ㅣ3ㅣ 동력 전달 장치

동력 전달 장치는 기관에서 발생된 동력을 구동 바퀴까지 전달하는 장치로, 그림과 같이 기관의 회전력은 클러치, 변속기, 추진축, 최종 감속 장치 및 차동 장치, 구동 차축, 바퀴로 전달된다. 동력 전달 장치의 구성은 기관의 위치와 구동 바퀴(구동 방식)에 따라 달라진다.

< 동력 전달 장치 (앞기관 뒷바퀴 구동식) >

자동차의 구동 방식은 기관의 위치와 구동 바퀴(구동 방식)에 따라 그림과 같이 앞기관 뒷바퀴 구동식, 앞기관 앞바퀴 구동식, 뒷기관 뒷바퀴 구동식, 앞기관 전바퀴 구동식이 있다. 앞기관 뒷바퀴 구동식은 가장 오래된 형식으로 조작이 간단하고 중량 분배가 쉽고 안정감이 있어 일부 승용차와 화물차에 주로 사용된다. 앞기관 앞바퀴 구동식은 추진축이 없어 실내 공간 활용이 쉽고, 제동 안정성과 조향 안전성이 유리하여 최근 승용차의 대부분에 사용된다. 뒷기관 뒷바퀴 구동식은 추진축이 없으며 차체 바닥 면적을 낮고 크게 할 수 있어 버스에 많이 채택되고 있다. 앞기관 전바퀴 구동식은 구조는 복잡하나 구동력이 크므로 건설용이나 왜건(wagon)형식의 승용차에 사용된다.

(1) 클러치

클러치(clutch)는 기관과 변속기 사이에 설치되어 동력의 전달을 단속하는 역할을 한다. 클러치는 동력을 전달할 때는 미끄럼이 없어야 하며, 동력을 차단할 경우에는신속하고 확실하여야 하며, 동력 전달 능력이 충분할 것 등이 요구된다. 클러치에는 크랭크축에 부착된 플라이휠과 클러치판의 접촉에 의한 마찰력을 이용하는 마찰 클러치와 유체의 운동 에너지를 이용하는 유체 클러치가 있다. 수동 변속기를 사용하는 경우에는 마찰 클러치가 사용되며 유체 클러치는 주로 자동 변속기에 사용되나 유체 토크 변환기가 클러치의 기능을 겸하고 있다. 마찰 클러치는 그림과 같이 플라이휠과 클러치판이 밀착되어 동력이 항상 연결된 상태에 있으므로, 기관 시동시나 기어 변속시 동력을 차단할 때는 그림과 같이 클러치 페달을 밟으면 릴리스 베어링이 다이어프램 스프링을 밀어 클러치판을 분리시켜 동력을 차단하게 된다.

< 마찰 클러치의 작용 >

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(2) 변속기

자동차는 적재 하중, 주행 속도, 노면 상태와 구배 등 주행 상태에 따라 기관의 토크와 회전 속도을 변화시켜야 한다. 즉, 자동차가 출발할 때나 비탈길을 올라갈 경우에는 저속으로 큰 토크(torque, 회전력)가 필요한 반면, 속도가 빠를 때에는 적은 토크가 요구된다.
기관 동력의 크기는 회전 속도와 토크의 곱에 비례한다. 따라서 동력의 크기가 일정하면 회전 속도와 토크는 반비례하므로 회전 속도를 줄이면 토크는 증가하고, 회전 속도를 증가시키면 토크는 감소한다. 이와 같이 변속기는 주행 상태에 알맞는 회전 속도와 토크를 변화시켜 전달하는 장치이다.
현재 자동차에 사용되는 변속기에는 수동식 변속기와 자동식 변속기가 있다. 수동 변속기는 그림과 같이 기어의 잇수에 따라 변속비 가 결정되고, 이 변속비에 따라 회전 속도와 토크가 증감된다. 표는 우리 나라에서 생산되는 승용차의 변속비를 나타낸 것이다.
또한, 기관의 회전 방향은 일정하므로 자동차를 후진시키려면 후진 장치가 필요하며, 후진 장치로는 기어의 갯수를 이용한다. 외접한 기어의 갯수가 홀수면 입력축의 회전 방향과 출력축의 회전 방향은 같은 방향이고, 짝수이면 출력축의 회전 방향이 반대가 된다.

< 변속기의 원리 >

자동 변속기에는 변속을 어느 정도 연속적이고 자동적으로 할 수 있는 변속기로 클러치와 변속기의 기능을 하는 토크 변환기와 구동력을 증대시키고, 후진시 회전 방향을 변환하는 유성 기어 장치로 구성된다.

(3) 최종 감속 장치 및 차동 장치

< 최종 감속 및 차동 장치 >

최종 감속 장치는 추진축과 구동 차축이 직각으로 설치된 차에서 동력의 전달 방향을 직각으로 바꾸고, 동시에 회전 속도를 감속하여 토크를 증가시켜 구동 바퀴에 전달하는 역할을 한다. 최종 감속 장치는 스파이럴 베벨 기어나 하이포이드 기어가 사용된다.
그림은 최종 감속 장치와 차동 장치를 나타낸 것이다. 차동 장치는 자동차가 굽은 길을 선회할 때 좌우 바퀴가 각각 다른 반지름과 속도로 돌게 되며, 바깥쪽 바퀴가 안쪽 바퀴보다 더 많이 회전하게 되는데, 이 때 회전에 알맞도록 좌우 바퀴의 회전 속도를 조절하는 장치이다.
차동 장치는 그림과 같이 최종 감속 장치인 링 기어, 구동 피니언과 일체로 되어 있으며, 차동 기어 케이스, 차동 피니언, 차동 사이드 기어로 구성된다.
최근 앞기관 앞바퀴 구동식 자동차에서는 최종 감속 장치와 차동 장치를 변속기와 일체로 조립한 트랜스 액슬(trans axle)이란 장치가 사용되고 있다.