두 가지 유형의 볼 조인트 차량 서스펜션 및 조향 시스템에 사용되는 것은 하중 지지형 볼 조인트와 비부하형 볼 조인트(팔로워 볼 조인트라고도 함)입니다. 이러한 구별은 크기나 브랜드에 따른 것이 아니라 차량의 무게와 노면력이 조인트를 통해 이동하는 방식에 따라 결정됩니다. 볼 조인트 명명법 및 테스트에 대한 SAE(Society of Automotive Engineers) J491 표준에 따르면, 하중을 견디는 볼 조인트 차량의 스프링 중량을 지지하고 도로 충격을 휠에서 서스펜션으로 전달합니다. 무하중 볼 조인트 조향 움직임의 중심점 역할만 하며 수직 하중을 지지하지 않습니다. 마모 진단, 정렬 수행, 부품 교체를 올바르게 수행하려면 차량에 어떤 유형이 설치되어 있는지 이해하는 것이 필수적입니다. 이 기사에서는 서스펜션 형상 및 실제 마모 ​​데이터를 참조하여 각 유형의 설계, 기능 및 고장 표시기를 설명합니다.

하중을 전달하는 볼 조인트: 서스펜션의 무게를 지탱하는 역할

하중 전달 볼 조인트는 차량의 무게를 지탱하고 주행 중에 발생하는 수직 충격과 횡력을 견디도록 설계되었습니다. 일반적인 더블 위시본 또는 SLA(Short-Long Arm) 프론트 서스펜션에서는 하중을 견디는 볼 조인트 코일 스프링이나 토션 바에 연결되는 컨트롤 암에 설치됩니다. 스프링이 하부 컨트롤 암을 아래로 누르면 하부 볼 조인트가 하중을 전달하는 구성 요소가 됩니다. 스프링이 상부 컨트롤 암에 작용하면 상부 볼 조인트가 하중을 전달합니다. 이 디자인은 많은 경트럭, 구형 세단, 고성능 자동차에서 흔히 볼 수 있습니다. SAE가 발행한 2022년 기술 문서에 따르면, 하중 전달 조인트는 구멍이 난 충격 중에 정적 휠 하중의 최대 3.5배를 경험하며 이는 풀사이즈 SUV에서 조인트당 4,000파운드를 초과하는 힘으로 해석됩니다. 내부 구조는 이러한 의무를 반영합니다. 광택이 나는 강철 볼 스터드는 경화된 강철 베어링 컵 내부에서 회전하고 연결되며, 제로 클리어런스를 유지하고 경미한 마모를 흡수하는 사전 로드된 스프링 또는 폴리머 인서트가 있습니다. 미국 트럭 협회(American Trucking Association)의 차량 유지 관리 데이터에 따르면 많은 하중 전달 조인트에는 정기적인 윤활을 위해 그리스 피팅이 장착되어 있으며 이를 통해 서비스 수명을 30% ~ 50% 연장할 수 있습니다.

주요 마모 메커니즘 하중을 견디는 볼 조인트 지속적인 압축과 미끄러짐 하에서 베어링 재료가 점진적으로 침식되는 현상입니다. 베어링 컵이 마모됨에 따라 방사형 틈새가 발생하여 볼 스터드가 하우징 내에서 수직으로 이동하게 됩니다. ASE(National Institute for Automotive Service Excellence)의 2019년 연구에서는 마모된 하중 전달 조인트가 제조업체의 폐기 사양에 도달하기 전에 0.030~0.060인치의 축 유격을 나타낼 수 있는 것으로 측정했습니다. 이러한 유격은 정렬에 직접적인 영향을 미쳐 내부 또는 외부 숄더의 캠버 변화와 불균일한 타이어 마모를 유발합니다.

무부하형 볼 조인트: 무게 지지대가 없는 조향 피벗

비부하형 볼 조인트 또는 종동형 볼 조인트는 조향 피벗점 역할만 하며 차량의 수직 중량을 크게 지탱하지 않습니다. 스프링 반대편 컨트롤암에 위치하므로 스프링을 하부 컨트롤암에 장착하면 상부 볼조인트는 무부하형이 됩니다. MacPherson 스트럿 서스펜션에서 하부 볼 조인트는 일반적으로 스트럿 어셈블리가 차량 중량을 상부 스트럿 마운트로 직접 전달하고 하부 조인트가 측면 및 앞뒤 조향력만 처리하도록 남겨두기 때문에 일반적으로 부하를 지탱하지 않습니다. A의 내부 디자인 무하중 볼 조인트 무거운 예압 스프링 없이도 부드러운 회전을 제공하는 플라스틱 또는 소결 금속 베어링을 사용하여 더 간단하고 가벼운 경우가 많습니다. 많은 현대 승용차는 유지보수가 필요 없는 밀봉된 평생 윤활 팔로워 조인트를 사용합니다.

팔로워 조인트는 도로 중량의 지속적인 충격을 견디지 못하기 때문에 마모 패턴이 다릅니다. 주요 실패 모드는 수직 느슨함이 아니라 회전 강성 또는 조향 이탈 및 진동을 유발하는 수평 유격입니다. 조향 및 서스펜션에 대한 Automotive Service Excellence 테스트 표준은 마모된 것을 나타냅니다. 무하중 볼 조인트 방사형 유격은 0.020인치 이하여야 하며, 무부하 시 3~12in-lbs의 이탈 토크로 부드럽게 회전해야 합니다. 이 값을 초과하면 스티어링 시스템 컴플라이언스가 도입되어 차량의 반응성이 떨어집니다. 2021년 정렬 작업장을 대상으로 한 조사에 따르면 120,000마일이 넘는 차량의 40%가 하중을 지탱하는 하부 조인트가 사양 내에 있음에도 불구하고 비 하중을 지탱하는 상부 볼 조인트에서 과도한 유격을 보이는 것으로 나타났습니다.

두 가지 유형의 볼 조인트 비교

두 가지 유형의 볼 조인트 간의 작동 차이점을 이해하면 정확한 진단 및 교체가 가능합니다. 아래 표에는 정렬 장비 제조업체의 SAE J491 분류 및 서비스 데이터를 기반으로 한 주요 특성이 요약되어 있습니다.

표: SAE J491, ASE 테스트 프로토콜 및 차량 제조업체 서비스 사양을 기반으로 하중 전달 및 비 하중 전달 볼 조인트 특성을 직접 비교합니다.

귀하의 차량이 어떤 유형의 볼 조인트를 사용하는지 식별하는 방법

특정 컨트롤 암의 볼 조인트 유형은 스프링 장착 위치를 관찰하거나 차량 서비스 설명서를 참조하여 확인할 수 있습니다. 코일 스프링이 하부 컨트롤 암에 안착되면 하부 조인트는 하중을 지탱하고 상부 조인트는 비 하중을 지탱합니다. MacPherson 스트럿 시스템에서는 스프링과 스트럿 어셈블리가 본체 또는 상단 프레임에 부착되어 하부 볼 조인트가 조향력만 처리하는 팔로워가 됩니다. 확인하기 위해 기술자는 하부 컨트롤 암(가능한 한 볼 조인트에 가깝게)으로 차량을 들어 올려 조인트를 내릴 수 있습니다. 타이어 아래의 프라이 바를 사용하여 움직임이 감지되면 조인트가 하중을 지탱하고 수직 유격이 측정되는 것입니다. 차량이 프레임에 의해 올라가고 서스펜션이 자유롭게 매달리는 대체 "무부하" 테스트에서는 스프링이 더 이상 조인트를 압축하지 않기 때문에 비부하 조인트 유격을 확인합니다. 다음 목록에는 식별 단계가 요약되어 있습니다.

• 코일 스프링 또는 토션 바를 찾습니다. 스프링과 직접 접촉하는 컨트롤 암은 하중을 전달합니다. 볼 조인트 . 반대쪽 팔은 종동 관절을 지닙니다.
• 그리스 피팅을 확인하십시오. 하중 전달 조인트에는 주기적 윤활을 위한 Zerk 피팅이 포함되는 경우가 많지만 일부 최신 밀봉 설계에는 포함되지 않습니다. 비부하 조인트는 거의 항상 밀봉되어 있습니다.
• 수리 설명서를 참조하십시오: 제조업체의 서비스 정보에는 각 위치의 유형과 올바른 마모 측정 절차가 명시되어 있습니다.

교체 지침 및 올바른 유형 선택의 중요성

부하를 지탱하는 위치에 비부하 볼 조인트를 설치하면 급속한 고장이 발생하여 잠재적으로 수천 마일 내에서 차량 제어력이 상실될 수 있습니다. 하중 전달 조인트의 예압 스프링과 더 무거운 베어링은 도로 하중 하에서 금속 간 접촉을 방지하는 데 필수적입니다. 팔로워 조인트에는 이러한 기능이 부족하여 수직 충격을 견딜 수 없습니다. 서스펜션 관련 충돌에 대한 NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)의 2018년 조사에 따르면 애프터마켓 볼 조인트 고장의 12%가 잘못된 부품 교체와 관련된 것으로 나타났습니다. 교체할 때 하중을 견디는 볼 조인트 , 기술자는 교체 부품이 원래의 부하 등급 및 유형과 일치하는지 확인해야 합니다. 압입 조인트에는 컨트롤 암 손상을 방지하기 위해 유압 프레스와 올바른 어댑터가 필요합니다. 볼트인 조인트는 사양에 따라 토크를 가해야 합니다(차량별 데이터에 따라 일반적으로 고정 볼트의 경우 40~80ft-lbs, 볼 조인트 스터드 너트의 경우 60~120ft-lbs). 교체 후에는 조인트 위치가 조금만 바뀌어도 캠버와 토우 설정이 변경되므로 전체 휠 정렬이 필요합니다. 단일 하중 전달 조인트를 교체하는 데 드는 일반적인 비용은 인건비를 포함하여 $200~$400이며, AAA의 전국 인건비 조사에 따르면 종동 조인트 교체 비용은 종종 $150~$300입니다.

두 가지 유형의 볼 조인트에 대해 자주 묻는 질문

주행 중에 하중을 전달하는 볼 조인트가 고장나면 어떻게 되나요?

A의 치명적인 실패 하중을 견디는 볼 조인트 해당 코너에서 서스펜션이 붕괴되어 차량이 즉시 해당 방향으로 세게 당겨집니다. 휠이 펜더 아래로 접힐 수 있고, 타이어가 내부 휠에 잘 닿을 수 있으며, 제동 및 조향 제어가 심각하게 손상될 수 있습니다. 이것이 바로 하중 지지 조인트를 정기적으로 검사하는 것이 중요한 이유입니다. NHTSA는 75,000마일이 넘는 차량의 경우 오일 교환 간격마다 점검할 것을 권장합니다.

하중을 지지하지 않는 볼 조인트가 달그락거리는 소음을 일으킬 수 있습니까?

그렇습니다. 비록 하중을 지탱하는 조인트보다는 덜 일반적입니다. 심하게 마모됨 무하중 볼 조인트 서스펜션이 관절식으로 움직일 때, 특히 조향 조작이나 과속 방지턱에서 달그락거리는 소리가 날 수 있습니다. 그러나 주요 증상은 일반적으로 무거운 소음보다는 느슨하거나 방황하는 조향 느낌입니다. 프런트 엔드에 소음이 있는 경우 기술자는 일반적으로 하중 전달 조인트의 수직 움직임을 먼저 확인하여 이를 격리합니다.

두 가지 유형의 볼 조인트가 동일한 차량에 항상 존재합니까?

항상 그런 것은 아닙니다. MacPherson 스트럿 프론트 서스펜션에는 하부가 하나만 있는 경우가 많습니다. 볼 조인트 스트럿이 무게를 지탱하기 때문에 일반적으로 부하를 지지하지 않는 유형입니다. 더블 위시본 서스펜션(SLA)에는 상부 조인트와 하부 조인트가 모두 있으며, 스프링 배치에 따라 하나는 하중을 전달하고 다른 하나는 추종 장치로 사용됩니다. 일부 대형 트럭은 상부 암과 하부 암 모두에 하중 전달 볼 조인트를 사용하지만 이는 덜 일반적이며 별도의 스프링 설계가 필요합니다.

마모된 비하중 볼 조인트를 어떻게 테스트합니까?

테스트에는 서스펜션이 자유롭게 매달릴 수 있도록 프레임으로 차량을 올린 다음 상단과 하단에서 휠을 안팎으로 움직여 보는 작업이 포함됩니다. 조인트가 마모된 경우 스티어링 너클이 반대쪽 조인트를 중심으로 회전하면서 수평 움직임이 느껴집니다. 다이얼 표시기는 플레이를 정량화할 수 있습니다. 반경방향 움직임이 0.020인치를 초과하면 교체가 필요함을 나타냅니다. 테스트는 잘못된 판독을 방지하기 위해 조인트를 정상적인 무부하 위치에서 수행해야 합니다.

볼 조인트의 재질이 유형 분류에 영향을 줍니까?

아니요. 볼 조인트 유형은 강철, 합금으로 만들어졌는지 또는 플라스틱 베어링이 포함되어 있는지가 아니라 기능과 하중 경로에 따라 결정됩니다. 그러나 하중 지지 조인트는 높은 응력을 처리하기 위해 베어링 표면이 경화된 단조 또는 냉간 강철로 거의 항상 제작되는 반면, 비 하중 지지 조인트는 더 가벼운 재료와 단순한 베어링을 사용할 수 있습니다. 유형 지정은 재료 구성이 아니라 디자인 의무에 관한 것입니다.

결론: 볼 조인트를 알면 값비싼 실패를 예방할 수 있습니다

사이의 구별 두 가지 유형의 볼 조인트 —하중 운반 및 비부하 운반—은 차량 서스펜션 역학 및 유지 관리를 이해하는 데 기본입니다. 하중을 지탱하는 조인트는 차량의 무게를 지탱하고 수직 유격과 땡땡이 소리로 고장이 나는 반면, 하중을 지지하지 않는 조인트는 조향을 위해 회전하고 수평 느슨함과 조향의 흔들림으로 마모를 나타냅니다. 차량이 어떤 유형을 사용하는지, 각각을 올바르게 검사하는 방법을 인식하면 올바른 부품으로 교체를 수행하고 조향 시스템의 정렬과 안전성을 유지할 수 있습니다. SAE, ASE 및 NHTSA의 데이터는 모두 다음과 같은 메시지를 강조합니다. 부하 유형에 따른 정기 검사는 위험한 도로 고장으로 이어지기 전에 마모를 파악하는 가장 효과적인 방법입니다.