구동축

구동축(Drive Shaft)은 자동차에서 구동 바퀴 구동 토크를 작용시키는 축이다.

개요

구동축은 차량 엔진에서 발생한 토크를 차량을 추진하기 위해 사용 가능한 원동력으로 변환하는 기계 부품이다. 물리적으로, 이것은 엔진 추력에 의해 제어되는 주파수에서 회전하는 내부 금속 실린더를 보호하는 외부 금속 하우징과 함께 설계된 튜브형이다. 자동차, 보트 또는 오토바이와 같은 차량의 엔진 및 드라이브 구성에 따라 하나 이상의 구동축이 협조하여 엔진 동력을 동작으로 전환한다. 현대의 프론트 엔진, 후륜구동 자동차에 호치키스 드라이브로 알려진 시스템은 차의 길이를 달리는 긴 구동축과 양쪽 끝의 조인트로 연결된 차동장치를 통합하여 엔진 토크는 뒷쪽의 구동 휠에 전달된다. 하프 샤프트라고 불리는 두 개의 짧은 금속 튜브가 바퀴를 차동장치에 연결한다. 전륜구동 차량에서는 두 개의 구동축이 전륜에서 연결되어 변속기로 나온다. U조인트와 달리, 전륜구동 자동차의 구동축은 보통 바퀴의 굴절을 허용하는 등속조인트(CV)를 가지고 있다. 등속조인트는 일반적으로 U조인트보다 유연성이 뛰어나 유지 보수 횟수가 적기 때문에 힘을 받는 바퀴도 조향을 담당하는 전륜구동 응용 분야에 더 적합하다. 모든 휠 드라이브 차량의 구동축 구성은 자동차 제조업체 및 모델에 따라 다르다.

역할과 정비

구동축은 단순히 힘을 전달하는 것 외에도 높이 보정이라는 중요한 역할이 있다. 구동축에 연골의 역할을 하는 중요한 연결부가 있다. 구동축 연결 부위에는 특수 그리스가 채워져 있으며, 이 그리스를 이물질로부터 보호하기 위해 연결 부위를 에워싸고 있는 것이 고무 부츠이다. 차량이 노후화하면 이 고무 부츠가 찢어지고 특수 그리스가 외부로 노출됨에 따라 이물질이 침투해 구동축이 제 기능을 못하게 된다. 전륜구동 차량에는 앞쪽에 두 개의 구동축 있고, 후륜구동 차량에는 뒤쪽에 두 개의 구동축이 있다. 또 대부분의 사륜구동 차량에는 앞뒤 합하여 모두 4개의 구동축이 있다. 운행 중 유턴을 하는데 자동차 아래쪽에서 드르륵 하는 소음이 발생한다면 구동축의 손상을 의심해 봐야 한다. 그러나 운전자가 리프트 없이 구동축을 점검하는 것은 어려운 일이므로 자동차 정비소를 방문할 때마다 꼭 구동축 고무 부츠의 파손 정도를 확인해야 한다. 최근 환경에 대한 문제가 중요하게 떠오르자 정부 차원에서 자원 재활용을 적극 독려하고 있는데, 구동축은 재제조 상품이 가장 많이 유통되고 있는 자동차 품목 중 하나이다. 사실 외형, 품질적으로 신품과 재제조 상품의 차이는 크지 않다. 재제조 상품의 경우 품질 면에서는 신품의 80~90% 수준이며, 가격은 50% 정도 저렴하다. 구동축을 교체할 때 신품을 구입할 것인지, 재제조 상품을 구입할 것인지는 운전자 스스로가 경제적인 여건과 차량 상태를 고려하여 잘 판단하면 된다. 앞바퀴에는 큰 조향각을 이루는 버필트형, 뒷바퀴에는 허용 각도가 작지만 축 방향으로 신축 가능한 트리포트형을 사용하는 것이 일반적이다.

구성 부품

등속조인트

등속족인트는 전륜구동 자동차의 앞 차축에 동력을 전달하기 위해 사용되는 기계적 연결부를 말한다. 특히, 전륜구동 자동차의 구동축을 구성하는 데 있어 가장 중요한 부위다. 전륜구동 자동차의 앞바퀴는 방향전환과 구동이라는 두 가지 일을 모두 해야 하며, 노면 요철의 영향 등으로 인해 회전의 중심을 이루는 축이 실시간을 변화한다. 이 때문에 전륜구동 자동차의 구동축은 앞바퀴에서 발생하는 각종 변수에 대응할 수 있어야 한다. 특히, 앞바퀴의 각도에 상관없이 파워트레인에서 생성된 동력을 양쪽 바퀴에 일정하게 전달하기 위한 기계적인 연결부가 요구된다. 이 부품이 바로 등속조인트다. 등속조인트는 전륜구동을 구현하기 위한 핵심 부품이다. 방향의 전환과 구동이라는 두 가지 역할을 수행하기 때문이다. 이로 인해 물리적으로 많은 부담을 안게 되는 부위이기도 하다. 하지만 소모품으로 취급하는 부위는 아니어서 교환주기가 달리 정해져 있지는 않다. 등속조인트는 내부에 윤활 및 유연한 작동을 위해 윤활제를 채워 넣고, 이를 신축성 있는 고무 튜브로 밀폐한 경우가 일반적이다. 등속조인트에 사용되는 고무 튜브는 무리한 작동과 파열되는 경우가 있다. 이 때 고무 튜브의 파열부를 통해 내부의 윤활제가 유출되는 경우, 스티어링 휠 잡음과 함께 작동이 뻑뻑해진다.

구동축 구성이 다른 이유

구동축 양쪽에는 각각 변속기와 연결되는 이너보드 조인트와 휠 허브에 연결되는 아우보드 조인트라는 독특한 베어링 구조물이 적용되어 있는데, 이를 통해 서스펜션에 연결된 타이어의 상하운동이나 스티어링을 통한 방향 전환 때 샤프트의 꺾임이 발생하더라도 변속기 출력부터 타이어까지 항상 일정한 회전력을 유지시켜 주는 것이 특징이다. 일명 등속조인트라고 불리는 이것은 볼베어링 타입을 비롯해 종류만 해도 수 십여 종에 이를 뿐 아니라 차량 설계에 따라 꺾임 각도나 회전특성 또한 다양한 것이 특징이다. 일반적으로 조인트의 꺽임각도는 아웃보드 조인트의 경우 40~46도 이내, 이너보드 조인트의 경우 23~25도 이내로 설계되고 있으며, 변속기와 연결되는 이너보드 조인트의 경우 차체의 움직임에 따라 약간의 길이변화가 가능하도록 슬라이딩이 가능한 스플리트 기어가 적용되고 있다. 한편 전륜구동 차량의 경우 엔진과 변속기가 차량 주행방향과 90도를 이루는 가로배치타입이 주를 이루면서 구동축을 연결할 때 구동축의 장착위치가 차량중심에 있지 않아 좌우 샤프트의 길이가 달라질 수밖에 없다. 변속기가 엔진의 오른쪽이나 왼쪽 옆에 위치하기 때문이다. 국산차의 경우 대부분 왼쪽 구동축보다 오른쪽 구동축의 길이가 긴 편이다. 이렇게 비대칭 구동축을 적용한 차들은 주행중에 좌우 샤프트가 이루는 각도가 달라지면서 비틀림 강성의 차이가 발생하게 되고, 급가속 또는 급제동 등 구동토크가 급격하게 변할 경우 때 차량이 한쪽으로 쏠리는 현상이 발생하기도 한다. 이러한 현상을 토크 스티어(Torque Steer)라고 한다. 구동축을 자세히 살펴보면 이러한 비틀림 강성 차이를 최소화하기 위해 샤프트의 길이가 긴 쪽의 샤프트 직경이 짧은 쪽보다 굵은 것을 알 수 있다. 같은 직경을 가진 샤프트의 경우 길이가 길수록 비틀림 강성이 약해져 구동토크의 전달력이 떨어지기 때문이다. 한편 최근 기아자동차㈜(KIA Motors Corporation) 쏘렌토(Sorento)와 쌍용자동차㈜(Ssangyong Motor) 코란도(Korando), 현대자동차㈜(Hyundai Motor Company) 쏘나타(Sonata), 그랜저(Grandeur) 등 일부 차종의 경우 기존 비대칭 구동축 대신 좌,우 샤프트의 길이가 같은 등장형 구동축을 적용하고 있다. 등장형 구동축은 샤프트에 별도의 연장 샤프트를 적용하거나 변속기 출력축에 부축을 설치해 좌,우 구동축의 길이가 같아지도록 하는 방식이 주로 사용되고 있다.

같이 보기

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