킹핀

킹핀(kingpin)은 앞차축과 조향 너클을 연결하는 핀이다. 특수강으로 표면 경화 처리되어 절손 및 마모에 강하다.

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상세

킹핀은 자동차의 조향장치를 구성하는 부품중 하나로, 자동차의 스티어링 너클을 앞차축에 고정시키는 핀이다. 핸들을 돌리면 바퀴는 축 둘레를 돈다. 이때 핸들 토크 및 노면 반력을 감소시키고 핸들 복원 토크를 주기 위하여 킹핀 및 캐스터가 붙어 있다. 킹핀은 캠버각을 작게 하기 위해 보통 어느 정도의 각도를 주고 있다. 이것을 킹핀각이라고 하며, 6∼8°의 범위이다.

스티어링 너클과 앞차축을 고정시키는 방법에는 엘리옷형과 역엘리옷형이 있으며, 역엘리옷형이 많이 사용되고 있다. 엘리옷형은 앞차축 양끝 부분이 요크로 되어있으며, 이 요크에 조향 너클이 설치되고 킹핀은 조향 너클에 고정된다. 반면 역엘리옷형은 조향 너클에 요크가 설치된 것으로, 킹핀은 앞차축에 고정되고 조향 너클과는 부싱을 사이에 두고 설치된다. 일체 차축방식의 조향바익 자동차에서는 역엘리옷형 만이 사용된다.

관계

킹핀 경사각 및 오프셋

너클(Knuckle)은 손목을 뜻하는 것으로 너클 조인트는 바퀴의 정중앙을 손으로 잡아 타이어의 방향을 좌우로 바꾸는 것과 같이 움직인다. 차축 끝에 볼 조인트를 장착하고 허브에 휠을 설치한 것이다. 이 너클 조인트의 중앙에 있는 것이 킹핀으로 너클 조인트는 이 핀을 축으로 하여 좌우로 고개를 흔드는 것처럼 움직이는데 자동차를 정면에서 보았을 때 좌우의 킹핀은 노면에 대해서 수직으로 장착되어 있지 않고 아래쪽으로 벌어져있다. 만약, 킹핀이 노면에 대해서 수직으로 되어 있으면 자동차가 정지한 상태에서 핸들을 회전시킬 경우 이 킹핀 축을 중심으로 타이어를 회전시키는데 큰 힘을 필요로 하기 때문이다. 좌우의 킹핀을 정면에서 보았을 때 아래쪽이 벌어지도록 세팅하여 킹핀의 중심선이 노면과 만나는 점을 타이어의 접지면에 가깝게 하면 타이어를 굴리는 힘이 약해지고 방향이 바뀔 때에 타이어를 들어 올리는 힘이 발생하면서 스티어링휠을 꺾는데 힘이 든다. 그러나 킹핀을 아래쪽이 벌어지도록 기울임과 동시에 킹핀의 중심선이 노면에서 만나는 점과 타이어의 접지면의 중심이 일치하도록 하면 타이어를 이 점 위에서 비트는 것과 같이 되기 때문에 비교적 작은 힘으로 타이어의 진행 방향을 바꿀 수 있다.

킹핀의 기울기는 킹핀 경사각이라 불리며, 킹핀의 중심선과 타이어 접지면 중심의 간격은 킹핀 오프셋(King-pin Offset) 또는 스크러브 반경(Scrub Radius)이라고 한다. 오프셋은 그 거리만큼 ‘떨어뜨려 세팅’ 되어 있다는 것을, 스크러브(Scrub)는 ‘문지른다’는 의미를 뜻하는데 이 수치는 스티어링휠의 무게뿐만 아니라 자동차의 조종성에도 영향을 준다. 자동차가 앞을 향하여 주행할 때의 구름저항과 브레이크를 작동시켰을 때의 제동력은 타이어 접지면의 중심에 가해지지만 이 힘은 킹핀이 지지하고 있기 때문에 킹핀 오프셋이 설계되어 있어 킹핀의 중심선과 타이어 접지면의 중심이 맞지 않으면 킹핀 축을 중심으로 하여 너클을 회전시키려는 힘이 발생한다. 좌우 타이어의 구름저항과 제동력이 같으면 좌우 너클을 회전시키려는 힘은 같지만 방향이 반대이기 때문에 서로 상쇄되어 없어지므로 문제는 없다. 그러나 예를 들어 브레이크가 한 쪽만 작동되어 오른쪽 타이어의 제동력이 왼쪽 타이어의 제동력보다 크면 너클을 회전시키려는 힘도 오른쪽이 커지기 때문에 스티어링휠이 오른쪽으로 돌아가게 된다. 또한, 한쪽 타이어만 노면의 돌기에 접촉될 경우에도 마찬가지로 그 방향 쪽으로 스티어링 휠이 돌아가게 되는 것이다.

참고자료

• 〈킹핀 ( kingpin )〉, 《자동차용어사전》
• 〈킹핀 ( king-pin , キングピン )〉, 《기계공학용어사전》
• 〈킹핀 ( king pin )〉, 《두산백과》
• 사와타리 쇼지 , GP기획센터, 〈섀시는 이렇게 되어 있다 - 킹핀 오프셋과 스크러브 반경〉, 《도서출판 골든벨》, 2010-02-10
• 학습매니저, 〈(핵심이론)(군무원)(자동차경비공학)(차량/전차 직렬)(조향장치)〉, 《네이버 블로그》, 2020-01-03

같이 보기

• 킹핀 경사각
• 킹핀 오프셋
• 캐스터

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