기어비 계산과 스탠다드,미드컴팩트,컴팩트 체인링

기어비 계산과 스탠다드(Standard),미드컴팩트(Mid-compact),컴팩트(Compact) 체인링(Chain ring)에 관하여.

기어비.

기어비 계산은 비교적 로드바이크 사용자들 사이에 많이 회자되던 개념이다. 자전거의 장르가 어떤 것이냐에 따라 사용자간 대화의 주제가 조금씩 달라진다. 산악자전거를 타는 사람들끼리는 서스펜션 포크의 트래블 길이나 제품에 따라 충격에 반응하는 느낌에 관하여 정보를 나누기 쉽고 로드바이크 유저들 사이에서는 아무래도 스피드를 내는데에 어떤 부품의 업그레이드가 도움이 되는지가 술자리의 안주거리가 되기 십상이다.

최근에는 산악자전거의 경우 구동계열의 앞쪽 체인링의 숫자는 줄어들고 뒤쪽 스프라켓 코그(Sprocket cog) 갯수는 늘어나는 추세다. 마치 로드바이크처럼. 따라서 기어비와 기어비 계산이라는 개념이 산악자전거 사용자들 사이에서도 심심찮게 거론되고 있다.

기어비 계산은 크게 어렵지 않다.

기어비 = 체인링의 이빨수(Teeth) ÷ 스프라켓 코그의 이빨수

예를 들어 자신의 장비가 가장 큰 체인링의 이빨수가 53이고 가장 작은 코그의 이빨수가 11이라고 가정하자. 기어비를 계산해보면.

53 ÷ 11 = 4.81 이다. 이 수치의 의미는 변속을 해 체인을 큰 체인링과 뒤 작은 코그에 위치시킨 다음 페달을 밟아 한번 회전시킬 때 자전거 바퀴가 4.81번 회전한다는 뜻이다. 바퀴가 일 회 회전할 때 자전거가 나아가는 거리를 곱하면 크랭크(Crank)가 한 번 회전할 때 자전거가 얼마나 나아가는지도 계산할 수 있고 거기에 분당 회전수(RPM)를 곱하면 한시간에 달릴 수 있는 거리와 시속도 환산해낼 수 있다. 앞은 같은 조건에 뒤만 이빨수가 가장 많은 코그로 변속했을 때를 계산해보면.

53 ÷ 25 = 2.12 이다. 자전거의 부품에 따라 25일 수 있고 산악자전거는 이빨수가 더 많을 수도 있다. 크게 어려운 개념이 아니다. 크랭크를 한 번 돌릴 때 바퀴의 회전이 2.12바퀴로 작은 코그일 때보다 상대적으로 회전수가 떨어진다는 의미다. 같은 일 회전이라고 가정하면 당연히 속도는 느려지고 대신 힘이 덜들게 된다.

기어비 계산은 어떨 때 유용한가?

자전거 타는 사람의 운동능력이나 라이딩 성향은 제각각일 수밖에 없다. 같은 오르막이라도 페달을 강하게 밟아 힘(Torque) 위주로 라이딩을 하는 사람이 있는가 하면 상대적으로 가벼운 기어비에서 페달링의 회전수(Cadence)를 높여 등판을 하는 라이더도 있다.

라이딩 스타일이 힘 위주이거나 주로 타는 라이딩 코스가 평지 위주라면 가벼운 기어비가 나오는 부품구성은 크게 의미가 없고 반대로 산악지형에서 오르막이 많은 코스를 주로 타거나 회전수 중심의 라이딩을 하는 사람에게는 무거운 기어비가 몸에 부담이 될 수 있다.

자신의 라이딩 환경이나 스타일에 가장 적당한 기어비, 부품구성을 선택하고자 할 때 기어비 계산이 필요하다.

가령 기존 크랭크와 스프라켓 코그의 이빨수가 아래와 같은 조합의 라이더가 있다고 가정해보자.

앞 체인링(53-39T) 스프라켓 코그는 (11-25T)

그런데 이 부품구성으로 평소 라이딩을 해보니 오르막에서 힘들어 체인링을 (50-34T)로 교체하기로 했을 때 미리 코그의 여유가 얼마나 될지 확인하고자 한다면?

먼저 기존 부품의 기어비를 계산한다. 오르막 대응을 위한 상황이므로 큰 코그쪽만 계산하면 된다.

53 ÷ 25 = 2.12               39 ÷ 25 = 1.56

그 다음 교체될 체인링의 이빨수로 기어비를 계산한다.

50 ÷ 28 = 2                   34 ÷ 25 = 1.36

교체될 체인링 이빨수에서 코그의 이빨수가 몇개일 때 기존의 체인링과 기어비가 같은지 산출한다.

50 ÷ X = 2.12                 34 ÷ Y = 1.56

X와 Y값을 계산하면 X = 23.5 Y = 21.7이 된다. 체인링 교체로 앞 체인링 50T에서는 23T정도 코그에서 기존에 사용하던 것과 같은 기어비가 나오고 34T에서는 22T로 더 아래쪽 코그에서도 비슷한 기어비가 나온다는 것을 확인할 수 있다. 코그를 살펴봐 이빨수를 확인해보면 몇단 더 여유가 있을지 예측이 가능하다. 

평소 다니던 오르막에서 뒷기어가 한장 더 있었으면 좋겠다 싶던 라이더라면 체인링 이빨수가 낮은 조합의 부품 선택으로 원하던 바를 이룰 수 있다. 조금만 응용하면 역으로 체인링은 그대로 유지하고 스프라켓 카세트의 특정 일빨수 조합으로 변경했을 때 기어비 변화도 계산할 수 있다. 

산악자전거의 예를 들어보자. 최근에 산악자전거에서는 앞변속기를 제거하고 체인링을 한장만 달고 뒤쪽 스프라켓 코그는 11단으로 변환하는 경우가 있다. 아무리 산악용 11단 스프라켓 코그라 하더라도 체인링을 한장으로 할 경우 오르막 등판에 무리가 없을지 궁금하지 않을 수 없다.

문제를 아래와 같이 내보자.

기존에 사용하던 구동계열의 이빨수가 가장 작은 체인링이 24T이고 가장 큰 스프라켓 코그는 36T인데, 교체할 11단 스프라켓 코그의 가장 큰 스프라켓 코그가 42T라면 기존 체인링과 같은 등판능력을 발휘할 수 있는 싱글(Single) 체인링의 이빨수는 몇개여야 할까?

먼저 기존 기어비를 계산한다.

24 ÷ 36 = 0.66  

교체될 42T코그는 이빨수가 몇개인 체인링으로 교체되어야 기존에 쓰던 기어비와 같은 등판능력을 발휘할 지는 아래와 같이 계산하면 된다.

X ÷ 42 = 0.66 

X = 27.72 가 된다. 즉 앞 체인링의 이빨수가 약 28은 되어야 기존에 타던 자전거와 같은 기어비, 같은 등판능력이 나온다는 결론이다. 입맛에 딱 맞는 이빨수의 체인링이 공급이 안된다면 최대한 근접한 수치의 체인링을 장착할 수밖에 없다. 라이더는 기어비 계산값을 토대로 부품구매시 참고하면 된다.

곰곰이 생각해보면 크게 어려운 내용이 아니다. 

체인링과 몇가지 이슈들.

사실 이번 포스팅은 [자주하는 질문]이라는 카테고리 내에서 아주 짤막하게 그치려고 하였다. 로드바이크 쪽 질문 중 잊을만 하면 듣게 되는 것이 [스탠다드, 미드 컴팩트, 컴팩트 체인링은 무엇인가?]이다. 이 질문에 답하려다보니 그와 관련한 내용들이 기어비, 변속기 용량, BCD 같은 것들이어서 글에 살이 붙게되었다.

먼저 언급한 세가지 용어는 체인링 이빨수에 따라 부품을 구분하여 그렇게 부른다. 로드바이크 쪽에서만 사용하는 용어로 산악자전거 쪽에서는 대부분 이빨수(T)로 표현하고 별도의 용어를 사용하지 않는다. 자전거용어도 산악과 로드쪽의 차이가 조금 있다. 

스탠다드: 53-39T  미드 컴팩트: 52-36T  컴팩트: 50-34T

어떤 제조사에서 52-39T를 출시하면 그 땐 뭐라고 해야 하나? 미드 스탠다드라고 불러야 할지도. 웃자고 하는 소리다. 참고로 체인링이 한 장짜리는 싱글(Single) 두 장짜리는 더블(Double) 세 장짜리는 트리플(Triple) 체인링이라고 한다.

자전거 체인링 사양과 관련한 수치들은 아래 그림을 참고로 할 것. 화살표가 가리키는 체인링의 이빨수, 크랭크 액슬의 중심 A에서 번호 1과 2 등의 체인링 볼트의 중심끼리 이어지는 가상의 원을 그린 다음 A에서 가상의 원의 지름까지 거리(A-C)를 BCD, A에서 페달이 장착되는 지점의 중심 B까지 거리인 크랭크 암 길이 등이 사양표에 주로 기재되어 있다.

biketool링크   체인링BCD   크랭크암 길이  

기어비에서 이미 설명하였다시피 이빨수가 적은 컴팩트 체인링 조합이 오르막 등판에 유리하다는 사실을 알고 있을 것이다. 사실 기어비 개념을 몰라도 워낙 단순한 내용이라 대부분의 라이더들이 감각으로 인지하고 있는 사항이다.

체인링의 선택은 일반적으로 운동능력이 받쳐주거나 힘과 평지 위주라면 스탠다드를 회전수와 라이딩 코스가 경사도가 높은 오르막 비중이 높거나 운동능력이 상대적으로 떨어져 오르막 대응이 힘들다면 컴팩트 체인링을 주로 선택해왔다. 미드 컴팩트는 오르막과 평지속도 두 가지 다 놓치기 싫은 라이더를 위한 중간 절충형의 이빨수 구성이라고 할 수 있다.

신체조건에 따른 크랭크 암 길이 선택은 링크를 걸어 놓은 이전글을 참고하기 바란다.

여기서 이런 의문이 들 수 있다. 평지 속도를 많이 낼 수 있게 큰쪽 이빨수는 늘리고 오르막에는 수월하게 작은 체인링은 이빨수가 아주 작은 걸 장착할 수 없나?

결론은 할 수 없다, 이다. 이유는 첫째 앞변속기에는 이전 글에서 설명했다시피 체인링 간의 이빨수 차이를 특정 수치만큼 제한하고 있다. 로드바이크 더블 체인링의 경우 대부분 큰 이빨수와 작은 이빨수의 차이가 16을 넘지 않을 것을 제조사에서 제한하고 있다. 이 범위를 넘어가는 체인링 조합의 크랭크를 사용하려면 변속기 케이지의 모양이 바뀌어야 한다. 산악자전거의 앞변속기는 길이가 짧고 폭은 높고 로드바이크용 변속기는 길이가 길고 폭은 좁고 날렵한 형태인 것을 기억하고 있는 독자가 있을 것이다. 이 제한 때문에 모양새가 그렇다. 아래 로드바이크용 앞변속기의 사용자설명서 사양표 중 이빨수 차이를 제한하고 있는 항목을 확인하기 바란다.

biketool링크  앞변속기 종류와 사양표  뒷변속기 종류와 사양표 그리고 용량

이 수치를 넘는 조합의 체인링에 일반적인 더블 체인링용 로드바이크 앞변속기를 사용할 경우 체인이 변속기와 마찰하게 되고 미세조정을 하더라도 변속타이밍이 늦게 된다. 

두번째 이유는 특별히 맞춤제작을 하지 않는한 이빨수 격차가 큰 체인링 끼리는 BCD(Bolt Circle Diameter)가 맞지 않아 장착이 어려울 수 있다. 체인링의 교체를 고려하고 있는 사람이라면 체인링끼리 연결하는 체인링 볼트를 중심으로 가상의 원을 그려 그 원의 지름을 뜻하는 이 값을 확인해야 한다. 이 값이 일치하면 교체가 가능하다.

말이 어렵지 단순한 개념이다. 볼트가 장착되는 갯수와 지점이 일치해야 조립을 해도 할 수가 있다는 의미다.

사람마다 운동능력이나 라이딩 스타일이 아무리 독특하다 하더라도 로드바이크 체인링의 조합은 위 세가지 중 자신에게 적당한 부품을 선택하면 크게 무리가 없다. 반드시 어떤 게 좋다고는 말 못하지만 그래도 흐름이라는 건 있다.

많은 아마추어 로드바이크 유저들은 컴팩트 체인링을 선택하고 있다. 국토가 산악지형이 많은 관계로 오르막에서 몸고생을 하지 않으려는 그들의 선택에 수긍이 간다.

체인링만 기어비나 등판능력에 영향을 미치는 요소는 아니다. 스프라켓이 남았다. 시마노를 비롯한 여러 제조사에서는 같은 단수라 하더라도 다양한 이빨수 조합을 공급하고 있다. 이미 알아본 바와 같이 제일 큰 코그의 이빨수가 많은 조합이 등판능력향상에 도움이 된다.

여기서 같은 의문이나 질문이 있을 수 있다. 작은 이빨은 11T로 고정하고 가장 큰 이빨의 수를 산악자전거처럼 36으로 늘릴 수는 없나?

결론은 역시 어렵다,이다. 뒷변속기 또한 용량(Capacity)이라는 개념이 있음을 이미 이전 포스팅에서 설명했다. 용량 계산과 그에 따른 변속기 케이지 선택은 위의 링크를 참고하기 바란다. 로드바이크의 경우 뒷변속기 용량이 산악자전거에 비해 적다. 최근들어 비교적 많이 늘어났지만 특정 수치의 이빨수 이상의 스프라켓을 사용하려면 미디움 케이지로 용량이 높은 변속기로의 교체가 불가피하다. 그렇다 하더라도 한계는 있다.

용량을 벗어나면 변속을 하더라도 큰 코그쪽에서 변속기가 심하게 꺾이며 부속간 마찰이 발생하게 된다. 심하면 변속 자체도 안될 수 있다. 아래는 로드바이크 뒷변속기 사양표이다. 화살표가 가리키고 있는 부분을 유심히 봐주기 바란다. 용량은 물론이고 큰 스프라켓 작은 스프라켓 코그의 이빨수까지 제한하고 있는 것을 확인할 수 있다.

용량에 따라 변속기를 구분하는 용어가 숏 케이지(Short cage), 미디움(Medium) 케이지, 롱(Long) 케이지 등이다. 상단 사양표에 SS, GS라고 되어 있는 부분이다. 시마노에서는 SS,GS,SGS로 분류한다. 아래 사진을 보면 변속기 풀리(Pulley)가 장착되는 변속기의 기다란 부분이 변속기 케이지이다. 상대적으로 많은 이빨수가 사용되는 우측 산악자전거의 경우 이 케이지의 길이가 길고, 좌측 로드바이크 변속기는 짧다. 케이지가 길면 길수록 용량도 증가하고 스프라켓 코그의 이빨수도 더 많은 스프라켓을 사용할 수 있다.

이렇게 형태를 달리 하고 용량을 작게 만드는 이유는 로드바이크의 특성상 스피드를 추구하고 여러 여건이 산악에 비해 작은 이빨수로도 오르막 대응이 가능하기 때문이다. 로드바이크라 하더라도 트리플 체인링과 높은 이빨수의 스프라켓을 공급하지 않는 것은 아닌데 그건 별도로 여행용 자전거 세팅에 한정하고 있고 트리플용 변속레버 등의 일부 부속 국내공급이 그렇게 원활한 편도 아니다.

더 자세한 총용량 계산법과 자전거 변속기의 사양표가 의미하는 것에 관해서는 상단 링크의 관련글을 읽어보면 이해가 될 것이다. 참고하기 바란다. 글 하나에 모든 것을 설명하면 좋겠지만 아무래도 효율적이지 못하고 자전거공작소의 오랜 독자들은 이미 알고 있는 내용의 반복이어서 웬만하면 링크를 걸고 있다. 양해 바란다.

산악에 비해 이빨수가 적다고 하더라도 근래엔 로드바이크도 만만찮게 이빨수가 증가한 스프라켓 코그 조합을 공급하고 있다. 따라서 컴팩트 체인링에 11-28T 스프라켓 조합 정도면 속도나 오르막 두가지 상황 다 대응하기에 문제가 없다는 것이 경험 많은 라이더들의 중론이다. 일부 유저들 사이에서는 이빨수가 많은 스프라켓의 경우 이빨과 이빨 사이의 숫자 차이로 변속이 상대적으로 매끄럽지 못하다거나 특정 구간의 이빨수가 없어 어정쩡하다는 평도 있다.

사족.

지난 여름의 일이다. 기존 체인링(22T)이 수명을 다해 교체(24T)를 하게 되었다. 굴러다니던 체인링으로 교체한 경우인데 평소 다니던 코스 오르막을 22/30 기어비로 잘 다녔더랬다. 마지막 34T 코그는 사용하지 않아도 충분했다. 복습 삼아 기어비를 계산해보자.

22 ÷ 30 = 0.73 (기존 체인링 기어비)         24 ÷ 30 = 0.8 (변경 후 기어비)

기어비 계산값을 놓고 보면 고작 0.07차이이다. 같은 코스 같은 자전거로 실제 라이딩을 해보니 오르막에서 힘이 들어 나머지 마지막 남은 스프라켓 코그(34T)로 변속을 하지 않을 수 없었다. 

기어비 계산을 해보면 

24 ÷ 34 = 0.70 으로 기존 22/30 조합일 때의 기어비(0.73)보다 미세하게 가벼운 기어비임을 알 수 있다. 결론적으로 앞 체인링의 이빨수가 늘어남에 따라 코그 한장의 여유가 사라지게 되었다. 문제는 한동안 이렇게 해서 평소 타던 오르막 코스를 라이딩 했더랬는데 약 한 달 반 정도 지나자 무릎 부상이 재발하게 되었다.

늘 다니던 코스이고 같은 자전거이니 결국 체인링 이빨수 변경으로 인한 부상 재발임을 알 수 있었다. 결론을 내자면 같은 기어비라도 체인링의 이빨수가 크면 몸에는 더 부하가 걸리는 것으로 짐작할 수 있겠다.

산악자전거 쪽에서는 근래에 추세나 풍문에 편승해 더블이나 싱글체인링으로 전환을 꾀하는 라이더들을 볼 수 있는데 중년을 넘긴 상황이거나 한 번이라도 부상의 경험이 있는 사람이라면 조금 신중했으면 한다. 체인링의 이빨수가 증가하면 스프라켓 코그쪽의 갯수는 기어비 계산을 거친 다음 좀 넉넉하게 여유를 두는 것이 좋겠다는 생각이다.

자전거 기어비에 대한 이해에 도움이 되었으면 한다./자전거공작소