스윙암은 일반적으로 바퀴와 차체 사이에 위치하며, 힘을 전달하고 진동 전달을 약화시키며 방향을 제어하는 운전자 관련 안전 부품입니다.
스윙 암은 일반적으로 바퀴와 차체 사이에 위치하며, 운전자와 관련된 안전 부품으로 힘을 전달하고 진동 전달을 줄이며 방향을 제어합니다. 본 글에서는 시중에 판매되는 스윙 암의 일반적인 구조 설계를 소개하고, 다양한 구조가 공정, 품질, 가격에 미치는 영향을 비교 분석합니다.
자동차 섀시 서스펜션은 크게 프론트 서스펜션과 리어 서스펜션으로 나뉩니다. 프론트 서스펜션과 리어 서스펜션 모두 바퀴와 차체를 연결하는 스윙 암을 가지고 있습니다. 스윙 암은 일반적으로 바퀴와 차체 사이에 위치합니다.
가이드 스윙 암의 역할은 휠과 프레임을 연결하고, 힘을 전달하며, 진동 전달을 줄이고, 방향을 제어하는 것입니다. 운전자의 안전을 위한 중요한 요소입니다. 현가 시스템에는 힘을 전달하는 구조 부품들이 있어 휠이 차체에 대해 특정 궤적을 따라 움직입니다. 구조 부품은 하중을 전달하고, 전체 현가 시스템은 차량의 핸들링 성능을 담당합니다.
자동차 스윙암의 공통 기능 및 구조 설계
1. 하중 전달 요구 사항을 충족하기 위해 스윙 암 구조 설계 및 기술
대부분의 최신 자동차는 독립 현가 시스템을 사용합니다. 독립 현가 시스템은 구조적 형태에 따라 위시본, 트레일링 암, 멀티 링크, 캔들, 맥퍼슨으로 구분할 수 있습니다. 크로스 암과 트레일링 암은 멀티 링크에서 단일 암에 대한 2중 구조로, 두 개의 연결 지점을 갖습니다. 두 개의 2중 로드가 유니버설 조인트에 일정 각도로 조립되어 있으며, 연결 지점의 연결선은 삼각형 구조를 이룹니다. 맥퍼슨 프론트 서스펜션 로어 암은 3개의 연결 지점을 가진 전형적인 3점 스윙 암입니다. 세 연결 지점을 연결하는 선은 다방향 하중을 견딜 수 있는 안정적인 삼각형 구조입니다.
투포스 스윙 암의 구조는 간단하며, 각 회사의 전문성과 가공 편의성에 따라 구조 설계가 결정되는 경우가 많습니다. 예를 들어, 스탬핑 판금 구조(그림 1 참조)는 용접이 없는 단일 강판 구조이며, 구조 공동은 대부분 "I"자 모양입니다. 판금 용접 구조(그림 2 참조)는 용접 강판 구조이며, 구조 공동은 "口"자 모양입니다. 또는 국소 보강판을 사용하여 위험 위치를 용접 및 보강합니다. 강철 단조 기계 가공 구조는 구조 공동이 견고하며, 형상은 대부분 섀시 레이아웃 요구 사항에 따라 조정됩니다. 알루미늄 단조 기계 가공 구조(그림 3 참조)는 구조 공동이 견고하며, 형상 요구 사항이 강철 단조와 유사합니다. 강관 구조는 구조가 간단하고 구조 공동은 원형입니다.
3점 스윙 암의 구조는 복잡하며, 구조 설계는 OEM의 요구 사항에 따라 결정되는 경우가 많습니다. 모션 시뮬레이션 분석에서 스윙 암은 다른 부품과 간섭할 수 없으며, 대부분 최소 거리 요건을 갖습니다. 예를 들어, 스탬핑 판금 구조는 대부분 판금 용접 구조와 동시에 사용되며, 센서 하네스 구멍이나 스태빌라이저 바 커넥팅 로드 연결 브래킷 등은 스윙 암의 설계 구조를 변경합니다. 구조 캐비티는 여전히 "입" 모양이며, 스윙 암 캐비티는 닫힌 구조가 닫히지 않은 구조보다 우수합니다. 단조 가공 구조의 경우, 구조 캐비티는 대부분 "I"자 모양으로, 비틀림 및 굽힘 저항이라는 전통적인 특성을 가지고 있습니다. 주조 가공 구조의 경우, 형상 및 구조 캐비티는 주조 특성에 따라 보강 리브와 경량화 구멍이 주로 장착됩니다. 판금 용접과 단조가 결합된 구조는 차량 섀시의 레이아웃 공간 요구 사항으로 인해 볼 조인트가 단조에 통합되고 단조가 판금과 연결됩니다. 주조-단조 알루미늄 가공 구조는 단조보다 더 나은 재료 활용도와 생산성을 제공하며, 주조의 재료 강도보다 뛰어나며 이는 새로운 기술의 적용입니다.
2. 스윙암 연결부 탄성요소의 구조적 설계로 진동 전달을 차체로 최소화
차량이 주행하는 노면은 완전히 평평할 수 없기 때문에, 노면의 수직 반력이 바퀴에 가해지는 충격이 큰 경우가 많습니다. 특히 노면 상태가 좋지 않은 곳에서 고속 주행할 경우, 이러한 충격력은 운전자에게 불편함을 유발합니다. 따라서 현가 시스템에는 탄성 요소가 설치되어 강성 연결부를 탄성 연결부로 전환합니다. 탄성 요소가 충격을 받으면 진동이 발생하고, 지속적인 진동은 운전자에게 불편함을 유발하기 때문에 현가 시스템에는 진동 진폭을 빠르게 줄여주는 댐핑 요소가 필요합니다.
스윙 암 구조 설계에서 연결 지점은 탄성 요소 연결과 볼 조인트 연결입니다. 탄성 요소는 진동 감쇠와 소수의 회전 및 진동 자유도를 제공합니다. 고무 부싱은 자동차의 탄성 부품으로 자주 사용되며, 유압 부싱과 크로스 힌지도 사용됩니다.
그림 2 판금 용접 스윙 암
고무 부싱의 구조는 대부분 외부에 고무가 있는 강관 또는 강관-고무-강관의 샌드위치 구조입니다. 내부 강관은 내압성과 내경 요건을 충족해야 하며, 양쪽 끝단에는 미끄럼 방지 톱니가 있습니다. 고무층은 다양한 강성 요건에 따라 재료 배합 및 설계 구조를 조정합니다.
가장 바깥쪽 강철 링은 종종 리드인 각도 요구 사항을 가지며, 이는 압입 맞춤에 적합합니다.
유압 부싱은 복잡한 구조를 가지고 있으며, 부싱 분야에서 공정이 복잡하고 부가가치가 높은 제품입니다. 고무 내부에는 공동이 있고, 그 안에 오일이 있습니다. 공동 구조 설계는 부싱의 성능 요건에 따라 이루어집니다. 오일 누출은 부싱 손상을 초래합니다. 유압 부싱은 더 나은 강성 곡선을 제공하여 차량의 전반적인 주행성에 영향을 미칩니다.
크로스 힌지는 복잡한 구조를 가지고 있으며, 고무와 볼 힌지의 복합 부품입니다. 부싱보다 뛰어난 내구성, 스윙 각도 및 회전 각도, 특수 강성 곡선을 제공하여 차량 전체의 성능 요건을 충족합니다. 손상된 크로스 힌지는 차량 주행 시 운전석으로 소음을 발생시킵니다.
3. 휠의 움직임에 따라 스윙암 연결부위의 스윙요소 구조 설계
고르지 않은 노면은 바퀴가 차체(프레임)에 비해 위아래로 튀는 현상을 유발하며, 동시에 바퀴는 회전, 직진 등 일정한 운동 궤적을 유지해야 합니다. 스윙 암과 유니버설 조인트는 대부분 볼 힌지로 연결됩니다.
스윙 암 볼 힌지는 ±18° 이상의 스윙 각도를 제공하며, 360° 회전 각도를 제공합니다. 휠 런아웃 및 조향 요구 사항을 완벽하게 충족합니다. 또한, 볼 힌지는 차량 전체에 대해 2년 또는 60,000km, 3년 또는 80,000km의 보증 요건을 충족합니다.
스윙 암과 볼 힌지(볼 조인트)의 다양한 연결 방식에 따라 볼트 또는 리벳 연결(볼 힌지는 플랜지가 있음), 압입 간섭 연결(볼 힌지는 플랜지가 없음), 그리고 스윙 암과 볼 힌지가 일체형인 일체형으로 구분할 수 있습니다. 단일 판금 구조와 다중 판금 용접 구조에서는 전자와 후자의 두 가지 연결 방식이 더 널리 사용되고, 후자의 연결 방식인 단강, 알루미늄 단강, 주철 등이 더 널리 사용됩니다.
볼 힌지는 부싱보다 작동 각도가 크기 때문에 하중 조건에서 내마모성을 충족해야 하며, 더 높은 수명 요구 조건을 충족해야 합니다. 따라서 볼 힌지는 스윙 윤활과 방진 및 방수 윤활 시스템을 모두 갖춘 복합 구조로 설계되어야 합니다.
그림 3 알루미늄 단조 스윙 암
스윙암 디자인이 품질과 가격에 미치는 영향
1. 품질 요소: 가벼울수록 좋습니다.
서스펜션 강성과 서스펜션 스프링(스프링 질량)에 의해 결정되는 차체의 고유 진동수(진동 시스템의 자유 진동 주파수라고도 함)는 차량의 승차감에 영향을 미치는 서스펜션 시스템의 중요한 성능 지표 중 하나입니다. 인체가 사용하는 수직 진동 주파수는 보행 시 상하로 움직이는 진동수로, 약 1~1.6Hz입니다. 차체의 고유 진동수는 이 주파수 범위에 최대한 가까워야 합니다. 서스펜션 시스템의 강성이 일정할 때, 스프링 질량이 작을수록 서스펜션의 수직 변형이 작아지고 고유 진동수는 높아집니다.
수직 하중이 일정할 때, 서스펜션 강성이 작을수록 자동차의 고유 진동수는 낮아지고, 바퀴가 위아래로 점프하는 데 필요한 공간이 커집니다.
도로 상태와 차량 속도가 동일할 때, 스프링 아래 질량이 작을수록 현가 시스템에 가해지는 충격 하중이 줄어듭니다. 스프링 아래 질량에는 휠 질량, 유니버설 조인트 질량, 가이드 암 질량 등이 포함됩니다.
일반적으로 알루미늄 스윙 암의 질량이 가장 가볍고, 주철 스윙 암의 질량이 가장 큽니다. 다른 소재들은 그 사이에 있습니다.
스윙 암 세트의 질량은 대부분 10kg 미만이므로, 질량이 1000kg이 넘는 차량과 비교했을 때 스윙 암의 질량은 연료 소비에 거의 영향을 미치지 않습니다.
2. 가격 요소: 설계 계획에 따라 다름
요구사항이 많을수록 비용도 높아집니다. 스윙 암의 구조적 강도와 강성이 요구사항을 충족한다는 전제 하에, 제조 공차 요구사항, 제조 공정의 난이도, 재료 종류 및 가용성, 그리고 표면 부식 요구사항은 모두 가격에 직접적인 영향을 미칩니다. 예를 들어, 부식 방지 요인으로는 전기 아연 도금, 표면 부동태화 및 기타 처리를 통해 약 144시간의 내식성을 달성할 수 있습니다. 표면 보호는 음극 전기 영동 페인트 코팅으로 나뉘는데, 코팅 두께와 처리 방법을 조정하여 240시간의 내식성을 달성할 수 있습니다. 아연-철 또는 아연-니켈 코팅은 500시간 이상의 부식 방지 시험 요구사항을 충족할 수 있습니다. 부식 시험 요구사항이 증가함에 따라 부품 비용도 증가합니다.
스윙암의 설계와 구조 방식을 비교하면 비용을 절감할 수 있습니다.
아시다시피, 하드 포인트 배열에 따라 주행 성능이 달라집니다. 특히, 동일한 하드 포인트 배열과 다른 연결 지점 설계가 비용에 영향을 미칠 수 있다는 점을 짚고 넘어가야 합니다.
구조 부품과 볼 조인트의 연결에는 표준 부품(볼트, 너트 또는 리벳)을 통한 연결, 억지끼워맞춤 연결, 그리고 일체형 연결의 세 가지 유형이 있습니다. 억지끼워맞춤 연결 구조는 표준 연결 구조에 비해 볼트, 너트, 리벳 등 부품의 종류를 줄입니다. 일체형 구조는 억지끼워맞춤 연결 구조보다 볼 조인트 쉘의 부품 수를 줄입니다.
구조 부재와 탄성 요소 사이에는 두 가지 형태의 연결이 있습니다.전방 및 후방 탄성 요소는 축 방향으로 평행하고 축 방향으로 수직입니다.다른 방법은 다른 조립 공정을 결정합니다.예를 들어, 부싱의 압입 방향은 스윙 암 본체에 대해 동일한 방향이고 수직입니다.단일 스테이션 이중 헤드 프레스를 사용하여 전방 및 후방 부싱을 동시에 압입하여 인력, 장비 및 시간을 절약할 수 있습니다.설치 방향이 일치하지 않는 경우(수직), 단일 스테이션 이중 헤드 프레스를 사용하여 부싱을 연속적으로 압입하고 설치할 수 있으므로 인력과 장비를 절약할 수 있습니다.부싱이 내부에서 압입되도록 설계된 경우 두 스테이션과 두 개의 프레스가 필요하여 부싱을 연속적으로 압입합니다.
