휠의 역사는 아주 오래되어 옛날에 둥그런 모양의 바퀴를 상자에 붙여 굴리면 쉽게 무거운 물건을 운반할 수 있다고 하는 획기적인 발명품이었다. 얼마동안은 타이어 없는 차륜만으로 달릴 수 있었는데 자동차의 발달과 함께 타이어와 휠이 역할을 나누어 담당하게 되었다. 1988년 스코틀랜드 출신의 던롭(J.B.DUNLOP)이 자기가 타던 쇠바퀴 자전거에 고무를 입히고 공기를 넣은 것이 타이어의 시조다.

●재질에 따른 휠의 종류와 특징
휠의 재료는 강성과 탄성을 동시에 갖추면서 내피로성이 우수해야 한다. 너무 강해도 충격으로 갈라질 수 있고 계속적으로 받는 응력 때문에 갈라져 나가는 성질의 재료를 사용하면 안된다. 또 서스펜션의 스프링 하중량을 가볍게 하기 위해 경량이어야 하고 브레이크의 열을 공기 중에 방출시키기 위해 열전도성이 좋아야 한다.
이런 요구를 만족시키는 재료로서 스틸, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등이 사용되고 있다. 또 연구단계이긴 하지만 플라스틱계를 재료로 한 휠도 검토되고 있다.

스틸 휠
스틸제는 신차에 표준장착 휠로서 가장 많이 채용되고 있다. 대량생산이 가능해 저렴한 가격으로 제작할 수 있다는 것이 가장 큰 이유인데 중량과 방열성의 면에서 알루미늄 합금보다 불리하고 프레스와 연가공 등의 제조공정의 특성 때문에 디자인상의 제약이 크고 디자인상의 제약이 많다.
하지만 중량과 방열성에서는 불리하다 해도 실용성에는 전혀 지장이 없고 휠 커버를 부착하면 패션성도 나쁘지 않고 코스트 대비 성능도 높다.

알루미늄 휠

60년대 합금기술의 발전은 오늘날 알루미늄 휠을 우리에게 선사하였다. 60년대부터 세계적으로 붐이 일기 시작한 알루미늄 휠이 우리 나라에서도 최근 각광을 받고 있는 필요 옵션이 되었다.
알루미늄 휠은 1924년 프랑스의 부가티가 자사 경주용 차량에 사용하면서 시작되어 60년대 합금기술의 발전에 의해 오늘날과 같은 다양한 형태의 알루미늄 휠이 등장하기 시작했다.
알루미늄 경합금 주조 휠은 스틸 휠보다 방열성이 좋고 경량으로 할 수 있으며 디자인상의 제약도 적기 때문에 패션성이 뛰어난 휠이 많아 인기가 높다. 요즈음은 어지간한 자동차에는 알로이 휠이 장착되어 있다. 이런 메이커 옵션 외에 시중에는 셀 수 없이 다양한 알루미늄 휠이 소비자들을 유혹하고 있다.
다만 디자인을 우선으로 하는, 중량과 강도의 밸런스 등에 문제점이 있는 것도 나와 있으니 주의할 필요가 있다.
참고로 알루미늄 휠과 알로이 휠을 구분해야 하는데 전자는 완전 알루미늄의 개념이고 후자는 알루미늄과 스틸의 합금을 말한다. 국내 메이커들은 알로이 휠만 생산하고 있고 알루미늄 휠은 주로 수입품이다.

★알루미늄 휠의 구조
알루미늄 휠은 그 구조에 따라 1피스, 2피스, 3피스로 나뉜다. 1피스란 휠 전체가 일체성형되어 있는 것을 말한다. 그리고 두 개, 또는 세 개가 결합되어 있는 것을 2피스, 3피스라고 한다. 왜 이처럼 구조가 다른가하면 휠에서 가장 강도가 필요한 디스크부에 2피스는 림의 일부와 디스크, 3피스에서는 아우터 림, 인너 림, 디스크를 각각 필요한 강도에 따라 성형하고 있어 전체적으로 가볍고 각각의 림 부분을 따로 교환할 수 있다는 이점 때문이다.
1피스의 경우 전체가 한덩어리로 되어 있기 때문에 림부도 디스크부와 같은 강도로 할 수 있어 아주 단단한 림을 만들 수 있지만 그로 인해 무거워진다는 것이 흠이다. 하지만 밸런스와 강도 측면에서는 1피스가 가장 좋다고 할 수 있다.
외관으로 보아서 구분할 수 있는 방법은 디스크부 외주에 피어스 볼트의 유무를 살펴 보면 된다. 그런데 가끔씩 디자인 측면에서 1피스 휠인데도 볼트를 설계한 것도 있기 때문에 주의해야 한다.

★주조 휠과 단조 휠
알루미늄 휠은 일반적으로는 주물에 알루미늄 합금을 부어 넣어 만드는 주조 휠이다. 같은 형상이기 때문에 생산성이 좋고 제품의 금속조직도 거의 균일하다는 특징이 있다. 이에 반해 단조 휠은 알루미늄 합금에 고압을 가해 성형하는 것이다. 이론상 공기가 내부에 남아있지 않기 때문에 금속의 내부밀도가 높아진다. 그 때문에 단조품은 같은 중량이라면 주조품보다 훨씬 강도가 높고 같은 강도라면 가볍게 만들 수 있다는 장점이 있다.
하지만 단조 휠은 고가이기 때문에 2피스, 3피스 타입의 디스크부에 사용되는 것이 보통이다. 물론 1피스 휠은 일체단조 성형이다. 강도와 경량 두 가지를 양립하는 가장 이상적인 휠이라 할 수 있다.
단조품은 금속경도 그 자체가 높기 때문에 연결볼트 홀에 소결합금 등을 사용하고 있어 주조품과 구분할 수 있다.

★휠의 디자인
휠은 모양에 따라 스포크(Spoke)타입과 메쉬(Mesh)타입, 그리고 핀(Fin)타입, 디쉬(Dish)타입, 에어로(Aero)타입 등이 있다.
스포크 타입 휠은 마차의 수레바퀴를 본따서 발전된 모델로서 스포크의 개수는 십자형(2개)에서부터 6, 12, 16 다수의 형태가 있으나 통상적으로 12개 까지를 스포크 타입으로 칭하고 있다. 스포크가 많으면 관리가 불편하다.
매쉬 타입 휠은 그물 모양을 본따서 발전된 형태로 힘의 분산이 잘 되며 높은 강도를 지닌 특징이 있다. 스포크 타입과 함께 가장 대중적인 모델이다.
핀타입 휠은 스포크 타입의 일종으로 가늘은 스포크가 여러개 있는 것을 말한다. 13개 이상의 스포크(Sspoke)는 핀 타입으로 분류한다. 핀타입은 물고기 지느러미에서 볼 수 있는 빗살무늬 모양에서 유래되었다.
디쉬 타입 휠은 접시 모양을 따서 만들었는데 높은 강도를 지니지만 휠의 전면이 막혀 있어 환풍성이 떨어진다. 이의 보완을 위해 구멍을 내거나 핀을 조합한 복합 디자인이 나오고 있다.
에어로 타입 휠은 스포크의 각도를 일정 방향으로 주어서 만드는 형태로서 높은 강도를 지닌 장점이 있다. 최근에는 스포크, 디쉬타입을 혼합하여 에어로 스포크 (Aero-spok), 에어로 디쉬(Aero-DIsh)타입 등도 나온다.


마그네슘 휠
같은 주조품이면서 재질이 알루미늄보다 가벼운 마그네슘 합금 휠은 알루미늄보다 고가이고 부식에 약한 것 등의 이유로 보급률이 낮다.
부식 문제를 해결하면 성능적으로는 우수한데 장래에는 플라스틱계 등 더욱 우수한 재료를 채용하게 될 것이다. 이미 자전거에 카본 파이버 등 플라스틱계 휠이 실용화되어 있는데 자동차용으로 양산이 가능하다면 초경량 휠이 실현될지도 모르겠다. 이것은 승차감이 좋아질 뿐 아니라 연비와 가속성능의 향상 등에도 기여하게 될 것이다.



림의 매커니즘
림이 확실하게 타이어를 잡을 수 있도록 자동차의 용도에 맞춰 다양한 림의 형상이 있다. 승용차용으로는 광폭심저형(Wide Base Drop Center:기호 WDC로 표기된다)이 사용되고 있다.
림의 드롭부는 타이어를 탈착할 때에 비드를 일단 이 부분으로 낮추고 반대측의 비드를 조립하도록 설계되어 있다. 이 드롭부가 깊으면 타이어의 탈착이 쉬워지는데 림의 안쪽 부분의 직경이 적어지기 때문에 큰 직경의 디스크의 장착이 곤란해지는 사정이 있고 무작정 이 부분을 깊게 하면 안된다.

림 사이즈
휠의 외주 타이어가 장착되는 부분이 림이다. 이 사이즈(특히 림 폭)가 타이와 일치하지 않으면 타이어의 형상을 왜곡시켜 타이어의 성능을 손상시키게 된다.
예를 들면 타이어만 폭이 넓은 것으로 교환해도 림폭이 좁은 채로는 접지면적이 기대한만큼 증가하지 않는다거나 타이어를 편마모시키게 된다.
최근의 승용차에는 타이어의 편평화에 맞춰 림 사이즈도 넓고 커져왔는데 그 만큼 휠이 스프링 하중량에 영향을 주는 정도가 커지게 된다.

휠 사이즈
림 사이즈 표시가 같아도 모든 차종에 호환성이 있다고는 할 수 없다. 림 사이즈는 아무래도 타이어와 림의 매칭을 나타내는 것으로 차체에 맞는지 아닌지는 알 수 없기 때문에 주의가 필요하다.
휠은 차체측의 허브에 4개 아니면 5개의 스터드(볼트)로 결합되는데 그 구멍의 위치가 회사마다 다르게 되어 있다. 이 구멍의 위치를 PCD(Pich Circle Diameter)라 하고 밀리미터 단위로 나타낸다. 당연하지만 스터드 구멍수와 PCD가 허브에 일치하지 않으면 장착이 불가능하다.
또 휠 중심의 허브 구멍은 허브측 凸부에 정확히 맞춰 차륜의 회전 센터를 만들고 있다.
휠 사이즈에 관해서도 또 하나 중요한 사이즈가 휠 옵셋이다. 휠 옵셋은 림 중심과 휠 장착면의 크기로 이것이 휠 선택에 필요한 것인데 의외로 무신경한 사람이 많은 것 같다.
옵셋치가 다른 휠을 장착하면 타이어의 접지중심이 어긋나 조종성 등에 영향을 미치고 타이어와 차체 부품의 간격이 적은 자동차에서는 핸들을 크게 꺾으면 타이어가 차체에 닿게 된다.