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페달질이 구동력이 되기까지

 프랑스의 피에르 미쇼는 그 아들과 함께 드라이지네(칼 폰 드라이스에 의해 발명된 조향장치만 있던 원시자전거)의 앞바퀴에 처음 페달을 달았던 인물이다. 그 시기가 1861년이었다. 그리고 24년 뒤, 지금 자전거 가게에서 흔히 볼 수 있는 것과 똑같은 자전거가 나왔다. 영국인 존 켐프 스탈리가 생산한 ‘로버(Rover)’다.
 페달 크랭크에 의한 운동변환장치, 체인에 의한 동력전달장치를 갖추었으며 철사 스포크와 볼베어링 허브를 사용하는 바퀴, 마름모꼴 프레임에 기울어진 포크까지 모두 현대 자전거와 같았다. 그리고 2012년 영국의 크리스 호이(Chris Hoy)는 자국에서 열린 UCI 트랙월드컵에서 시속 78.1㎞라는 경이적이 속도를 냈다. 적어도 구동계 만큼은 ‘로버’와 크게 다를 것이 없는 그런 원시적인 구조의 에너지변환 장치를 가진 자전거로 말이다.
 그런데 만약 최고의 구동시스템을 적용하고 속도를 내기위한 만반의 준비를 하면 자전거는 어떤 속도를 낼 수 있을까? 2009년엔 캐나다의 샘 위팅햄(Sam Whittingham)이 리컴번트에 카울을 씌운 HPLV(Human Powered Land Vehicles, 또는 HPV)로 무려 시속 133.284㎞라는 속도를 낸바 있다. 

 자! 어떤가. 21세기가 되었지만 자전거처럼 효율 좋은 에너지변환장치는 찾아보기 힘들다. 타는 사람이 밥 3끼만 꼬박꼬박 먹으면 되니 말이다. 이렇게 사람이 밟는 힘을 페달과 크랭크셋, 체인 등을 이용해 자전거를 추진하는 동력으로 변환하는 일련의 계통을 바로 구동부(Drivetrain)라고 한다. 지금부터 자전거의 구동부를 이루는 각 요소들에 대해 알아보겠다. 

02_구동부.jpg
 

바텀브래킷(Bottom bracket) 

바텀브래킷
바텀브래킷은 줄여서 BB라고 부르고, BB셸 안 또는 바깥에 설치된다.

 바텀브래킷은 줄여서 ‘비비(B.B. 또는 BB)’라고 부른다. 사실 BB라는 용어가 더 일반적으로 알려졌다. 자전거에서 페달운동(직선운동)은 크랭크세트에 의해 회전운동으로 전환되는데 BB는 이 크랭크 운동의 중심이 된다. BB와 크랭크세트의 종류에 따라 실제로 크랭크의 축이 되는 경우도 있고 헤드셋처럼 베어링장치의 역할만하기도 한다.
 BB는 페달은 밟는 큰 힘을 작은 공간에서 받기 때문에 좌우측이 번갈아가며 상하로 뒤틀림이 생긴다. 이 때 자전거 구동부에서 처음으로 동력손실이 일어나게 된다. 이런 손실을 줄이기 위해 BB축과 베어링을 일체형으로 만들어 강성을 높이려는 시도도 있었다. 최근에는 BB셸과 BB축의 강성을 더욱 높이려는 의도로 비비구경을 기존 보다 더 굵게 만든 오버사이즈 BB를 쓰기도 한다.
 과거부터 아주 다양한 BB가 만들어 졌는데 가장 오래된 형식의 루즈 볼베어링 방식의 스탠더드 BB는 세월에 밀려 거의 사용하지 않으므로 구체적인 설명에서는 제외하겠다. 
 

사각 카트리지 BB


 정식 명칭은 ‘스퀘어 테이퍼 카트리지 BB’. 말 그대로 사각 축 카트리지형 BB라는 말이라 흔히 ‘사각BB’로 부른다. 과거 루즈 볼베어링 스탠더드 BB의 사각 축을 시마노와 아시아부품업체들이 카트리지방식으로 일체화한 것이다. 현재는 주로 중저가의 보급형 시티바이크에 주로 사용된다.
사각 카트리지 BB


옥타링크 카트리지 BB

 BB축이 8방향의 돌기로 구성되어있다. ‘Octa’는 라틴어로 ‘8’을 의미하는 것으로 8개의 돌기로 크랭크를 연결한다는 의미에서 옥타링크로 명명됐다. 옥타링크 카트리지 BB는 시마노가 처음 개발했으며 사각BB에 비해 동력전달 효율을 높였다는 평가를 받았지만 지금은 서서히 사라지는 추세다.   

옥타링크 카트리지 BB

ISIS BB

 시마노의 옥타링크 BB에 대응해 트루베이티브와 레이스페이스가 개발한 BB다. 옥타링크 보다 2개 더 많은 10개의 돌기를 가지고 있어서 더욱 동력손실을 줄였다고 주장한다. 그러나 이 역시 옥타링크 BB처럼 사라지는 추세다. 공동 개발사인 투르베이티브는 이미 예의 ISIS는 생산하지 않고 레이스페이스에서 일부나마 다운힐 자전거용으로 소량 생산을 할 뿐이다.

ISIS BB

하우이저 BB

 투르베이티브가 기존의 ISIS방식과 현재 널리 쓰이는 익스터널 베어링 BB의 장점만을 결합해 개발한 BB다. 개발사에 의하면 프리라이드나 다운힐 용도의 자전거에 특화했다고 말한다.
하우이저 BB

익스터널 베어링 BB

 산악자전거와 로드바이크, 고급 하이브리드 바이크에 이르기까지 현재 가장 널리 쓰이는 방식이다. BB축은 크랭크셋에 고정되어 있고 베어링이 내장된 컵이 BB셸 양쪽에 장착되어 크랭크의 구름을 향상시킨다. 또한 BB축의 고정점간의 간격이 멀어지는 효과를 얻어 비틀림에 비교적 강하다.

익스터널 베어링 BB

오버사이즈 익스터널 BB

 익스터널 베어링 BB과 같은 형식이지만 BB셸의 구경을 넓히고 더 굵은 크랭크축을 써서 비틀림을 한층 줄일 수 있게 만들었다. 기존의 BB 축은 24㎜인 반면 오버사이즈 BB의 축은 그보다 굵다. BB축이 30㎜인 BB30이 대표적인 오버사이즈 BB다. 
 익스터널 BB가 나사산으로 결합하는 방식인 반면 오버사이즈 BB는 헤드셋처럼 강한 힘으로 눌러서 삽입하는 방식이다. 그 형식도 헤드셋과 무척 닮아서 캄파뇰로 울트라토크의 오버사이즈 BB는 컨벤셔널 헤드셋과 같이 베어링 컵을 삽입하고 크랭크축에 붙어있는 베어링이 컵에 안착하는 형식이다. 스램의 ‘BB30 MTB(MTB용 BB30)’는 인티그레이티드 헤드셋처럼 BB셸에 베어링만 삽입하고 얇은 실드를 씌워 겉으로 베어링이 드러나지 않는다. 
오버사이즈 익스터널 BB

프레스핏 BB

 프레스핏(Press fit) BB는 그 이름에서 짐작할 수 있듯이 (눌러)끼워서 맞추는 BB다. 다른 방식의 BB들은 BB셸에 나사산을 이용해 체결하는 덮개나 BB컵이 있다. BB베어링을 제 위치에 고정시키는 것은 물론 크랭크축에 유격이 발생하지 않도록 하기위해서다. 하지만 프레스핏 방식은 BB셸에 나사산을 깎지 않고 실드베어링을 내장한 파이프 형태의 BB를 통째로 삽입하는 방식이다. 프레스핏 BB는 BB셸에 강한 힘으로 밀어 넣어야 삽입될 만큼 꼭 맞는 크기이므로 삽입 후 별도의 마감재나 고정 장치 없이도 BB가 이탈되지 않는다. 프레스핏 BB를 BB셸에 삽입할 때는 전용 프레스나 헤드셋 삽입공구를 이용해서 삽입한다.   

프레스핏 BB


오버사이즈 프레스핏 BB

 구경이 ISO방식(33.6~33.9㎜)보다 큰 크기의 BB셸에 장착하는 BB이며 프레스핏 방식으로 체결한다. 대표적으로 캐논데일의 BB30(BB셸 구경 41.96㎜), 스램의 프레스핏30(BB셸 구경 46㎜), 시마노 프레스핏(BB셸 구경 41㎜)이 이에 해당한다. 

오버사이즈 프레스핏 BB


크랭크셋(Crankset)

 크랭크셋은 라이더가 페달을 밟는 힘을 회전운동으로 바꾸어 주는 장치다. 크랭크셋이 회전운동 하는 중심의 베어링장치를 BB라고 한다. 그리고 회전운동으로 바뀐 에너지는 체인으로 뒷바퀴에 전달된다. 크랭크셋은 체인링과 크랭크암, 그리고 그 둘을 연결하는 스파이더로 이루어져 있으며, 스파이더는 크랭크 암과 일체형인 경우가 대부분이다.

크랭크세트 명칭


페달(Pedal)

 인체에서 발생한 운동에너지를 직접적으로 자전거로 전달하는 장치이다. 발로 밟게되는 바디, 회전의 중심이 되는 페달스핀들과 베어링으로 구성되어 있다.


평페달(Platform Pedal/Flat Pedal)

 가장 널리 사용되는 페달이다. 신발이 미끄러지지 않도록 돌기나 핀이 설치되어 있다. 산악자전거나 BMX용 평페달은 그 면적도 매우 넓다.

평페달
일반 플라스틱 페달과 산악용 평페달

토클립 페달(Toe Clip Pedal)

 페달링 효율의 향상을 목적으로 토클립과 토스트랩으로 페달에 신발을 묶어 고정하는 방식이다. 클립리스 페달의 발명 이후로 그 사용이 극히 감소했지만 트랙경기 등 일부에서는 아직도 사용하고 있다.

토클립 페달

클립리스 페달(Clipless Pedal)

 클립리스 페달은 최근 스포츠자전거에 많이 사용한다. 전용 신발에 고정된 클릿(Cleat)을 페달의 체결장치(바인딩)에 고정하는 형태이다. 토클립 페달보다 신발과 페달의 고정과 분리가 쉬운 장점이 있다. 로드바이크용 클립리스 페달은 체결장치와 클릿의 크기가 커서 동력전달효율이 높다. 반면 라이딩 중 잦은 탈착이 이루어지는 산악자전거용 페달은 양면 모두 체결장치가 있으며 자전거에서 내려 뛰거나 걸을 때 클릿이 외부에 직접적으로 노출되지 않게 하기 위해 크기가 작은 것이 특징이다.

16구동부.jpg
클립리스 페달은 흔히 클립페달이라 불리지만 클립을 사용하지 않는 페달이므로 클립리스가 올바른 표현이다.


※페달스핀들(Pedal Spindle)
좌우 페달은 몸체의 형태는 같으나 나사산의 방향이 서로 반대로 되어있어 좌우를 구분하여 장착한다. 오른쪽 페달은 우리가 흔히 사용하는 오른나사이고, 왼쪽 페달은 그 반대인 왼나사이다.

페달스핀들

체인(Chain)

크랭크에서 회전운동으로 변환된 힘을 뒷바퀴에 장착된 스프라켓으로 전달하는 역할을 한다. 체인의 구조는 체인플레이트와 체인핀, 체인롤러로 이루어져 있다. 초보자가 흔히 범하는 실수 가운데 한 가지는 체인플레이트에 윤활을 하는 것이다. 실제로 윤활이 이루어져야 하는 부분은 마찰이 가장 많이 발생하는 이너플레이트와 아우터플레이트가 연결된 부분, 그리고 체인롤러다.

체인

카세트 스프라켓(Cassette Sprocket)

뒷바퀴에 장착된 기어 뭉치로 체인으로 전달된 힘을 뒷바퀴에 직접적으로 전달한다. 변속을 위해 여러 장의 톱니바퀴로 이루어져 있다.
스프라켓 카세트


휠셋(Wheelset)
자전거의 바퀴도 여러 가지 부품들이 모여서 이루어지고 앞뒤 2개의 휠을 하나로 일컬어, 휠셋이라는 표현을 쓴다. 휠은 허브와 스포크, 니플, 림, 타이어로 구성된다.

휠세트

허브(Hub)

허브는 휠의 회전을 위해 바퀴축이 베어링이 장착된 형식이다. 구체적으로는 베어링이 장착된 바디와 스포크가 연결되는 플랜지, 프리휠 바디(Freewheel Body)로 이루어져 있다. 프리 휠 바디는 카세트 스프라켓이 장착되는 부분으로 단방향으로만 회전을 할 수 있는 멈치 톱니장치(라쳇)인 프리휠이 내장되어 있다. 프리휠은 스프라켓에서 뒷바퀴로는 동력을 전달하고, 뒷바퀴의 회전력은 스프라켓으로 전달되지 않도록 하는 역할을 한다.
허브

스포크(Spoke)

흔히 바퀴살이라 불리는 스포크는 허브와 림을 연결한다. 한쪽은 허브플랜지에, 반대편은 림에 스포크 니플로 고정된다. 스포크 니플과 스포크는 나사 체결되어 장력 조절이 가능하다. 일부 휠셋은 니플이 허브에 위치하거나 허브와 스포크, 림이 일체형인 경우도 있다.

림(Rim)

 바퀴 테라고도 불리는 림은 타이어의 장착방식에 따라 형태도 다르다. 로드바이크에서는 튜블러(타이어와 튜브가 일체형)와 클런처(타이어와 튜브가 분리되는)로, MTB에서는 튜브리스(자동차처럼 튜브 없는)와 일반용으로 분류된다. 튜브리스용은 스포크와의 연결부분이 기밀처리 되어있다.

타이어(Tire)

 초보자에게는 소모품으로 그 중요성이 가볍게 여겨지기도 하지만 자전거 부품 중 지면이 직접 맞닿는 부품이며 주행성에 지대한 영향을 미치는 요소이다. 림의 종류에 따라 다양한 형태의 타이어가 있다.

 

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