HANKOOK AUTOMOTIVE COLLEGE

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1 HANKOOK AUTOMOTIVE COLLEGE
섀시이론 클러치와 수동변속기 HANKOOK AUTOMOTIVE COLLEGE AMCHT-02

2 클러치와 수동변속기 1. 클러치(Clutch) ● 클러치의 역할 ● 단판 클러치의 구조 및 기능 ● 클러치 조작 기구
● 페달 조작력 전달 방식 2. 수동변속기

3 학 습 목 표 1. 클러치의 역할에 대해 알 수 있다. 2. 상용차의 단판 클러치의 기능에 대해 알 수 있다.
3. 승용차의 단판 클러치의 기능에 대해 알 수 있다. 4. 뒷바퀴 구동(FR) 수동 변속기의 필요성에 대해 알 수 있다. 5. 뒷바퀴 구동(FR) 수동 변속기의 작동에 대해 알 수 있다.

4 클러치는 엔진과 변속기 사이에 부착되어 있으며(엔진 플라이 휠 뒷면에 부착되어 있다).
▣ 클러치(Clutch) 1. 클러치의 역할 클러치는 엔진과 변속기 사이에 부착되어 있으며(엔진 플라이 휠 뒷면에 부착되어 있다). 동력전달 장치에 전달되는 엔진의 동력을 연결하거나 차단하는 장치이다 (1) 클러치의 필요성 1) 엔진을 기동할 때 동력을 차단하여 무부하 상태로 하기 위해 2) 변속기의 기어를 변속할 때 엔진의 동력을 일시 차단하기 위해 3) 자동차의 관성 운전(慣性運轉)을 하기 위해 엔진 동력을 차단할 때 엔진 동력을 전달할 때

5 (2) 단판 클러치 작동(상용 자동차) 1) 엔진의 동력을 차단할 때(클러치 페달을 밟으면)의 작동 클러치 페달을 밟으면 릴리스 베어링이 릴리스 레버를 밀게 되므로 압력판이 플라이 휠 반대쪽으로 이동한다. 이에 따라 압착되어 있던 클러치 디스크가 플라이 휠과 압력판에서 분리되므로 엔진의 동력이 변속기로 전달되지 않는다. 2) 엔진의 동력을 전달할 때(클러치 페달을 놓으면)의 작동 엔진의 동력을 변속기로 전달하기 위해 클러치 페달을 놓으면 클러치 스프링의 장력에 의하여 압력판이 클러치 디스크를 플라이 휠에 압착시켜 플라이 휠과 함께 회전한다. 클러치 디스크는 변속기 입력축의 스플라인에 설치되어 있으므로 클러치 디스크가 회전하면 엔진의 동력이 변속기로 전달된다.

6 (1) 클러치 디스크(clutch disc, 클러치 판) 클러치 디스크는 플라이 휠과 압력판 사이에 끼워져
2. 단판 클러치의 구조 및 기능 (1) 클러치 디스크(clutch disc, 클러치 판) 클러치 디스크는 플라이 휠과 압력판 사이에 끼워져 있으며, 엔진의 동력을 변속기 입력축을 통하여 변속기로 전달하는 마찰 판이다. 구조는 원형 강판(鋼板)의 가장자리에 마찰 물질로 된 페이싱(또는 라이닝；facing or lining)이 리벳으로 설치되어 있고, 중심부에는 허브(hub)가 있으며. 그 내부에 변속기 입력축을 끼우기 위한 스플라인(spline)이 파져 있다. 또 허브와 클러치 강판 사이에는 비틀림 코일 스프링(damper spring or torsion spring)이 설치되어 클러치 디스크가 플라이 휠에 접속될 때 회전 충격을 흡수한다. 페이싱 사이에는 파도 모양의 쿠션 스프링이 설치되어 클러치가 접속될 때 스프링이 변형 되어 디스크의 변형, 편마멸, 파손 등을 방지한다. 클러치 디스크의 구조

7 변속기 입력축은 클러치 디스크에 의해서 엔진의 동력을 변속기로 전달하며, 축의 스플라인
(2) 변속기 입력축(클러치 축) 변속기 입력축은 클러치 디스크에 의해서 엔진의 동력을 변속기로 전달하며, 축의 스플라인 부에 클러치 디스크 허브의 스플라인이 끼워져 클러치 페달을 밟거나 놓을 때 클러치 디스크 가 길이 방향으로 미끄럼 운동을 한다. 앞 끝은 플라이 휠 중앙부에 설치된 파일럿 베어링에 의해 지지되고, 뒤끝은 볼 베어링에 의해 변속기 케이스에 지지되어 있다. 변속기 입력축

8 압력판은 다이어프램 스프링(또는 클러치 스프링)의
(3) 압력판(壓力板) 압력판은 다이어프램 스프링(또는 클러치 스프링)의 장력으로 클러치 디스크를 플라이 휠에 압착시키는 일을 한다. 클러치 디스크와의 접촉면은 정밀 다듬질 되어 있고 뒷면에는 코일 스프링 형식에서는 스프링 시트와 릴리스 레버 설치 부분이 마련되어 있다. 또 압력 판과 플라이 휠은 항상 회전하므로 동적 평형 (動的平衡)이 잘 잡혀 있어야 한다. (4) 릴리스 레버(release lever) 릴리스 레버는 코일 스프링 형식에서 클러치 페달을 밟을 때 릴리스 베어링의 힘을 받아 압력판을 움직이는 작용을 하며, 이 레버의 높이가 서로 다르면 자동차가 출발할 때 진동을 일으키는 원인이 된다. 클러치 압력판

9 (5) 클러치 스프링(clutch spring)
클러치 스프링은 클러치 커버와 압력판 사이에 설치되어 있으며, 스프링의 장력으로 압력판을 플라이 휠에 압착시키는 작용을 한다. 사용되고 있는 스프링에 따라 분류하면 코일 스프링 형식(상용차), 다이어프램 스프링 형식(승용차), 크라운 프레셔 스프링 형식 등이 있다. 1) 코일 스프링 형식(coil spring type) 이 형식은 9∼12개의 코일 스프링을 클러치 압력판과 커버 사이에 설치한 것이다. 상용차 코일 스프링 형식의 구조

10 2) 다이어프램 스프링 형식(막 스프링 형식 ; 승용차)
이 형식은 코일 스프링 형식의 릴리스 레버와 코일 스프링의 역할을 동시에 하는 접시 모양의 다이어프램 스프링을 사용하고 있다. 다이어프램 스프링 형식

11 ① 구조 및 설치 상태： 다이어프램 스프링의 바깥쪽 끝은 압력판과 접촉하며, 중앙의 핑거(finger)는 약간 볼록 하게 되어 있다. 바깥쪽 끝 약간 떨어진 부분에 피벗 링을 사이에 두고 클러치 커버에 설치되어 이 피벗 링을 지점으로 하여 압력판을 눌러 준다. ② 다이어프램 스프링 형식의 작동： 클러치 페달을 밟으면 릴리스 베어링에 의해 스프링 핑거 부분에 압력이 가해져 전체 다이어프램 스프링이 안쪽으로 구부러지면서 압력판을 뒤로 잡아당겨 클러치 디스크를 플라이 휠로부터 분리(分離)시킨다. 클러치 페달을 놓아 핑거 부분의 압력이 풀리면 다이어프램 스프링이 원위치 되어 클러치 디스크가 플라이 휠에 압착된다. 다이어프램 스프링 형식의 작동

12 클러치 조작 기구에는 클러치 페달, 페달의 조작력을 릴리스 포크로 전달하는 부분, 릴리스 포크
3. 클러치 조작 기구 클러치 조작 기구에는 클러치 페달, 페달의 조작력을 릴리스 포크로 전달하는 부분, 릴리스 포크 및 릴리스 베어링 등으로 구성되어 있고, 페달 조작력 전달 방법에는 기계식과 유압식이 있다. (1) 클러치 페달(clutch pedal) 클러치 페달은 페달의 밟는 힘을 감소시키기 위해 지렛대 원리를 이용한다. 설치 방법에 따라 펜던트형(pendant type)과 플로어형(floor type)이 있다. 페달을 밟은 후부터 릴리스 베어링이 다이어프램 스프링 (또는 릴리스 레버)에 닿을 때까지 페달이 이동한 거리를 자유 간극(또는 유격)이라 한다. 자유 간극이 너무 적으면 클러치가 미끄러지며, 이 미끄럼으로 인하여 클러치 디스크가 과열되어 손상된다. 반대로 자유 간극이 너무 크면 클러치 차단이 불량하여 변속기의 기어를 변속할 때 소음이 발생하고 기어가 손상된다. 따라서 페달의 자유 간극은 기계식인 경우 20∼30mm정도, 유압식은 10∼15mm 정도가 좋으며 자유 간극 조정은 클러치 링키지에서 하고, 클러치가 미끄러지면 페달 자유 간극부터 점검 조정하여야 한다. 클러치 페달의 자유간극

13 (2) 릴리스 포크(release fork)
릴리스 포크는 릴리스 베어링 칼라에 끼워져 릴리스 베어링에 페달의 조작력을 전달하는 작용 을 한다. 구조는 요크와 핀 고정부가 있으며 끝 부분에는 리턴 스프링을 두어 페달을 놓았을 때 신속히 원위치가 되도록 한다. 릴리스 포크

14 (3) 릴리스 베어링(release bearing)
릴리스 베어링은 클러치 페달을 밟았을 때 릴리스 포크에 의하여 변속기 입력축의 길이 방향 으로 이동하여 회전 중인 다이어프램 스프링(또는 릴리스 레버)을 눌러 엔진의 동력을 차단 하는 일을 한다. 릴리스 베어링의 구조와 종류

15 기계식은 클러치 페달을 밟는 힘을 케이블을 거쳐 릴리스 포크로 전달하여 릴리스 베어링을 이동시키는 방식이다.
4. 페달 조작력 전달 방식 (1) 기계식(機械式)        기계식은 클러치 페달을 밟는 힘을 케이블을 거쳐 릴리스 포크로 전달하여 릴리스 베어링을 이동시키는 방식이다. 기계식

16 (2) 유압식(油壓式) 유압식은 클러치 페달을 밟으면 마스터 실린더에서 유압이 발생되며. 이 유압을 이용하여
릴리스 포크로 전달하여 릴리스 베어링을 이동시키는 방식이다. 이 방식의 특징은 다음과 같다. ① 마찰이 작기 때문에 클러치 페달을 밟는 힘이 작아도 된다. ② 클러치의 작용이 신속하게 이루어진다. ③ 엔진과 클러치 페달의 설치 위치가 자유롭다. ④ 구조가 복잡하며, 오일이 새거나 공기가 침입하면 조작이 어렵다. 유압식

17 ● 마스터 실린더(master cylinder)：
마스터 실린더의 구조를 살펴보면 실린더는 알루미늄 합금이며, 위쪽에는 오일 저장 탱크가 있고 그 내부에 피스톤, 피스톤 컵, 리턴 스프링 등이 조립되어 있다. 작동은 클러치 페달을 밟으면 푸시로드가 피스톤을 밀어 유압을 발생시켜 슬레이브 실린더로 보낸다. 그러나 페달을 놓으면 피스톤은 리턴 스프링 장력으로 제자리로 복귀하고, 슬레이브 실린더로 보내졌던 오일이 리턴 구멍을 거쳐 오일 탱크로 복귀한다. ● 슬레이브 실린더(slave cylinder, 릴리스 실린더)： 슬레이브 실린더는 마스터 실린더에서 보내 준 유압을 피스톤과 푸시로드에 작용하여 릴리스 포크를 미는 작용을 한다. 또 슬레이브 실린더에는 유압회로 내에 침입한 공기를 배출시키기 위한 공기 블리더 스크루가 있다. 그리고 클러치는 사용함에 따라 클러치 디스크의 페이싱이 마멸되어 페달의 자유 간극이 작아진다. 따라서 알맞은 시기에 페달의 자유 간극을 조정하여야 하지만 최근에는 페달의 자유 간극을 조정하지 않아도 되는 비 조정식 슬레이브 실린더를 사용하고 있다.

18 엔진의 회전력은 회전속도의 변화에 관계없이 항상 일정하지만 그 출력은 회전속도에 따라서
▣ 수동변속기 엔진의 회전력은 회전속도의 변화에 관계없이 항상 일정하지만 그 출력은 회전속도에 따라서 크게 변화하는 특징이 있다. 자동차가 필요로 하는 구동력은 도로의 상태, 주행속도, 적재 하중 등에 따라 변화하므로 변속기는 이에 대응하기 위해 엔진의 옆이나 뒤쪽에 설치되어 엔진의 출력 을 자동차의 주행속도에 알맞게 회전력과 속도로 바꾸어서 구동 바퀴로 전달하는 장치이다. 변속기(FR 구동 방식)

19 (1) 변속기의 필요성 활동 기어식 변속기 1) 엔진과 차축 사이에서 회전력을 증대시킨다.
2) 엔진을 시동할 때 무부하 상태로 한다(변속 레버 중립 위치). 3) 자동차를 후진(後進)시키기 위하여 필요하다. (2) 변속기의 분류 1) 점진 기어식 변속기 이 변속기는 운전 중 제1속에서 직접 톱 기어(top gear)로 또는 톱 기어에서 제1속으로 변속이 불가능한 형식이다(오토바이용 변속기) 2) 활동 기어식(sliding gear type；섭동기어식) 이 변속기는 주축(主軸)과 부축(部軸)이 평행하며, 주축에 설치된 각 기어는 스플라인에 끼워져 축 방향으로 미끄럼 운동을 할 수 있다. 변속을 할 때는 변속 레버의 조작으로 주축에 설치된 기어 한 개를 선택하여 미끄럼 운동으로 이동시켜 부축 기어에 물림 으로서 동력이 전달된다. 이 형식은 구조는 간단하지만 기어를 미끄럼 운동시켜 직접 물림으로 변속 조작 거리가 멀고, 가속 성능이 저하 되며, 기어와 주축의 회전속도 차이를 맞추기 어려워 기어가 파손되기 쉽다. 활동 기어식 변속기

20 3) 상시 물림식(constant mesh type)
이 변속기는 주축 기어와 부축 기어가 항상 물려 있는 상태로 작동하며, 주축에 설치된 모든 기어는 공전을 한다. 변속을 할 때에는 주축의 스플라인에 설치된 도그 클러치(dog clutch or clutch gear)가 변속 레버에 의하여 이동하여 공전하고 있는 주축 기어 안쪽의 도그 클러치에 끼워져 주축과 기어에 동력을 전달한다. 이 형식은 기어를 파손시키는 일이 적고, 도그 클러치의 물림 폭이 좁아 변속 레버의 조작 각도가 작으므로 변속 조작이 쉽고 구조도 비교적 간단하다. 상시 물림식 변속기

21 4) 동기 물림식(synchro mesh type)
이 변속기는 주축 기어와 부축 기어가 항상 물려져 있으며, 주축 위의 제1속, 제2속, 제3속 기어 및 후진기어가 공전한다. 엔진의 동력을 주축 기어로 원활히 전달하기 위하여 기어에 싱크로메시 기구(동기 물림 장치)를 두고 있다. 싱크로메시 기구는 기어를 변속할 때 기어의 원뿔 부분에서 마찰력을 일으켜 주축에서 공전하는 기어의 회전속도와 주축의 회전속도를 일치시켜 기어 물림이 원활하게 이루어지도록 하는 방식이다. 싱크로메시 기구의 구성은 클러치 허브, 클러치 슬리브, 싱크로나이저 링과 키로 이루어져 있으며, 작동은 다음과 같다. 동기 물림식 변속기

22 ① 제1단계 작동： 시프트 포크에 의해 슬리브가 이동하면 슬리브의 돌기 부분과 맞물려 있는 싱크로나이저 키가 이동함과 동시에 싱크로나이저 키의 끝 면에서 싱크로나이저 링을 기어의 원뿔 부분에 밀어 붙여 마찰이 되도록 함으로써 기어는 점차 슬리브와 동일한 속도로 회전한다. 그러나 완전히 동기(同期)될 때까지는 기어와 슬리브의 속도 차이로 인해 싱크로나이저 링은 그 홈의 폭과 키 폭과의 차이만큼 벗어난 위치에 있으므로 키는 홈의 한쪽에 밀착된 상태로 회전한다. 이로 인해 슬리브와 싱크로나이저 링의 스플라인은 서로 마주 보는 위치에 있게 된다. 제1단계 작동 제2단계 작동 ② 제2단계 작동： 이 때는 클러치 슬리브가 더 이동하여 슬리브 홈과 싱크로나이저 키 돌기의 물림이 풀려 스플라인으로 이동하는 상태이므로 슬리브 스플라인의 선단 부분이 싱크로나이저 링의 원뿔 기어(cone gear) 선단 부분에 부딪쳐 이동이 방해를 받으므로 싱크로나이저 링을 더욱 강력하게 기어의 원뿔 부분을 압착한다.

23 이 때는 클러치 슬리브와 기어의 회전속도가 동일하게 되므로 싱크로나이저 링의 회전속도도 같아져 슬리브의 진행을 방해하지
③ 제3단계 작동： 이 때는 클러치 슬리브와 기어의 회전속도가 동일하게 되므로 싱크로나이저 링의 회전속도도 같아져 슬리브의 진행을 방해하지 않는다. 이에 따라 슬리브는 싱크로나이저 링의 원뿔 기어를 원활히 통과하여 기어의 스플라인과 맞물려 변속이 완료된다. 이와 같이 완전히 동기 작용이 완료될 때까지 클러치 슬리브와 기어가 물리지 않으므로 기어를 변속하는데 무리가 없고, 변속할 때 소음이나 기어의 파손을 방지할 수 있다. 제3단계 작동

24 변속기 조작 기구에는 변속 레버를 익스텐션 하우징 위에 설치하고 시프트 포크의 선택으로
(3) 변속기 조작 기구 변속기 조작 기구에는 변속 레버를 익스텐션 하우징 위에 설치하고 시프트 포크의 선택으로 변속하는 직접 조작 방식과 조향 칼럼에 변속 레버를 설치하고 변속기와 변속 레버를 별도로 설치한 후 그 사이를 링크나 와이어로 연결하여 조작하는 원격 조작 방식이 있다. 로킹볼과 인터로크

25 변속기 조작 기구에는 시프트 레일에 각 기어를 고정시키기 위한 홈을 두고 이 홈에는 기어가
빠지는 것을 방지하기 위해 로킹 볼(locking ball)과 스프링이 설치되어 있으며, 하나의 기어가 물려 있을 때 다른 기어는 중립에서 이동하지 못하도록 하여 기어의 이중 물림을 방지하는 인터로크(inter lock)가 설치되어 있다. 그리고 후진으로 변속할 때 기어가 파손되는 것을 방지하기 위하여 변속 레버를 누르거나 들어올려 후진기어로 변속하여야 하는 후진 오 조작(誤造作) 방지 기구를 두고 있다. 후진 오 조작 방지 기구

26 엔진 회전 속도 부축기어의 잇수 변속비 = 또는 = ⅹ 변속기 주축 회전 속도 주축기어의 잇수 (4) 변속비
변속비(또는 감속비)란 엔진의 회전속도와 변속기 주축(또는 추진축)의 회전속도와의 비율을 말한다. 변속비 = 엔진 회전 속도 변속기 주축 회전 속도 또는 = 부축기어의 잇수 주축기어의 잇수 ⅹ 그리고 변속비가 큰 것부터 차례로 제1속, 제2속…… 이라고 부르며, 직결(直結)인 경우에는 변속비가 1.0으로 톱 기어(top gear)라 한다. 변속 기어를 저속으로 선택하면 변속비가 커지며, 주축의 회전력은 증가하나 구동 바퀴의 회전속도는 느려진다.