자동차 차동 기어 (디퍼런셜) 원리, 구조 및 장단점

차동 기어 원리, 구조 및 장단점

 

자동차의 차동기어(디퍼런셜 기어)는  주행 중 좌우 바퀴의 회전 속도 차이를 조절하여 안정적인 주행을 가능하게 합니다.

특히 자동차가 커브를 돌 때, 바깥쪽 바퀴와 안쪽 바퀴가 주행하는 거리가 다르게 되므로 바퀴 간의 회전 속도 차이가 발생하는데, 이를 해결하는 것이 차동기어의 핵심 기능입니다. 이번 글에서는 차동기어의 원리, 구조, 그리고 장단점에 대해 자세히 안내 드리겠습니다.~!

1. 차동기어란?

흔히 디퍼렌셜, 디퍼런셜로도 많이 불리는 장치입니다. 정비소나 군대에서는 데후 또는 데우라고 부르기도 합니다.

 

차동기어는 엔진에서 공급된 동력을 받아 두 바퀴에 분배하면서, 각 바퀴가 서로 다른 회전 속도로 돌 수 있도록 해줍니다. 예를 들어, 자동차가 곡선을 돌 때, 안쪽 바퀴는 짧은 거리를 이동하고, 바깥쪽 바퀴는 더 긴 거리를 이동해야 합니다. 이 과정에서 바깥쪽 바퀴는 더 빠르게 회전해야 하고, 차동기어는 이러한 속도 차이를 조절하는 역할을 합니다.

 

직진 주행 시에는 좌우 바퀴는 동일한 속도로 회전하며, 차동기어는 양쪽 바퀴에 동일한 동력을 전달합니다. 반면 커브구간 주행 시에는 안쪽 바퀴는 느리게, 바깥쪽 바퀴는 빠르게 회전하게 되는데, 차동기어는 이 속도 차이를 조정하여 안정적인 주행을 가능하게 합니다.

2. 차동기어의 구조

차동기어는 아래와 같은 주요 부품으로 구성됩니다. 

• 링 기어 (Ring Gear): 피니언 기어로부터 동력을 받아 스파이더 기어를 회전시킵니다.
• 피니언 기어 (Pinion Gear): 엔진의 동력을 전달하는 기어로, 링 기어와 맞물려 동력을 전달합니다.
• 스파이더 기어 (Spider Gear): 차동기어의 핵심 부품으로, 두 개의 사이드 기어와 맞물려 좌우 바퀴의 회전 속도 차이를 조절합니다.
• 사이드 기어 (Side Gear): 좌우 차축과 연결되어, 각각의 바퀴에 동력을 전달합니다.

엔진의 동력은 피니언 기어를 통해 링 기어로 전달됩니다.

이후 링 기어가 차동기어 케이스와 함께 회전하면서, 스파이더 기어도 함께 회전하게 됩니다.

스파이더 기어는 두 개의 사이드 기어와 맞물려 있어, 좌우 차축을 통해 각 바퀴로 동력을 전달합니다.

3. 차동기어 작동 원리

차동기어는 운전 조건에 따라 좌우 바퀴의 회전 속도 차이를 감지합니다. 이는 커브를 돌거나 주행 중 바퀴에 가해지는 트랙션의 차이로 인해 발생할 수 있습니다.

 

회전 속도 차이가 감지되면 차동기어는 바퀴에 전달되는 토크를 분배합니다. 회전 속도 차이가 크면 차동기어는 더 많은 토크를 회전 속도가 느린 쪽 바퀴로 전달합니다.

 

토크 분배를 통해 차동기어는 각 바퀴의 회전 속도를 조절합니다. 회전 속도 차이가 작아지면 바퀴의 회전 속도도 조절되어 차량의 안정성과 트랙션을 유지합니다.

 

아래 영상은 오래전 제작된 영상이지만 차동기어 원리에 대해 명확히 보여주고 있습니다. 참고하시면 도움이 될 것 같습니다.

https://youtu.be/K4JhruinbWc?si=wxEfVKQcnXg7N8iz

 

3.1 직진 주행 시

차동기어는 직진 주행 시에는 양쪽 바퀴에 동일한 동력을 전달합니다. 이 때 스파이더 기어는 링 기어와 함께 회전하지만 자체 축을 중심으로 회전하지 않으므로, 좌우 바퀴는 동일한 속도로 회전하게 됩니다.

3.2 회전 주행 시

차량이 커브를 돌 때는 스파이더 기어가 링 기어와 함께 회전할 뿐 아니라 자체 축을 중심으로도 회전하게 됩니다. 이로 인해 좌우 바퀴의 회전 속도 차이가 발생하게 되며, 안쪽 바퀴는 더 느리게, 바깥쪽 바퀴는 더 빠르게 회전할 수 있습니다.

4. 차동기어의 장단점

4.1 장점

• 원활한 코너링: 차동기어는 차량이 커브를 돌 때 좌우 바퀴의 회전 속도를 조정하여 안정적이고 부드러운 주행을 가능하게 합니다.
• 타이어 마모 방지: 좌우 바퀴가 서로 다른 속도로 회전할 수 있어 타이어의 마모를 줄이는 데 기여합니다.

4.2 단점

차동기어는 좌우 바퀴에 동력을 균등하게 분배하지 않기 때문에, 한쪽 바퀴가 미끄러지면 그쪽 바퀴에 대부분의 동력이 전달되어 차량이 움직이지 못할 수 있습니다.

 

예를 들어, 눈길이나 진흙 위에서 한쪽 바퀴가 미끄러지면 그 바퀴에 동력이 집중되어 반대쪽 바퀴가 제대로 동력을 받지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있습니다.

5. 차동기어의 업그레이드 된 버전

차동기어의 이러한 단점을 보완하기 위해 자동 제한 차동장치(Limited Slip Differential, LSD) 등의 시스템이 개발되었습니다. LSD는 미끄러운 상황에서도 한쪽 바퀴가 헛돌지 않도록 동력을 제한하여 차량의 제어력을 유지하게 해줍니다.

이러한 점 덕분에 바퀴 회전 차이를 보상하면서도 트랙션을 향상시키는 토크 분배를 수행하게 되고, 조금 더 우수한 주행 성능, 트랙션을 제공하게 됩니다.

 

 

이렇듯 차동기어는, 직진 및 곡선 주행 시 모두 중요한 역할을 수행하며, 특히 다양한 주행 환경에서 차량의 트랙션 및 제어안정성을 높이는 데 도움을 주는 아주아주 중요한 부품이라고 할 수 있습니다..!

 

 

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