스프링(Spring)이란?
스프링의 뜻
용수철을 가리키는 영어 낱말로, 하중을 반복하여 가해도 영구변형을 하지 않는 재료를 말합니다.
영구변형이 없다는 말은, 탄성 범위에서 설계되고 사용된다는 말이죠.
스프링은 다양한 형태와 사이즈로 제작되며, 그 용도도 매우 다양합니다. 스프링은 주로 힘을 가하면 변형되었다가 제거하면 원래의 상태로 돌아오는 성질을 이용합니다.
이러한 특성 때문에 충격 흡수, 부하 지지, 힘 전달, 위치 결정, 길이나 각도 조절 등 다양한 목적으로 사용됩니다.
스프링의 종류
1. 코일스프링
압축코일스프링, 인장코일스프링, 원추형, 장고형, 드럼형 코일스프링, 비틀림 코일스프링
| 코일스프링의 종류 | 설명 | 사용 예시 |
|---|---|---|
| 압축코일스프링 | 가장 일반적인 형태의 스프링으로, 압축될 때 에너지를 저장합니다. | 자동차 서스펜션, 기계장치 |
| 인장코일스프링 | 끝이 늘어나는 방식으로 작동하며, 힘을 가하면 길이가 길어집니다. | 피트니스 기구, 문 닫는 장치 |
| 원추형, 장고형, 드럼형 코일스프링 | 형태가 다른 코일 스프링으로, 특정 부하 조건이나 공간 조건에 맞추어 설계됩니다. | 다양한 설계 조건에 맞게 활용 됨 |
| 비틀림 코일스프링 | 비틀림력을 가할 때 에너지를 저장하는 스프링으로, 자동차의 클러치나 시계 메커니즘 등에 사용됩니다. | 자동차 클러치, 시계 메커니즘 |
2. 겹판 스프링
겹판 스프링(Leaf Spring): 여러 개의 금속 판을 겹쳐 만든 스프링으로, 주로 중대형 차량의 서스펜션에 사용됩니다.
겹판 스프링(Leaf Spring)은 얇고 편평한 형태의 합금 스프링 플레이트를 겹쳐 만든 탄성 빔으로, 자동차 서스펜션에 가장 널리 사용되는 부품입니다.
겹판 스프링은 중심부분이 약간 휜 모양으로, 자동차가 내려앉았다가 튀어 오를 때 스프링 판이 펴졌다가 원래 형상으로 되돌아갑니다. 겹판 스프링은 양단은 프레임에, 나머지 한군데는 차축에 부착되어 차축이 프레임에 대해 정확한 위치를 갖게 합니다.
겹판 스프링의 단점
겹판 스프링은 코일스프링과 달리 판간 마찰을 갖기 때문에 진동의 억제력이 크지만, 작은 진동을 흡수하는 데는 불리합니다.
3. 토션바
토션바(Torsion Bar): 한쪽 끝이 고정되고 다른 한쪽 끝에 힘을 가하면 회전하는 방식으로 에너지를 저장하는 막대형 스프링입니다. 자동차 서스펜션에서 사용됩니다.
토션바(Torsion Bar)는 금속 봉을 비틀 때의 반발력을 이용한 용수철의 일종으로, 자동차와 전차, 장갑차 등의 현가장치로 사용됩니다.
토션바는 비틀림 탄성에너지를 이용해 완충작용을 하며, 차량이 요철이나 울퉁불퉁한 노면을 만나면 비틀어져 발생하는 에너지를 흡수하여 바퀴가 도로에 계속 접촉하도록 돕습니다.
토션바의 장점
토션바는 코일 스프링에 비해 같은 중량일 때 보존할 수 있는 에너지가 크고, 가늘고 곧아 공간 효율이 높습니다. 또한 부피가 적어 좁은 장소에도 설치할 수 있다는 장점이 있습니다.
4. 태엽 스프링
태엽 스프링: 주로 시계나 장난감에서 볼 수 있는 스프링으로, 비틀 때 에너지를 저장하며, 이 에너지를 사용하여 동작합니다.
태엽 스프링은 탄성이 좋은 금속판을 달팽이처럼 나선형으로 만든 스프링으로, 릴스프링이라고도 합니다. 태엽 스프링을 감으면 금속판이 탄성 에너지를 축적하고, 원래의 상태로 풀리게 됩니다.
5. 벌류트 스프링
벌류트 스프링(Belleville Spring, Disc Spring): 원형의 접시 모양을 한 스프링으로, 큰 하중을 견딜 수 있으며, 볼트 연결 등에 사용됩니다.
벌류트 스프링은 강판을 사용하여 만든 스프링으로, 코일 스프링과 비슷한 모양을 가지고 있습니다. 코일 스프링은 원통형 막대를 사용하지만, 벌류트 스프링은 강판을 사용합니다.
6. 접시 스프링
접시 스프링(Disc Spring): 단위체적당 축척에너지가 코일 스프링에 비해 매우 크기 때문에 작은 공간에서 짧은 스트로크로 큰 부하 능력을 가지고 있습니다.
정하중, 동하중에 주로 사용되며, 드물게 교번하중에서도 사용될 수 있습니다. 셋팅로스(setting loss)와 피로 강도에 대한 엄격한 요구사항들을 충족해야 합니다.
7. 와이어 스프링
와이어 스프링: 가는 금속선을 여러 형태로 꼬아 만든 스프링으로, 다양한 기계장치나 전자제품 등에서 사용됩니다.
와이어 스프링은 강철로 만들어진 특히 강한 유형의 스프링으로, 음악 와이어라고도 합니다. 피아노 와이어는 강화된 고탄소 스프링 강으로 구성됩니다.
8. 와셔 스프링
와셔 스프링: 플랫 워셔를 변형시켜 만든 스프링으로, 하중이 가해지면 와셔가 압축되면서 탄성력을 발휘합니다. 저하중의 애플리케이션에 주로 사용됩니다.
와셔 스프링은 웨이브 링(Wave Ring)의 줄임말로, 얇은 금속 링에 여러 개의 봉우리와 골이 있는 탄성 요소입니다.
진동을 흡수하고 분산시키는 데 사용되는 일종의 압축 스프링으로, 파동이 이동함에 따라 에너지를 저장하고 방출하여 진동을 완화하고 시스템을 안정적으로 유지하는 데 도움이 됩니다.
마무리
오늘은 스프링(Spring)의 뜻, 종류 8가지(압축스프링, 판스프링 등)에 대해 알아보았습니다.
스프링은 용수철을 의미하며, 하중을 반복하여 가해도 영구변형이 없는 재료로 만들어집니다. 다양한 형태와 사이즈로 제작되어 충격 흡수, 부하 지지, 힘 전달, 위치 결정, 길이나 각도 조절 등 여러 목적으로 사용됩니다.
스프링의 종류로는 코일스프링(압축, 인장, 원추형, 장고형, 드럼형, 비틀림), 겹판 스프링(Leaf Spring), 토션바(Torsion Bar), 태엽 스프링, 벌류트 스프링(Belleville Spring), 접시 스프링(Disc Spring), 와이어 스프링, 와셔 스프링 등이 있으며, 이들은 자동차 서스펜션, 기계장치, 시계 메커니즘, 전자제품 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
각 스프링은 특정 부하 조건, 공간 조건에 맞추어 설계되며, 충격 흡수와 진동 억제, 에너지 저장 및 방출 등의 역할을 합니다.
밸브(Valve)의 종류 7가지와 각 밸브 별 특징 및 장단점 알아보기
키(Key)란? 키의 종류 10가지, 테이퍼 값과 회전력의 크기 순서 알아보기