13. 모노코크 보디(Mono (monocoque body)의 구조

자동차 학습/자동차 개발 및 설계 2016.04.13 19:58 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

13. 모노코크 보디(Mono (monocoque body)의 구조

모노코크 보디의 독립된 프레임이 없고 박강판으로 제작된 멤버류를 보디의 일부로 해 조립한 것이다. 여기에 엔진, 현가장치, 조향장치 등을 직접 부착한 구조이며 현재 승용차 보디의 주류를 이루고 있다.

모노코크 보디의 대표적인 것에는 계란 껍질형의 구조가 있다. 구조가 계란 형태로 되어 있기 때문에 껍질 자체는 얇아도 이를 손가락으로 누르면 간단히 갈라지거나 깨어지지 않는다.

이것은 누르는 힘이 껍질 전체에 퍼져 부분적으로는 작은 힘으로만 작용하기 때문이다. 이와 같은 구조를 ‘외피구조’라고 말하고 비행기의 구조가 이것에 가깝다고 볼 수 있다. 즉, 모노코크의 원래 의미는 ‘계란’ 등의 모양을 한 껍질 구조를 가리키며 멤버 등의 보강재를 필요로 하지 않는 ‘응력 외피구조’를 의미한다.

그렇지만 실제의 자동차 보디에는 승객의 탑승을 위한 도어부(Door), 시계확보를 위한 윈도부(Window), 또한 엔진 룸(Engine room), 트렁크 룸(Trunk Room) 등의 큰 개구부가 필요한 것 외에도 엔진이나 섀시를 부착하기 위해 이들의 주위에는 적당한 멤버나 보강재를 용접해 구조상 필요한 강도를 갖추고 있다.

따라서 순수한 의미로는 ‘응력 외피구조’라고 칭할 수 없기 때문에 세미 모노코크 보디라든가 단일 구조물이라 칭하는 경우가 있다.

구조의 개요는 승객이나 적재물에 의한 부하, 구동 계통에서의 부하, 앞뒤 서스펜션 부착부의 부하 등에 대응하기 위한 모양을 하기 위해 얇은 강판으로 제작하는 멤버류의 판 두께 형상, 단면 형상 등을 강도, 강성, 안전확보 등의 복잡한 요소를 고려해 결정하고 이를 보디 실에 스포트 용접으로 접합한 것이 있다.

또한 각종 부하를 효율적으로 잘 전달 분산시키는 라멘 구조라고 칭할 수 있다. 라멘 구조는 여러 종류의 멤버(부재)를 강하게 접속해 외력에 저항하는 구조로 되어 있지만 여기에서 말하는 강접은 변형 전과 변형 후의 접합부 각도가 변하지 않는 모양을 한 접합 방법을 말한다.

문(門)의 상부에서 외력이 가해진 경우 상부 보의 변형은 좌, 우 기둥과의 접합이 강접 되어 있어 접합각도가 불변하고 구조체가 일체로 되어 저항을 받기 때문에 점선 모양으로 변형이 이루어진다.

모노코크 보디의 기본은 개구부가 몇 개 되지 않게 접합한 것이라고 할 수 있다. 하지만 자동차의 보디는 엔진 룸, 도어, 트렁크 룸 등 개구부가 많아 이러한 개구부의 보강을 위해 강성을 필요로 하는 주위에는 골격부품(예: 레인포스먼트,reinforcement)을 가지고 있다. 따라서 자동차의 모노코크 보디는 실 구조와 골격부품을 상호 결합한 형태라 할 수 있다.

이러한 모노코크 보디는 차의 일부에 가해진 하중이나 충격은 보디 전체에 분산되며 또한 보디는 충격을 받았을 때 객실부의 안전성을 확보하기 위해 충격 흡수 부위(손상되기 쉬운 장소)를 각각 임의의 장소에 설치한 충격 흡수 구조로 되어 있다.

모노코크 보디의 특징

1) 장점

• 일체구조로 구성되어 있기 때문에 경량(輕量)이다.

강성이 높고 얇은 강판을 여러 가지 형상으로 프레스 성형해 스포트 용접으로 접합시키면 차체 자체를 경량화 하면서 큰 강성을 얻을 수 있다.

• 단독 프레임이 없기 때문에 차고를 낮게 하고, 차의 무게중심을 낮출 수 있다.

모노코크 보디는 독립된 프레임이 아니기 때문에 바닥을 낮게 해 객실 공간을 넓게 할 수 있고 또한 차의 무게 중심이 낮아지므로 주행 안전성이 좋다.

• 정밀도가 높고 생산성이 좋다.

프레임과 같은 후판의 프레스나 용접 가공이 필요 없다. 대부분 작업성이 좋은 박판 가공과 열변형이 거의 없는 스포트 용접으로 가공이 가능하기 때문에 자동차 생산라인에서는 멀티풀 스포트 용접(자동 동시 용접)을 많이 사용함으로써 생산성을 현저히 향상시킬 수 있다.

• 충돌 때 충격 에너지의 흡수효율이 좋고 안전성이 높다.

박판으로 조립되어 있기 때문에 충돌 때와 같이 큰 외력이 가해진 경우 국부적인 변형이 크고 객실 부위의 영향은 적다.

2) 단점

• 소음이나 진동의 영향을 받기 쉽다.

엔진이나 서스펜션 등이 직접적으로 차체에 부착되어 진동, 소음이 직접 보디에 전달되기 쉽기 때문에 방진, 방음의 설비적 배려가 필요하다.

• 일체 구조이기 때문에 충돌에 의한 손상의 영향이 복잡해 복원수리가 비교적 까다롭다.

• 박판 강판을 사용하고 있기 때문에 노면에 가까운 부품은 부식으로 인한 강도의 저하 등에 대한 충분한 대책이 필요하다.





 

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