자동차가 선회주행을 할 때의 앞바퀴 모습입니다.
두 바퀴가 같은 속도로 선회를 하게 되면
L1, R1 - L2, R'의 경로로 움직이는데, 이런 경로로 움직이는 자동차는 존재하지 않습니다.
또한 같은 회전 속도로 L1, R1 - L2, R2 경로로 움직이면 언더스티어 또는 슬립 현상이 일어나게 됩니다.
레일 위에 있는 열차처럼 슬립 현상에 안전하지 않은 조건에서 자동차가 곡선주행을 하기 위해서는 두 바퀴가 다른 속도로 회전해야 합니다.
이에 따른 해결책으로 나온 것이 바로 차동 기어입니다.
차동기어는 하나의 동력원으로부터 전달받은 동력을 두 바퀴에 전달하며 회전 속도를 다르게 유지할 수 있게 하는 장치입니다
다음 동영상에서 원리를 볼 수 있습니다.
하지만 이러한 차동기어도 장점만 있는 것은 아닙니다.
눈길이나 진흙길에 빠진 자동차를 보면 빠지지 않은 바퀴는 돌지 않고 상대적으로 마찰력이 적어진 바퀴만 헛돌면서 빠져나오지 못하 현상을 볼 수 있습니다.
마찰력이 커진 바퀴에는 동력이 전달되지 않아서 쉽게 빠져나올 수 있는 상황에서도 움직이지 못하게 되는 것입니다.
이러한 문제를 해결하기 위해
TCS(Traction Control System) = 가속 상황에서 미끄러지는 상황을 인식해 인위적인 마찰력을 가해주는 시스템
LSD(Limited Slip Differential) = 일정 비율 이상으로 회전수 차이를 나지 않게 하는 장치
LD(Locking Differential) = 차동 기어 잠금장치
등을 사용하여 오늘날에도 사용되는 기어입니다.
차동 기어를 사용하는 데에 생기는 구조적인 문제점도 있는데, 엔진과 바퀴 높이의 상관관계입니다.
동력원과 바퀴를 베벨기어로 연결하게 되면, 엔진 축과 바퀴의 축이 일직선 상에 놓이게 되어 전고가 높아지게 되며 이로 인해 안정성에 문제가 생깁니다.
또한 후륜 자동차의 경우 동력 축이 내부를 가로지르며 사진과 같이 불편함을 겪게 됩니다.
이후에 베벨기어 대신에 하이포이드 기어를 사용하여 높이를 바꿀 수 있게 됩니다.
보이는 것과 같이 하이포이드 기어는 두 축이 교차하지 않아도 사용이 가능하여 바퀴축을 차량 바닥 아래로 내릴 수 있습니다. 또한 소음과 진동이 낮게 발생하는 장점이 있습니다.
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