자동차 동력전달 및 구동 시스템

3.1 개요

 자동차의 동력 전달 및 구동 시스템은 엔진에서 발생된 동력을 바퀴까지 전달하는 일련의 장치를 말한다. 동력 전달 장치를 구성하는 요소는 다음과 같다.

- 엔진에서 주행상태에 따라 기관의 회전력과 속도를 변화시키는 역할을 하는 변속기

- 추진축의 각도변화에 대응하여 원활한 동력 전달을 하기 위한 유니버셜 조인트

- 변속기에서 종감속기까지 동력을 전달하는 추진축

- 자동차가 선회할 때 좌우 바퀴의 회전속도를 조절하고 양쪽 바퀴에 균등한 회전력을 전달하여 원활한 주행을 할 수 있도록 하는 역할을 하고 최종 감속 기어가 설치되어 있는 차동장치

- 자동차를 이동시키는 여할을 하는 휠과 타이어

 자동차의 바퀴를 구동하는 방법을 전륜구동과 후륜구동으로 나누어 살펴보면 다음과 같다.

(1) 전륜구동의 동력전달 계통

엔진 -> 클러치 -> 변속기 -> 차동기어 -> 등속 조인트 -> 앞차축 -> 등속 조인트 -> 바퀴

(2) 후륜구동의 동력전달 계통

엔진 -> 클러치 -> 변속기 -> 유니버셜 조인트 -> 추진축 -> 유니버셜 조인트 -> 차동기어 -> 뒷차축 -> 바퀴

 

3.2 차축과 차륜

1 차축

 차축은 차가 노면에서 받는 상하, 좌우, 전후방향의 힘을 받는 바퀴를 지지하는 역할을 한다. 차축의 종류에는 동력 전달의 유무에 따라서 a. 구동력을 전달하는 구동륜 차축과 b. 구동력을 전달하지 않는 유동륜 차축으로 분류되고, 구조에 따라서 c. 좌우 바퀴를 1개의 축으로 결합한 일체식 차축과 d. 좌우 바퀴가 각각 별개로 움직이는 분할식 차축으로 나뉜다.

1) 구동륜 차축

 승용 자동차는 전륜 구동식과 후륜 구동식 및 4륜 구동식의 세가지가 있으며, 이들은 조향장치의 유무에 따라 각각 다른 특징을 갖고 있다.

(1) 구동륜 전차축

 구동륜 전차 축은 종감속 장치에서 전달된 구동력의 전달과 자동차의 무게를 지지하고, 또한 조향을 할 수 있는 구조로 되어 있으며, 조향을 하기 위한 킹핀 축선상에 중심이 있는 등속조인트가 구동축에 설치되어 있다. 일체식과 분할식이 있으나 주로 분할식 차축이 사용된다. 분할식 구동륜 전차축은 앞바퀴 구동 자동차나 4륜 구액슬 허브, 허브 베어링 등으로 구성되어 있다. 앞차축 허브 베어링은 자동차의 상하, 좌우, 전후 방향의 하중과 선회할 때 발생하는 수평 하중도 받기 때문에 일반적으로 2개의 베어링이 서로 마주 보게 설치되어 있다.

(2) 구동륜 후차축

 구동륜 후차축은 조향이 필요 없기 때문에 구동륜 전차 축에 비하여 구조가 간단하다. 구동륜 뒤차추도 분할식과 일체식으로 나뉘어지며, 일체식은 다시 구동축의 지지방법에 따라 반부동식, 전부동식, 3/4부동식으로 나눌 수 있다. 분할식 구동륜 후차축은 독립 현가 방식의 후륜구동 자동차나 4륜구동 자동차에서 사용된다.

2) 유동륜 차축

(1) 유동륜 전차축

 유동륜 전차 축은 자동차의 하중을 지지하고 조향을 하지만 구동력을 전달하지 않기 때문에 구조가 비교적 간단하다. 현가 방식에 따라 분할식과 일체식으로 나누어진다. 분할식은 후륜구동 승용차나 소형 트럭에서 많이 사용되며, 맥퍼슨식과 위시본식이 있다. 일체식은 화물차에 주로 사용하는 방식으로 액슬빔의 양쪽에 너클을 핀으로 결함하는 구조로 되어 있다.

(2) 유동륜 후차축

 유동륜 후차축은 자동차의 하중만 지지하기 때문에 구조가 간단하며, 현가방식에 따라 분할식과 일체식으로 나눌 수 있다. 분할식은 트레일 링암식과 맥퍼슨식을 주로 사용하고 있다. 그리고 차축의 설계의 설계 및 강도계산은 5장에서 참고할 수 있다.

3) 차륜

 차륜은 다이어를 지지하는 림과 림을 허브에 지지하는 디스크(스파이더 또는 스포크)로 구성되며, 타이어와 일체로 회전하면서 자동차의 전 중량을 분담하여 지지한다. 구동 및 제동 시의 토크, 노면으로 부터의 충격, 선회할 때의 원심력과 자동차가 기울었을 때 발생하는 옆 방향의 힘에 견뎌야 하고, 또한 가벼워야 한다.

4) 타이어

 타이어는 노면과 접촉하여 차량을 이동하는 부분으로 고무 제품의 내면에 섬유를 삽 입항 강도를 유지하고 비드부는 강철제의 철사를 넣어 늘어남을 방지하도록 되어 있다. 구조는 카 커스, 트레드, 브레이커(벨트), 라이너, 비드와이어 등으로 구성되어 있다.

(1) 타이어의 구성 

 카커스 : 타이어의 골격이 되는 부분으로 코드(실)를 여러 층으로 엇갈리게 ㅅ선방 향으로 겹쳐 내열성 고무로 접착시킨 것이다. 코드 층의 수와 인장강도에 따라 나타내는 수치를 포층 또는 플라이수 라 하며, 승용차용은 4~6, 트럭 및 버스용은 8~16 플라이로 되어 있다. 

 트레드 : 노면과 접촉되는 부분으로 내부의 카커스와 브레이커를 보호하기 위해 내마모성이 큰 고무층으로 되어 있다. 트레드에는 모년과 미끄러짐을 방지하고 방열을 위한 홈이 파여 있다.

 브레이커 : 카커스와 트레드 사이에 있는 코드층이며, 외부로부터의 충격을 흡수하고, 트레드에 생긴 상처로부터 카커스를 보호하는 역할을 한다.

(2) 튜브 : 내열성과 탄력성이 풍부한 고무로 되어 있고, 타이어 안에서 공기압을 유지하는 역할을 한다.

(3) 튜브 없는 타이어 : 타이어 자체에 기밀성을 주어 타이어와 림이 직접 공기압력을 유지하게 한 것으로 최근 승용차에서는 튜브를 사용하지 않는다. 튜브 없는 타이어의 특징은 다음과 같다

- 못 등에 찔려도 공기가 급격히 새지 않는다.

- 펑크의 수리가 쉽다.

- 림 일부분이 타이어 속의 공기와 직접 접촉하므로 방열이 잘된다.

- 림이 변형되면 공기가 새기 쉽다.

- 공기압이 너무 낮으면 공기가 새기 쉽다.

(4) 레이디얼 플라이 타이어 : 카커스 코드의 방향이 휠의 반지름 방향과 일치되도록 되어 있는 것으로 다음과 같은 특징이 있다.

- 단면 비를 적게 할 수 있다. / 트레드는 변형이 적다

- 고속 주행 시 스탠딩 웨이브가 잘 일어나지 않는다. / 고속에서 구름 저항이 좋다

- 내마모성이 좋다. / 브레이커가 단단하여 충격 흡수가 불량하다.

(5) 타이어의 자리바꿈 : 타이어를 오랫동안 사용하면 그 위치에서 특유의 마무가 생기게 되므로 각 타이어의 마모를 동일하게 하기 위하여 정기적으로 타이어의 설치 위치를 교환해준다.

(6) 타이어의 공기압

- 공기압 부족 : 바깥 측면의 마모, 조향력

- 공기압 과다 : 중앙 부분의 마모, 연비, 승차감

(7) 휠 밸런스

 바퀴의 중량 불균형은 회전 시 원심력에 의해 진동이 발생하게 되며, 이 때문에 소음발생, 타이어 편마모, 핸들 떨림 현상이 발생한다. 그러므로 원심력이 커지는 고속주행을 할 때는 휠 밸런스가 정확히 유지되어야 한다.

A. 정적 밸런스

 정지상태에서 측정하며, 바퀴의 무게가 원주에 따라 불균일한 상태가 되면 고속 주행할 때 무거운 쪽이 지면에 가까워지면 지면에 충격을 주고 위로 향할 때에는 바퀴를 들어 올리게 된다. 따라서 바퀴가 상하진동을 일으키며, 핸들의 떨림 현상이 일어난다.

B. 동적 밸런스

 바퀴의 정적 밸런스가 잡혀 있어도 바퀴 내외 측 무게의 불균형이 생기면 주행 중에 진동을 일으킨다. 이때는 바퀴가 좌우 진동이 일어난다. 이러한 바퀴의 불균형을 수정하려면 무거운 부분의 반대쪽에 균형추를 설치한다.