자동차 운전을 하시다 보면 하부에서 찌걱찌걱하는 평소에 듣지 못했던 이음(Noise)이 들리는 경우가 있는데, 이는 자동차 서스펜션에 적용된 암 부시/부싱(Arm Bush)의 문제가 원인일 수 있습니다. 이만큼 서스펜션 암 부시/부싱(Suspension Arm Bush)은 자동차에 있어서 중요한 서브 부품 중에 하나입니다. 따라서 이번 글에서는 서스펜션 암 부시/부싱의 기능, 종류, 적용 예, 문제 증상에 따른 교환 시기 그리고 교환 시 주의 사항 등에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
기능
서스펜션 암(Arm) 또는 링크(Link)류를 차체 프레임을 연결해 줌과 동시에 지지해 주는 역할을 합니다. 그리고 부시/부싱에 적용된 고무 재료의 우수한 탄성 복원 특성을 이용해 노면으로부터 들어오는 진동을 차단해 주고 소음을 흡수해 주는 중요한 역할을 합니다. 또한 자동차 서스펜션 시스템의 기구학적 운동과 컴프라이언스(Kinematics & Compliance)에 영향을 미쳐 각 방향의 동적 특성을 이용하여 자동차의 승차감(Ride Comfort) 또는 조정안정성(Handling)을 개선하는데 필수적인 부품입니다.
동적 특성 및 정적특성
러버 부시/부싱(Rubber Bush)의 동적특성은 주어진 진동수, 변형과 진폭 및 온도에 따라 달라지므로 사용조건을 충분히 고려하여 결정할 필요가 있습니다. 또한 러버 부시/부싱은 6방향의 특성을 가지고 있으며, 다음 그림과 같이 표현할 수 있습니다.
횡방향 (Radial) 2개 (Y, Z)
축방향 (Axial) 1개 (X)
비틀림 (Torsional) 방향 1개 (Tx)
틸트 (Tilt) 방향 2개 (Tz, Ty)
종류
차량 성능과 조정안정성을 목적으로 각 축방향의 강성을 변화하거나 히스테리시스(Hysteresis) 저감을 목적으로 다음과 같은 종류로 선택하여 적용하게 됩니다.
솔리드 파이프 타입 부시/부싱 (Solid Pipe Type Bush)
안쪽 파이프 (Inner Pipe)와 바깥쪽 파이프 (Outer Pipe) 사이에 러버(Rubber)를 가류 접착한 유형으로 바깥 파이프 없이 압입 한 종류도 있습니다.
보이드 파이프 타입 부시/부싱 (Void Pipe type Bush)
러버(Rubber) 층 사이에 일정 방향으로 빈 공간을 적용한 타입으로, 보이드 형상 및 위치를 조정하여 그림에서 보다시피 F1, F2 방향의 강성을 바꿀 수 있는 타입입니다. 이는 보이드(Void)가 작을 시 서로 간의 접촉으로 발생하는 충돌성 이음이나 공기가 출입하면서 생길 수 있는 이음이 발생할 수 있습니다. 이는 시험을 통한 보이드의 크기 및 강성 증대, 또는 공기 출입 홈을 적용함으로써 해결할 수 있습니다.
안쪽 파이프 벌지 타입 부시/부싱 (Inner Pipe Bulge Type Bush)
틸팅(Tilting) 시 강성을 다른 방향의 강성보다 낮게 유지할 목적으로 안쪽 파이프(Inner Pipe)에 그림과 같이 벌지(Bulge)를 가공하여 적용한 타입입니다. 또한 안쪽 파이프 끝에 널링을 주어 부시 부착면의 미끄럼을 방지하여 이음 및 부시의 비틀림 강성을 일정하게 유지할 수 있습니다.
인너 링 타입 부시/부싱 (Inner Ring Type Bush)
축 직각 방향(횡방향 Radial)에 높은 강성을 유지할 목적으로 러버(Rubber) 사이에 인너 링(Inner Ring)을 적용한 타입으로, 반대로 비틀림 방향(Torsional)의 강성은 낮게 가능한 타입입니다.
필로우 볼 타입 부시/부싱 (Pillow Ball Type Bush)
안쪽 파이프(Inner Pipe)와 러버(Rubber) 사이에 볼조인트(Ball joint)로 구성한 타입으로, 비틀림 방향(Torsional)과 틸트 방향(Tilt)의 강성은 아주 낮게 가능하고 횡방향(Radial)과 축방향(Axial)의 강성은 높게 유지할 목적으로 한 부시/부싱(Bush)을 말합니다. 여기에 러버를 구성하거나 뺌으로써 방진 성능과 횡방향(Radial) 또는 축방향(Axial)의 강성을 조절할 수 있는 부시/부싱(Bush) 타입입니다.
적용 예
프런트 로우 컨트롤 암 부시/부싱 (Front Lower Control Arm Bush)
그림에서와 같이 프런트 서스펜션의 로워 컨트롤 암에 적용되어 있는 부시의 예를 볼 수 있듯이, 각각의 차량의 조건에 맞는 부시가 타입별로 적용된 것을 볼 수 있습니다. 서스펜션 하드포인트(Hard Point)의 위치에 따라 각 부시가 담당해야 할 특성 및 강성은 차이가 납니다. 따라서 자동차 회사에서는 차량 동역학 해석을 통해 부시의 각 방향의 강성을 결정하여 적절한 부시 타입과 특성을 적용하게 됩니다.
리어 서스펜션(Rear Suspension)의 패럴렐 링크 부시/부싱 (Parallel Link Bush)
패럴렐 링크(Parallel link)는 차량 주행 시 횡력에 대한 비중이 큼과 동시에 주 운동 방향이 고정 축을 중심으로 한 회전 운동으로, 비틀림 강성이 고려되어야 합니다. 또한 압입형 부시에서 러버(Rubber)와 홀더(Holder) 간의 헛도는 현상과 마운팅 브래킷(mounting Bracket)과 부시/부싱(Bush)과의 간섭 이음을 고려한 적당한 클리어런스(Clearance)의 고려가 필요합니다.
리어 서스펜션(Rear Suspension)의 트레일링 링크 부시/부싱 (Trailing Link Bush)
트레일링 링크(Trailing Link)는 차량에서 전후 방향의 힘에 대한 비중이 커서 주로 도로의 포트홀(Pot Hole)이나 범프(Bump) 등에 의한 충격과 제동 시 차량 운동 성능 및 내구 성능에 주로 영향을 미칩니다. 따라서 차량 전후 방향으로 부시/부싱(Bush)에 보이드(Void)를 적용하기도 합니다. 또한 패럴렐 링크(Parallel Link)보다 강성이 낮은 것이 일반적이며 에너지 흡수 량 증대를 위해 부시/부싱(Bush) 부피가 큰 것이 일반적입니다.
교환 시기
부시/부싱(Bush)은 러버(Rubber)로 구성된 부품이기 때문에 오랜 시간 및 거리로 주행을 하다 보면 반복적인 피로 하중의 누적으로 균열, 노화, 강성의 변화, 마모 등이 발생할 수 있습니다. 그러므로 다음과 같은 증상이 발견되는 경우 확인하시고 교환을 해 주시는 것이 안전 운전에 좋습니다.
- 승차감이 평소보다 크게 저하된 경우
- 가속 또는 제동시 이음(Noise) 발생하는 경우 (삐그덕 삐그덕하는 이음)
- 금속끼리의 마찰음이 들리는 경우
- 좋지 못한 도로를 주행할 때 평소보다 소음이 심한 경우
- 심한 타이어의 편마모가 발생하는 경우 의심
- 주행 중 스티어링 휠을 돌렸을 때 반응이 느리고 헛도는 느낌이 드는 경우
암 부시/부싱 교환 시 주의 사항
일반적으로 정비사업소나 센터에서는 서스펜션 암 부시/부싱(Suspension Arm Bush)만 교환을 해 주지 않고 서스펜션 암(Suspension Arm) 전체를 교환해 주는 경우가 대부분일 것입니다. 다만 튜닝샵에서 암 부시/부싱(Arm Bush)만을 교환하실 때는 정확한 사이즈와 사양으로 선택하여 교환하시기 바랍니다. 또한 특히 모든 서스펜션 암 부시/부싱(Suspension Arm Bush)은 공차 상태(CVW)에서 비틀림(Torsion)이 없도록 조립이 되어야 합니다. 가끔 어떤 분은 서스펜션 암류 및 링크류를 교환하실 때 차량을 리프트에 올린 상태, 즉 휠과 타이어가 밑으로 처진 상태에서 서스펜션 암 마운팅 볼트(Suspension Arm Mounting Bolt)와 너트(Nut)를 완전히 체결하시는 경우가 있습니다. 이런 경우에 차량이 지면에 내려오게 되면 암 부시/부싱(Arm Bush)은 비틀림(Torsion)을 받게 되고 이러면 부시(Bush)의 고유한 기능을 수행할 수 없게 됩니다. 아래 그림에 제대로 조립된 예와 잘못 조립된 예를 예시해 놓았으니 참고하시기 바랍니다.
따라서 서스펜션 암에 부시/부싱을 교환하고 차량에 조립 시에는 차량이 리프트 된 상태에서 서스펜션 암 마운팅 볼트와 너트를 가 조립하시고 난 이후에 차량을 지면에 내려놓으시고 정해진 토크로 완전히 체결하시는 것이 부시/부싱의 특성 및 기능을 충분히 활용하시는 방법입니다.
글을 마치며
지금까지 서스펜션 암류 및 링크류에 적용되는 암 부시/부싱(Arm Bush)의 기능 및 종류, 동적 정적 특성, 적용 예, 교환 시기, 교환 시 주의할 점 등에 대해서 함께 알아보았습니다. 서스펜션 암(Arm)류 또는 링크(Link)류에 서브 조립이 되는 작은 부품이지만 자동차의 기본 성능과 안전에 큰 역할을 하는 중요한 부품입니다. 이 글을 준비하면서 저 또한 많은 공부를 하게 되었으며, 여러분께 조금이라도 자동차 관련 지식에 도움이 됐으면 하는 바람입니다.
