조향장치의 구조와 원리

조향장치의 구조 그리고 원리

조향장치의 구조와 원리

조향장치의 개요

조향장치는 운전자의 의지에 따라서 자동차의 진행방향을 임의로 바꾸기 위한 장치입니다. 구성품은 조작 기구, 조향기어 및 조향 링크 등으로 구성이 되어있습니다. 운전자가 조향핸들을 돌리게 되면 조향축을 따라서 전달된 힘은 조향기어에 의해 회전은 감소가 되며, 토크가 커져서 조향 링크를 거쳐 앞바퀴에 전달이 됩니다. 조작 기구는 운전자가 직접 조작한 조작력을 통해서 다음 기구로 전달하는 부분으로 조향핸들, 조향 축과 조향 칼럼 등으로 구성되어있습니다. 조향기어는 조향축의 회전을 감속시킴과 동시에 조작력을 극대화시키며 조작 기구의 운동방향을 바꿔서 조향 링크로 전달하는 부분이고, 조향 링크는 조향기어의 움직임을 앞바퀴에 전달함과 동시에 좌우 바퀴의 위치를 올바르게 유지하는 부분으로 피트먼 암, 드래그 링크, 타이로드, 너클 암 등으로 구성이 됩니다. 조향장치는 자동차의 안전상 제동장치와 함께 매우 중요한 장치로 다음과 같은 기능이 있습니다. 우선 첫 번째로 조향핸들을 돌려서 원하는 방향으로 조향 할 수 있게 도움을 줍니다. 또한 운전자의 조향핸들 조작력이 바퀴를 조작하는데 필요한 조향 조작력으로 변환시켜주는 기능입니다. 또한 선회 시에 좌우 바퀴의 조향 각도에 약간의 차이를 주어 매끄러운 주행이 될 수 있도록 합니다. 노면의 충격이 조향핸들에 전달이 되면 운전자는 조작 시에 팔부분에 심한 피로감을 유발하며 나아가 큰 사고를 유발할 수 있습니다. 이때 조향장치가 노면의 충격을 운전자에게 전달하지 않도록 하는 목적도 있습니다. 마지막으로 선회 시에 저항이 적고 옆 방향으로 미끄러지지 않도록 합니다. 조향장치는 차량 또는 형식에 따라서 크게 두 가지의 형식으로 구분합니다. 상용차에서 주로 쓰는 일체 차축 현가 방식 조향장치와 승용차에 사용되는 독립 현가 방식 조향장치입니다. 아래에서 자세히 설명드리겠습니다.

조향의 원리

조향기구는 크게 평행사변형 조향기구와 사다리꼴 조향기구로 구분합니다. 우선 평행사변형 조향기구의 경우 회전하고 있는 자동차의 앞바퀴를 지지하는 기구를 너클이라고 부릅니다. 너클은 바퀴의 중심축에 설치되는 너클 스핀들과 회전시키는 너클암으로 구성되며, 이들은 일체로 되어있는 특징이 있습니다. 너클암은 타이로드에 의해서 작동이 됩니다. 좌우의 경우 너클암과 타이로드, 앞바퀴의 중심축이 직사각형의 형태로 되어있는 경우 조향을 하면 앞바퀴 조향이 바뀌어 좌우의 너클암과 타이로드, 앞바퀴 중심축이 평행사변형으로 됩니다. 이 경우에 자동차가 계속 선회를 하게 되면 바깥쪽 바퀴와 안쪽 바퀴의 선회 중심이 달라져서 두 바퀴가 그리는 궤적은 점점 좁아져 교차하게 됩니다. 하지만 앞바퀴의 윤거는 일정하기 때문에 좌우 바퀴는 각각 자신의 회전 중심을 따라서 주행할 수가 없게 됩니다. 즉 정리하면 바깥쪽 바퀴는 바깥쪽으로 안쪽 바퀴는 안쪽으로 각각 미끄러지면서 굴러가게 됩니다. 이렇게 되면 선회 안정성도 낮고 타이어의 마모도 빠르게 되며, 조향 조작도 힘들어 지기 때문에 조향기구로 부적당합니다. 사다리꼴 조향 기구의 경우에는 자동차가 선회할 때 앞바퀴가 옆 방향으로 미끄러지지 않으면서 주행하려면 선회하는 바깥쪽 바퀴보다 안쪽 바퀴가 더 많이 조향이 되어야 합니다. 그리고 조향 시에 좌우 바퀴의 너클 스핀들의 중심선에 대한 연장선이 뒤차축 연장선의 1점에 같이 교차되어 선회할 때 모든 바퀴가 그리는 궤적은 중심점을 중심으로 동심원이 이루어져야 합니다. 이러한 조건을 만족시키기 위해서 앞바퀴 중심축이 사다리꼴을 형성해야 하는데 이를 사다리꼴 조향 기구라고 합니다.