조향 장치

조향장치

 

정의:자동차의 진행방향을 운전자가 의도하는 바에 따라서 임의로 조작할 수 있는 장치

작동:조향핸들을 조작하면 조향기어에 그 회전력이 전달되며 조향기어에 의해 감속하여 앞바퀴의 방향을 바꿀 수 있도록 되어있다.

 

원리:현재 조향장치에 적용되는 대부분의 원리는 애커먼 장토식을 따른다.

애커먼(AckermanRudolph)에 의해 발명되고 장토(JeantaudCharles)에 의하여 개량된 원리로, 직진 상태일 때 킹핀(king- pin)과 타이 로드(tierod) 양끝을 연결한 선의 연장선이 뒤 차축의 중심에 교차하도록 되어 있어, 선회할 때 좌우 앞바퀴의 조향각이 자동적으로 차이가 만들어진다. 이는 자동차가 선회할 때 각 바퀴가 옆으로 미끄러지는 것(sideslip)을 방지한다. 따라서 앞뒤바퀴는 어떤 선회상태에서도 중심이 일치되는 원 즉 동심원을 그리게 된다.

 

PART1.조향장치의 구성과 작용

⓵일체차축 방식의 조향기구

구성요소:조향핸들,조향축,조향기어,피트먼 암,드래그 링크,타이로드,조향너클 암 등으로 구성

 

<작동방식>

⓵조향핸들을 돌리면 그 조작력이 조향축을 거쳐 조향기어로 전달

⓶조향기어에서는 감속하여 섹터 축을 회전시키며,

⓷섹터 축이 회전하면 피트먼 암이 원호운동을 하여 드래그 링크를 앞뒤방향으로 이동

⓸이에 따라, 오른쪽이나 왼쪽 바퀴가 조향너클에 의해 선회하게 되고, 또 타이로드를 통해 반대쪽 바퀴를 선회시켜 진행방향을 변환시킨다.

 

⓶독립차축 방식의 조향기구

조향핸들,조향축,조향기어,피트먼 암,타이로드 등으로 구성

독립차축 방식의 조향기구에는 드래그 링크가 없으며 타이로드가 둘로 나누어져 있다.

 

 

PART2.컴포넌트 분석

⓵조향핸들:림, 스포크 및 허브로 구성

 

⓶조향축

조향핸들의 회전을 조향기어의 윔으로 전달하는 축

윔과 스플라인을 통하여 자재이음으로 연결되어 있으며

조향기어와 축을 연결할 때 오차를 완화하고, 도로면으로부터의 충격을 흡수하여 조향핸들로 전달되지 않도록 하기 위해 조향핸들과 축 사이에 탄성체 이음으로 구성

 

⓷조향기어

조향조작력을 증대시켜 앞바퀴로 전달하는 장치이며,

주로 사용되고 있는 형식은 볼-너트 형식과 래크와 피니언 형식이다.

 

1)볼-너트 형식(순환 볼 형식)

스크루와 너트 사이에 많은 볼들이 있어 조향핸들의 회전을 볼의 동력전달 접촉으로 너트로 전달

작동은 조향핸들이 회전하면 스크루 홈을 이동하여 너트의 한 끝에서 밖으로 나와 안내 튜브를 지나서 다시 스크루 홈으로 들어간다. 볼은 2줄로 나누어 순환하며, 이 순환운동으로 너트는 직선운동을 하고 섹터는 원호운동을 한다. 마모가 적고 큰 하중에 견디기 때문에 대형차에 많이 사용된다.

 

2) 래크와 피니언 형식

조향핸들의 회전운동을 래크를 통해 직선운동으로 바꾸어 조향하도록 되어 있으며, 조향축 아랫부분에 피니언이 래크와 결합되어 있다. 따라서 래크는 피니언의 회전운동에 따라 조향기어 내에서 좌우로 직선운동을 하여 그 양끝의 타이로드를 거쳐 좌우의 조향너클 암을 이동시켜 조향한다. 소형, 경량이며 낮게 설치가 가능하여 승용자동차에 많이 사용된다. 노면으로부터의 충격이 직접 조향 휠에 전달되므로 중간에 충격흡수기구를 설치해야한다.

⓸피트먼 암

조향핸들의 움직임을 일체차축 방식 조향기구에서는 드래그 링크로 전달하는 것

그 한쪽 끝에는 테이퍼의 세레이션을 통하여 섹터 축에 설치되고, 다른 한쪽 끝은 드래그 링크나 센터링크에 연결하기 위한 볼 이음으로 되어있다.

 

 

⓹드래그 링크

일체차축 방식 조향기구에서 피트먼 암과 조향 너클 암을 연결하는 로드

드래그 링크는 앞바퀴의 상하운동으로 피트먼 암을 중심을 원호운동을 한다.

양끝의 볼 이음부분에는 도로면의 충격이 조향기어로 전달되지 않도록 스프링이 들어 있다.

 

(6) 타이로드

독립차축 식의 조향기구 중 래크와 피니언 형식의 조향기어를 사용하는 경우에는 조향기어와 직접 연결되며, 볼트-너트 형식 조향기어를 사용하는 경우에는 센터링크의 운동을 양쪽 조향 너클 암으로 전달하며, 2개로 나누어져 볼이음으로 각각 연결되어 있다.

 

(7) 조항너클 암:일체차축 방식 조향기구에서 드래그 링크의 운동을 조향너클로 전달하는 기구

 

(8) 일체차축 방식 조향기구의 앞차축과 조향너클

일체차축 방식의 앞차축은 양쪽 끝에 스프링시트가 용접되어 있고,킹핀 설치부분에 킹핀을 통해 조향너클이 설치된다.

조향너클은 킹핀을 통해 앞차축과 연결되는 부분과 바퀴 허브가 설치되는 스핀들 부분으로 되어있어 킹핀을 중심으로 회전하여 조향작용을 한다.

앞차축과 조향너클의 설치방식에는 엘리옷형(앞 차축 양끝 부분이 요크로 되어 있음),역 엘리옷형(조향너클에 요크가 설치된 것),마몬형(앞차축 윗부분에 조향너클이 설치된 것),르모앙형(앞차축 아랫부분에 조항너클이 설치된 것)이 있다.

 

(9)킹핀

일체차축 방식 조향기구에서 앞차축에 대해 규정의 각도를 두고 설치되어 앞차축과 조향너클을 연결하며, 고정 볼트에 의해 앞차축에 고정되어 있다.