스티어링 기어박스(Steering Gearbox) - 핸들의 움직임을 바퀴로!
동력도 만들고 서스펜션도 만들고 바퀴도 달았으니 이제 움직일 수 있습니다. 그런데 움직이려면 정말 중요한게 내가 원하는 방향으로 움직여야겠죠? 안그러면 조제프 퀴뇨 처럼 벽에 들이 박을 테니까요. 그러기 위해서 필요한 것이 스티어링 기어박스 입니다. 쉽게는 조향장치, 혹은 스티어링이라고 쉽게 부르기도 합니다.
목차
- 스티어링 기어박스
- 스티어링 기어박스의 기능
- 스티어링 기어박스의 종류
- 스티어링 기어박스의 고장 증상
- 스티어링 기어박스의 수리 비용
- 마치며
스티어링 기어박스
스티어링 기어박스는 운전자의 조향 입력(핸들의 조작)을 차량의 앞바퀴에 전달해주는 장치입니다. 딱 들어도 아주 중요한 장치이죠. 조향각을 제어하고, 토크를 증폭해 전달 방향을 바꿔주는 기계식/전자식의 변환기 입니다. 스티어링 휠(핸들)과 타이로드(스티어링 기어박스와 앞바퀴를 직접적으로 연결해주는 막대기) 사이에 위치 합니다.
스티어링 휠을 돌리면 스티어링 샤프트를 통해서 기어박스 내부의 기어들이 맞물려 회전하면서 이 회전 운동은 기어의 종류에 따라 바퀴를 움직이는 직선운동으로 변환되어 앞바퀴의 방향을 변경하게 됩니다.
파워 스티어링 시스템이 있는 경우는 운전자가 스티어링을 돌리면 이를 감지하여 유압 또는 전기 모터가 작동해, 운전자의 조향력을 보조하게 됩니다.
스티어링 기어박스의 기능
- 조향력 변환 - 가장 주요한 기능으로 운전자가 돌린 핸들 방향과 힘을 앞바퀴에 정확하게 전달해주는 역할을 합니다.
- 토크 증폭 및 방향 변환 - 작은 힘으로도 조향이 가능하게 하도록 토크를 증폭합니다.
- 노면 피드백 제공 - 노면의 상태에 대한 반작용을 운전자에게 전달하여 운전자가 대응할 수 있도록 합니다.
스티어링 기어박스의 종류
스티어링 기어박스는 크게 수동식과 파워 스티어링 방식이 있고, 파워 스티어링 방식은 또다시 유압식과 전기식으로 나뉩니다.
수동식 스티어링 기어박스
운전자의 힘만으로 바퀴를 조향하는 방식으로 구조가 간단하고 고장이 적지만 조향이 많이 힘듭니다. 그래서 바퀴가 작은 경차나 과거에 사용된 방식입니다.
- 웜-섹터형 (Worm Sector Type) - 웜 기어(나사 처럼 생긴기어)와 섹터 기어(부채꼴 모양의 기어)를 이용하여 회전운동을 직선운동으로 변화시켜 조향을 하는 장치입니다.
- 볼 스크류형 (Ball Screw Type) - 볼 나사(웜 기어의 홈에 볼이 들어가 있는 구조)와 너트를 이용하여 운동을 변화시켜 조향을 하는 방식입니다.
파워 스티어링 기어박스
운전자의 조작력을 보조하여 적은 힘으로도 쉽게 조향을 할 수 있도록 도와주는 방식입니다.
- 유압식 파워 스티어링 (Hydraulic Power Steering, HPS) - 유압 펌프를 통해 생성된 유압을 이용하여 조향력을 보조 합니다. 엔진의 동력을 이용하여 유압펌프를 작동하는 방식입니다.
- 랙 앤 피니언형 (Rack and Pinion Type) - 피니언 기어(원형, 스티어링 휠에 의해 회전)와 랙 기어(선형)를 이용하여 회전운동을 직선운동으로 변환하며 유압 실린더가 랙(선형)을 밀어 조향을 보조하는 방식입니다. 현재 가장 널리 사용되는 방식의 스티어링 기어박스 입니다.
- 리서큘레이팅 볼형(Recirculating Ball Type) - 볼 스크류 방식과 유사하지만, 볼이 무한이 순환하는 구조로 무거운 차량이나 SUV, 트럭에서 주로 사용되는 방식입니다. 큰 힘에도 부드럽고 안정적인 작동이 가능합니다.
- 전기식 파워 스티어링 (Electric Power Steering, EPS) - 전기 모터의 힘을 이용하여 조향력을 보조 합니다. 엔진의 부하를 줄여 연비 향상에 도움이 되며 다양한 첨단 운전다 보조 시스템(ADAS)와 연동이 용이합니다.
- 컬럼 어시스트형 (Column Assist Type) - 스티어링 컬럼(스티어링 휠과 스티어링 기어박스를 연결하는 축입니다)에 모터를 장착하여 조향력을 보조하는 방식입니다.
- 랙 어시스트형 (Rack Assist Type) - 스티어링 랙(기어박스의 부품 중 하나로 랙 엔 피니언 타입에서 직선 형태의 기어 입니다)에 모터를 장착하여 직접적으로 조향력을 보조 합니다.
- 피니언 어시스트형 (Pinion Assist Type) - 피니언 기어(랙 엔 피니언 방식의 기어박스에서 원형의 기어입니다. 스티어링 휠을 돌리면 피니언 기어가 회전하고 이 회전에 따라 랙 기어가 좌우로 움직입니다)에 모터를 장착하여 조향력을 보조합니다.
스티어링 기어박스의 고장 증상
스티어링 기어박스는 운전자가 직접 손으로 잡고 조작을 하는 장치이니 만큼 고장이 나면 바로 알아챌 수 있습니다. 그러기에 다음과 같은 증상이 나타난다면 반드시 바로 정비소로 향하셔야 합니다.
- 핸들 조작이 무겁거나 한쪽으로 쏠림
- 핸들 조작에 유격이 생겨서, 즉각적으로 방향전환되는 느낌이 안들거나 조작시 이질감이 듬
- 조향시 '퉁'하는 소리가 나거나 이상한 소음 발생
- 운전 중 진행방향이 불안정함
- 유압식의 경우 파워오일이 누유되는 경우
스티어링 기어박스의 수리 비용
| 고장 증상 | 예상 원인 | 수리 방법 | 수리 비용 |
| 핸들이 무겁거나 뻣뻣함 | 내부 기어 마모 또는 전동모터 이상 | 기어박스 또는 EPS 모듈 교체 | 70만 ~ 150만 |
| 조향 시 충격음/금속음 발생 | 피니언 베어링 손상 또는 유격 | 기어박스 리빌드 또는 교체 | 60만 ~ 120만 |
| 핸들 중심 위치 이탈 | 기어박스 유격, 토크센서 오작동 | 기어박스 교체 또는 센서 재설정 | 50만 ~ 100만 |
| 조향 시 오일 새는 자국 발견 | 유압식 실 마모 → 오일 누유 | 오일 실 교체 또는 리빌드 작업 | 30만 ~ 80만 |
| 조향 반응 느림 또는 흔들림 | 랙 피니언 마모 또는 센서 지연 | 기어박스 점검 + EPS 모듈 확인 | 50만 ~ 110만 |
국내차량 기준 대부분 사용되는 방식 기반으로 설명드린 것입니다. EPS 방식은 고장 시 유닛 전체 교환이 일반적이고 수입차의 경우에는 2배이상의 비용이 발생 할 수 있어요.
마치며
스티어링 기어박스는 차량의 조향과 직결되는 부분입니다. 사실 자동차의 가장 중요한 역할을 한다고 할 수 있죠. 우리가 원하는 곳에 가는게 목적이니까요. 그래서 미세한 이상도 안전에 직결될 수 있는 장치입니다. 또 최근에서 핸들 어시스트 장치들이 조향을 대신 해주기도 하니까 그 중요성이 더욱 커지고 있는 부품입니다. 그래서 중요한건 최신 차량을 운행하시는 분들 중에 차선이탈 방지나 조향 핸들 어시스트를 켜고 다니시는 분들은 한번씩 기능을 끄고 차량의 조향이 매끄럽게 되는지 확인해 보시는 것이 차량의 컨디션을 좋게 유지하는데 큰 도움이 됩니다.
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