자전거 카트리지 베어링의 구조와 분리장착법

자전거 카트리지 베어링(Cartridge bearing)의 구조와 분리장착법.

자전거에 베어링이 들어가는 부위는 크게 허브(Hub),비비(Bottom bracket),헤드세트(Head set)이다. 산악자전거의 경우 여기에 추가로 서스펜션에 일부 들어가는 모델이 있고 풀서스펜션 산악자전거의 경우 프레임의 연결부위(Link)에 삽입되기도 한다.

자전거에 회전이나 움직임이 발생하는 모든 부위에 적용되어 있다고 보면 된다. 본격 로드바이크나 산악자전거의 경우 대부분 이런 형태의 베어링을 사용하고 있다. 통상 통베어링이라고 하는 부품이다.

용어상 한가지 짚고넘어 가야하는 점은 자전거의 경우 원형의 볼(Ball) 형태의 베어링이 외부로 노출된 것과 구분하기 위해 카트리지 베어링이라는 말을 사용하고 있다는 것이다. 산업용품 쪽에서는 카트리지 내부에 어떤 형태의 베어링이 들어가 있느냐에 따라 명칭이 약간 다르다. 혼동이 없기를 바란다. 이는 글 중간에 분리된 베어링의 내부를 확인하면 자연스럽게 파악이 될 것이다.

교보재로 삼은 베어링은 사각비비에 장착되어 있는 카트리지 베어링이다. 베어링의 크기나 내외부 구조의 미세한 차이를 빼고는 자전거에 사용되는 카트리지 베어링은 분해하여 알아볼 부품과 대동소이하다. 분해해서 베어링의 구조를 알아보고 동시에 이런 형태의 베어링을 분리장착하는 방법에 대해서 알아보도록 하겠다.

미리 밝혀두는데, 이 작업은 베어링의 구조나 분리 장착법에 관해 이해를 돕고자 실시한 것이지 정기적으로 실시해야 하는 것은 아니다.

분리된 사각비비(Square taper bb)이다. 오픈형이 아니므로 내부엔 카트리지 베어링이 들어있다. 

좌측 비비캡을 제거한다. 쉽게 빠진다.

비비공구가 삽입되는 우측 캡은 잘 빠지지 않는다. 나사산이 손상되지 않도록 바이스나 각목 혹은 기타 단단한 물질에 걸쳐놓은 다음.

비비축(Spindle)의 중심을 고무망치나 우레탄망치로 내리친다. 쇠망치는 부품에 흠집이나 파손이 발생할 수 있으므로 자전거정비에 있어서는 되도록 사용하지 않는다. 쇠망치밖에 없으면 축에 각목이나 플라스틱을 대고 가격해도 된다.

캡이 분리된 모습이다. 축을 중심으로 좌우에 베어링이 자리잡고 있다. 가운데 원형의 리테이너(Retainer)가 있고 공간이 협소하다. 이 형태를 기억해두기 바란다. 허브나 프리허브바디(Free hub body)내부도 이와 유사한 형태가 많다. 이 부품의 경우 베어링 분리를 위해서 시중에 나와 있는 어떤 형태의 베어링 분리 공구도 사용하지 못하는 형태를 띠고 있다.

베어링 분리를 위해서는 원통형 리테이너를 최대한 밀어 공간을 확보한 다음 위에서와 마찬가지로 중심축 스핀들을 우레탄 망치로 때려준다. 요령은 베어링의 한지점만 집중해서 타격하지 말고 조금씩 빙 돌아가며 때려주는 것이 요령이다. 잘 안빠지면 축과 베어링의 중심(이너레이스:Inner race)이 만나는 지점에 침투력이 좋은 윤활제를 뿌려주고 작업하면 도움이 된다.

분리된 모습이다. 이전에 올린 오픈형 사각비비 정비관련 사진과 비교해보면 차이를 쉽게 알 수 있다. 좌측과 우측의 스핀들 길이가 다르므로 좌우 방향을 기억해 두어야 한다.

나머지 베어링도 같은 방법으로 제거한다. 공간이 많으므로 작업이 수월하다.

잘 안빠지면 역시 윤활유를 분사해준다.

일차로 분리된 모습이다. 자, 가령 분리된 카트리지 베어링이 나사산이 나 있는 컵 없이 나사산 없는 프레임 비비쉘에 바로 삽입된다면? 바로 [BB30]이다. 외부로부터의 오염을 방지하고 소음도 줄일 목적으로 베어링 주변을 강화 플라스틱이나 기타 소재로 감싸면? [PF30]이 된다. 여기에 비비 좌우폭이 좀 넓어지면 시마노의 [프레스 핏]을 비롯한 다양한 사이즈의 비비규격이 만들어진다.

최신의 제품이 대단한 기술인냥 언어로 위장하고 있지만, 그 근본은 크게 다르지 않다.

카트리지 베어링의 상태를 점검하는 방법은 먼저 바깥쪽 아우터 레이스(Outer race)를 잡고 가운데 이너 레이스에 손가락을 집어넣은 다음 회전을 시켜보고 흔들어본다. 회전할 때 거친 이물감이 손으로 전달되거나 유격이 있다면 수명을 다한 베어링으로 보면 된다.

이런 류의 테스트는 굳이 분리를 하지 않고도 가능하다. 비비나 허브도 마찬가지.

내부 윤활을 위해서는 쉴드(Shield)를 날카로운 도구로 들어올려야 한다. 외형에 변형이 없게끔 주의해서 작업한다. 자전거에 사용되는 베어링의 경우 대부분 이런 형태를 띠고 있다.

쉴드를 제거하면 그리스(Grease)가 가득찬 내부가 드러난다.

반대쪽 쉴드까지 제거한 모습이다. 카트리지 베어링의 구조는 안쪽 레이스와 바깥쪽 레이스의 중심에 원형의 베어링이 자리잡게 홈이 파여져 있다. 해서 레이스라는 명칭을 사용한다.

그 하나 하나의 볼들이 제자리를 잡고 있을 수 있도록 케이지(Cage)가 볼을 감싸고 있는 모습이다. 케이지나 레이스의 형태에 따라 분류가 더 되고 원형의 볼 대신 가느다란 원통형의 형태를 띠면 별도로 니들 베어링(Neddle)이라고 한다. 

형태나 작동원리는 대동소이하고 사진과 같은 형태가 자전거에 있어서는 대부분을 차지한다. 볼의 사이즈나 레이스의 형태가 조금씩 다를뿐이다.

오래 방치한 부품이라 볼 부분이 빨갛게 녹슬어 있는 것이 확인된다. 개인적으로 유격이 없는한 교체하지 않고 윤활을 하여 사용해도 된다고 생각한다. 오랜 사용으로 마모로 인한 유격의 경우 개인이 볼만 교체하기가 쉽지 않다. 

베어링의 가격이 저렴하기도 하고 기본적으로 수명이 긴 부품이라 사용하다가 이상이 생기면 교체를 하는 것을 권한다.

다음으로 넘어가기에 앞서 위 사진의 베어링 구조를 유심히 살펴보기 바란다. 비비뿐만이 아니라 허브도 마찬가지지만 카트리지 베어링을 분리해낼 때 공구사용에 주의하여야 하는 이유는 볼이 자리잡고 있는 레이스의 구조에 있다. 고정되는 쪽이 어느쪽이냐에 따라 힘을 주거나 가격하여 분리장착할 때 물리적인 충격이 볼과 레이스에 작용하게 되는 것이다.

그 충격이 잘못되거나 지나치게 과하게 되면 볼이 자리잡고 있는 위치에 변형을 초래해 정비를 아니함만 못한 결과를 낳을 수도 있다. 해서 카트리지 베어링의 정비는 교체가 아니면 반복적으로 자주 하지 않는 것이 좋다고 하였던 것이다. 일단 여기까지만 기억하고 다음으로 넘어가자. 장착과정에서 부가설명이 이어질 것이다.

정비는 방청윤활유나 디그리서(Degreaser)로 깨끗이 닦아준 다음 그리스를 도포하면 된다. 튜닝의 개념이 없기 때문에 간단하다.

이 정도 관리는 굳이 베어링을 분리하지 않고도 가능하다. 부품에 장착되어 있는 상태에서도 쉴드를 제거할 수 있다. 내부로 오염물질이 들어가기 어려운 구조기 때문에 정비주기도 대단히 길다.

그 다음 쉴드를 원위치 시킨 후 설치작업에 들어가게 된다.

내부구조를 살펴보면서 미리 언급했지만, 분리와 장착에서 가장 중요한 부분은 힘을 어느 레이스 표면에 집중시켜야 하는지가 관건이다. 지금 이 부속의 경우 분리시에는 달리 방도가 없어서 아우터 레이스에 힘을 작용시킬 수밖에 없었다. 분리시 축, 스핀들에 가격을 했지만 궁극적으로 베어링이 빠지게끔 힘이 작용한 부분은 아우터 레이스쪽이다. 이해가 안되면 분리 사진을 다시 보기 바란다.

그러나 장착시에는 이너 레이스 쪽을 가격하여 비비 중심축, 스핀들에 정확하게 밀착시켜야 하는 상황이다. 그래야 카트리지 내부 볼의 위치가 흐트러지지 않게 된다. 이해가 안되면 사진을 유심히 보기 바란다. 어려운 내용이 아니다.

카트리지 베어링 관련 공구는 이런 작업을 좀 더 수월하게 해준다. 필자는 한 번의 작업을 위해 구매를 하기 뭐해서 이너레이스 부분에만 전체적으로 힘을 작용시킬 만한 물체를 찾았다. 이너레이스의 지름과 길이가 엇비슷한 못쓰는 핸들바를 잘라 이용했다.

판매되는 공구도 내외부 레이스의 사이즈별로 공급되고 있다.

크기에 맞는 소켓렌치를 써도 된다.

이 부품의 경우 축에 나사산이 있으므로 긴 볼트가 있다면 가격을 하지 않고 볼트를 조여주는 방식으로도 장착이 가능하다. 구조를 이해하면 다양한 방법이 가능하다. 

만약 이런 가정을 해보자. 베어링이 아래 사진처럼 원통형의 자전거 구조물에 삽입이 되어야 한다면? 가령 비비30이나 일부 허브나 풀서스펜션 자전거의 링크 부분처럼 말이다.

그렇다면 축에 장착되는 경우와 달리 베어링의 바깥쪽 레이스 부분에만 힘이 작용하는 식으로 작업이 이뤄져야 한다. 

이런 경우 부품의 구조에 따라 분리 할 때는 베어링의 튜닝 상태에 영향이 있게 힘을 가할 수밖에 없는 경우가 있다. 이번 비비 분리작업처럼 말이다.

그렇다고 힘의 작용방향이 반대가 되는 한두번의 분리작업으로 베어링의 상태가 반드시 망가지느냐?

그것은 아니라고 생각한다. 원칙을 아는 것이 중요하지만 너무 얽매여서도 곤란하다고 생각한다. 시험 삼아 서너차례 같은 작업을 반복하고 베어링 상태를 점검해 보았는데 이상이 없었다.

작업을 해본 사람은 알겠지만 장착을 위해 우레탄 망치로 가격을 할 때는 너무 무리하게 내리치지 않는 것이 좋다. 힘을 가하다보면 타격감이 다른 지점이 있다. 부딪치는 소리가 경쾌하다고 해야할까. 그 지점에서 가격을 멈추면 된다.

완벽하게 잘 장착된 모습이다. 베어링의 이너 레이스와 비비접촉면 사이에 틈이 없어야 한다. 필요에 따라 그리스를 발라주고 작업하면 더 원활하게 작업할 수 있다. 덧붙여 오일은 그리스면 어떻고 체인오일이라고 안될게 뭐 있겠나? 작업의 성격과 상황에 따라 유연하게 사고해야 할 필요가 있다.

반대쪽도 같은 방법으로 장착.

캡을 장착할 때는 비슷한 크기의 소켓렌치를 사용했다.

이런 작업을 할 때 요령은 최대한 손으로 밀어넣어 비스듬하지 않게 부품을 자리잡게 한 다음 삽입이 되어야할 부품 전체에 골고루 힘이 작용하게끔 해주어야 한다는 것이다.

비스듬한 상태에서 억지로 타격을 가하면 부품에 변형이 생길 수 있다.

경험이 있는 사람이라면 크게 난이도가 있는 작업은 아니다. 다만, 작업전에 부품의 내외부 구조에 대한 완벽한 이해와 그에 맞는 공구 선택, 작업과정에 관한 사전계획을 충분히 세운 상태여야 좋은 결과를 얻을 수 있다.

살펴본 바와 같이 카트리지 베어링이 적용된 자전거 부품의 경우 유지관리는 크게 어렵지 않다. 특별한 이상이 없는한 정비주기랄 것도 없다고 생각한다. 오래 방치된 자전거이거나 수분이나 소금기에 장시간 노출되지 않았다면 좋은 성능을 꾸준히 발휘하는 부품이다.

자전거에 쓰이는 카트리지 베어링에 관한 이해에 도움이 되었으면 한다./자전거공작소