휠조립 형태 - 래디얼조합과 크로스조합

휠의 구성품은 허브, 림, 스포크, 니플, 타이어, 튜브, QR Skewer 입니다.
이 가운데 기본이 되는 것이 허브, 림, 스포크, 니플입니다.
위 그림은 기본적인 구성품만 표현한 것입니다.

허브와 림을 스포크와 니플로 연결하여 고정시키는데 이의 형태에는 크게 두 가지가 있습니다.
래디얼조합과 크로스조합이 그것입니다.

위 그림에서 보듯이
왼쪽은 스포크가 서로 교차하는 것 없이 방사형으로 허브로부터 뻗어 나가 림에 연결되고,
오른쪽은 스포크가 서로 교차(Cross)하여 허브로부터 뻗어 나가 림에 연결됩니다.
하나의 스포크가 다른 스포크들과 서로 교차하는 갯수는 2,3,4 등으로 조립할 수 있습니다.
흔히 3개 교차를 많이 사용합니다.

이 두 가지 방식에는 각각의 특징이 있습니다.

1. 래디얼(Radial) 조합
위 그림에서 보듯이 비교적 깔끔합니다.
스포크의 길이도 크로스 조합에 비해 조금 짧습니다. 무시할만한 수준이지만 가볍겠지요.
그리고 크로스조합에 비해 공기저항이 작고 수직강성이 조금 높습니다.

하지만 래디얼 조합은 허브의 토크를 충분히 받아 주지 못할 수 있습니다.
스포크와 허브축 중심사이의 거리를 r 이라고 할 때 허브에 토크 T가 걸릴 때 스포크에는 장력 F가 걸립니다.
이 장력 F = T/r 이 되는데 r=0 이어서 F = 무한대가 됩니다. 스포크에 지나친 힘이 걸리게 되는 것입니다.
하지만 실제로는 스포크와 허브축 중심사이의 거리가 "0" 이 아니어서 이렇게 되지는 않지만
구동력을 만드는 뒷바퀴에서 문제가 될 수 있습니다.
그래서 뒷바퀴는 일반적으로 크로스 형태로 조립합니다.
동력이 바로 전달되는 스프라켓이 있는 쪽만 크로스 형태로 조립하기도 합니다.

그리고 바퀴의 옆쪽의 힘(수평강성)은 약한 편입니다.

2. 크로스(Cross) 조합
래디얼 조합에 비해 공기저항이 조금 높고 스포크 길이가 조금 깁니다.
수직강성은 조금 낮으나 무시할만한 값이고 수평강성도 높습니다.

휠이 수평으로 힘을 받는 경우는 코너링 할 때나 댄싱할 때입니다.
휠이 옆으로 기울어지면 수평방향의 힘이 가해지게 됩니다.

스포크에 걸리는 장력 F = T/r.
r 이 클수록 스포크에 부담이 덜 합니다.

뒷바퀴에 프리휠(스프라켓 고정하는 것)로부터 토크가 크기 때문에 뒷바퀴의 프리휠 쪽은 크로스가 안정적입니다.
프리휠 반대쪽은 래디얼조합으로 하기도 합니다.
앞바퀴는 림브레이크의 경우 양쪽 모두 래디얼조합으로 하기도 합니다.

그러나 스프린터들의 앞휠은 수평방향의 힘이 더 크게 가해지므로 특별하게 제작된 휠이 아니라면
앞바퀴도 크로스 형태로 조립합니다.