동력을 전달해주는 부품은 기어/벨트풀리/벨트/드라이브샤프트 등 모터(엔진)의 회전력을 바퀴까지 전달 해 주는 것으로 이루어집니다. 우리는 보통 기어비(종감속비)라는 말을 자주 씁니다. 보통 바퀴는 4개인데 모터(엔진)는 한 개(또는 두 개)라서 4개의 바퀴에 직결(Direct Connection)해서 쓰는 경우는 거의 없습니다. 이런 이유 때문에 동력의 전달을 위해서는 필수적으로 동력전달장치가 필요하게 됩니다. 또한 직결 시 모터의 토크(Torque)가 부족할 경우 바퀴가 회전하지를 못하기 때문에 적절한 토크를 얻기 위해서 기어비를 조절해 주어야 합니다.
 
기어는 모터에서부터 시작해서 피니언기어->스퍼기어->드리아브피니언기어->디프스퍼기어 순서로 구성되며 벨트방식의 경우 피니언기어->스퍼기어->드라이브벨트풀리->디프풀리 순서로 구성이 됩니다. 각 부품의 명칭은 제조회사마다 약간 틀리 수 있으므로 아래 그림을 보고 이해를 하면 됩니다.
 
기어비를 계산하는 공식은 다음과 같습니다
 
(1) 1차(내부) 기어비(주로 변경하기 힘이 듦, 단 옵션부품을 사용시 변경 가능)
   1차 기어비 = (디프)스퍼기어 / (드라이브)피니언기어
 
(2) 2차 기어비(자유롭게 변경이 가능)
   2차 기어비 = 스퍼기어 / 피니언기어
 
(3) 차량 기어비(종감속비)
   차량 기어비 = 1차 기어비 X 2차 기어비
 

위 공식은 종축의 기어잇수를 주축의 기어잇수로 나눈 값으로 작은 주축의 잇수와 큰 종축의 잇수는 감속효과를 가져옵니다. 이는 상대적으로 토크를 증가시켜줘서 구동장치의 마지막인 바퀴에 회전력을 전달하는데 무리가 없도록 만들어줍니다.
 
대부분의 차량이 1차 기어비는 변경이 힘듭니다. 특수 목적으로 1차기어비를 바꿀 수는 있으나 여기서는 설명을 생략하겠습니다. 중요한 것은 2차 기어비의 변경입니다. 조립 설명서를 차분하게 읽다 보면 권장하는 기어비에 대해 도표로 알려줍니다. 기어비 변경에 따른 기어 직경의 변화 때문에 설명서를 읽어보고 하는 것이 실패할 확률이 줄어듭니다. 물론 부품의 별도가공을 통해서 극복이 가능하지만 그 부분은 논외로 하겠습니다.
 
차량에 따라서는 2스피드 기어가 장착되는 경우도 있습니다. 이는 초반에 큰 토크를 얻어 출발 시 순발력을 높이고 일정속도 이상이 되면 변속이 되어 스피드를 얻기 위한 용도로 쓰여집니다. 작동방법은 스퍼기어 내부에 원심력을 이용해서 2개의 스퍼기어를 초기에는 큰 스퍼기어가 Locking되게 만들고 일정 회전수가 넘어가면 작은 스퍼기어가 Locking되도록 조절을 하는 원리를 사용합니다.
 
기어비가 낮아질수록 최고속도는 증가되고 기어비가 높아질수록 최고속도는 감소하나 토크는 증가가 됩니다. 즉 기어비는 바퀴가 한 바퀴 돌아가는데 필요한 모터의 회전 수 입니다.
 
위의 기어비를 이용해서 내 차량의 최고속도를 예상할 수 있습니다. 물론 구동계나 노면의 저항으로 실제속도는 이보다 적게 나옵니다.
 
  모터의 최대 rpm = 모터의 kV * 배터리 전압
  타이어의 원주 = 타이어의 직경 * 3.14
  최대속도(Km/H) = 모터rpm / 기어비 * 타이어원주 * 60
 
계산공식은 이 정도만 하겠습니다.
 
올바른 기어비의 세팅은 모터와 변속기에 무리를 주지 않는 기어비를 찾아내는 게 중요합니다. 최고속도를 올리기 위해서 기어비를 무리하게 낮출 경우에 모터와 변속기에 무리를 주게 되는데 내부적인 현상을 설명하면 아래와 같습니다.
 
(1) 모터가 회전하는데 필요한 토크를 넘는 무리한 낮은 기어비의 선택
(2) 모터가 받는 전류량을 100% 회전량으로 변환하지 못함
(3) 이 잔류되는 전류는 결국 열에너지로 변환되어서 모터에 열이 발생함
(4) 마찬가지로 전류를 밀어넣는 변속기에도 무리를 주게되어 열이 발생
 
이 원리는 모터를 공회전을 시켜보면 그다지 열이 많이 발생하지 않는 것을 보면 알 수 있습니다. 전기쪽에는 전문적이 지식이 부족해서 이 정도만 설명을 합니다.
 
모터의 턴(Turn)수는 적을수록 회전수가 높고 낮을수록 토크가 높아집니다. 그리고 권선을 감는 방식에서 2가닥으로 감는 것보다는 3가닥으로 감는 경우에 토크가 높아지고 가닥수가 줄어들수록 회전수가 높아집니다. 그외에도 진각의 설정으로 회전수와 토크를 조절할 수 있습니다.
  
이외에도 롤아웃(Rollout)의 개념을 알아두면 좋습니다. 기어비는 휠이 한 바퀴 도는데 필요한 모터의 회전수라면 롤아웃은 모터가 한 바퀴 회전했을 때 타이어가 진행된 거리를 뜻하는 것입니다. 계산하는 방법은 아래와 같습니다.
 
(1) 타이어의 외경을 측정한다. 직접 측정 또는 계산공식으로 계산
     외경 = 타이어 지름 * 3.14
(2) 롤아웃 = 타이어 외경 / 기어비
     타이어 외경이 200mm이고 기어비가 7대1인 경우에는 200 / 7 = 28.57mm 입니다.
 
롤아웃은 다른 직경의 타이어를 사용하거나 스퍼기어와 피니언기어를 동시에 바꿀 때 모터에 주는 부하량을 동일하게 하기 위해서 필요합니다. 세부적인 계산방법은 생략하겠습니다.
 

다음의 기어류의 정비관리에 대한 내용입니다.
 
중요한 점은 외부로 노출된 기어에는 절대로 구리스(오일) 등을 사용해서는 안됩니다. 각종 이물질이 표면에 달라붙게 되어 파손의 원인이 됩니다. 그리고 밀폐형 기어박스 안에 들어가는 경우는 적당한 점도의 구리스를 사용하는 게 기어를 좀더 오래 사용하는데 도움이 됩니다. 밀폐의 여부는 정비 시에 이물질이 침투하는지 관찰을 해보면 쉽게 판단이 됩니다.
 
또 중요한 것은 기어의 백래쉬(Backlash)를 맞추는 것입니다. 용어를 그대로 풀이하면 "서로 맞물린 기어 한 쌍에서 잇면 사이의 간극이다"라는 뜻입니다. 즉 기어가 밀착될 경우 회전하는데 방해가 되고 너무 멀면 기어가 손상되는 경우가 있어 적당한 간극을 조절해서 기어의 회전을 원활하게 만들기 위함인데 이 간극의 조절은 약간의 숙련이 필요합니다. 초보자일 경우 종이 1-2장정도의 두께를 기준으로 모터를 마운트에 고정하기 전에 기어 틈에 종이를 끼워 넣고 모터를 고정하면 됩니다. 어느 정도 숙련이 되면 기어의 치형을 눈으로 보고 맞추는 게 종이를 이용해서 하는 것보다 더 정밀하게 맞출 수 있습니다.
 
어떤 방법을 사용해도 결국 중요한 것은 모터가 회전 시 두 개의 기어가 맞물려 돌아갈 때 나는 소리가 부드럽게 들려야 됩니다. 사람의 눈보다 귀가 더 정밀할 수도 있기 때문에 위에 맞추는 방법을 여러 번 반복하다 보면 적당한 백래쉬 조절이 가능해 집니다.
 
알씨에서 주로 32/48/64/타미야전용 피치를 주로 사용합니다. 타미야는 별도의 피치를 사용하는데 48피치보다 약간 크게 보입니다. 본인차량의 피치를 정확하게 확인해서 기어비 변경 시 동일피치로 바꿔주시면 됩니다.
 
벨트의 경우 정품을 구하기 힘들 경우 벨트전문 판매점에서 규격만 제대로 알면 구입이 가능합니다. 판매처는 검색을 해보시면 나오고 규격은 "피치 3mm짜리 Super Torque Timing Belt"를 구입하면 됩니다.
 
마지막으로 클러치에 대한 설명입니다.
 
알씨에서 사용하는 클러치는 엔진클러치와 전동 슬리퍼클러치 2개가 있습니다. 엔진클러치의 경우 엔진이 공회전을 유지하면서 스로틀을 당겼을 경우 원심력에 의해서 동력을 클러치벨의 피니언기어로 연결시켜주는 역할을 합니다. 반면에 전동의 경우 모터는 공회전이 필요 없기 때문에 엔진클러치와는 역할이 다릅니다. 주 역할은 일종의 퓨즈같은 역할을 하는데 구동계 쪽에 이상상태가 발생해서 모터가 회전을 하지 못하는 상태가 될 경우 클러치가 슬립을 해서 모터가 계속 돌아가게 해주는 역할이 주 역할입니다. 부수적으로 점프 후 착지 시 발생되는 휠의 역회전으로 걸리는 구동계 부품의 과부하를 줄여주기도 합니다.
 
지금까지는 차량의 부품(Unit)에 대한 설명위주로 했습니다. 이후에는 좀더 난이도가 높아져서 차량의 운동특성과 여러 가지 발생되는 현상에 대해서 다루겠습니다.

 

 

[원작 : 제플린의 RC이야기]