Gearbox / Manual transmission (수동 변속기)

엔진에서 만들어지는 에너지는 변속기를 통해 구동축으로 전해진다. 이때, 변속기는 다양한 주행 상황에 맞춰 속력과 토크를 조절하는 역할을 한다. Power = Torque * Speed 이므로 상황에 맞춰 적절하게 torque와 speed를 조절한다.

Gearbox, 혹은 Manual transmission은 그런 변속기의 역할을 사람이 직접 조작하여 실현한다.

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Manual transmission을 이해하기 위해서는 기어의 톱니 갯수와 속도의 관계에 대해서 우선 알아야한다.

기어는 일반적으로 위와 같은 관계를 가지는데, 즉, 톱니가 많을 수록 (반지름이 클수록), 회전 속도가 느리다.

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일반적인 수동 변속기는 위와같은 형태를 띄게 되는데, output shaft의 기어들은 헐겁게 연결되어 있다. 이후, 연결고리를 통해 Output shaft의 어떤 기어가 활성화되냐에 따라서 output shaft의 회전 속도가 달라지게 된다.

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Gear는 연결부를 만들기 위해 위 사진처럼 Syncronizer cone-teeth가 연결되어 있다.

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Output shaft와 그 위의 기어들이 연결되어 있는 구조는 이와 같다. Gear에 Syncronizer cone-teeth가 연결되어 있고, 그 옆에 Syncronizer ring이 shaft에 끼워져있다. Hub는 shaft에 연결되어 만들어져 있고, 이동할 수 있는 Sleeve가 그 위를 감싸고 있다.

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Syncronizer ring은 sleeve를 연결하려고 할 때 다른 속도로 회전하고 있는 syncronizer cone-teeth와 Hub의 속도를 맞춰서 sleeve가 더 잘 연결되도록 하는 역할을 한다.

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원하는 기어를 활성화 하려고 할 때 sleeve가 이동하여 hub와 syncronizer cone-teeth를 연결하게 되고, shaft는 gear와 같은 속도로 회전하게 된다.

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이제 실제 차량에서의 모습을 보자. 중립 상태일 때는 sleeve가 어떤 기어에도 연결되지 않는다.

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1단일 때는 맨 오른쪽의 기어와 연결되어서 outer shaft가 느린 속도로 회전하게 된다.

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2단일 때는 오른쪽에서 두번째 기어가 sleeve를 통해서 shaft와 연결되어 있고, 1단보다는 빠른 속도로 회전하게 된다. (2단에서 활성화되는 기어의 크기가 1단일 때의 기어보다 작다.)

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3단일 때는 오른쪽에서 세번째 기어가 활성화 되고, 2단보다 빠른 속도로 회전하게 된다.

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4단일 때는 sleeve를 통해 input shaft에 있는 기어와 output shaft가 연결되는데, 이에 따라 output shaft는 input shaft와 같은 속도로 돌게 된다. (Direcet drive)

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5단일 때는 이렇게 추가적인 기어를 사용한다. 맨 오른쪽 기어는 output shaft에 고정된 채로 연결되어 있고, counter shaft에 다른 기어들과 같은 구조를 가진 기어를 연결해놓는다.

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그리고 사진처럼 sleeve를 통해 counter shaft와 기어를 연결하게 되고, output shaft는 input shaft 보다 빠른 속도로 회전하게 된다.

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후진에서는 이와 같은 형태의 기어를 사용하게 되는데, Idle 기어에 의해서 input과 output의 회전 방향이 반대가 된다.

이를 위 사진과 같이 연결해놓고, idle 기어를 밀어서 두개의 기어와 맞물리게 되면 후진을 할 수 있게 된다.

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출처: https://www.youtube.com/watch?v=wCu9W9xNwtI&list=WL&index=9&t=1s