자동차학과, 자동차 정비 기능사 등 차의 모든것 자동차 셰시 핵심 요점 71장. 캐스터

71장. 캐스터

 

(1) 개요

캐스터(caster)는 바퀴를 옆에서 바라보았을 때 앞 바퀴의 조향축이 지면의 수직선에
대하여 앞으로 또는 뒤로 기운 각도를 말한다. 캐스터는 타이어 마모에는 영향을 미치
지 않으며, 주행 중 차량의 직진성과 조향성, 복원력을 영향을 미치는 요소이다. 조향축
이란, 맥퍼슨 타입의 경우 쇽업소버의 중심선을 말하는 것으로, 이 축을 기준으로 조향
을 하거나 바퀴가 좌우로 회전하므로 이 선을 조향축이라 한다. 캐스터는 수직선을 중
심으로 조향축의 위쪽이 뒤로 기울어지면 (+)캐스터, 앞으로 기울어지면 (-) 캐스터라
한다. 일반적으로 승용차의 전륜에는 (+) 캐스터가 주어지게 된다.

(2) 캐스터의 역할

① 주행 중 조향바퀴에 방향성을 부여한다.
[그림 12-8]과 같이 의자를 밀면 바퀴의 중심선과 바닥이 만나는 P점은 조향축 중
심선이 바닥과 만나는 O점을 따라 진행한다. 반대로 잡아당기면 P점은 180。회전 하게 되고 이때도 O점을 따라가게 된다. 이것을 캐스터 바퀴의 추종성이라 한다.
이러한 추종성이 얻어지는 것은 캐스터 바퀴에 걸리는 하중이 조향축의 중심선에
작용하지만 바퀴가 바닥과 만나는 지점인 P점은 바퀴의 중심보다 아래에 위치하
여 마찰력에 의한 반력이 생기게 때문이다.

그림 12-8]과 같이 자전거의 앞바퀴를 보면 의자 바퀴와는 반대로 O점이 P점보
다 앞에 위치해 있다. 따라서 바퀴가 전진을 하면 O점이 P점을 잡아당기는 캐스
터 효과를 얻게 된다. 조향축이 노면과 만나는 지점인 O점과 P점의 길이를 리이드
(lead) 또는 트레일(trail)이라 하는데, 결국 자동차에서도 이것에 의해 캐스터 효
과를 얻게되어 바퀴는 항상 전진 방향으로 안정된다.

② 바퀴를 조향 시 직진 방향으로 되돌아오는 복원력을 발생시킨다.
[그림 12-10]의 (a)의 P점 아래 둥근원은 타이어가 노면에 닿는 면을 표시한 것이
고 (b)는 왼쪽으로 선회할 때의 상태로 O점에는 화살표와 같은 원심력이 작용하
게 된다. 이 원심력은 앞바퀴를 P점으로 되돌리려는 힘을 발생하게 되는데, 이 힘
을 복원력이라 한다.

 

캐스터의 효과, 즉 직진성과 복원성은 정의 캐스터에서만 얻을 수 있는데 대형차
등의 일부에서는 부의 캐스터를 두기도 한다. 부의 캐스터를 두면 그림(c)와 같이
P점을 중심으로 화살표 방향의 원심력이 생기고 이 원심력은 바퀴의 조향력을 증
대시키는 작용을 하여 조향핸들을 조금만 돌려도 급선회되기 쉽고 브레이크를 사
용할 때는 핸들을 놓치는 일이 발생할 수 있다. 하지만 대형차에서는 타이어가 넓
어 접지 면적이 크기 때문에 소형차보다는 안정성이 있다.

(3) 캐스터의 특성

① 과대한 경우
캐스터를 크게 하면 고속 주행 시 직진 안정성은 향상되지만, 너무 크면 방향 전
환에 대한 반력이 커서 응답이 늦고 핸들 조작이 무거워지며 노면의 충격으로 인
해 진동이 발생할 수 있다.

② 과소한 경우
캐스터를 작게 하면 선회 시 민감한 방향 전환이 가능하지만 고속 주행 시 직진성
과 복원성은 떨어져 주행이 불안전해지게 된다.
③ 캐스터의 좌우 차이가 날 경우
캐스터가 작은 쪽으로 차량이 쏠리게 된다.