왜 필요한가
차가 굽은 길을 돌 때 바깥 바퀴는 안쪽 바퀴보다 큰 원을 그린다. 같은 시간에 더 먼 길을 가야 하므로 더 빨리 돌아야 한다. 좌우 바퀴 사이가 1.5 m인 차가 반지름 5 m로 돌면, 안쪽 바퀴는 반지름 4.25 m, 바깥 바퀴는 5.75 m인 원을 달린다. 바깥 바퀴가 1.35배쯤 더 돈다.
두 바퀴를 한 축으로 묶어 버리면 둘은 늘 같은 속도로 돈다. 그러면 커브에서 한쪽 바퀴가 끌리거나 헛돈다. 차동 장치는 두 바퀴에 엔진의 힘을 나눠 주면서도 서로 다른 속도로 돌 수 있게 한다. 엔진의 힘을 받는 구동 바퀴 사이에 있다.
어떻게 움직이나
변속기에서 나온 전동축 끝에는 구동 피니언이 있다. 구동 피니언은 커다란 크라운 기어를 돌린다. 톱니가 10개와 40개이므로 크라운 기어는 전동축보다 4배 느리게, 4배 큰 힘으로 돈다. 축이 직각으로 꺾이는 곳이라 원뿔 모양의 베벨 기어를 쓴다.
크라운 기어에는 틀이 붙어 있어 함께 돈다. 틀에는 작은 유성 피니언 두 개가 핀에 꽂혀 있다. 유성 피니언은 크라운 기어와 함께 뒤 차축 둘레를 돈다(공전). 그러면서 핀을 축으로 제자리에서 돌 수도 있다(자전).
좌우 뒤 차축의 안쪽 끝에는 태양 기어가 하나씩 달려 있다. 두 태양 기어는 마주 보고, 둘 다 유성 피니언과 맞물려 있다. 크라운 기어가 돌면 유성 피니언이 두 태양 기어를 밀고, 태양 기어가 뒤 차축과 바퀴를 돌린다.
직진할 때와 굽은 길을 돌 때
직진할 때 유성 피니언은 자전하지 않는다. 크라운 기어와 함께 공전만 하면서 두 태양 기어를 똑같이 민다. 좌우 뒤 차축은 크라운 기어와 같은 속도로 돈다.
굽은 길을 돌면 안쪽 바퀴가 느려진다. 그러면 유성 피니언이 공전하면서 자전도 시작한다. 자전하는 유성 피니언은 한쪽 태양 기어를 뒤로 굴리는 만큼 다른 쪽 태양 기어를 앞으로 민다. 그래서 한쪽 바퀴가 느려진 만큼 다른 쪽 바퀴가 빨라진다. 두 바퀴의 회전수를 더하면 언제나 크라운 기어 회전수의 두 배다.
그림을 클릭하면 틀을 멈춰 놓고 볼 수 있다. 크라운 기어와 함께 도는 사람의 눈으로 보는 셈이다. 직진할 때는 아무것도 돌지 않는다. 핸들을 꺾으면 두 뒤 차축이 서로 반대로 돌고, 그 사이에서 유성 피니언이 제자리에서 돈다.
왜 기어가 꼬여 있나
실제 자동차의 크라운 기어와 구동 피니언은 톱니가 약간 꼬인 모양이다. 이렇게 하면 구동 피니언, 곧 전동축을 뒤 차축보다 낮은 곳에 둘 수 있다. 도로가 울퉁불퉁해 전동축이 위아래로 움직여도 차체에 부딪히지 않는다.
구동 방식에 따라
뒷바퀴를 굴리는 차에서는 변속기와 이어진 전동축이 구동 피니언과 크라운 기어로 차동 장치를 돌린다. 앞바퀴를 굴리는 차에서는 변속기가 기어 한 쌍으로 차동 장치를 바로 돌리기도 한다. 네 바퀴를 굴리는 차에는 앞과 뒤에 차동 장치가 하나씩 있다.
이 그림에 대하여
차를 들어 올려 바퀴가 공중에서 도는 모습으로, 케이스를 벗기고 받침대 위에 세웠다. 기어는 톱니가 곧은 베벨 기어로 그렸고, 가운데의 태양 기어와 유성 피니언은 잘 보이게 실제보다 크게 그렸다. 차축도 실제보다 짧다. 판독값은 바퀴의 회전수이고, 틀 기준으로 볼 때는 틀에 대한 회전수다. 시속 36 km로 달리는 차(바퀴 반지름 0.3 m, 좌우 바퀴 사이 1.5 m)가 반지름 5 m까지 도는 모형값이다. 회전은 눈으로 따라갈 수 있게 느리게 그렸다.