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   구동부품 - 차동장치

 

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 ■ 차동장치 와 종감속 기어

엔진에서 발생한 동력은 FR 자동차인 경우 변속기에서 변속과 동시에 회전력의 변환이 이루어져 추진축으로 전달된다. 추진축은 자동차의 진행 방향에 대하여 보통 평행으로 설치되어 있으며, 회전력은 좌우 구동축으로 나뉘어 원활한 발진과 더 강력한 토크를 얻을 목적에 따라 종감속 장치를 두고 있다. 이 종감속 장치는 주행중 좌우 바퀴의 회전차가 있을 때, 자동적으로 원활한 주행이 될 수 있도록 한 차동장치의 역할도 있다.
 

차동장치의 구조

차동장치 안에 있는 디프 기어와 피니언은 차동장치의 주요 부품으로서 차가 회전할 때 안쪽과 바깥쪽 바퀴의 회전수를 다르게 하는 기능이 있다.

차가 회전할 때는 안쪽과 바깥쪽 바퀴의 회전반경이 틀리기 때문에 이 차동장치가 없으면 회전이 원활하지 못하고 타이어의 마모도 많게 된다.
차동은 양쪽바퀴에 걸리는 저항의 차이에 의해 이루어지게 된다.
 
차동장치의 구조는 차동 케이스 내에 차동 피니언이 피니언 샤프트에 결합되어 이것에 사이드 기어가 물려있으며, 사이드 기어 중심부는 스플라인으로 되어 있고 구동축인 액슬 샤프트(FF차인 경우에는 CV Joint)와 결합되어 있다. 
 
차동 케이스(Differential Case)는 링 기어와 일체로 되어 있으며, 회전력은 축에서 구동 피니언→링기어→차동케이스→차동피니언→사이드기어→액슬샤프트 등의 순서로 전달하게 된다.
 
▶ 직진시
좌우바의 구르는 거리가 동일하므로 사이드 기어와 물려 있는 차동케이스는 피니언 샤프트 위에서 회전하지 않고 같은 속도로 회전한다.
 
▶ 선회시
선회하는 좌우 바퀴의 구르는 거리는 다르기 때문에 안쪽 바퀴의 회전은 줄고, 바깥쪽 바퀴의 바퀴의 회전속도는 증가되어 진다.
 

 

직진시

 

선회시

 

<직진시>

 

<선회시>

종감속기어(Final Reduction Gear/Final Drive Gear)는 추진축에서 받은 동력을 직각의 각도로 바꾸어 뒷차축에 전달함과 동시에 최종적인 감속을 통한 회전력의 증대를 위해 설치되며 차동장치(Differential Gear)는 주행중에 선회하거나 노면이 울퉁불퉁하면 좌우 바퀴에 회전차가 생기므로 자동차가 원활한 회전을 할 수 있도록 하기 위해 설치되며 종감속기어와 일체로 되어 액슬 하우징(Axle Housing)에 설치되어 있다.   종감속기어는 구동피니언과 링기어로 구성되며 현재에는 스파이럴 베벨기어와 하이포이드 기어가 사용된다. 종감속기어의 감속비는 링기어 잇수와 구동피니언 잇수와의 비(Ratio)로 나타내며 엔진의 출력, 차량무게, 가속성능, 등판 능력 등에 따라 정해진다.   구동축인 프로펠러축의 회전비인 감속비는 기관의 출력, 차량 중량, 가속도 등에 따라 일정하지는 않으나 승용차는 3∼8, 버스는 5∼8, 트럭은 5∼10이다.  그러므로 이 최종 감속비(Final Reduction Gear Ratio)와 변속기의 변속비를 곱한 것이 구동 계통의 총감속비이다.
 
■ 기어의 종류

1) 웜기어(Worm Gear)

 

이 기어는 추진축의 위끝에 웜을 장치하여 웜 바퀴의 맞물린 것으로 웜은 강철제로 되어 있으며 웜휠은 동합금으로 만드는 것이 보통이다. 이 기어는 감속비를 크게 할 수 있으며, 차고를 낮게 할 수 있는 이점이 있으나 전도효율이 나쁘고, 발열하기 쉬우므로 지금은 그다지 사용되지 않고 있다.

 

2) 베벨기어(Bevel Gear)

베벨기어는 이전에는 직선 잇날의 평 베벨기어가 사용되어 왔으나 현재에는 잇날에 비틀림각도를 붙인 스파이럴 베벨이 많이 사용되고 있다. 스파이럴 베벨기어는 평베벨에 비해 맞물림의 비율이 크고 회전이 원활하며 전도효율이 좋고 마모가 적은 이점이 있다.
이 기어는 회전할 때믄 축 방향으로 추력(Thrust)을 발생하므로 베이링에는 테이퍼 롤러 베어링을 사용해야 한다.

 

 

 

 

<평 베벨기어>

<스파이럴 베벨기어>

 

3) 하이포이드 기어(Hypoid Gear)

웜기어와 베벨기어의 중간적인 것이라고 할 수 있는 것으로 기어의 이가 쌍곡선으로 되어 있으며 피니언과 중심선상에서 아래쪽으로 설치되어 있다.  링 기어 중심과 구동 피니언의 중심과의 편위를 옵셋(Off set)량이라고 한다.
하이포이드 기어의 특징으로는

① 구동 피니언의 옵셋에 의해 추진축을 낮게할 수 있으므로 차의 밑바닥이 낮아져서 거주성이 좋아진다. 또 전고를 낮게할 수 있으므로 중심이 낮아져 안전성이 증가된다.

② 스파이럴 베벨기어에 비해서 동일 감속비 같은 크기의 링 기어의 경우에는 구동 피니언이 커지기 때문에 강도가 증가한다.

③ 물림률이 크기 때문에 회전이 정숙하다.

④ 톱니폭의 방향으로 미끄럼 접촉을 하므로 특별한 윤활유(극압성 윤활유)를 사용할 필요가 있다.

옵셋량은 일반적으로 링기어 직경의 10~20% 정도로 되어 있으며 하이포이드 기어는 웜기어에 비해 전도효율이 좋고 앞에서 설명한 것과 같은 많은 이점을 가지고 있으므로 현재는 승용차,트럭등에 많이 사용되고 있다. 그러나 제작이 어려운 단점을 가지고 있다.


참고 자료 : 한국교재개발 "자동차편람"
                 현대자동차 사이버정비교실
                 크라운출판사 "자동차공학"
 


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