"판스프링서스펜션" -서스펜션의 종류 7편-

판스프링서스펜션의 개념과 특징

 

 

‘판스프링서스펜션’ -서스펜션의 종류 7편-
 

 오늘은 덤프트럭, 밴, 버스 등의 상용차에 쓰이는 판스프링 서스펜션의 개념과 특징에 대해 쉽게 알아보자.



 

1. 판스프링 서스펜션이란?

 

 서스펜션의 스프링 재료는 강, 고무, 가스, 공기, 유압 등 매우 다양하다. 판스프링은 그 중 스프링 강재로 만든 것으로, 길이가 다른 몇 개의 철판을 겹친 형태이다. 현재는 일부 리어 서스펜션에서만 볼 수 있으나, 예전에는 스프링이라고 하면 이 판스프링이 주류였다.

 

 

 리프 스프링 서스펜션이라고도 불리며, 리지드 액슬식 서스펜션의 일종이다. 판스프링은 코일 스프링이 개발되기 전까지 최고의 서스펜션이었으나. 오늘날에는 화물차량이나 버스 등의 리어 서스펜션에 많이 사용된다.

 

 

 판스프링의 역사는 자동차의 역사보다도 오래 전으로 거슬러 올라간다. 1804년 런던 출신 오바다이어 엘리엇은 강철판을 쌓아올려 고정시킨 후, 마차 끝 부분에 부착시킴으로써 판스프링을 발명했다. 하지만 같은 원리로 작용하는 나무채를 사용했던 고대 로마의 차량들이 이전에도 있긴 했다.

 

 

 엘리엇의 발명 이후 승객수송이 급격히 증가했으며, 이로 다른 산업들도 발전했다. 마차의 말이 사료를 먹어야 했기 때문에 옥수수와 사료 산업이 성장했고, 여행하는 승객들은 여관과 호텔산업의 붐을 일으키기도 했다.

 

 

 이후 판스프링은 미국으로 건너갔으나, 길이 험한 서부 역마차에 사용하기에는 역부족이었다. 이에 1920년대 미국에서 가죽 끈을 이용한 개선된 제품이 고안되기도 했다. 어찌됐든 마차의 승차감을 개선하고자 개발되었던 판스프링이 오늘까지도 이어져오고 있는 것이다.

 

2. 판스프링 서스펜션의 원리

 

 판스프링은 스프링 외에도 스프링 아이, 섀클, 클립밴드, 중심볼트 등으로 구성된다. 모판이라고 불리는 가장 위쪽 긴 메인 스프링이 기본적으로 하중을 지탱하고, 아래 겹쳐져 있는 스프링들은 차에 가중되는 하중이 커질 때 이를 떠받쳐주는 보조적 역할을 한다.

 

 판스프링에 작용하는 힘을 총 2F라고 하면, 전체 하중이 F로 나눠져 스프링 양단에 적용되고, 하단은 그 합력인 2F의 힘으로 지지된다.

 

 판스프링은 판간 마찰력을 이용하여 진동에너지를 열에너지로 변경한다. 판스프링의 원리는 판의 휨 변형을 이용한 것으로, 충격을 받으면 활처럼 휘어져 있는 스프링이 펴지고, 탄성의 한계점 이전에 다시 되돌아오는 방식이다.
 

 

 곡선에서 평행으로 펴지는 작동이 가능한 것은, 스프링의 한 쪽은 스프링 아이로 고정되어 있는 반면, 다른 쪽은 섀클이라는 가변 마운트가 지지하고 있기 때문이다. 스프링이 하중에 의해 길게 펴졌을 때는 섀클이 밀려나고, 또 하중이 실리지 않아 원래 형태로 돌아올 때는 자연스럽게 접혀진다.




 

3. 판스프링 서스펜션의 특징

 

 스프링이 서스펜션의 일부가 되기 때문에 서스펜션의 구조가 간단하고, 내구성이 커서 큰 하중을 감당할 수 있다. 강철판의 숫자를 변화시키거나 곡률을 다르게 함으로써 용수철의 효율성과 중량 수용력을 변화시킬 수도 있다. 게다가 생산비용도 적게 든다.


 

 

 그러나 활처럼 최소한의 스프링 방식을 이용해 승차감이 좋지 않다. 작은 진동은 흡수하지 못하며 무겁고 소음이 많아 승용차 부문에서는 코일 스프링으로 대체되었다. 서스펜션의 제어 자유도도 작으며, 차륜의 상하 움직임에 대해 전후 위치 결정이 불가능해 롤 스티어(차체의 기울어짐에 의한 토우변화)를 만들어낸다.
 


 

4. 판스프링 서스펜션의 종류

 

 비교적 큰 진동을 흡수하는 판스프링은 스프링 판 사이에서 발생되는 마찰음을 줄이기 위해 고무 밴드를 넣거나 스프링 판의 수량을 조정하는데, 단판과 다판 스프링으로 나뉜다.

 

 

 형태에 따라서는 그림처럼 반타원형, 포물선형 등으로 나뉜다. 포물선형은 개개의 스프링판이 중심부에서 시작해서 양단으로 갈수록 좁아지는 형태로, 스프링 판이 강해 판의 수가 적고, 반타원형보다 스프링 행정이 길며, 판끼리의 내부마찰이 적어 더 부드럽게 작용한다. 따라서 안락성을 더 개선시킬 수 있다.


 

 

 또한 쉐보레 콜벳처럼 차축 중앙에 판스프링을 가로 배치한 경우도 있다. 차고를 낮추려는 아이디어에서 시작된 것으로, 쉐보레 콜벳은 차체를 원하는 만큼 낮출 수 있고, 링크와 스프링이 분리 되어있어 자유롭게 조향이 가능하며, 따로 댐퍼를 장착하여 승차감에도 문제가 없다. 




 

마무리

 

 

 판스프링 서스펜션은 비록 승용차부문에서는 코일스프링 형태에 밀렸지만, 상용차부문에서는 여전히 건재하다. 또한 판스프링을 적용해도 튜닝하기에 따라 승차감이 좋은 차를 만드는 일이 비교적 손쉬워 앞으로도 상당기간 사용될 것이다.