4WD 프로펠러 샤프트(Propeller Shaft) 센터베어링 교환(with 십자베어링)

 

지인의 차량 윈스톰을 시험운행해보면 간헐적으로 옆 콘솔박스에서 소음과 진동이 심하게 난다. 무언가 턱턱 튀는소리까지 나며 불규칙적으로 발생하였다. 또 시험운행하면서 발생된 현상은 크게 신경쓰이는 정도는 아니지만 엑셀레이터를 밟고 있다가 떼거나 다시 밟게 되면 턱턱 하는 소음과 진동이 발생하였다. 운행하는 지인의 말로는 연비도 안좋아졌고 가끔씩 언덕을 올라갈때 평소보다 힘이 없이 올라간다는 조언도 하였다.

윈스톰 차량중 해당 차량은 4WD차량인데 따라서 프로펠러 샤프트의 손상등을 의심하게 되어 점검하였다. 보통 트럭이나 SUV차종중 4륜구동 차량, 후륜구동의 차량등은 전륜(2WD) 구동 차량과 달리 프로펠러 샤프트가 존재한다. 전륜구동축(또는 후룬구동축)의 동력을 후륜축(또는 전륜축)으로 전달하기 위해 필요한 것인데 차체를 올려 점검해 보니 프로펠러 샤프트의 중심의 센터베어링이 오랜세월 때문인지 고무부분이 삭아 손상되어 있는 상태로 유격이 심하고 탈거 후 살펴보니 십자베어링 또한 베어링이 터져 일부 손상되어 있었다. 원인을 찾았으니 교환 작업만 남았다.

 

필요한 부품

 

GM# 20781756 프로펠러 샤프트 ASSY 524,410원

 

(사진출처:GM부품 홈페이지)

프로펠러 샤프트에 센터베어링을 포함하여 십자베어링(Universal Joint)이 중간과 끝에 2개 포함되어 있어 어셈블리로 교환하는 것이 간편하고 쉽지만 프로펠러 샤프트의 정품가격이 어마무시한데다 재제조품은 찾을 수 없었고 중고품도 있지만 매물이 귀해 구하기가 힘들었다. 따라서 손상이 심한 센터베어링과 소음과 진동이 있는 중간의 십자베어링을 단품으로 교환하였다. 구할 수 있다면 어셈블리로 교환하는것을  추천하지만 윈스톰 차량의 4WD도 드물고 따라서 신품외에는 구하기 어려울듯 하다.

 

GM# 96624771 센터 베어링 49,000원

십자베어링 1개 39,000원

* 각 부품의 가격은 부품판매처마다 상이할 수 있다.

 

센터베어링과 십자베어링은 정식부품대리점에서 판매되는 부품이지만 GM에서 단품으로 공급되지 않아 제조회사에서 엄선한 베어링 제조업체에서 제조하여 판매하는 판매품이다. 가격은 개인적인 생각으로 비싸다고 생각되지만 재제조품도 중고제품도 없거나 구하기 힘드니 어쩔 수 없이 단품 구매하였다.

 

(센터베어링 패키지)

(센터베어링 브라켓)

(센터베어링의 지름은 약 30㎜정도이다)

(외경은 고무완충부분 까지 107cm 정도의 크기이다)

센터베어링의 내경이 30㎜정도 크기로 생각보다 작고 따라서 프로펠러샤프트 또한 트럭등에서 보던 것보다 얇은 편이다. 베어링을 마치 엔진마운트나 트랜스미션 마운트처럼 고무재질로 프로펠러샤프트가 회전시 전후좌우 진동을 흡수하여 소음과 진동을 줄여주는 역할을 한다.

 

 

(작은 힘으로도 베어링이 부드럽게 회전한다)

 

십자베어링은 윈스톰 차량의 프로펠러샤프트의 중앙부위와 끝부분에 2개의 동일한 제품이 사용되는데 프로펠러샤프트의 회전축이 뒷축에 전달될때 일정각도로 기울어짐을 보상하여 뒷축으로 동력을 전달하는 역할을 한다. 만약에 십자베어링이 손상된다면 소음과 진동이 발생하게 된다.

 

(십자패어링 패키지)

대체품 십자베어링은 이탈리아의 베어링 제조사로 유명한 Sicit의 제품인데 윈스톰 차량의 십자베어링은 지름 24㎜, 길이 74㎜ 크기이다.

 

(십자베어링 외관)

보통의 십자베어링은 구리스를 주입할 수 있는 니플이 있는데 본 제품은 니플은 없어 별도로 구리스를 주입할 수 있게 되어있지는 않고 소모품처럼 일정 주행 후 교환하는 형태로 관리해야 할듯 하다.

 

(베어링 내부)

(십자베어링 내부)

십자베어링은 말그대로 십자모양의 베어링으로 네군데 베어링이 각각 달려있는 형태로 각각의 베어링의 내부에는 일반적인 베어링에서 볼수 있는 쇠구슬형태가 아닌 원통형 심형태로 달려있다. 참고로 제품은 베어링만 들어있고 베어링을 고정하는 키(스냅링, 반달핀)는 들어 있지 않다. 원제조품도 스냅링을 사용하지 않고 상단에 핀처럼 다른 방법으로 십자베어링을 고정하고 있다.

따라서 별도로 베어링을 고정하기 위해 홀용 스냅링을 별도로 구매하였다. 크기는 R-24(홀의 지름이 24㎜에 맞는)이며 여유분으로 6개정도 구매하였고 가격은 개당 4-5백원정도이다.

 

(별도로 구매한 홀용 스냅링)

 

필요한 공구

- 차체를 올려 프로펠러 샤프트를 탈거해야 하기 때문에 잭과 안전스탠드등의 리프트 도구가 필요하다.(본 작업은 안전을 위해 유압잭(3Ton) 1대와 사다리잭 2개, 안전스탠드(3Ton) 2개를 사용하였다), 특히 프로펠러 샤프트를 탈거하기 위해서는 앞, 뒤 모두 바퀴를 지면에서 떠야 손으로 회전시키면서 고정 볼트등을 탈거할 수 있기 때문이다.

- 트랜스미션과 연결된 프로펠러 샤프트를 탈거하기 위한 8㎜ 소켓과 렌치(1/4" 롱소켓과 3/8"컨버터 및 렌치 사용)가 필요하다.

- 센터베어링 고정 볼트를 탈거하기 위한 12㎜ 소켓 과 렌치

- 요크 고정볼트 및 와셔 탈거를 위한 19㎜ 소켓 및 렌치 (충전임팩 사용)

- 리어쪽 디퍼렌셜 박스와 프로펠러샤프트를 고정하는 볼트를 탈거하기 위한 15㎜ 소켓 및 렌치(충전 임팩렌치 사용시), 소켓 조인트

- 십자베어링 탈장착시 프레스나 볼조인트 탈착공구가 있으면 편리하지만 본작업의 경우 탈거시 그라인더로 잘라내고 신품을 장착하였다.

- 십자베어링을 장착하기 위한 헤머망치 및 일자 드라이버(장착시 프레스가 있으면 작업이 좀더 쉬어지겠지만 헤머망치로도 가능하다)

- 십자베어링을 고정하기 위한 스냅링(홀용, R-24) 4개, 스냅링 삽입 홈을 만들 로터리툴(절삭용 날) 그리고 스냅링 플라이어

 

(볼조인트 탈착공구)

- 프로펠러 샤프트를 받치고 탈장착할 적당한 크기의 나무목침(탁상바이스가 있으면 편리하다)

- 십자베어링 장착시 내부를 다듬을 쇠줄(야스리) 또는 로터리툴이나 샌드페이퍼(작업에서는 쇠줄과 로터리툴을 사용하였다), 구리스 및 세척제 및 보루등

 

(쇠줄)

 

교환 작업

- 프로펠러샤프트 탈거

교환 작업전에 차량을 리프팅해야 하는데 프로펠러샤프트가 회전하려면 앞, 뒷바퀴 모두 지면에서 떨어져야 한다. 그래야 탈거시 프로펠러샤프트를 손으로 회전시키면서 고정볼트등을 탈거할수 있기 때문이다. 따라서 작업은 디퍼렌셜 박스(차동기어:데후)를 유압잭으로 올리고 리어 양쪽에 안전스탠드를 고정하여 리어 휠타이어를 지면으로 올려 작업하였고  앞바퀴는 사다리잭 2개로 양쪽에 설치하여 작업하였다. 임팩렌치등이 아닌 작업에서는 고정볼트를 풀거나 조이면 프로펠러 샤프트가 회전하기 때문에 수공구사용시 또는 위치를 변경하여 볼트를 탈장착할경우 프론트 휠타이어를 또 지면에 닿게하여야 하기 때문에 리프트가 없으면 꽤 귀찮은 작업이기도 하다. 또한 기어는 중립(N)으로 파킹브레이크는 해제하여야 한다.

 

프로펠러샤프트와 관련된 용어가 생소할 수 있으므로 아래 그림을 참조하면 좋을듯 하다.

 

(출처 : 인터넷 검색)

작업은 뒷쪽의 차동기어쪽과 연결된 프로펠러 샤프트 고정볼트는 4개로 15㎜ 소켓으로 탈거한다.(본인은 전동 임팩렌치를 사용하였다) 작업전 녹이 많고 고착되어 WD-40을 미리 뿌려두었다가 볼트를 풀어둔다. 꽤나 고착이 심해 300Nm의 충전임팩도 제대로 풀리지 않아 조금 시간이 걸렸다. 또 고정 볼트를 모두 탈거해도 차동기어와 유니버셜 조인트의 면이 고착되어 망치로 툭툭치면서 WD-40등을 도포하면서 탈거하였다.

 

(차등기어와 유니버셜 조인트 연결부)

(고정볼트 탈거)

(탈거 후 연결부)

 

다음 센터베어링의 12㎜ 고정 볼트 2개를 임팩렌치등을 사용하여 풀고 손으로 다시 조금 잠가 놓는다. 이후 트랜스미션 쪽의 프로펠러샤프트(플렌져)가 고정된 8㎜ 볼트 6개를 풀어 탈거한다.

 

(센터베어링)

 

센터베어링은 아래 영상과 같이 완충 역할을 하는 고무가 완전히 분리되어 주행시 센터 베어링이 회전하면서 충격흡수를 제대로 하지 못해서 진동과 소음이 났던것으로 생각된다.

 

 

(손상된 센터베어링)

(파손된 센터쪽 십자베어링)

 

트랜스미션과 연결된 플랜져는 8㎜볼트 6개로 고정되어 있는데 2개씩 짝을 이루며 클립으로 고정되어 있다. 특히 탈창착시 1/2", 3/8"소켓이나 오픈엔드렌치는 볼트헤드 에 고정될수 없이 간섭이 있으므로 1/4 롱소켓과 1/4->3/8아답터와 연장대를 사용하여 탈거하였다.

 

(탈거한 프로펠러 샤프트 관련 볼트들)

 

바로 전에 손으로 다시 체결해두었던 센터베어링 브라켓 고정볼트를 다시 풀어 프로펠러 샤프트 어셈블리를 탈거하는데 대부분 고착되어 바로 밑으로 떨어지지 않을 것이다. 프로펠러 샤프트를 잡고 밑으로 힘을주어 내려 완전히 탈거 한다.

 

(트랜스미션 부분의 플랜져)

(탈거 후 모습)

 

프로펠러샤프트를 탈거하면 센터베어링과 십자베어링 교환 작업은 어셈블리를 탈거 후 편하게 작업할 수 있는 장소에서 작업한다.

 

(윈스톰 프로펠러 샤프트)

(탈거한 프로펠러 샤프트)

(플랜져와 센터베어링)

(차등기어쪽 유니버셜 조인트)

(센터베어링과 유니버셜 조인트)

(플랜져)

(쇠솔등으로 클리닝)

 

아래 그림은 윈스톰 부품 메뉴얼에 나오는 그림이지만 실제 4번인 센터베어링의 위치가 실제와 다르게 그려진 오류이다.(실제의 조립순서는 4번의 센터베어링이 뒷축에 먼저 조립되어야 한다.)

 

 

 

-십자베어링 탈거

일반적인 십자베어링의 탈거는 안쪽이나 바깥쪽에 십자베어링을 고정하고 있는 고정핀(스냅링)을 제거하고 해머망치로 요크 윗부분을 가격하여 탈거하거나 프레스등을 사용하는 방식을 사용하는데 윈스톰 차량의 프로펠러샤프트에 사용된 십자베어링은 안쪽이나 바깥쪽에 고정핀 없이 베어링 윗쪽에 철핀처럼 구부려 놓아 고정해놓고 있다. 따라서 철핀을 제거해서 베어링을 탈거해야 하는데 어차피 구품 십자베어링은 폐기할 거라 그라인더로 절단하여 탈거하였다.

 

(손상된 유니버셜 조인트의 십자베어링)

(구품 십자베어링이 탈거된 요크)

(차등기어쪽 십자베어링 상태)

차등기어쪽에 십자베어링이 한개 더 결합되어 있는데 센터베어링쪽의 십자베어링과 달리 파손등이 없이 양호하여 차등기어쪽 십자베어링은 교환하지 않았다.

 

- 센터베어링 탈거

센터베어링을 탈거하려면 십자베어링 부터 탈거해야 하는데 십자베어링 탈거 후 아래 그림과 같이 원 안의 19㎜ 볼트와 와셔를 탈거해야 요크 크기보다 지름이 작은 센터베어링을 빼낼 수 있기 때문이다.

 

 

(요크를 분리하고 센터베어링의 베어링만 남은 상태)

(센터베어링 탈거)

결합된 센터베어링은 기어풀리등을 사용하지 않아도 (-)드라이버로 베어링 옆면을 망치로 쳐주면 조금씩 빠지게 되어 있다. 

 

(파손된 센터베어링)

(구품 센터베어링)

 

-센터베어링 신품 장착

신품 센터베어링의 장착은 생각보다 쉬운데 우선 장착할 위치에 구리스를 약간 도포하여 장착시 도움을 줄 수 있게 한다. 이후 센터에 맞춰 삽입하고 베어링의 쇠로 된 부분을 소켓등을 대고 망치로 툭툭 쳐준다. 원을 그려가며 전체적으로 톡톡 치면서 삽입하면 되는데 너무 세게 타격하여 고무부분이나 베어링이 손상되지 않도록 한다. 한번에 많이 장착하려고 하지말고 조금씩 여러번 골고루 회전시키면서 장착하는것이 요령이다.

 

(신품 센터베어링 장착)

-십자베어링 신품 장착

역순으로 전후 프로펠러샤프트를 19㎜ 고정볼트와 와셔를 단단히 체결하고 십자베어링 신품을 장착한다. 장착전

십자베어링의 베어링 부분이 잘 장착할 수 있도록 내부를 깨끗하게 정리하고 신품을 장착하는데 특히 작업차량은 십자베어링 상단에 고정핀이 없이 핀처럼 구부려서 고정되는 형태이므로 장착전 이부분을 쇠줄등으로 갈아 평탄하게 하여야 한다.  또 스냅링을 장착할 홈을 내주어야 하는데 본작업에서 로터리툴을 사용하여 스냅립이 삽입될 홈을 만들어 주었다. 

 

(쇠줄로 끝부분과 튀어나온 부분등을 다듬어 준다)

요크등도 깨끗하게 청소해주는것이 좋은데 세척작업시 주의할것은(프로펠러샤프트 작업외에도) 구리스가 들어가는 베어링이나 모터류등에는 WD-40등의 제품을 사용하지 않는다. WD-40등의 다목적 세척제류는 구리스가 도포된 베어링등을 세척하면 구리스등이 닦여져 오히려 윤활작용을 하지 못하기 때문이다.

 

(사용된 로터리툴과 절삭톱)

(로터리툴로 내부 스냅링 홈 만들기)

신품의 장착은 베어링을 빼낸상태에서 십자베어링 몸체를 올려주어 베어링을 십자베어링 모체와 결합한 후 베어링 지름에 맞는 임팩소켓을 대고 해머망치로 톡톡치면서 삽입한다. 4군데 모두 장착하였다면 베어링을 전후좌우로 움직여 보고 소음이 있거나 뻑뻑하다면 요오크를 쳐서 베어링위치를 조정하면 된다.

 

(십자베어링 장착)

(스냅링 장착)

(십자베어링의 삽입시 간격에 유의한다)

 

- 프로펠러샤프트 장착

십자베어링의 장착과 프로펠러 샤프트의 장착은 사진으로 많이 남기지 못했는데 트랜스미션과 플랜져부분부터 시작해서 역순으로 장착하면 된다. 탈거는 고착이 많아 쉽지 않고 시간도 많이 걸리지만 장착은 탈거시에 비하면 아주 쉽다.

 

(프로펠러샤프트 장착완료)

 

(구품 센터베어링과 십자베어링)

 

작업 후 운행 소감

작업 완료 후 10Km정도를 시험운행 하였는데 결과는 아쉽게 크게 만족하지는 못했다. 간헐적으로 생기는 소음과 진동은 작아졌지만 여전히 소리와 진동이 발생하였다.

이번 작업에 교환하지 않은 차동기어쪽 유니버셜 조인트는 외관상, 또 조금씩 움직여 보면 큰 유격이나 소음은 없었지만 큰 힘을 받는 부분이라 운행시 이쪽에서 발생할 수도 있을 수 있을거란 생각이다. 또 프로펠러 샤프트 자체의 휨이나 센터베어링과 십자베어링외의 다른부분의 손상이 있을 수도 있을듯 하다.

 

생각보다 많이 좋아지지 않았으나 원인은 잘 파악한듯 하고 추후 재제조품이나 상태좋은 중고품이 있다면 프로펠러 샤프트 어셈블리를 교환해보아야 할듯 하다. 어셈블리 교환은 베어링의 교환이 없어 비교적 쉽고 베어링외의 다른 문제에도 신뢰할 수 있을듯 하다.

 

센터베어링과 십자베어링은 마치 휠베어링과 같이 수명이 있고 트럭이나 SUV 또는 세단에서도 4WD차량을 운행하는 사용자라면 엔진쪽이 아닌 뒷좌석이나 센터콘솔의 위치에서 소음과 진동이 발생한다면 프로펠러 샤프트의 문제일 수 있으니 점검시 함께 점검하는것도 좋을듯 하다.

 

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이후의 개선 그리고 문제 해결

센터베어링과 십자베어링을 교환했음에도 썩만족하지 못하다가 몇일 후 원인을 찾았다. 정비 후 센터베어링과 십자베어링이 잘못 조립되었는지 재확인하면서 센터베어링의 볼트 결합을 최대한 조여주었는데도 프로펠러샤프트를 위아래로 유격을 주니 센터베어링 브라켓부분과 하부 차체와 접촉하면서 소음이 났다. 좀 황당하기도 한데 구품도 마찬가지이고 신품도 마찬가지로 센터베어링 브라켓 밑면에 완충작용을 하는 고무받침이 없어서 소음이 나는듯 하였고 고정볼트를 풀고 장판을 잘라 접어서 가운데 +로 칼집을 내어 볼트를 재체결하였다.

 

이후 시험운행을 하였는데 전혀 소리가 나지 않았다. 혹시라도 센터베어링이나 십자베어링 또는 프로펠러샤프트를 교환하게 되면 이부분을 확인해서 고무판등을 덧대면 효과가 있으리라 생각한다.

앞쪽에서 만약 소음이 발생한다고 해서 원인이 앞쪽이 아니라 다른쪽에 있을 수 있다는 것이란걸 알게된 좋은 경험이였다. 마치 층간소음에서 바로 윗층에서 나는 소리같지만 옆집일 수도 있듯이..