앞차축

앞차축(Front Axle)은 차량 앞부분에 횡으로 설치되어 조향장치와 프론트 현가장치, 구동장치 및 제동장치 등과 연결되며 차량 앞부분의 중량을 받아 주는 장치이다. 프런트액슬이라고 부른다. I형 빔(beam)이나 ㅁ자형의 파이프나 용접물로 만들어져 양끝에는 조향 너클이 장착되는 킹핀 홀과 스프링 시트, 토션 바, 스태빌라이저 바, 쇼크 업소버 등의 장착부가 제작되어 있다.

개요

앞차축은 자동차에서 조향 기능을 수행하고 진동 또는 충격을 흡수하며 자동차의 앞부분에 배분된 하중을 받아 앞바퀴로 전달하는 역할을 한다. 프론트 엔진과의 간섭을 피하고 자동차의 중심을 낮추는 방식으로 고속 조건에서 안정성과 안전성을 확보하기 위해 앞차축의 중간부분은 처져있다. 앞차축에는 액슬 빔(axle-beam), 브레이크 어셈블리를 가진 스터브 액슬(stub-axle), 트랙 로드(track rod), 스터브 액슬 암(stub-axle arm)이 들어 있다.

앞차축은 활축(live axles, 活軸)일 수도 있고 고정 차축(dead axle)일 수도 있다.활축에는 차동 메커니즘(differential mechanism)이 들어 있으며 이를 통해 엔진 동력이 앞바퀴로 전달되고 액슬 반축(axle half shaft)에 등속도 자재이음(constant velocity joints)을 넣어 앞바퀴의 조향을 추진한다. 자재이음(joints)은 반축을 통하는 동력 흐름에 영향을 주지 않고 킹 핀(king-pin)을 둘러 싸고 스터브 액슬을 회전시키는데 협력한다.

앞차축은 일반적으로 고정차축으로 역할하며 동력 전달을 안 한다. 앞바퀴 허브는 테이퍼드 롤러 타입의 구름 베어링과 조립되어 조향 너클을 구성하는 조향 스핀들과 결합되어 회전하며 조향 기어의 작동에 따라 바퀴를 회전시키기 위해 조향 스핀들과 조향 너클 어셈블리는 액슬의 끝단부에 힌지로 연결된다. 힌지의 중심축을 구성하는 핀은 킹 핀(king pin) 또는 스티어링 너클 핀(steering knuckle pin)이라고 호칭한다. 통상적으로 고정 앞차축은 3개 종류가 있다. 엘리오트식 앞차축(Elliot type front axles)에서 킹 스핀들에 적용되는 요크(yoke)는 I-빔의 끝단에 위치하며 액슬 끝단은 분기되어 그 들 사이의 조향 너클 확장을 유지한다. 리버스 엘리오트 앞차축은 축 대신 스핀들 요크와 스핀들에서 힌지되어 있으며 이 종류는 통상적으로 브레이크 백 플레이트를 스티어링 너클의 단조 랙(forged legs of the steering knuckle)에 장착할 때 사용된다. 르모인형 앞차축(Lemoine type front axle)에서는 요크 종류의 힌지 대신 L형 스핀들을 사용하여 차축의 중심에 부착하였으며 이런 방식은 트랙터에 많이 사용한다.

액슬빔은 I빔 또는 H빔을 사용한다.

구조와 작동원리

압차축은 차축의 기능에 따라 고정차축과 활축 두 가지로 나뉜다.

고정차축

앞차축의 고정차축 종류는 배분되는 자동차의 중량을 스프링에서 앞바퀴로 전달하는 역할을 한다. 고정차축은 활축과 달리 차가 주행할 때 회전하지 않는다.

액슬 빔의 끝단은 스터브 액슬(stub axle)과 킹 핀으로 연결되며 스터브 액슬은 앞차축 빔의 서브 어셈블리로서 앞 바퀴와 체결되어 킹 핀을 둘러싸고 회전한다.

1. 엘리오트식

엘리오트식의 스터브 액슬은 앞 차축의 요크에 방치한 뒤 킹 핀과 코터(cotter)로 체결한다. 킹 핀(스위블 핀, swivel pin)은 통상적으로 단조 스터브 액슬에 고정되며 액슬 빔이 강제적으로 폐쇄될 때 이를 회전시킨다. 액슬 빔은 요크 형상으로 만들어져 스터브 액슬을 받아들이며 스러스터 와샤(thrust washer)는 스터브 액슬의 상부에 놓여 있다.

2. 리버스 엘리오트식(Reverse Elliot Type)

리버스 엘리오트식 스터브 액슬은 포크 형상으로 만들어져 프론트 액슬 빔을 받아들인다. 프론트 액슬의 단부는 구멍 형상으로 되어 있고 스러스터 와샤는 프론트 액슬 빔 하부에 놓여 있다.

코터 핀은 프론트 액슬에서 킹 핀의 상하 이동을 잠그며 킹 핀은 포크 단부의 구멍에 방치된 인청동 부시안에서 자유 이동을 한다. 스러스터 와샤는 조인트에서 수직부하를 받으며 스터브 액슬과 프론트 액슬의 수명을 늘인다.

3. 르모앙식(Lamoine Type)

프론트 액슬 빔 단부는 구명 형상으로 만들어져 스터브 액슬을 지지한다. 스터브 액슬과 킹 핀은 결합되어 L 형상의 어셈블리를 만드며 이로서 프론트 액슬을 받아 들인다.

스러스터 와샤는 스터브 액슬과 프론트 액슬 사이에 방치되며 코터 핀은 프론트 액슬의 유동을 잠그는 역할을 한다. 킹 핀은 프론트 액슬에 방치된 부시의 구멍에서 자유 이동을 한다. 스러스터 와샤는 조인트에서 수직부하를 받는다.

활축

활축은 변속기에서 오는 동력을 바퀴에 전달한다. 액슬에는 차동 메커니즘이 설치되어 있으며 이를 통해 엔진 동력이 바퀴로 전달된다.

앞 바퀴를 조향할 때 등속도 자재이음(constant velocity joint)이 반축에 포함되어 킹 핀을 둘러 싼 스터브 액슬의 회전에 협력한다.

참고자료

• "Front Axle & Stub Axle - Function of Front Axle and Types of Front Axle", Automobile Informer, 2020-04-07
• 여니 미니, 〈자동차 앞차축,뒷차축의 역할과 연결〉, 《네이버 블로그》, 2019-12-22
• "Front Axle (Automobile)", what-when-how
• "Steering knuckle", Wikiwand
• "When does the tie rod end need to be replaced?", TestingAutos
• "track rod end", ThingLink
• "Engineering and Design of Automotive Suspension and Steering", Second Chance Garage

같이 보기

• 차축
• 뒷차축
• 차동장치
• 종감속기어

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