을 분할하여 양쪽 바퀴가 서로 관계없이 독립적으로 움직이는 구조로 승용차의 앞바퀴에 주로 사용하지만, 최근의 FF형식의 자동차는 앞뒤 차축에 모두 독립식 현가장치를 사용하고 있다. 이 현가장치는 스프링 아래 중량이 가볍기 때문에 승차감이 좋고 다른 바퀴에 영향을 받지 않으며, 자동차의 높이를 낮게 할 수 있어 안정성이 향상된다. 또한, 조향바퀴에 옆 방향 징동이 잘 일어나지 않고 접지성이 좋아진다는 장점이 있다. 그러나, 구조가 복잡하고 앞바퀴 얼라이먼트가 변하기 쉽고, 타이어의 마멸이 많은 단점이 있다. 스프링은 코일 스프링이 가장 많이 사용된다. 앞바퀴 독립 현가장치의 종류를 살펴보면 맥퍼슨형과 위시본형이 주로 사용되며, 그 밖에 평행판 수프링형, 옆방향 판 수프링형이 있다. 뒷바퀴 독립현가장치의 종류는 스윙 차축형, 경사 링크형, 트레일링 링크형, 반트레일링 링크형 등이 있다.

일체차축식 현가장치는 좌우 바퀴가 1개의 차축으로 연결되고 차축을 스프링 사이에 둔 상태에서 차체에 설치한 형식이다. 버스, 트럭의 전후 차축, 승용차의 뒷차축에 많이 사용되고 있다. 스프링은 판 스프링이 가장 많이 사용되며, 그 배치에 따라 평행 판 스프링식, 횡치 판 스프링식이 있으나 평행판 스프링식이 주로 사용된다. 그 밖에 코일 스프링식과 공기 스프링식 및 토션 바 스프링식도 사용되고 있다.

 

 

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