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| Leaf spring Suspension |
1. 개요
리프 스프링을 사용하는 리지드 액슬 서스펜션. 일반적으로 트럭 등 상용차의 서스펜션으로 이용된다. 과거에는 승용차, 열차, 전차 등에도 이용되었으나 승차감이나 하중 문제로 현재는 코일스프링이나 에어 서스펜션으로 대체되었다. 차량용 리프스프링을 제조하는 국내 업체로는 대원강업 및 계열사 등이 있다. 2023년 9월 기준 현대기아차가 시장점유율 91.8%[1]를 차지하고 자동차 등록대수에서도 우위를 점하는 것을 감안하면 사실상 대원강업 계열이 독점하고 있다.2. 특징
리프 스프링 서스펜션은 마차시절부터 나온 아주 유서깊은 '충격 흡수 장치'의 조상 격이 되는 물건이다. 버스나 트럭에서 흔히 판 스프링이라고 불리는 물건이 이것이다. 구조는 매우 심플한 것으로, 충격을 받으면 활처럼 휘어져 있는 스프링이 펴지고, 탄성의 한계점 이전에 다시 되돌아오는 방식이다. 스프링의 길이를 스팬(Span)이라고 하며, 스팬이 길수록 서스펜션의 상하 스트로크가 길고 탄성계수가 낮다.[2] 리프스프링의 가운데에 액슬(Axle=차축)을 한축을 위/아래에 U볼트로 묶는 방식이 가장 일반적이며, 이 경우 노면 충격이 들어오면 스프링이 펴지면서 양 끝단 고정부가 길이방향으로 힘을 받게 되기 때문에 적어도 한쪽 끝은 자유롭게 놀도록 섀클(Shackle)을 장착해야 한다. 좀 더 큰 규모의 다축 대형 트럭은 리프스프링의 양 끝에 액슬이 장착된다.태초에 마차는 무게가 무겁지 않아 단판 스프링을 썼는데 자동차에 사용되면서 점점 축하중이 늘어남에 따라 길다란 판때기를 여러 장 붙인 겹판구조가 나와 현재 가장 많이 쓰인다. 여기에 스프링 형상을 가운데를 두껍게 하고 가장자리로 갈수록 얇게 개량하여 사용되는 스프링 장 수를 줄인 것이 테이퍼(Taper-사다리꼴) 리프스프링 서스펜션이다[3]. 대형버스들 중에 승차감을 높히고 서스펜션 트래블을 늘리려고 스프링 길이를 길게 한 롱-스팬 테이퍼 스프링도 있다. 또한 겹쳐놓은 스프링들의 두께를 다르게 하여 탄성계수가 선형적인 게 아니라 특정한 곡선을 띄도록 한 것이 프로그래시브 리프 스프링이다. 어떤 경우는 겹판 스프링 뭉치를 두 개 또 겹쳐 쓰기도 하고, 드물게는 리프스프링을 절반 자른 형태도 보인다.
2.1. 장점
1. 싸고 간단하다. 복잡한 컨트롤암이나 링크 없이 스프링과 액슬만으로 이뤄져 있다. 게다가 겹판 스프링은 겹쳐진 스프링 끼리의 마찰을 통해 스스로 댐핑(감쇄)이 되는 효과가 있어 오일압이 약한 댐퍼를 쓸 수 있거나 어떤 경우는 아예 댐퍼를 장착하지 않아도 주행성에서 큰 문제가 없는 경우도 있어서 1930년대 이전 자동차들은 리프 스프링 단독으로만 사용하는 경우도 많았다. 물론 리프 스프링만 단독으로 썼다가는 통통 튀는 지옥같은 승차감때문에 40년대 부터는 무조건 댐퍼를 장착하기 시작했다.2. 고하중을 잘 견딘다. 그래서 대형트럭뿐만 아니라 20세기 중반까지 철도차량, 전차와 같은 고중량 차량에 많이 썼다. 다만 전차 및 기갑장비의 경우 제2차 세계 대전을 거치면서 상당히 중장갑화 된 결과 무게가 무거워지면서 리프스프링 방식으로는 버티기 어려워졌고, 이로 인해 토션바 서스펜션 및 유기압 현가장치로 전환되는 과정에서 전차용 리프 스프링 서스펜션은 도태되었다. 트럭이나 여객열차의 경우에도 중량 및 승차감 문제로 에어 서스펜션으로 대체되었다.
그 외의 특징과 장점은 리지드 액슬 서스펜션과 동일하다.
2.2. 단점
1. 충격을 제대로 흡수하지 못해 승차감이 낮다. 스프링 스팬을 늘리면 낫긴 하지만 무작정 승차감만 개선하려고 길게 만드는건 불가능하다. 그래서 그런지 몰라도 쇼크 업소버와 코일스프링이 나오자마자, 승용차 용도로는 쫓겨나고 상용차 부문으로 밀려버린다. 요즘 차량도 리프만 달리는 차량은 없고, 쇼바와 함께 달려 나온다.2. 서스펜션의 스트로크가 짧다. 리프 스프링의 탄성 변형량에 한계가 있기 때문에 딱 그만큼의 거리밖에 작동하지 못한다. 물론 섀클 길이를 조절하거나 스프링 스팬을 늘려 스트로크를 늘릴 수 있지만 이것도 한계가 있고, 섀클을 쓰지 않는 다축 차량은 조금도 늘릴 방법이 없다.
3. 섀클을 써야 하는 구조 특징 때문에 작동 중에 휠베이스가 수시로 변한다. 많은 짐을 실으면 스프링이 펴지면서 거기에 묶인 액슬 역시 수평방향으로 움직일 수밖에 없다. 결국 얼라인먼트가 자꾸 틀어지기 쉽고 타이어의 소모가 많고 코너링 성능 등 전반적인 주행성능에서 손해를 본다.
4. 겹판구조 스프링은 겹쳐놓은 스프링끼리 마찰로 인해 삐그덕 거리는 소음이 발생한다. 이 때문에 소음을 감소시키기 위해 조립 공정에서 플라스틱이나 실리콘, 고무 재질의 사일런서(Silencer)를 판마다 부착하는 추세이다. 예시로 1톤 트럭의 리프 스프링을 살펴보면, 검정 페인트로 도장이 되어있지만, 판 사이에 둥근 모양이거나 H형 모양의 무언가가 끼어 있거나 1자로 되어 있는 맨 아래 스프링에 요철이 있는 둥근 무언가가 있는데 이것이 바로 사일런서이다. 1톤 전기트럭의 경우 리프 스프링 양옆에 두툼한 고무 재질 사일런서가 부착되어 있다. 적재하중이 커질수록 사일런서도 크기가 커지며 낱장이 많은 경우 아예 사일런서가 생략되는 리프 스프링 제품들도 있다. 한편, 스프링 사이로 수분이 고여 녹이 발생하고, 오래 사용하면 금속피로까지 합쳐져 절단되는 경우가 있다.