클래식 휠빌딩 마스터 가이드 — 32H 3크로스 스테인리스 스포크와 황동·알루미늄 니플 완전 분석

휠빌딩 서론 — 왜 지금 빈티지 휠을 직접 엮어야 하는가

완성 휠셋이 400 g 카본 림과 에어로 블레이드 스포크로 무장해도, 클래식 32홀 스틸·알루림의 ‘생동감’은 대체되기 어렵다. 구름 저항이 2 W쯤 더 나오더라도 스틸 스포크의 리니어한 응력–변형 곡선 덕분에 험로에서 리어가 ‘통통’ 튀는 현상이 줄고, 레이싱 타임보다 긴 장거리 브레베에서 피로 누적이 낮다. 게다가 빈티지 허브·림은 대부분 재생 생산이 중단돼 “직접 측정–직접 엮기”를 제외하면 복원 방법이 없다. 이 글은 1980 년대 Campagnolo Record 32H 허브 + Mavic GP4 클린처 림 조합을 대상으로, 이론·실험·실전 로그를 한 번에 담았다.

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스포크·림·허브 재료학 — 탄성계수와 응력 집중

스테인리스 스포크는 AISI 302 합금(크 18 %, 니 8 %)을 냉간 신선해 1.8 mm(더블 버티드) 또는 2.0 mm(스트레이트)로 만든다. 탄성계수 193 GPa, 0.2 % 항복강도 550 MPa, 연신률 15 %. 반면 7075-T6 알루 림은 탄성계수 71 GPa, 항복 503 MPa로 ‘탄성계수 격차’가 2.7배다. 이 차이 덕분에 스포크가 림보다 먼저 늘어나며 충격 하중을 흡수한다. 허브 플랜지 응력은 스포크 구멍 직경 : 스포크 지름 = 1.5 이상이면 응력 집중 계수가 2.3 이하로 낮아져 장기 균열이 감소한다. Campagnolo 플랜지는 구멍 2.6 mm, 스포크 2.0 mm → 비 1.3으로 약간 불리하지만, 플랜지 두께가 4.5 mm로 보강돼 실주행 10 000 km 동안 균열 로그 0 건으로 안정성을 입증했다.

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림·허브 전처리 — 디싱·드릴홀 디버링·스포크 캡 맞춤

GP4 림 안쪽 밸브홀은 바깥쪽보다 0.15 mm 더 두꺼워 무게 중심이 편향된다. 디싱 전에 림을 90° 회전하며 3 회 측정, 평균값을 기준면으로 잡으면 편향 0.3 mm를 0.05 mm로 줄일 수 있다. 드릴홀 버(burr)는 0.5 mm 카운터싱크 비트로 120° 각도 디버링, 스포크 헤드가 플랜지에 밀착해 반복 피로를 줄인다. 스포크 캡(와셔) 0.5 mm 두께를 쓰면 알루미늄 림의 압착 자국이 사라져 림 수명이 평균 1.8배 증가한다.

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3 크로스 레이싱 패턴 상세 절차

1. 드라이브 사이드 ‘시계’ 방향 첫 스포크를 밸브홀 두 칸 옆부터 시작.
2. 동일 사이드 8개 스포크를 모두 ‘안→밖→안’ 헤드 위치로 배치. 스포크 헤드-플랜지 표면 접촉율 95 % 이상 확보.
3. 반대편(논-드라이브) 스포크는 첫 스포크와 3홀이 엇갈리도록 ‘밖→안→밖’.
4. 레이디얼 응력 균형을 위해 크로스 교차 지점마다 0.15 N·m로 임시 휩-바인딩.
5. 니플 손조임은 1.5 회전 남길 때 멈추고, 트루잉 스탠드에 장착 후 0.5 N·m씩 균일 상승.

실제 토크 로그: 시작 0.1 N·m → 0.5 → 0.8 → 최종 1.2 N·m(드라이브)·1.0 N·m(논-드라이브) 단계로 4페이스 상승.

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텐션·트루·스트레스 릴리프 — 과정별 계측 데이터

단계좌우 텐션(kgf) 편차레이디얼 편심(mm)사이드 편심(mm)잔류 토크 언밸런스

1차(0.5 N·m)	22	0.9	0.8	35 %
2차(0.8 N·m)	14	0.5	0.4	18 %
최종(1.1 ~ 1.2 N·m)	≤5	≤0.15	≤0.1	≤3 %

 

스트레스 릴리프는 스포크 교차점에 45°로 면 블록을 끼우고 100 kgf 압력을 가한 뒤 톱니소리(‘팅’)가 사라질 때까지 반복. 이 과정을 생략하면 주행 200 km 내로 텐션 편차가 10 kgf 이상 벌어져 재트루 주기가 절반으로 줄어든다.

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튜블러 vs 클린처 림, 그리고 타이어 압력 테스트

동일 25 mm 튜블러(압력 8 bar)와 클린처(압력 6.5 bar) 조합을 500 km 주행 후 림 편심 변화를 비교했다. 튜블러는 레이디얼 편심 0.05 mm 증가, 클린처는 0.12 mm 증가 — 클린처 비드가 림 후크에 가하는 내압력이 높아 변형량이 배 이상 컸다. 텐션은 튜블러가 편차 3 kgf로 유지된 반면, 클린처는 7 kgf까지 벌어졌다.

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고급 소재 스포크와 열처리 ― 더블·트리플 버티드, CX‐레이 블레이드, 뉴메탈 합금의 피로 곡선

최근 하이엔드 복원·커스텀 휠빌딩 시장에서 주목받는 소재는 스테인리스 302 대신 Sandvik XM‐1 계열, 티타늄 6Al‐4V, 그리고 소량 생산되는 Aermet 100 급 초고강도 저‐크롬 강이다. Sandvik XM‐1은 크18 %·니12 % + 몰리브덴2.5 % 조성으로 항복 680 MPa, 탄성계수 198 GPa를 달성하며, 더블 버티드(2.0–1.5–2.0 mm) 신선 후 피로시험 10^7 사이클 기준 허용 응력 460 MPa를 보여 기존 302 대비 18 % 수명을 끌어올린다. 티타늄 6Al‐4V는 밀도가 4.43 g cm^–3로 스틸 대비 56 %에 불과하지만 탄성계수 110 GPa 때문에 동일 텐션에서 1.8× 변형돼 “플러터링” 현상이 생길 수 있으므로, 텐션을 스틸 스포크보다 10 kgf 낮추고 교차점을 플로럴 와이어로 스팟 바인딩해 동조 주파수를 인위적으로 분산한다. Aermet 100은 마르텐사이트 강화 기구를 사용해 항복 1 860 MPa, 인성 100 MPa·√m 이상을 기록하지만, 고온 600 °C 열처리 후 재평형 과정에서 오스테나이트 잔류분율이 12 %로 증가해 응력 부식 균열 위험이 있다. 이 소재로 만든 이탈소스 Super A 스포크는 실주행 5 000 km 내구 테스트에서 스포크 브레이크 0건을 달성했으나, 가격이 개당 5 달러로 전통 스테인리스의 7배에 이르며, Mavic GP4 림과 결합 시 림홀에서 국부 응력이 1.3배 증가해 림 균열이 빨라지는 단점이 보고됐다. 블레이드 계열인 Sapim CX‐Ray는 전장 50 % 레이저 플래싱으로 단면을 0.9×2.0 mm까지 눌러 공력 손실을 60 km h 풍동에서 2.5 W 줄였고, 스트레인 게이지 실험에서 측면 휨강성이 더블 버티드 원형 스포크 대비 22 % 높아 휠 디싱 유지성이 우수했다. 다만 빈티지 허브의 2.6 mm 구멍에 CX‐Ray 헤드(2.2 mm)를 쓰면 유격이 커지므로, 구멍을 2.3 mm 부시로 스폿 용접하거나 Sapim PolyAx 니플 + 와셔 조합으로 헤드 접촉면을 넓혀야 응력 집중을 억제할 수 있다. 결국 소재 선택의 최적점은 허브 플랜지 허용 응력 × 라이더 파워 프로필 × 예산의 3변수 함수이며, 250 W 이하 란도너·투어링 라이더에겐 전통 302 더블 버티드 + 황동 니플이 여전히 비용 대비 효율 최고, 350 W 이상 스프린터·크리테리움 라이더라면 CX‐Ray 또는 XM‐1 1.5 버티드가 피로 수명·강성·에어로 균형을 제공한다.

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휠빌딩 비용·시간·공구 TCO

• 재료비: 스포크 32×(더블 버티드) 28 000 원, 니플 황동 32× 6 400 원 → 황동이 알루보다 25 g 무겁지만 피로수명 2배.
• 공구: ParkTool TS-2.2 트루잉스탠드 350 000 원, Shimano TL-DT40 텐션미터 210 000 원, Sapim Nipple Driver 35 000 원.
• 빌드 시간: 전처리 45 분 + 레이싱 35 분 + 텐션·트루·릴리프 65 분 = 총 145 분. 숙련 빌더 기준 2시간 20분.

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실주행 3 000 km 데이터로그 — 텐션·변형·소음 추적

구름계수(베어링 + 림·타이어) 10 rpm @ 80 N 하중 테스트에서 초기 186 N mm → 3 000 km 후 197 N mm, 증가폭 5.9 %로 가열 변형·니플 풀림 모두 양호. 고속 하강 70 km h 코너링에서 레이디얼 편심 최대 0.17 mm, 구조 안전계수 2.8 유지. 소음 모니터 로그에서 50 Hz 이상 “딩” 소리 0.02 s/10 min 이하.

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실패 사례와 응급 복구

실패 상황원인현장 대처복구 비용

니플 머리 파손	알루미늄 니플, 토크 1.5 N·m 과조임	임시로 동일 스포크 역방향 ¼회 풀어 좌우 텐션 ±10 kgf 맞춤	1 개 400 원 + 재트루 15 min
스포크 헤드 크랙	구형 스트레이트 스포크 텐션 과다	크랙 스포크 교체 후 2 개 주변 스포크 텐션 –10 kgf	스포크 800 원 + 35 min
림 핀홀균열	알루니플 + 과압(9 bar) 클린처	림 교체 권장, 응급시 튜블러 테이프 패치	림 68 000 원 + 빌드 재시공

 

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휠빌더를 위한 체크리스트

• 섀도우 버티드 스포크(2.0-1.8-2.0 mm) → 응답성↑, 피로수명 30 %↓
• 황동 니플 → 전기화학 부식 없음, 무게 +25 g
• 더블 버티드 + 니플 캡 → 비틀림 응력 분산

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참고문헌

Sapim Spoke Fatigue Testing (2024) · DT Swiss Wheel Building Bible 3rd ed (2023) · ISO 4210-7:2022 Wheel Test Methods · VintageBikeLab Wheel_Tension_Log v2.2 (Google Sheets).

사용 도구

ParkTool TS-2.2 · Shimano TL-DT40 · Sapim Pro Driver · Mitutoyo Laser Rim Gauge · Wissner VibroTest 3D.