공기스프링

공기스프링이란

공기스프링은 밀폐된 고무 용기 안의 압축공기 탄성으로 하중을 지지한다.

하중은 내부 가스의 압력이 받고, 체적 변화로 복원력이 생긴다.

대형차량 현가장치의 대표 방식이라 자주 출제되는 개념이다.

구성과 높이 제어

압축기가 만든 공기는 공기탱크에 저장되고, 레벨링 밸브를 거쳐 스프링으로 들어간다.

레벨링 밸브는 차체 높이를 감지해 공기를 넣거나 빼서 바닥 높이를 일정하게 유지한다.

적재 하중이 늘어 차체가 내려오면 공기를 더 넣어 원래 높이로 되돌린다.

하중이 줄면 공기를 빼서 높이를 다시 맞춘다.

원리와 스프링 정수

공기스프링이 지지하는 하중은 내압과 유효 단면적의 곱이다.

스프링 정수 k는 변위에 따른 하중 변화율이며, 내부 용적 V와 반비례한다.

용적을 키우면 k가 작아져 부드러운 특성을 얻기 쉽다.

보조 공기실을 붙이는 이유가 바로 여기에 있다. 용적 증가가 핵심 특성이다.

계산 예제

예를 들어 내압 0.7MPa, 유효 단면적 0.05m², 내부 용적 0.02m³인 스프링을 보자.

하중은 W = pA 이므로 0.7×10⁶ × 0.05 = 35,000N이다.

스프링 정수는 k = 1.0 × 0.7×10⁶ × 0.05² / 0.02 이므로 87.5N/mm가 된다.

대형차 한 축의 규모에 맞는 값이다. 용적이 작을수록 k는 커진다는 점을 기억한다.

다른 현가장치와 비교

공기스프링을 코일스프링, 판스프링과 비교하면 차이가 분명하다.

공기스프링은 용적과 밸브 조절로 특성을 바꾸고, 감쇠도 조절 밸브로 얻는다.

코일과 판스프링은 같은 특성을 얻으려면 스프링 자체를 바꿔야 한다.

장단점과 헷갈리는 점

공기스프링의 장점은 차고를 일정하게 유지하고 저주파 승차감을 얻는 것이다.

단점은 부품 가격, 압축기와 공기탱크 같은 부대설비, 밀봉 관리다.

시험에서는 단점을 최소 2개 이상 쓰고, 횡방향 특성도 함께 언급한다.

정리와 직접 풀기

지금까지 내용을 정리한다. 공기스프링은 공기의 압축성으로 하중을 지지한다.

체적이 커지면 스프링 정수가 작아져 승차감이 부드러워진다.

레벨링 밸브는 높이를 일정하게 유지하고, 형식에 따라 횡강성이 다르다.

직접 풀어 보자. 문제를 맞힌 뒤 화면에서 정답을 확인한다.