변속기

2. 원리

톱니바퀴를 이용하여 회전수와 방향을 바꾼다. 입력 회전수와 출력 회전수의 비를 '''변속비'''(變速比)라고 한다. 자동차는 출발할 때부터 고속 주행까지 필요한 힘이나 속도가 일정하지 않다. 변속비가 일정하면, 엔진의 사용 회전 범위는 자동차에 필요한 힘이나 속도를 얻는 데 충분하지 않다. 또한, 때로는 후진해야 할 필요도 있다. 이러한 요구에 따라 변속기가 필요하다.

일반적으로 자동차의 변속기는 전진 6~7단, 후진 1단, 합계 7~8단의 변속이 가능하다. 이 변속비는 자전거의 치수비(齒數比)와 같지만, 자전거는 크랭크 1회전 시 뒷바퀴 회전수를 표시하는 반면, 자동차는 엔진 회전이 빠르므로 엔진 회전수에 대한 변속기 출력 축의 회전수를 나타내는 것이 일반적이다. 예를 들어 전진 3단 변속기의 경우, 변속비가 큰 순서대로 로기어(low gear)는 3.5, 세컨드기어(second gear)는 1.8, 서드기어(third gear：top gear)는 1.0, 백기어(back gear)는 3.7 정도이다. 대형 트럭 중에는 전진 12~13단, 후진 2단 변속기를 가진 것도 있다. 변속기와 구동 차륜의 차축 사이에는 감속 기어가 있으며, 여기서도 3.7 ~ 4.2 정도의 감속비가 적용된다. 엔진 회전수에 대한 구동 차륜의 회전수 비율을 총감속비라고 하며, 이는 변속기의 변속비와 감속 기어의 감속비를 곱한 값이다. 변속기의 변속 방법은 자전거의 경우 체인을 바꿔 걸지만, 자동차에서는 기어의 결합 방식을 변경한다.

변속기는 단일 기어비로 동력원의 회전을 변환하여 전달하거나, 필요에 따라 여러 기어비로 변경할 수 있다. 기어비 변경은 수동 또는 자동으로 이루어지며, 회전 방향을 바꾸는 기능이 있는 경우도 있다. 톱니바퀴 대신 벨트와 풀리 등을 사용한 무단변속 장치나, 유체 등을 사용한 방식도 있다.^[1]

자동차나 오토바이 등에서는 엔진 출력을 구동륜에 전달하는 과정에서 적절한 토크와 회전 속도로 변속하기 위해 변속기가 사용된다. 회전하지 않을 때 토크를 발생시키지 않는 일반적인 용적형 내연기관을 사용하는 경우, 회전 속도가 너무 낮으면 출발 시나 저속 주행 시 엔진이 정지할 수도 있다. 변속기는 엔진의 회전 속도를 낮추면서 토크를 증폭시킨다. 차량에는 일반적으로 엔진과 변속기 사이에 클러치나 토크 컨버터 등의 출발 장치를 통해 연결된다.^[3]