타이어 상식 1 - Wheel Alignment

[김진호 베드로(새벽샛별)]

타이어 상식 1 - Wheel Alignment

타이어상식 : 캠버(Camber), 킹핀 경사각(King Pin Angle), 토우-인(Toe-In)

2010.07.28. 22:54

◀ 캠버(Camber) ▶

앞바퀴를 앞에서 보면 [그림 1]과 같이 바깥쪽으로 경사지게 결합되어 있으며, 바퀴의 중심선과 노면에 대한 수직선이 이루는 각도를 캠버라 한다. 캠버는 차종에 따라 다르나 일반적으로 0.5~2도 정도로 되어 있다.

[그림 1] 캠버

[그림 1]과 같이 바퀴가 바깥쪽으로 기울어진 상태를 정캠버(Positive Camber)라 하고 바퀴가 안쪽으로 기울어진 상태를 부캠버(Negative Camber)라 한다.

캠버를 두는 이유는 다음과 같다.

1. 앞바퀴가 하중을 받았을 때 아래로 벌어지는 것을 방지한다.

2. 주행할 때 바퀴가 탈출하는 것을 방지한다.

3. 킹핀 경사각과 함께 [그림 1]과 같이 타이어 접지면의 중심과 킹핀의 연장선이 노면과 교차하는 점과의 거리의 옵셋(Offset) 양을 적게 하여 핸들 조작을 가볍게 한다.

4. [그림 1]과 같이 바퀴의 접지면 중심이 캠버가 "0"일 때보다 안쪽으로 들어가기 때문에 하중이 가해지는 점이 너클 스핀들(Knuckle spindle)의 안 부분에 가까워져 스핀들이나 너클을 굽히려고 하는 힘이 적어진다.

◀ 킹핀 경사각 (King Pin Angle) ▶

앞바퀴를 앞쪽에서 보았을 때, 킹핀의 윗부분이 안쪽으로 경사지게 설치된 것이며, 킹핀의 축 중심과 노면에 대한 수직선이 이루는 각을 킹핀 경사각이라 한다.

킹핀을 사용하지 않은 볼 조인트형에서는 [그림 2]의 a와 같이 윗볼 조인트와 아랫볼 조인트의 중심을 잇는 직선과 수직선이 이루는 각도가 킹핀 경사각에 해당한다. 킹핀 경사각도는 차종에 따라 다르나 일반적으로 6~9도 정도로 되어 있다.

킹핀 경사각을 두는 목적은 다음과 같다.

1. 핸들 조작력의 경감과 주행 및 제동할 때의 충격을 적게 하며 캠버와 함께 옵셋 양을 적게 하여 조작력을 가볍게 한다. 또한 주행할 때 노면이 울퉁불퉁하여 타이어가 전후방향의 충격을 받았을 때 이것이 옵셋 양을 반지름으로 한 킹핀 둘레의 회전 충격으로 되어 핸들에 전달되나 옵셋 양을 적게 하면 그 충격을 적게 할 수 있다. 그리고 브레이크가 한쪽만 작용하여 핸들이 도는 것을 할 수 있다.

2. 핸들의 복원력을 증대시킨다. 킹핀 경사각이 있으면 핸들을 돌렸을 때 [그림 2]의 b와 같이 타이어의 접지점 M은 킹핀의 중심선에 대해 직각인 평면 M-N상에 원을 그리게 된다. 따라서 핸들을 돌리면 바퀴의 접지점 M은 아래쪽으로 내려가게 되므로 노면에 대해 차체가 떠오르게 된다. 그러므로 핸들을 돌린 상태에서는 자동차의 무게에 의해 바퀴를 직선 상태로 되돌리려고 하는 힘(복원력)이 작용하게 되며, 이 힘이 핸들을 되돌릴 때 복원력으로 작용한다. 이 복원력은 킹핀 경사각과 자동차의 무게에 비례하여 커지며 복원력이 커지면 당연히 핸들의 조작력도 커지게 된다.

[그림 2] 킹핀 경사각

◀ 토우-인 (Toe-In) ▶

앞바퀴를 위에서 보았을 때 앞쪽이 뒤쪽보다 좁게 되어 있으며, 이 상태를 토우-인이라 한다.

토우-인은 [그림 2]의 좌측과 같이 좌우 타이어의 접지면 중심선에서 맨 뒤끝의 거리 B와 맨 앞 끝의 거리 A와의 차로 나타내며 일반적으로 2~8mm정도이다. 그리고 바퀴의 앞쪽이 뒤쪽보다 넓게 되어 있는 것을 토우-아웃이라 한다.

[그림 3] 토우-인과 캠버에 의한 바퀴의 벌어짐

토우-인을 두는 이유는 다음과 같다.

1. 캠버에 의해 토우-아웃이 되는 것을 방지한다.

앞바퀴에 캠버를 두면 바퀴는 [그림 3]의 우측과 같이 원추의 일부로 생각할 수 있으므로 바퀴가 굴러가면 중심방향(차체의 바깥쪽)으로 향하는 경향이 있다. 따라서 앞바퀴는 [그림 3]의 좌측 b방향으로 굴러가려고 하여 토우-아웃화의 현상이 일어난다. 바퀴에 적절한 토우-인을 주어 c방향으로 굴러가게 하면 이들은 서로 상쇄되어 바퀴는 자동차의 진행방향과 일치한 방향으로 굴러가게 된다.

2. 주행저항 및 구동력의 반려로 토우-아웃이 되는 것을 방지한다.

구동력은 킹핀에 전달되어 타이어 접지면의 중심에는 주행저항이 작용한다. 따라서 주행할 때는 [그림 2]의 우측과 같이 바퀴가 토우-아웃화하는 모멘트가 발생하는데 토우-인은 이것을 방지하는 작용도 하고 있다. 이와 같이 토우-인은 앞바퀴가 사이드 슬립이 되지 않도록 한 것이다.

[그림 2] 토우-인의 작용과 구동력의 반력에 의한 토우-아웃의 방지

[박청옥 발레리아]

여자들에겐 머리 아픈 내용! 그렇지만 상식을 넓히고, 생각주머니를 크게 만드는 내용!

[김진호 베드로(새벽샛별)]

안전과 평안함과 생명에 직결되는 문제라서.....