엔진/모터에서 만든 회전력은 어떻게 바퀴까지 전달될까요? 초창기 체인 드라이브와 토크튜브를 지나, 오늘의 자동차는 프로펠러 샤프트(프로펠러축)와 반축(드라이브샤프트·Half-shaft), 그리고 유니버설 조인트·등속조인트(CV)·슬립요크·센터베어링 같은 부품으로 구동계를 이룹니다. 전륜구동의 확산은 ‘조향+구동’이 가능한 Rzeppa형 CV 조인트를 일상화했고, 독립 현가의 대중화는 좌우 반축의 길이·각도·플런지(길이 변화 흡수) 설계를 고도화했습니다. 전기차 시대에는 모터-인버터-감속기-디프가 통합된 e-액슬로 샤프트가 짧아지거나, 아예 좌우 듀얼모터로 ‘가상 디퍼렌셜’을 구현해 반축의 역할과 요구조건이 달라지고 있습니다. 이 글은 드라이브샤프트·반축의 과거와 현재, 그리고 경량 복합재·저손실 조인트·소프트웨어 기반 토크 벡터링으로 향하는 미래를 연대기+사용 시나리오 관점에서 정리합니다.
샤프트는 왜 ‘파워트레인의 허리’인가
구동계는 동력을 만들고(엔진/모터), 기어비를 고르고(변속기·감속기), 차축에 전달(샤프트·디퍼렌셜)한 뒤 타이어로 지면에 힘을 내보냅니다. 이때 드라이브샤프트(프로펠러축)는 변속기/분배기에서 디퍼렌셜까지의 ‘긴 전달축’, 반축(Half-shaft)은 디퍼렌셜에서 좌우 바퀴로 이어지는 ‘짧은 축’을 뜻하는 경우가 많습니다(전륜구동은 변속기와 디프가 한 하우징에 있어 반축만 존재). 샤프트는 단순한 막대가 아니라 각도 변화·길이 변화·진동·온도·윤활·씰·패키징 문제를 동시에 풀어야 하는 복합 부품입니다. 차량의 정숙성(NVH), 효율, 내구, 핸들링까지 좌우하기 때문에 ‘허리’라는 비유가 어울립니다.
연대기와 기술로 읽는 드라이브샤프트·반축의 과거·현재·미래
1) 태동기: 체인 드라이브·토크튜브·핫치키스
초기의 자동차는 자전거처럼 체인 드라이브를 썼지만 오염·장력 유지·내구 문제가 컸습니다. 이후 토크튜브(구동축을 튜브로 감싸 차체에 토크를 전달)와 핫치키스 드라이브(리프스프링으로 토크 반력·차축 위치를 동시에 제어)가 확산, 프로펠러 샤프트+디퍼렌셜+고정 차축의 기본 틀이 잡힙니다. 이 시기 샤프트는 강관과 카단(U조인트) 두 개로 구성된 단순 구조가 주류였습니다.
2) 독립현가의 부상과 반축의 시대
전후 독립 현가가 대중화되며, 좌우 바퀴가 각각 상하로 움직여도 구동을 유지하려면 ‘길이 변화(플런지)’와 ‘각도 변화’를 흡수해야 했습니다. 이때 슬립요크/스플라인으로 길이를 조절하고, 외측은 대조향 각을 허용하는 등속조인트(CV), 내측은 큰 스트로크를 흡수하는 트라이포드가 표준 조합으로 자리잡습니다.
3) 전륜구동의 대세와 Rzeppa형 CV 조인트
변속기·디프가 엔진 옆에 붙는 전륜구동(FF) 확산은 조향과 구동을 동시에 처리해야 했고, 큰 조향각에서도 회전 불균형이 적은 Rzeppa(레제파)형 볼 CV가 필수 부품이 되었습니다. 내측에는 트라이포드/더블오프셋 등 플런지형을 쓰고, 외측에는 Rzeppa를 써서 스티어링 각과 스트로크를 분담합니다.
4) 유니버설 조인트 vs 등속조인트: 각도·진동의 공학
카단(U조인트)는 간단·강건하지만 한 개만 쓰면 입력/출력 각속도가 미세하게 불균일해(‘카단 에러’) 진동을 만들 수 있습니다. 그래서 보통 두 개를 상대位상으로 맞춰 평균을 등속으로 만들죠. 반면 CV 조인트는 구조적으로 등속이어서 조향·대각도에 유리합니다. 오늘날 전륜·4WD 반축 외측은 CV, 후륜 프로펠러축은 U조인트+센터베어링(또는 CV) 혼합 구성이 흔합니다.
5) 재료와 제조: 강·알루미늄·카본, 단일·2피스
프로펠러축은 장축일수록 임계 회전수(휘는 1차 공진) 문제가 있어, 차체 패키징에 따라 2피스+센터베어링을 씁니다. 재료는 전통적으로 고장력 강관이 표준이지만, 경량화와 임계속도 향상을 위해 알루미늄·카본 복합재 샤프트도 사용됩니다(카본은 질량/극관성↓, 고속 NVH 유리하나 원가·접합 공정이 관건). 허브·스플라인은 단조/가공, 튜브는 인발/용접, 요크는 단조+용접이 일반적입니다.
6) NVH·윤활·내구: 부트와 그리스, 밸런싱의 세계
반축 CV 조인트는 부트(고무/열가소성 엘라스토머) 안의 그리스로 윤활됩니다. 부트 파열→그리스 유출→먼지 유입은 곧 클릭음·진동·조인트 파손으로 이어지므로 부트 상태가 내구의 핵심입니다. 프로펠러축은 동적 밸런싱이 필수이고, 플랜지·요크 유격·베어링 예압·오일 씰 상태가 NVH를 가릅니다. 4WD·오프로드 차량은 각도·스트로크가 커 추가 냉각/가드·강화 부품이 쓰이기도 합니다.
7) 전동화가 바꾼 풍경: 짧아진 샤프트, 듀얼모터, e-액슬
전기차는 e-액슬 안에 모터·인버터·감속기·디프를 묶어 차축 가까이에 배치합니다. 그 결과 반축이 짧고 굵어지며, 고토크·즉응성 토크로 CV 조인트의 열·윤활·소재 요구치가 더 높아졌습니다. 한편 전·후 또는 좌·우에 두 개의 모터를 두면, 물리적 디퍼렌셜 없이 소프트웨어로 토크를 나눌 수 있어 반축의 역할이 ‘정밀 토크 전달+센싱’ 쪽으로 이동합니다. 차체 평탄화로 프로펠러축이 사라지는 설계도 늘고 있어, 샤프트의 패키징 자유도와 NVH는 좋아지는 대신 부품별 토크밀도·열관리 난이도는 높아집니다.
8) 미래 로드맵: 저손실 조인트·고내열 부트·복합재, 그리고 소프트웨어
향후 10년의 키워드는 (1) 저마찰 CV(접촉면 형상·코팅·그리스 고도화), (2) 고내열·장수명 부트(재료/형상 개선), (3) 복합재 샤프트(질량·임계속도·부식 면에서 유리), (4) 예측 제어(모터 토크 리플·재생제동·토크벡터링을 샤프트 공진·각도와 동기화), (5) 상태 모니터링(가속도/온도 센서로 윤활·마모 징후를 감시)입니다. 듀얼모터/인휠로 갈수록 ‘기계 장치’보다 ‘알고리즘’의 비중이 커지지만, 여전히 샤프트·조인트의 재료/제조·NVH 공학은 주행 품질의 핵심으로 남습니다.
샤프트·조인트 유형과 특성 요약 표
| 부품/유형 | 주요 용도 | 강점 | 한계 | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| 프로펠러 샤프트 (1피스) |
FR/RR 장축 전달 |
단순·저손실 | 임계속도·패키징 제약 | 픽업·SUV 단축에 유리 |
| 프로펠러 샤프트 (2피스) |
장축+센터베어링 | 임계속도↑, 진동 분산 | 부품수/마찰↑ | 대형 세단·SUV 흔함 |
| U조인트(카단) | 프로펠러 양단 | 강건·저가 | 단일 사용 시 등속 아님 | 보통 2개로 위상 보정 |
| CV(레제파) | 반축 외측(조향) | 등속·대각도 | 복잡/원가·부트 중요 | 전륜구동 표준 조합 |
| CV (트라이포드/DOJ) |
반축 내측(플런지) | 큰 스트로크 흡수 | 대각도엔 불리 | 외측 Rzeppa와 페어 |
| 재료: 강·알루·카본 | 프로펠러/반축 | 강: 내구/원가, 알루: 경량, 카본: NVH/임계속도 |
알루/카본은 원가/접합 난이도 |
차급·용도별 선택 |
FAQ
U조인트와 CV 조인트 차이는 무엇인가요?
U조인트는 단순·강건하지만 한 개만 쓰면 입력/출력 각속도가 순간적으로 달라집니다. CV 조인트는 구조적으로 등속이라 조향·대각도·정숙성이 요구되는 반축에 유리합니다.
반축에서 ‘내측/외측’ 조인트가 다른 이유는?
외측은 조향각이 크므로 Rzeppa형 등속이 적합하고, 내측은 서스펜션 스트로크에 따른 길이 변화를 흡수해야 하므로 트라이포드/더블오프셋 등 플런지 기능이 큰 타입을 씁니다.
CV 부트가 찢어지면 바로 교체해야 하나요?
네. 그리스가 새면 마모·부식이 빠르게 진행돼 클릭음·진동·잠김으로 이어집니다. 초기에 부트·그리스만 교환하면 조인트 본체 교체를 피할 수 있습니다.
전기차는 샤프트 관리가 필요 없나요?
프로펠러축이 없는 설계가 늘지만, 대부분의 EV는 반축+CV 조인트를 사용합니다. 고토크/재생제동으로 조인트 온도·윤활 부담이 커져 부트 점검·소음/진동 체크가 여전히 중요합니다.
알루미늄/카본 샤프트로 바꾸면 체감이 큰가요?
차종·길이에 따라 다릅니다. 대형·장축 차량은 질량/극관성 저감으로 응답성·NVH·임계속도에서 이점을 체감할 수 있으나, 비용·내구·수리성도 함께 고려해야 합니다.
사용 시나리오로 고르는 샤프트/조인트 조합
도심 주행 중심의 전륜구동은 표준 Rzeppa(외측)+트라이포드(내측) 조합이 가장 균형 잡혀 있습니다. 장축 FR/SUV는 2피스 프로펠러+센터베어링이 임계속도·NVH에 유리하고, 오프로드/견인은 각도·하중을 고려한 강화형 U조인트·플랜지·부트가 필요합니다. 고성능/고속 크루징은 경량 샤프트·정밀 밸런싱·저마찰 조인트로 손실과 진동을 줄이는 전략이 효과적입니다. EV는 e-액슬 패키징과 듀얼모터 여부에 따라 반축 길이·각도·조인트 종류가 달라지므로, 토크·타이어 지름·서스펜션 스트로크를 함께 본 설계·선택이 핵심입니다. 앞으로 10년은 복합재·고내열 부트·저손실 조인트와 소프트웨어 벡터링이 결합하는 다중 해법의 시대가 될 것입니다. 이 글의 표와 FAQ를 체크리스트로 삼아, 자신의 환경에 맞는 샤프트/조인트 로드맵을 세워보세요.
용어 간단 정리
프로펠러 샤프트: 변속기/분배기→디퍼렌셜의 장축 전달축.
반축(Half-shaft): 디퍼렌셜→바퀴의 좌우 짧은 축.
U조인트(카단): 단순 만능 관절, 단일 사용 시 등속 아님.
CV 조인트: 구조적으로 등속(레제파/트라이포드 등).
슬립요크/스플라인: 길이 변화 흡수.
센터베어링: 2피스 샤프트 중간 지지.
e-액슬: 모터·인버터·감속기·디프 통합 전동 구동축.
임계 회전수: 장축이 공진으로 휘기 시작하는 속도.