소형 디퍼런셜 기어의 결과

차동 기어의 필요성과 구조에 대해 설명한 동영상. 무려 1937년작입니다.

자동차의 엔진에 연결된 좌우 바퀴의 구동력을 나눠 분배하여, 좌우의 회전을 다르게 해주는 장치입니다. 나이가 있는 분들이나 정비소에서 '데후' 또는 '데우'라고 부르는게 바로 이 차동 기어를 말하는 것입니다. 아마 영어인 디퍼렌셜 기어의 축약형인 Diff(디프)의 일본어식 발음에서 넘어온 듯 합니다.

차동 기어가 필요한 이유는 자동차가 회전할 때, 회전 방향의 안쪽에 있는 바퀴는 바깥쪽 바퀴보다 회전반경의 반지름이 작게되므로 안쪽바퀴의 회전수가 바깥쪽 바퀴보다 작아야 정상적으로 회전이 가능하기 때문입니다. 만약 차동 기어가 없다면 안쪽 바퀴와 바깥쪽 바퀴가 똑같은 회전수로 회전하게 되고, 그로 인해서 극심한 언더스티어가 발생하거나 양쪽바퀴 모두 슬립하게 되어서 차체가 매우 불안정하게 될 것입니다. 바퀴가 슬립하면서 타이어의 마모가 심해지는 것은 덤입니다.

철도차량에는 차동기어가 없고 양쪽 차륜은 차축에 결합되어 똑같이 회전합니다. 대신 차륜의 답면(테이퍼)이 경사각을 가지고 있는데 이 답면은 열차 외측으로는 가늘고 열차 중심쪽으로는 굵은, 원뿔이 누워있는 것과 같은 형상을 하고 있는데 이를 '플렌지'라 합니다. 열차가 곡선부를 주행하게 되면 원심력이 작용하여 굵은 테이퍼(긴 직경)를 가진 쪽이 바깥쪽으로 밀려 나가 반경이 큰 외측 곡선부를 주행하게 되고, 이에 가는 테이퍼(짧은 직경)을 가진 쪽이 상대적으로 반경이 짧은 안쪽으로 주행하여 곡선부를 돌 수 있는 것입니다. 철도차량의 곡선부 소음은 차량의 전부대차와 후부대차가 직선으로 평행하게 연결되어 있어 곡선부에서 가장자리 부분의 플랜지와 레일이 마찰하는 것입니다.

차동 기어의 단점

자동차의 운행에 있어 차동 기어가 당연히 있어야 하지만 이 장치도 단점이 없는 것은 아닙니다. 차동 기어의 단점은 양쪽 바퀴의 마찰력의 차이가 극단적일 경우 운행이 불가능 할 수도 있다는 점입니다. 예를들어 눈길이나 늪지대 같이 접지력이 상시적으로 변하는 험로를 간다거나 험로를 운행하다가 차량의 한쪽 바퀴만이 웅덩이나 빙판에 빠졌을 경우, 빠지지 않은 쪽의 바퀴는 가만히 있고 웅덩이나 빙판에 빠진 쪽의 바퀴만 열심히 헛바퀴를 돌면서 차량이 출발하지 못하는 것을 보았을 것입니다. 웅덩이나 빙판에 빠진 쪽의 바퀴의 마찰력이 작아서 그쪽으로만 엔진의 구동력이 전달되고 반대쪽의 바퀴에는 구동력이 전혀 전달되지 않아서 험로에서 탈출할 수 없는 것입니다.