서스펜션 이야기 3 -스프링 레이트

1. 스프링의 개요와 종류 스프링은 자동차의 무게를 지탱하고 적정한 차고를 유지하면서 충격을 흡수하는데 그 역할이 있습니다. 타이어를 통하여 전달되는 노면으로부터의 충격을 최초로 흡수 하는 부분이 스프링인데, 그 자체가 바운드를 반복함에 따라서 충격을 완화하게 되는 셈이지만 스프링의 종류와 형상 등에 의하여 흡수방식은 달라집니다. 따라서 각각의 자동차에 가장 적합한 스프링을 결정하는 문제는 결코 쉬운 것은 아니며 부단한 시행착오를 반복하면서 최선의 선택을 찾는 수 밖에는 없습니다. 스프링의 종류 를 분류해보면 다음과 같습니다. 1. 강재(Steel) 스프링 - 판 스프링 - 코일 스프링 : 순정 형태, 일정규격 범용 형태 (코일 오버의 경우) - 토션바 스프링 - 스태빌라이저 : 레이트 고정식과 조절식 2. 공기 스프링 3, 유압 스프링 4. 고무 스프링 대형차나 일부 지프차등에는 판 스프링과 토션바 스프링이 많이 사용되고 있으며, 승용차 에는 승차감 때문에 거의 모두 코일 스프링을 사용하고 있습니다. 이 부품은 특수재질의 용수철강으로 만들어져 한번 충격을 받으면 계속적으로 상하 운동 을 하려는 특성이 있습니다. 판 스프링은 판간 마찰로 인하여 진동을 억제하는데 무거운 차체의 중량과 큰 충격에는 잘 견디지만, 작은 진동에는 별 효과가 없는 것이 흠입니다. 코일 스프링은 유연하고 단위무게 당 에너지 흡수율이 판 스프링보다 큰 장점은 있으나, 무거운 차체와 큰 충격에는 약하고 특히 옆 방향에서 받는 힘에 대한 저항력이 없는 것이 흠입니다. 여기서는 코일 스프링에 대하여 주로 다루기로 하겠습니다. 2. 스프링 레이트 승차감을 좌우하고 있는 스프링 레이트와 자동차의 무게 (1) 스프링(Coil Spring)의 특성 현재 양산되고 있는 자동차에는 여러가지 형식의 서스펜션이 사용되고 있습니다. 각각 의 형식에 따라 앞에서 언급한 구성부품 모두가 사용되기도 하고, 일부만 사용되기도 합니다만, 어떤 형식의 서스펜션에도 반드시 사용되고 있는 것이 스프링과 쇼크압쇼바 (Shock Absorber)입니다. 그럼 여기서 스프링에 대하여 그 특성을 이야기하기로 합시다. 서스펜션은 앞에서 서술한 바와 같이 몇 종류의 역할을 하고 있지만, 그 중심이 되어 움직이고 있는 것은 스프링입니다. 스프링은 힘을 가하면 변형합니다. 그러나 그 힘을 제거하면 원래의 모양으로 되돌아가는 성질을 가지고 있습니다. 잠시 전문적인 표현이 됩니다만, 이것은 스프링의 소재(자동차전용 용수철강)가 가지고 있는 탄성변형영역의 특성을 적극적으로 활용하기 위해서 변형에 대하여 충분한 강도를 가지고 있는 재료를 변형하기 쉬운 모양으로 가공하고 있기 때문입니다. (2) 스프링정수(SPRING CONSTANT) = SPRING RATE 스프링 특성을 표현하는 방법으로서 정수(일명 상수)라는 단어가 있습니다. 이것은 스프링에 하중을 걸었을 때에 어느 정도 변형하는 가를 수치에 의하여 표시하고 있는 것입니다. 스프링에 걸린 하중(Kg)을 그 하중에 의하여 생긴 변형정도(mm)로 나누는 것에 의하여 구합니다(Kg/mm). 따라서 수치가 큰 것은 강하고 수치가 적은 것은 부드러운 스프링이 됩니다. 같은 스프 링을 장착한 경우라도 무게가 가벼운 차와 무거운 차는 변형 정도가 크게 달라 느끼는 승차감이 달라지게 되며, 이 논리는 같은 차인데도 승차 인원의 변화로 승차감이 달리 느껴지는 경우에도 적용됩니다. 코일스프링의 Rate는 코일의 소재 철강막대의 경도와 굵기, 스프링의 지름, 유효권수 및 감긴 코일의 간격 등 형상에 의해 달라집니다. 한 개의 스프링이 항상 하나의 Rate 를 가지고 있는 것은 아닙니다. 같은 소재를 사용하여도 감긴 모양에 따라 위와 중간 또는 아래 부분의 Rate가 달라질 수 있습니다. 우리가 흔히들 말하는 튜닝용 Progressive Rate 스프링은 처음에는 부드러우나 내려 가면 갈수록 점점 더 강해지는 스프링을 이르는 말입니다.