하성용 교수

(1)

1.변속기의 필요성을 이해 할 수 있다 2.변속기의 종류 및 구성을 이해 할 수 있다

3.변속기구성별 작동요소 및 기능을 학습할 수 있다

1.변속기의 개요 및 원리

2.변속기의 종류 및 조작기구의 종류 3.수동변속기 의 구조 및 동력전달경로 4.자동변속기의 구성 및 기능

5.유성기어장치 구조 및 원리를 이해

변속기의 사용목적 및 원리를 이해하고 변속기 종류별 특성과 구성을 학습한다 수동과 자동변속기 구성 및 조작기구의 자동원리를 학습하며 동력전달 경로를 이해할 수 있어야 한다

Ⅰ. 차시

차시 횟수 9주차 차시명 변속기

Ⅱ. 학습 개요

1) 해당 차시 학습 목표

2) 해당 차시 학습 목차(세부목차)

3) 해당 차시에서의 Keyword

(2)

장제목 변속기

절제목 ^개요

항제목

항(절)의 학습 내용

자동차용 변속기는 클러치와 추진축 사이에 설치되어 엔진의 동력을 자동차의 주 행 상태에 알맞도록 엔진 회전을 적절히 변속하여 회전력을 증대시키거나 고속 회 전으로 바꾸어 주며, 또한 엔진을 무부하 상태로 두거나 자동차를 후진하게 하는 역할을 하는 장치이다.

자동차용 변속기로는 경량, 견고, 조작의 원활, 정숙, 취급의 간편 등이 요구되며, 변속비가 연속적으로 또 자동적으로 변화할 수 있는 것이 이상적이다.

변속장치를 크게 나누면 수동식(MTM)과 자동식(ATM)으로 분류할 수 있으며, 수 동변속기는 선택 기어식 변속기라고도 하는데 그 종류를 보면 FR 자동차에 사용 되는 TRANSMISSION(T/M)과 FF 자동차에 사용되는 TRANSAXLE(T/A)로 대별할 수 있다.

그림 변속기의 원리

수동 변속기의 구조 자동 변속기의 구조

비고

변속기원리는 2D처리하여 학습자가 이해할 수 있도록 한다

변속기종류 를 그림처리(FF,FR방식)하여 학습자가 선택시 내부구성을 볼 수 있어야 한다

(3)

장제목 동력전달장치

절제목 ^변속기

항제목 ^{변속기의분류}

변속기의 차량의 장착상태는 설치상태와 조작상태에 따라분류되며 자동차의 동력 전달방식에 의해 결정된다

비고

설치및 조작방식에 단면그림을 그려 학습자의 이해도 쉽도록 처리

(4)

절제목 ^{수동변속기} 항제목 ^구성요소

싱크로메쉬기구

종래의 변속기에서 이용되었던 상시 물림식에서는 기어가 물릴때 기어의 속도가 일치되지 않은 상태에서 물리게 되면 소음 발생과 파손이 원인이 되었으며, 이러 한 기어의 원주속도를 신속하게 일치시켜 기어의 물림을 원활하게 하기 위한 동기 장치가 싱크로 메시기구이다. 근간의 자동차용 수동변속기에서는 싱크로 메시 기 구가 이용된 상시물림 동기치합식이 이용되고 있으며, 이형식은 종래의 상시물림 식에 도그 클러치를 개량한 싱크로 메시 기구가 부착되어 있다.

상시물림 동기치합식은 그림 3-4와 같이 주축 위를 항상 공전하고 있는 변속기어 와 주축 및 스플라인에 의해 결합된 허브기어사이에 원추형의 마찰면을 가진 링 (클러치)과 슬리브를 이용한 것으로, 변속시 시프트 레버로 슬리브를 움직이면 싱 크로나이저링이 작용하고, 이 링의 마찰력에 의해 주축과 변속되는 기어가 부드럽 게 물리게 되므로 조용한 변속작용을 시킬 수 있다.<FRAMEBREAK>싱크로 메시 기구는 다음 그림 3-5와 같이 싱크로나이저 허브, 슬리브, 링, 키 및 스프링으로 구성된다

1) 허<EM>브

싱크로나이저 허브는 주축에 있는 스플라인과 고정되며, 외주에는 슬리브와 결합 하여 슬리브가 움직일 수 있도록 기어가 있다.

또한 허브의 3곳(120°간격)은 키가 삽입될 수 있도록 마련되어 있다.

그림 3-5 싱크로 메시 기구 2) 슬리브

싱크로나이저 슬리브는, 허브 위에 물려서 움직일 수 있도록 바깥 둘레에는 시프 트 포크가 들어갈 수 있는 홈이 파져있고, 시프트 포크에 의해 전후로 움직이게 되 면 링을 중간에 두고서 변속기어의 클러치 기어에 물리게 된다.

3) 링

링은 각 기어에 마련된 테이퍼(7°) 콘에 결합되어 변속시에는 콘과 접촉하여 마찰 력에 따라 클러치 작용을 하기 때문에 주축에 물려있는 허브와 변속기어를 동기시 키는 작용을 한다.

4) 키 및 스프링

(자동차 구조교재 참조)

수동 변속기구의 구성 및 동력전달 경로 그림

비고

수동변속기구의 분활,조합상태를 3D로 그려 각 구성품이 분해 조립시킨뒤 구동 이되도록 실습

각 구성품의 품명을 선택시 구성품의 그림이 돌출 되도록 표현

(5)

절제목 ^{수동변속기}

항제목 각 단별 동력전달경로

4단 변속기의 동력전달 순서

① 4단(톱) 변속

4단 변속후 클러치 페달을 떼게 되면 엔진 크랭크 축의 회전력은 플라이휠과 클러 치 디스크를 통하여 그림 3-11과 같이 메인 드라이브 기어에 전달되며, 메인 드라 이브 기어는 싱크로나이저 슬리브 3, 4단을 구동하고, 싱크로나이저 슬리브는 다 시 허브를 구동하므로 허브와 스플라인으로 고정된 메인샤프트는 엔진회전수와 동일한 속도로 회전한다.

② 3단 변속

3단 변속을 하면 3-4단용 슬리브는 3단쪽으로 이동하여 다음과 같이 동력 전달이 이루어진다

메인 드라이브 기어→ 카운터 기어(1치) → 카운터 기어(2치) → 3단기어 → 슬리 브(3 & 4단)→ 허브 → 메인 샤프트 → 추진축

③ 2단 변속

2단 기어는 카운터 기어 3치와 같이 맞물리고, 다른 기어가 동력 전달을 할 경우엔 내경의 니들 베어링 위에서 공회전하며 슬리브가 클러치 기어에 물리면 메인 샤프 트에 동력이 전달된다.

메인 드라이브 기어 → 카운터 기어(3치) → 2단 기어 → 슬리브(1-2단용) → 허브

→ 메인 샤프트 → 추진축

④ 1단변속

1단 기어는 카운터 기어 4치와 맞물리고, 싱크로나이저 슬리브가 클러치기어에 물 려서 동력이 전달된다.

메인 드라이브 기어 → 카운터 기어(4치) → 1단기어 → 슬리브(1-2단용) → 허브

→ 메인 샤프트 → 추진축

⑤ 후진변속

카운터 기어 4치와 항상 물리고 있는 리버스 아이들러가 공전상태에서 포크(ForK) 에 의해서 후진 기어 쪽으로 밀리면 리버스 아이들(R/I) 스퍼(Spur) 기어와 리버스 (R.V.S) 스퍼 기어가 물리면서 역전이 된다.메인 드라이브 기어 → 카운터 기어(1 치) → 리버스 아이들 기어 → 리버스 기어 → 메인샤프트 → 추진축

비고

변속단 선택시 동력전달 경로를 2D,3D로 처리하여 학습자의 이해가 쉽도록 구성

(6)

항제목

2중치합 방지기구

① 인터록 플런저

변속기에는 기어가 변속될 경우, 동시에 2중으로 변속이 이루어지지 않도록 그림 3-26과 같이 인터록 기구(2중물림 방지장치)가 마련되어 있다.

각 시프트 레일(바)에는 홈이 있고, 홈에는 인터록 플런저가 삽입되어 있으며, 시 프트 레일을 움직이면 인터록 플런저가 밀려져 다른 2개의 축을 고정하여 1개의 기어 외에는 변속되지 못하도록 되어 있다. 주로 후륜구동형 변속기가 이 형식을 이용하고 있다.

② 인터록 플레이트

트랜스액슬에는 2중치합 방지기구로 그림 3-27과 같은 인터록 플레이트가 사용 되고 있으며, 컨트롤 휭기가 3개의 시프트 러그중 하나를 선택하게 되면 다른 시 프트 러그는 인터록 플레이트에 의해 간섭(고정)되어 결국 시프트 포크를 움직이 지 못하게 하여 기어가 2중으로 선택되는 것을 방지하고 있다.

기어풀림 방지 기구

싱크로 허브·슬리브와 클러치 기어에 챔퍼(Chamfer)를 내어 변속 기어의 풀림을 방지하는 장치인데, 싱크로 슬리브와 클러치 기어의 스플라인 접촉부에는 테이퍼 모양의 챔퍼를 마련하여 회전시 테이퍼면에서 기어 스플라인을 구동하고 기어 빠 짐을 방지하고 있다.

포펫 스프링 및 플러그

포펫 스프링은 볼을 일정한 힘으로 밀어 시프트 레일의 헐거운 움직임을 제한하는 역할을 하며, 스프링에 가하는 장력은 플러그를 돌려 조정할 수 있도록 되어 있다.

만일 스프링 장력이 너무 약하면 시프트 레일이 움직여 기어 빠짐의 원인이 될 수 있고, 장력이 너무 세면 시프트 바(Bar)가 움직이지 않거나 시프팅시 무거운 현상 이 일어난다.

비고

(7)

장제목 변속기

절제목 ^{수동변속기}

항제목 후진 오작동 방지기구

후진 오작동 방지기구

5단용 트랜스액슬이 탑재된 자동차에서는 5단에서 중립으로 변속시 오버 시프트 (over shift)에 의해 후진 기어가 선택되면 후진 기어와 아이들 기어의 치면이 크게 손상될 우려가 있기 때문에 후진 오작동을 방지할 목적으로 그림 3-30과 같이 컨 트롤 샤프트에 스토퍼가 장착되어 있어 5단에서 후진으로의 변속이 되지 않도록 하고 있다.

3-4단 변속시 컨트롤 샤프트에 있는 스토퍼의 위치는 그림 3-30(a)와 같이 스토 퍼 브래킷과 떨어져 있다. 3-4단의 중립에서 5단 또는 후진으로 변속할 때의 스토 퍼의 위치는 그림(b)와 같이 스토퍼 브래킷과 접촉되면서 쉽게 변속이 이루어진다.

그러나 5단 변속후 중립이 될 때에는 그림(c)와 같이 스토퍼가 스토퍼 브래킷과 간섭이 되어 후진으로의 변속이 불가능하게 된다

후진오작동방지기구의 기본원리그림

비고

(8)

장제목 ^변속기 절제목 변속 조작기구

항제목 ^{조작기구의종류}

1) 직접 조작식 변속기

직접 조작식(Floor shift type)은 그림 3-20과 같이 변속 레버는 변속기의 뒷 부분 에 부착되어 컨트롤 레버에 의해 셀렉터가 선택되고, 각 셀렉터는 시프트 레일(바) 과 함께 전후로 동작하며, 시프트 레일에 고정된 시프트 포크가 싱크로나이저 슬 리브 홈에 들어가서 슬리브를 작동시킨다.

또한 슬리브는 각 기어의 클러치 기어와 싱크로 허브를 연결하게 되어 변속이 이 루어진다.

그림 3-20 직접 조작시

2) 칼럼형 원격 조작식 변속기

원격 조작식은 칼럼형과 플로어형이 있으며 다음 그림 3-21은 연결 로드를 이용 한 칼럼형(Column) 원격조작식 변속기로서, 이 형식은 시프트 레버를 움직이면 연결 로드가 움직이면서 시프트 포크가 작동하여 변속이 이루어진다

그림 칼럼형 원격 조작식

.3)플로어형 원격 조작식 변속기

다음 그림 3-22는 전륜 승용차에서 사용되고 있는 트랜스액슬의 변속 조작기구를 나타낸 것으로 케이블을 이용한 플로어(floor)형 변속기이다.

그림 트랜스액슬의 플로어형 원격조작기구

비고

(9)

절제목 ^{자동변속기} 항제목 ^{개요및구성}

개요

자동변속기는 클러치와 변속조작을 사람대신 기계가 하도록 자동화한 것이며 구 성으로서는 작동기구, 변속기구, 유압제어부, 전자제어부,로 구분되며 엔진에서 변속기로 동력을 전달하는 전달기구로는 토크컨버터 가 사용된다

비고

(10)

항제목 ^{자동변속기구성}

1.작동기구

자동변속기에 사용되는 클러치 및 브레이크는 습식 다판클러치를 사용하며, 유압 에 의해 작동 및 해제된다. 마찰제의 디스크사이에 플레이트가 한장씩 삽입되어 있으며 유압에 의헤 피스톤이 움직이면 디스크와 플레이트가 압착되어 동력을 전 달하거나 브레이크를 작동시켜 유성기어 장치의 요소를 회전 또는 고정시키는 기 능을 한다.

2.변속기구

변속기는 토오크 컨버터를 거쳐 엔진으로부터 동력을 변속해서 구동축에 동력을 전달하는 작용을 하는데 그 변속기의 작동 중에서 플레네터리 기어(유성기어)가 동력전달에 매우 중요한 역할을 하고 있다.

플레네터리 기어(유성기어)라 불리우게 된 이유는 유성(플레네터리)이 태양을 중 심으로 일정궤도를 자전하면서 공전하는 운동과 유성기어의 작동원리가 닮았다는 점에서 이름 지어졌다

그림3-7은 단순형 플레네터리 기어(심프슨형)라 불리는 것이다. 중심에 있는 기어 를 선기어 외주에 있는 커다란 내접기어를 인터널기어(또는 링기어)라고 말하며 이선기어와 인터널기어의 중간에 피니온기어라고 하는 작은 기어가 있고 이 피니 온 기어를 지지하고 있는 캐리어로 구성되어 있

3.유압제어부

유압제어부인 밸브바디에는 오일펌프에서 압송된 오일의 유압을 제어하는 유압제 어 밸브 및 제어된 유압에 의해 변속단을 결정하는 각종 변속밸브를 동작시키며 변속시 충격을 완화 시키는 축압기(어큐물레이터) 및 연비 향상을 위해 토오크 컨 버터 내에 설치된 혹업기구(댐퍼클러치) 작동밸브로 구성되어 있다.

4.전자제어부

특히 전자제어 자동 변속기의 경우 유압제어, 변속단제어, 댐퍼 클러치 제어용 솔 레노이드 밸브가 밸브바디에 부착되어 컴퓨터(TCU) 제어 신호에 따라 작동한다.

전자제어 기능 및 구성

엔진 및 변속기에 부착된 각종 센서로부터 스로틀 밸브 개도, 엔진회전수, 차량속 도등, 차량운행 상태의 정보를 TCU(Transaxle Control Unit)에 입력, 연산한 후 유 압작동, 기어변속 및 댐퍼클러치를 전기적으로 제어 하도록 만든 자동변속이다.

비고

(11)

절제목 ^{자동변속기}

항제목 유성기어장치 구조및 종류

유성기어장치

자동변속기의 유성기어 장치는 토오크 컨버터를 거쳐 엔진으로부터 동력을 변속 해서 구동축에 동력을 전달하는 작용을 하는데 그 변속기의 작동중에서 플레네터 리 기어(유성기어)가 동력전달에 매우 중요한 역할을 하고 있다.

플레네터리 기어(유성기어)라 불리우게 된 이유는 유성(플레네터리)이 태양을 중 심으로 일정궤도를 자전하면서 공전하는 운동과 유성기어의 작동원리가 닮았다는 점에서 이름 지어졌다.

그림3-7은 단순형 플레네터리 기어(심프슨형)라 불리는 것이다. 중심에 있는 기어 를 선기어 외주에 있는 커다란 내접기어를 인터널기어(또는 링기어)라고 말하며 이선기어와 인터널기어의 중간에 피니온기어라고 하는 작은 기어가 있고 이 피니 온 기어를 지지하고 있는 캐리어로 구성되어 있다.

(자동차 구조교재 참조)

그림 단순형 유성기어의 구조

비고

(12)

번호 문제 정답 및 해설

1

1.변속기의 필요성과 관계가 없는 것 은?

①엔진의 회전력을 변화시킨다.

②엔진을 무부하 상태로 있게 한다.

③후진을 가능케 한다.

④엔진의 출력을 증가 시킨다.

※변속기의 필요성

①엔진의 회전력을 변화시킨다.

②엔진을 무부하 상태로 있게 한다.

③후진을 가능케 한다.

2

2. 수동변속기의 싱크로메시 기구가 작용하는 시기는?

①변속기어가 풀릴 때 ②클러치 페달을 놓을 때 ③변속기어가 물릴 때 ④크러치 페달을 밟을 때

③변속기어가 물릴 때

※싱크로메시 기구(동기물림장치)가 작 용하는 시기는 변속기어가 치합이 될때 이다.

3

3. 자동변속기의 유성기어 장치에서 선 기어는 다음 중 어느 것과 물리고 있는가?

①링 기어 ②캐리어 ③클러치기어 ④유성 피니언기어

④유성 피니언기어

※유성기어 장치에서 선 기어는 유성 피 니언 기어와 물려있다.

4

4. 다음 중 자동변속기의 구성 부로 볼 수 없는 것은?

①토크컨버터 ②작동기구 ③차동기어 ④유압제어기구

③차동기어

※자동변속기의 구성 부는 토크컨버터, 작동기구,유성기어장치,유압제어기구, 전자제어기구로 나눌 수 있다.

(13)

-변속기자동차의 주행상태에 따라 도로의 조건 구동력 에 따라 기어의 물림을 변경 시키고 전진과 후진을 하기 위한 장치이다.

-변속기는 수동변속기와 자동변속기로 분류 할 수 있으며 동력전달방식과 설치상태 에 따라 전륜 ,후륜형 및 가로설치형, 세로설치형이 있다.

-수동변속기는 싱크로메시기구, 이중 치합 방지기구, 기어 풀림 방지기구의 주요 구 성 요소들이 있다.

-자동변속기의 경우 작동기구는 각종브레이크 및 클러치로 구성되어 있고, 플레네 터리 기어(유성기어)가 변속기구 역할을 하며, 유압제어부로 밸브바디가 있다.

-변속기 조작기구의 종류로서는 직접조작 방식, 칼럼 형 과 플러워 형으로 분류된다.