변속기의 역할

변속기의 역할
자동차는 적재 하중, 주행 속도, 도로의 상태와 경사도 등에 따라 구동 바퀴의 회전력이나 회전 속도를 변화시켜야 한다. 동력 발생 장치인 기관의 실제 특성은 이상적인 원동기의 특성을 가질 수 없고, 축 회전력이 회전 속도에 대하여 거의 일정하므로 이상적인 회전력에 접근하기 위해서는 기관과 구동 바퀴 사이에 기관이 발생한 축 회전력을 증감할 수 있는 장치가 필요하게 된다.
또한, 기관의 회전 방향도 일정하므로 자동차가 후진하기 위해서는 구동 바퀴를 역회전시키는 장치가 있어야 하며, 이 밖에도 정지 중에 기관을 회전시킬 필요가 있을 때에는 기관과 구동 바퀴와의 연결을 차단하는 장치가 필요한데, 이와 같은 역할을 하는 장치가 변속기이다.
동력의 크기는 회전 속도와 토크의 곱에 비례하므로, 동력의 크기가 일정하면 회전 속도와 토크는 반비례하게 된다. 변속기는 변속비를 연속적으로 또는 단계적으로 변화시킬 수 있고 조작이 쉬우며, 작동이 확실하여 많이 이용된다.
변속기에는 수동 변속기와 자동 변속기가 있는데, 수동 변속기에는 기어식 변속기가 사용되고, 자동 변속기에는 유체식 변속기가 많이 사용된다.

■ 수동 변속기
기어식 변속기가 사용되며, 기어의 물림을 바꾸어서 입력축으로부터의 회전 속도를 감속하여 회전력을 증가시키는 변속기이다. 클러치축에 의하여 회전하는 중간축의 기어와 이 축에 평행한 출력축의 기어를 적당히 조합하여 필요로 하는 여러 단의 변속비를 얻을 수 있다.
변속기는 조작이 쉽고, 신속·정확·정숙하게 작동해야 하며, 전달 효율이 좋고 연속적으로 변속이 되어야 한다.

■ 자동 변속기
① 자동 변속기의 특징

· 클러치의 조작 없이 출발이 가능하고, 기어 변속이 필요 없어 운전으로 인한 피로가 줄어든다. · 오일을 통해 엔진의 동력을 전달하므로, 출발·가속·감속이 원활하며, 조작 미숙으로 인한 엔진 정지의 염려가 없고, 오일이 각 부의 진동을 흡수하는 역할도 하게 된다. · 연료의 소비율이 수동 변속기에 비해 10% 정도 증가한다. · 구조가 복잡하고 가격이 비싸다.

② 자동 변속기의 구조

· 토크 변환기 : 자동 변속기에서는 유체 클러치를 사용하는데, 펌프의 회전에 비해 터빈의 회전이 느려 터빈에서 펌프로 되돌아가는 유체의 운동 에너지는 적어지게 된다. 토크 변환기는 유체 클러치의 회전력이 감소되는 현상을 방지하는 역할을 한다. · 유성 기어 장치 : 전진과 후진의 변속을 수행하는 장치로, 바깥쪽에 링 기어(ring gear)가 있고, 중앙에는 선 기어(sun gear)를, 링 기어와 선 기어 사이에는 유성 기어(planetary gear)가 들어가며, 유성 기어를 구동시키기 위한 유성 기어 캐리어 등으로 구성되어 있다. · 변속 제어 장치 : 유성 기어 장치의 변속을 위해 입력 요소의 연결·차단, 출력 요소 고정의 역할을 하며 원하는 변속비를 만들어 준다.

■ 추진축
변속기로부터 최종 감속 기어 장치까지 동력을 전달하는 축을 추진축이라 한다. 추진축은 강한 비틀림을 받으면서 고속 회전을 하므로, 그 재질은 비틀림이나 굽힘에 대한 저항력이 크고 살 두께가 얇은 강관이 사용되고 있다.
추진축이 고속 회전하면 축 부분의 불평형이나 처짐 등에 의하여 축선에 휨이 생기기 쉽다. 또한, 축이 휨에 대한 고유 진동수에 가까운 회전 속도에 달하면 축의 휨이 급격히 증가하면서 진폭이 커져 축이 파손될 수 있다. 길이가 긴 추진축의 경우, 이러한 현상이 생길 확률이 크므로 축간 거리가 긴 자동차에서는 추진축을 분할하고 프레임에 마련된 중간 베어링으로 지지하는 3점 이음식이 사용된다.
변속기는 기관과 함께 프레임에 고정되고, 뒷차축은 스프링에 의하여 프레임에 연결되어 있으므로 변속기와 뒷차축은 축의 높이가 일정하지 않고 거리도 변동한다. 축의 높이 변화는 자재 이음에 의하여 조절되며, 거리의 변화는 스플라인 접속으로 된 미끄럼 이음에 의하여 조절된다.

■ 최종 구동 장치

추진축까지 전달된 기관의 동력은 그 방향을 직각으로 바꾸어서 좌우의 두 구동축을 거쳐 구동 바퀴까지 전달된다. 이 때, 기관의 출력, 구동 바퀴의 지름 등에 따라 적당한 감속비로 감속하여 회전력을 증대시켜 좌우 구동축으로 동력을 분배한다. 이 장치를 최종 구동 장치라 하며, 최종 감속 기어 장치와 차동 기어 장치가 일체로 되어 있다.

① 최종 감속 기어 장치

추진축의 회전력을 직각으로 전달하는 장치이다. 최종 감속 기어 장치에는 웜기어, 베벨 기어, 하이포이드 기어 등을 사용하는데, 주로 하이포이드 기어를 많이 사용한다. 종감속비는 링 기어의 잇수와 구동 피니언의 잇수의 비로 나타낸다. 또한, 를 총감속비라 한다. 보통의 승용차에서 총감속비는 3∼6 정도이고, 버스와 트럭에서는 4∼8 정도이다.

② 차동 기어 장치

자동차가 곡선을 그리며 선회할 때에는 그림 18과 같이 좌우 구동 바퀴는 각각 다른 반지름으로 선회하게 되는데, 좌우의 구동 바퀴의 회전 속도의 차이를 두어 미끄럼 없이 주행할 수 있도록 하고, 요철 노면을 주행할 때에 노면의 저항을 적게 받는 구동 바퀴 쪽으로 동력이 많이 전달될 수 있도록 조절하는 역할을 하는 것이 차동 기어 장치이다. 차동 기어 장치는 차동 사이드 기어, 차동 피니언, 링 기어, 차동 기어 케이스 등으로 구성되어 있다.

▲ 구동 바퀴의 회전

 

 

<출처:네이버오픈백과>