차동장치

차동장치(differential)는 3개 축으로 구성된 기어 트레인이며 이는 한 축의 회전속도가 다른 축들의 평균 회전속도 또는 평균 회전속도의 고정된 배수로 되는 특징을 갖고 있다.

개요

자동차 차동장치는 좌, 우 구동륜이 서로 다른 회전속도로 회전하게끔 해주는 장치이다. 기본적으로 좌우의 차동 사이드 기어(Side Gear, 半轴齿轮), 2개의 차동 피니언 기어(Spider Gear, 行星齿轮), 링기어(Ring Gear)로 구성된다. 사륜구동의 경우에는 자동차의 회전 각속도의 일치성을 유지하고자 중간 차동장치를 적용하여 전후륜의 회전속도 차이를 조절한다.

엔진의 동력은 구동축을 통해 차동장치로 전달되어 링기어를 회전시키고 이에 따라 차동 사이드기어가 구동되면서 좌우 반축을 회전시켜 좌우 바귀를 구동한다. 차동장치를 설계할 때 좌반축 회전속도+우반축 회전속도=2x링기어 회전속도 라는 요구를 만족시켜햐 한다. 직진 주행시 좌우 바퀴 회전속도와 링기어 회전속도는 평형상태에 처해 있고 회전 시에는 3자의 평형상태가 무너지면서 내측 바퀴의 회전속도가 낮아지고 외측 바퀴의 회전속도가 높아진다.

작동원리

차동장치의 작동은 자동적으로 추진되며 여기에는 최소 에너지 원리가 적용된다. 즉 지구상의 모든 물체는 잠재 에너지를 최소화하는 쪽으로 변형 또는 변위한다.

회전할 때 회전반경의 차이로 인해 내측 바퀴와 외측 바퀴에는 작용 방향이 서로 상대되는 힘이 생성되며 최소 에너지 원리에 따라 양측의 회전속도가 틀리게 되고 3자의 평형상태가 무너진다. 이 것이 반축을 통해 차동 사이드 기어에 반영되면서 차동 피니언 기어 자전을 발생시켜 내측 반축의 회전속도를 줄이고 외측 반축의 회전속도를 높여 양측 회전속도의 차이를 실현한다.

참고자료

• "Differential (mechanical device)", Wikipedia
• 차잘알, 〈차동 기어 장치 와..이걸 어떻게 설명해야 쉬울까〉, 《네이버블로그》, 2020-09-30

같이 보기

• 기어박스
• 변속기어

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