리어 스티어링 너클이란 무엇인가요?
리어 스티어링 너클은 차량 서스펜션 시스템의 핵심 부품입니다. 주요 기능은 바퀴와 차체를 연결하여 차량 회전 시 바퀴가 유연하게 회전할 수 있도록 하는 동시에 차체의 무게를 지탱하고 운동력을 전달하는 것입니다.
핵심 기능
연결 및 지지 : 휠은 휠 브래킷 구조를 통해 서스펜션 시스템에 고정되어 메인 핀을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있습니다.
Youdaoplaceholder0 하중 전달 : 주행 중 차량 본체의 무게와 충격 하중을 지탱하고 이러한 힘을 프레임 또는 차량 본체로 전달합니다.
Youdaoplaceholder0 조향 제어 : 전륜 조향 너클과 연동하여 바퀴의 조향각을 조절함으로써 차량의 조향을 구현합니다.
충격 흡수 보호 : 일부 디자인에는 도로 진동을 흡수하고 주행 편의성을 향상시키는 충격 흡수 요소가 포함되어 있습니다.
구조적 특징
일반적으로 단조강이나 주철로 만들어지며, 독립식 서스펜션 시스템용 독립형 스티어링 너클과 비독립식 서스펜션 시스템용 리지드 스티어링 너클의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
스티어링 너클은 "양뿔"이라고도 불리며, 자동차 조향축의 중요한 부품 중 하나로, 차량이 안정적으로 주행하고 주행 방향을 민감하게 전달할 수 있도록 해줍니다.
스티어링 너클의 기능은 차량 전면의 하중을 전달하고 지탱하며, 앞바퀴가 메인 핀을 중심으로 회전하도록 지지하고 구동하여 차량을 조향하는 것입니다. 자동차가 주행 중일 때는 다양한 충격 하중을 받기 때문에 매우 높은 강도가 요구됩니다.
스티어링 너클은 일반적으로 포크 모양으로, 바퀴가 회전할 수 있도록 하는 경첩 역할을 합니다. 위쪽과 아래쪽 포크에는 메인 핀을 고정하기 위한 두 개의 동축 구멍이 있으며, 스티어링 너클 저널에는 바퀴가 장착됩니다. 스티어링 너클의 핀 구멍의 두 돌출부는 메인 핀을 통해 앞 차축 양 끝의 펀치 형상 부품에 연결되어, 앞바퀴가 메인 핀을 중심으로 특정 각도로 회전하여 차량을 조향할 수 있도록 합니다. 마모를 줄이기 위해 스티어링 너클의 핀 구멍에는 청동 부싱이 압착되어 있습니다. 부싱의 윤활은 스티어링 너클에 설치된 오일 노즐을 통해 그리스를 주입하여 이루어집니다. 부드러운 조향을 위해 스티어링 너클의 아래쪽 돌출부와 앞 차축의 펀치 형상 부품 사이에는 베어링이 설치되어 있습니다. 또한 스티어링 너클의 위쪽 돌출부와 펀치 형상 부품 사이에는 조정 가스켓이 설치되어 두 부품 사이의 간격을 조절합니다.
직진 주행 시 차량의 안정성을 유지하고, 조향 편의성을 높이며, 타이어와 부품의 마모를 줄이기 위해서는 스티어링 휠, 스티어링 너클, 그리고 전륜 액슬이 차체와 일정한 상대적 위치를 유지해야 합니다. 이러한 상대적 위치를 맞춘 상태를 스티어링 휠 얼라인먼트 또는 전륜 얼라인먼트라고 합니다. 전륜의 위치가 정확하게 조정되면 차량이 흔들림 없이 안정적으로 직진 주행할 수 있습니다. 또한, 조향 시 스티어링 휠에 가해지는 힘이 크지 않고, 회전 후 스티어링 휠이 자동으로 중앙으로 돌아오는 기능을 갖습니다. 타이어의 미끄러짐을 방지하여 연비를 향상시키고 타이어 수명을 연장하는 데에도 도움이 됩니다. 전륜 위치 조정에는 메인 핀이 뒤로 기울어지는 경우, 메인 핀이 안쪽으로 기울어지는 경우, 전륜이 바깥쪽으로 기울어지는 경우, 그리고 전륜이 앞으로 당겨지는 경우가 있습니다.
메인 핀의 후방 경사각 γ는 자체 중심 안정화 모멘트를 형성할 수 있습니다. 메인 핀이 후방 경사각 γ를 가질 때, 메인 핀 축과 노면의 교점은 휠과 노면의 접촉점보다 앞쪽에 위치하게 됩니다. 차량이 직진 주행 중, 조향륜에 외부 힘이 가해져 약간 휘어지면(그림의 화살표처럼 오른쪽으로 휘어지면), 차량의 주행 방향이 오른쪽으로 벗어나게 됩니다. 이때, 차량 자체의 원심력으로 인해 휠과 노면의 접촉점 b에서 노면은 휠에 횡방향 반력을 발생시킵니다. 이 반력은 메인 핀 축을 중심으로 작용하는 모멘트 L을 휠에 발생시키며, 그 방향은 휠의 편향 방향과 정확히 반대입니다. 이러한 토크의 작용으로 휠은 원래의 중앙 위치로 복귀하여 차량이 안정적으로 직진 주행을 할 수 있도록 합니다. 따라서 이 토크를 중심 맞춤 토크라고 합니다.
하지만 이 토크가 너무 커서도 안 됩니다. 그렇지 않으면 조향 시 운전자가 이 안정화 토크를 극복하기 위해 스티어링 휠에 상대적으로 큰 힘을 가해야 합니다(이른바 '무거운 조향'). 안정화 토크의 크기는 힘의 팔 길이 L에 따라 달라지며, 힘의 팔 길이 L은 후방 기울기 각도 γ에 따라 달라집니다.
오늘날 일반적으로 사용되는 γ 각도는 2~3도를 넘지 않습니다. 현대 고속 자동차는 타이어 공기압 감소와 탄성 증가로 인해 안정화 토크가 증가합니다. 따라서 γ 각도는 0에 가깝게, 심지어 음수 값까지 감소될 수 있습니다.
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