출처 : 바이크매거진  


바이크매거진 기사 중 가장 큰 인기를 얻고 있는 기사 중에 '자전거 기어변속의 이해'가 있다. 이것은 2008년에 작성한 기사임에도 전체 노출이 10만건에 가까운 기사로 거의 매일 또 다른 독자들에 의해 읽혀지고 있다.
그래서, 2011년 어울리는 내용으로 수정이 필요했고, '버전 2011'을 작성하기로 했다.

시마노 넥서스 Di2는 자동 변속을 실현시킨 모델이기는 하지만 가격이 문제다.

자전거에 있어서 기어변속은 '무게와 편의성, 그리고 가격'이라는 문제를 두고 항상 고민해 왔다. 특히 일반 라이더를 위한 '자동 변속 시스템'은 가격이라는 만만치 않은 벽에 부딪히며 해결할 답을 내 놓지 못한 것이 사실이다.

어쨌든 현존하는 자전거의 대부분은 '수동 변속 시스템'을 사용하고 있으며, 정확한 이해가 떨어질 경우 효율적인 라이딩이 어려운 것은 당연하고, 고장으로 이어질 수도 있다.

2장의 체인링과 10장의 스프라켓을 가진 변속 시스템

앞(프론트)과 뒤(리어) 변속 시스템
자전거의 변속은 자동차와 달리 '앞기어 변속'과 '뒷기어 변속'에 대해 이야기 하는 것이 일반적이다.
앞기어는 체인링(chainring)이라고 불리우는 톱니와, 뒷기어는 카세트 스프라켓(casset sprocket)이라 불리우는 톱니들로 구성되어 있다.
앞기어의 체인링은 보통 2장 또는 3장이 한쌍으로 조합되어 있는데, 가장 작은 체인링에 체인을 맞추면 1단, 그 다음은 2단, 3단 순으로 숫자가 높을 수록 큰 체인링의 사용을 뜻한다.
뒷기어는 9개에서 많게는 11개의 스프라켓으로 구성된 경우가 일반적이다. 앞기어와 달리 가장 큰 스프라켓이 1단, 크기가 작아질 수록 단수가 올라가며 10개의 스프라켓일 경우 10단까지 올릴 수 있다.

3장의 체인링

2장의 체인링을 가진 경우는
안쪽에 작은 것을 이너(inner), 바깥은 큰 것을 아웃터(outer)라고 부르기도 한다.
작은 것이 1단, 큰 것이 2단이다.

일반적인 카세트 스프라켓은 여러개의 스프라켓과 스페이서, 락링이 합쳐져서 만들어진다.

10장의 카세트 스프라켓, 큰 것이 1단, 가장 작은 것이 10단이다.

기어 단수의 계산
기어 단수는 앞 체인링의 개수와 뒤 스프라켓의 개수를 곱하여 계산한다.
산악자전거의 경우는 보통 앞 체인링의 개수가 3개를 사용하고 있고, 최근에는 XC 전용 크랭크로 2장의 체인을 사용하는 경우도 많다.
로드바이크의 경우는 체인링의 개수를 2개 또는 3개 사용한다.
뒤 스프라켓은 산악자전거의 경우 보통 9~10개를 사용하는 것이 많고, 로드바이크의 경우는 10~11개를 주로 사용한다.

기어 단수 = 앞 체인링의 수 X 뒤 스프라켓의 수

그래서 우리나라에 많이 사용되는 기어단수는
산악자전거 : 앞 체인링의 수(3) X 뒤 스프라켓의 수(10) = 30단
로드바이크 : 앞 체인링의 수(2) X 뒤 스프라켓의 수(10) = 20단

과 같이 계산할 수 있다.

'T'수는 톱니의 개수를 의미한다.

체인링(체인휠이라고도 함)의 T수
T수라 함은 체인링 또는 스프라켓의 톱니(tooth) 개수를 말한다.
산악용 자전거와 로드용 자전거는 기본적으로 기어 T수가 차이가 난다. 산악용은 험한 언덕길을 달리기 쉽도록 체인링의 T수가 적은 편이며, 로드용은 도로에서 빠른 주행을 위해 T수가 많은 편이다.
산악용은 3개의 T수가 44-32-22T를 사용하는 경우와 최근 시마노의 다이나시스처럼 42-32-24T를 사용하는 경우가 가장 일반적이다.
로드용은 50-34T(컴팩트 사이즈) 또는 53(54)-39T(스탠다드 사이즈) 두 가지의 체인링을 사용하는 경우가 많다. 로드바이크의 경우는 최근에는 언덕길 난이도가 높아지며 컴팩트 사이즈에 대한 선택이 많아지고 있다.

스프라켓의 T수
산악용은 로드용에 비해 T수가 더 많은 스프라켓을 사용하여 갑작스런 길의 변화에 대응하도록 만들어졌다. 산악용 스프라켓의 T수는 보통 가장 작은 것이 11T, 가장 큰 것이 36T 정도로 되어 있다. 로드용은 가장 작은 것이 11T, 가장 큰 것이 28T 정도로 되어 있어 도로에서 고속 주행 시 편리하도록 되어 있다.
체인링과 스프라켓의 조합으로 만들어지는 기어비에 대해서는 아래의 글을 통해 더 자세히 알아보자.


기어변속에 따른 힘과 이동 거리의 차이
체인링은 다리의 회전과 동일하게 회전하며, 그 힘은 체인을 통해 스프라켓으로 전달된다. 그리고 스프라켓의 회전 수는 뒤 바퀴의 회전수와 동일하다.
먼저 체인링을 가장 작은 22T에 놓고, 스프라켓을 22T 놓으면 페달링을 한 바퀴할 때 자전거 바퀴는 한 바퀴 회전하게 된다. 이것의 힘을 "22T / 22T = 1"이라고 하자.
체인링을 44T에 놓고, 스프라켓을 11T에 놓고 페달링을 하면 페달링 1바퀴에 뒤 바퀴는 4바퀴 회전하게 된다. 그러면 4배의 거리를 움직이게 되어 "44T / 11T = 4"의 힘이 들어가게 된다.
체인링을 22T에 놓고, 스프라켓을 34T에 놓으면 "22T / 34T = 0.65"의 힘이 들어가게 된다.
같은 환경에서 힘과 이동거리는 서로 비례하게 되어 같은 회전력에 이동거리가 짧아지면 힘이 덜 들어가게 되는 것이다.
위의 계산과 같이 "기어비 = 체인링T / 스프라켓T"로 구할 수 있는데, 이 값이 높을 수록 고단, 낮을 수록 저단 기어가 되는 것이다.

저단 기어와 고단 기어의 차이
자동차와 마찮가지로 자전거에 있어서 저단 기어는 '출발할 때'과 '언덕길을 오를 때' 사용하는 것이 좋다. 마치 수동 기어 자동차에서 1단을 놓고 출발하는 것과 같은 것이다.
그에 반해 고단 기어는 한번 페달링으로 많은 거리를 이동할 수 있어 이미 속도가 오른 상태에서 그 속도를 유지하거나 가속할 때 사용할 수 있다.

큰 체인링과 작은 스프라켓을 사용할 수록 힘은 더 많이 들지만
한번 페달링으로 더 많이 갈 수 있다.

언덕을 오를 때 적절한 기어의 선택이 가장 중요하다.

기어변속의 필요성
왜 기어 변속같은 복잡하고, 고장나기 쉬운 시스템을 자전거에 넣은 것일까?
위에서 힘의 차이를 이야기한 것 같이 언덕을 올라가고자 할 때는 힘이 많이 들어가는 기어비율을 사용하면 올라가기 어려워진다. 페달링 한번에 0.65의 힘을 써도 될 것을 4의 힘을 사용하여 올라간다면 쉽게 피로해지고, 때로는 내 몸에 4라는 힘을 쓸 기운이 없을 때도 있다.
힘이 적게 들어가는 기어비율을 사용하면 같은 페달링으로 속도는 느리지만, 힘도 적게 들게 되므로 언덕을 타고 오를 수 있게 된다.
그리고, 언덕을 내려가거나 평지에서 이미 속도가 붙어있는 상황이라면 4라는 힘을 관성의 힘과 중력의 힘이 도와주어 쉽게 전달할 수 있게 된다. 그러므로 같은 페달링에 빠른 속도를 낼 수 있게 되는 것이다.

3개의 체인링을 사용할 때는 위의 사항을 주의해야 한다.
그렇지 않으면, 체인이 끊어지거나 디레일러가 고장날 수 있다.

기어 변속 시 주의할 것들
체인링이 2개인 로드용의 경우는 아래 주의 사항을 많이 무시해도 되도록 설계되어 있지만, 3개의 체인링을 사용하는 산악용은 주의해서 사용할 필요가 있다.
앞기어의 변속은 왼쪽의 변속레버에 있고, 뒷기어의 변속은 오른쪽 변속레버에 위치하고 있다. 각자 따로 위치하고 있어 마음대로 변속이 가능한데, 몇가지 주의해서 사용할 기어변속 비율이 있다.
간단하게 이야기하면, "가장 큰 것들끼리 사용하지 말고, 가장 작은 것들끼리 사용하지 말자."이다.
가장 큰 체인링과 가장 큰 스프라켓을 사용하게 되면 체인 길이의 한계에 오게 되고, 또한 뒤 디레일러가 완전히 펴지면서 체인과 디레일러의 수명을 단축시키게 된다. 체인의 길이가 조금 짧은 경우 억지로 변속이 진행되면서 체인이 끊어지거나, 디레일러가 고장나게 된다.
가장 작은 체인링과 가장 작은 스프라켓을 사용하게 되면 체인에 걸리는 텐션이 너무 약하게 되어 체인이 엉키거나 빠지게 된다. 또한 강한 힘을 주었을 경우 정확한 힘 전달이 되지 않아 효율이 많이 떨어질 수 있다.
물론, 선수들의 경우는 자전거의 수명보다 성적이 중요하다 보니 이와 같은 주의사항을 무시할 때도 많다. 그들은 기어 변속의 소리와 페달링의 텐션만으로도 자전거의 상태를 확인할 수 있을 정도니 일반 동호인들과 비교하는 것은 맞지 않을 수 있다.

다양하고 급격하게 변하는 산악 지형에서는 특히 변속이 중요하다.

변속은 조용하게
기어 변속을 할 때 '투두둑'하는 소리가 나면서 변속을 하는 경우를 많이 볼 수 있다. 이 소리가 좋다는 분들도 계시지만 체인과 기어 이빨의 수명을 단축하는 가장 쉬운 방법이다.
기어 변속을 하기 전에 미리 케이던스(페달링 회전수)를 높혀 살짝 헛발 짓는 듯한 기분이 들게 하고 변속을 할 때 페달링 속도를 조금 늦추어 주면 아마 거의 소리없이 변속이 될 것이다. 평상 시 라이딩에서 이런 습관을 만들어 놓으면 변속 시스템의 노화를 막아주고, 체인이 끊어지는 극한의 상황이 잘 발생하지 않는다.


여러가지 지형을 다닐 수 있는 자전거가 나오면서 기어의 변속은 많은 편리함을 주었지만, 나름대로 사용자에게 어려운 숙제를 준 것이기도 하다. 정확한 변속 시스템을 이해하여 더욱 빠르게 더욱 쉽게 자전거를 탈 수 있도록 하자. 

Posted by Golmong
: