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자동차 조향장치 Car steering system

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작성자 월하 작성일17-09-24 13:36 조회2,732회 댓글0건

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스티어링기구의 구조

핸들(스티어링휠)을 돌리면 자동차의 전륜은 좌우로 각도가 변화한다.
이 전륜의 각도변하에 의해 자동차의 회전이 가능해진다.
핸들을 포함하여 전륜을 움직이는 기구전체를 스티어링기구라 부른다.
스티어링기구의 구성부품은 다음과 같이 되어 있다.
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  1. 핸들(스티어링휠)
    인간이 조작하는 부분으로 직경이 큰 만큼 조작이 가벼우며, 역으로 작으면 무거워진다.
  2. 스티어링샤프트
    핸들의 회전을 다음에 설명할 스티어링기어에 전달하는 기능외에 사고시 운전자의 가슴이 핸들에 부딪힐 때 충격을 흡수해 줄 수 있는 기구가 부착되어 있다.
  3. 스티어링기어
    핸들의 회전을 감속시켜 큰 힘을 발생시킨다. 또한 핸들의 회전운동을 직선운동으로 변화시켜주는 경우도 있다.
  4. 링기구
    여러종류의 로드(연결봉)가 조립되어 기어의 움직임을 타이어로 전달해준다.

 

 

스티어링 기어
현재 승용차에 사용되고 있는 기어의 종류는 랙 앤드 피니언형과 볼너트형의 2종류가 있는데 각각의 구조는 아래 그림과 같다.
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랙 앤드 피니언(RACK AND PINION TYPE)형은 구조가 간단하며, 스티어링샤프트에 직접 연결되어 있는 피니언기어의 움직임이 랙으로 전달되기 때문에 핸들의 움직임에 타이어가 직접적으로 반응한다.
반면 노면에서 타이어로 전달되는 진동과 충격이 크다는 단점을 가지고 있다.

볼너트형은 스티어링샤프트의 회전에 의해 직접회전하는 워엄기어가 볼너트를 전후로 움직이며, 그 움직임을 섹터에 전달하여 링기구를 조작하고 있다. 이와같이 볼너트형에서는 핸들의 회전이 수많은 부품을 거쳐 타이어를 움직여주기 때문에 직접적인 반응력은 떨어지는 반면, 노면의 충격이 전달되는 현상은 감소되는 타입이다. 

  

스티어링 샤프트의 기능

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스티어링 샤프트는 핸들의 움직임을 기어에 전하는 기능외에 충돌사고시 운전자의 충격을 부드럽게 해주는 접힘장치와 운전자의 체형에 맞게 핸들의 각도와 높이를 변화시켜주는 것이 가능한 조정기구, 즉 틸트와 텔레스코픽등의 기구를 가지고 있다.
회전은 어떻게 이루어질까?

 

자동차가 부드럽게 회전하기 위해서 보통 승용차는 전륜을 조작하여 회전하지만, 좌우측의 움직이는 각도가 완전히 같아면 어떻게 될까?

그림을 살펴보자.

 

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이것은 좌우가 같은 각도로 움직일 경우의 타이어가 회전하는 궤도를 표시하고 있다. 이 상태에서는 회전중에 좌우 타이어의 궤도가 교차하도록 되어 있지만, 실제로는 교차하는 일이 없다.
왜냐하면 그만큼 타이어가 미끄러지기 때문이다.
그때문에 타이어는 즉시 감속되며, 핸들조작도 무거워진다.
 

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실제 차에서는 이와같은 부조화를 방지하기위해 좌우측의 꺾이는 각도가 자동적으로 달라지도록 하고 있다.
옆의 그림은 꺾이는 각도를 변화시켜 4개의 타이어가 서로 교차하지 않는 경우를 나타내고 있다.
마치 컴파스 침을 꽂아 놓고 조금씩 넓게 동심원을 그리는 것과 같은 현상이다.

 

 

 

회전을위한 방법

막상 이와같이 4개의 타이어가 동심원을 그리기 위해서는 실제로는 어떠한 방법이 있을까?

그림에서 너클암의 경사에 주목해 주기 바란다.

좌우의 너클암은 그 연장선이 리어액슬의 중앙에서 교차하도록 각도가 설정되어 있다. 이렇게 함으로써 핸들을 꺾을때의 좌우륜의 꺾임각도는 커브의 안쪽을 통과하는 타이어의 각도가 바깥쪽 타이어보다 크며, 4개의 타이어는 1개의 점을 중심으로 원을 그리게 된다.
이와같은 링기구는 발명한 사람의 이름을 사용하여 애크만 젠트식이라고 부른다.

 

 

 

파워스티어링

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여성운전자가 증가하며, 전륜의 부담하중이 큰 FF차가 많이 보급된 현재 파워스티어링은 필수장비화 되어 가고 있다.

경자동차부터 트럭까지 무엇보다도 먼저 차고 입고시에 핸들을 꺾는 것이 용이하도록 해주는 것이 파워스티어링인데 과연 그 구조는 어떻게 되어 있을까?

옆의 그림은 현재 보급율이 높은 랙 앤드 피니언형 유압식 파워스티어링이다.
유압식 구성부품으로서는 엔진회전을 이용하여 유압을 배출시키는 펌프와 핸들 움직임에 의해 유압을 좌우로 흘려주는 컨트롤밸브 및 유압에 의해 실제로 타이어를 움직여 주는 파워실린더가 있다.
또한 유압 파워스티어링에는 차속을 감지하여 조작력이 변하는 타입인 차속감응형과 엔진회전수에 반응하는 타입인 엔진회전 감응형이 있으며, 차속이 낮을 때에는 큰힘이 발생되며, 차속이 높을 때에는 핸들에 적정한 중량을 부여해 주는 기구가 있다.

 

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