핸들의 움직임을 앞바퀴 축의 각도 변화로 전환시켜주는 부품을 스티어링 기어라고 하고, 그 중 재순환볼 스티어링 기어 방식에 대해서 알아보겠습니다.
원리
한 쪽 축의 움직임을 다른 축에 전달하기 위해 보통 두 톱니끼리 맞물려 돌아가는 방법을 기어라고 하는데, 그 방법 대신 나사선 사이에 쇠구슬(볼베어링) 넣어서 그 움직임을 통해 동력을 전달해주는 방식입니다.
핸들이 고정된 축(스티어링 샤프트)이 좌우 어떤 방향으로 회전해도 볼은 정해진 범위를 계속 순환하기 때문에 재순환볼 기어라고 하고 또는 순환볼 기어라고도 합니다.
내부의 쇠구슬이 순환하기 때문에 두 기어가 직접 맞닿지 않으므로 마찰이 적고 윤활제를 함께 사용하기 때문에 부품의 소모가 적은 특징이 있습니다.
부품의 구조가 간단하고 SUV, 대형 차량이나 트럭에 주로 사용되며 그 이유는 큰 중량에도 부드럽고 안정적인 작동이 가능하기 때문입니다. 차량의 수명기간 동안 교체하는 경우는 드물지만 문제가 생길 경우 기어박스만 교체가 가능합니다.
핸들축(스티어링 샤프트)과 웜기어(나사선)가 결합이 되어, 핸들을 돌리면 기어 쇠구슬이 담긴 기어 부분이 이동하며 바퀴축과 연결된 봉을 회전하며 조향이 가능하게 해줍니다.
이런 방식으로 핸들의 회전운동을 핸들과 연결된 축(Pitman Shaft)의 좌우 직선운동으로 변환시켜 줍니다(위 그림에서 주황색 부분).
이렇게 재순환볼 기어박스는 핸들이 연결된 축과 양쪽 바퀴를 연결한 축에 설치되고 이를 위해 몇몇 쇠막대 부품들이 추가로 설치됩니다.
핸들을 돌리는 동작으로 양쪽 바퀴를 함께 동시에 움직일수 있습니다. 운전자의 힘만으로는 무거운 바퀴를 조향할수 없기 때문에 오일의 힘을 이용한 유압식 파워스티어링과 조합하여 사용합니다. 만약 이러한 기술이 없다면 운전자는 지금보다 16배의 힘으로 핸들을 돌려야 한다고 합니다.
역사
1940년식 캐딜락 Model 72 세단 차량에 처음으로 탑재되었으며, 이 차량은 8기통에 140 마력으로 코치 빌드 방식으로 제작되었습니다. 이후 50년대 중반 제너럴 모터스에서 생산되는 차량에도 도입이 되어 많은 차량에 상용화 되었고, 현재에도 랙앤피니언 방식과 함께 가장 많이 사용하는 스티어링 기어 방식 중의 하나입니다.
장점
언급했듯이 마찰이 적게 설계된 디자인 때문에 열이 많이 발생하지 않으며, 소음이 적고 내구성이 좋으며, 적은 부품으로 구성이 가능하며 기어의 소모가 적습니다. 따라서 더 많은 무게를 요구하는 큰 차량에 적합하고 설치와 교체가 간단하고 랙앤피니언 방식에 비해 저렴합니다.
단점
두 기어 간에 직접적인 마찰이 없으므로 랙앤피니언 방식에 비해 운동에너지 손실이 크며, 기어 자체는 간단한 구성이지만 그 외에 추가로 필요한 부품들이 있으며 장기간 사용시 그 관련 부품들도 교체 비용이 발생합니다. 이러한 부품들 때문에 랙앤피니언에 비해 스티어링 기어 전체 부품의 무게는 더 나갑니다.
관련 부품
연접간(PITMAN ARM)
영어로는 핏맨암이라고 하며 재순환 기어박스와 바퀴의 축을 연결해주는 쇠막대
아이들러암(Idler Arm)
바퀴 축을 고정하며 또한 핸들의 조향에 따라 따라 조향각의 변경을 위해 움직임을 가능하게 하는 역할
타이로드(Tie Rod)
타이로드는 바퀴 축의 끝부분에서 바퀴와 연결해주는 쇠막대이고, 각도 조절이 가능한 타이로드 엔드라는 부품과 함께 장착합니다.
교체방법
차종과 연식에 따라 세부적인 사항은 다르니 정확한 정보는 반드시 해당 차량에 맞는 정비 메뉴얼을 참고하시기 바랍니다. 본 글에서는 공통된 기본 사항에 대해서 알아보겠습니다.
1, 차량을 평평한 곳에 주차와 버팀목 설치, 그리고 안전벨트나 테잎 등으로 핸들을 고정
2, 파워스티어링 오일 제거 및 호스 탈거
3, 아이들러암 탈거
4, 연접간/핏맨암 탈거
핏맨암은 기어박스와 바퀴의 축을 연결해주는 쇠막대로 이에 결합된 너트를 제거해 줍니다.
핏맨암 풀러를 이용해 마저 제거해줍니다.
기어박스 하단부에 설치
5, 기어박스를 고정시킨 너트 제거 후 탈거, 분리의 역순으로 새 파트를 설치 후 새로운 스티어링 오일 통과 오일을 보충해줍니다.
교체시 유의점
1, 주변 부품에 묻은 오일이 없는지 확인해야합니다, 특히 벨트 부분은 오일도 추후 손상이 될수 있으므로 잘 확인
2, 기존에 장착 호스도 갈라짐이나 경화여부 확인
3, 출고 후 5년 이상 된 차량이라면 스티어링 오일 통 내부에 이물질과 찌꺼기가 생길수 있으므로 확인 후 교체해야합니다.
그렇지 않을 경우 새로운 부품에 이물질이 들어가서 수명을 단축시키기 됩니다.
4, 호환되는 제품도 가능하고, 해당 차종에 맞는 스티어링 오일 사용
5, 관련 부품의 파손 방지를 위해 규격에 맞는 너트의 토크 값으로 장착
이상으로 재순환볼 스티어링 기어에 대해서 알아봤습니다. 자동차에 관련된 더 알찬 정보 드리도록 노력하겠습니다. 감사합니다.