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| Do It Yourself (2007.07) |
| ▶ 레이싱에서 주로 사용되는 도그 클러치 자동차 변속에 대한 모든 것 Ⅰ |
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| 도그 클러치는 임의에 속도 차에서 쉽게 변속이 이루어져 레이싱에서 상당히 시간을 단축함을 보여준다. 즉 도그 클러치 조작기구의 빠른 변속시간과 동력전달의 효율이 높음을 나타내고 있다. |
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수동변속기구 : 비동기식 도그 클러치(Non-synchromesh type Dog clutch)
자동차의 동력전달 부품인 변속기는 기관의 고출력화, 연비 절감, 고강도화, 경량화를 지향하며 동시에 쾌적함과 안락함을 충족하기 위해 소음, 진동을 저감하는 방향으로 발전해왔다. 수동 변속기의 단 기어는 평 기어(스퍼 기어) 또는 헬리컬 기어를 사용하여 구성한다. 각각의 기어 특성을 알아보자.
헬리컬 기어
헬리컬 기어는 보통 수동변속기의 승용차에 사용된다. 보통 평행한 두 축 사이에 나선 이(helical teeth)를 가지는 원통기어로 동력을 전달한다. 나선이 축 방향과 맺는 각을 비틀림 각 또는 나선 각이라고 한다. 비틀림 각을 크게 하면 축 방향의 동시 물림 이수가 증가하여 물음 율이 좋아지고, 이의 물림이 원활하여 고속회전에서도 소음이 발생되지 않는다. 이의 접촉이 서서히 증가해 최대로 되고, 다시 서서히 감소되어 이의 강도에서 변화가 완만해 유리하고 원활해 진동과 소음이 다른 기어에 비해 작다. 그러나 기어를 축 방향으로 미는 추력(thrust)이 생겨 동력 손실이 생긴다. 이 추력을 흡수하는데 스러스트 베어링이 필요하다.
평(스퍼) 기어
이 끝이 직선이며 축에 평행한 원통기어를 평 기어라 한다. 평 기어는 작용선상에서 이와 이가 물림을 시작하면 이 나비 전체에 접촉각이 갑자기 변하므로 잇 면에 걸리는 하중이 커져서 진동과 소음의 원인이 되고 이의 물림의 길이가 짧아 이의 강도에서 불리하며 이 끝이 깨질 수 있다.
도그 클러치(Dog clutch) 변속기구
주축에 베어링이 끼어져 자유롭게 회전하는 단 기어와 부축에 단 기어는 서로 물려 회전한다. 주축의 스플라인에 고정된 도그 허브 위에 도그 슬리브가 설치되어 있으며 바깥에 시프트 포크 홈이 있다. 그리고 도그 클러치는 주축의 타 측의 가이드 홈에서 압축 또는 돌출되어 있는 상태로 구성되어 있는 것이 특징이다. 도그 클러치는 축 방향으로 미끄럼 이동이 가능하도록 설계해 양측이 걸어 맞춤과 이탈을 유도해 형성되어 있다. 그림3은 1단, 2단 단기어의 한쪽 측면에 성곽 모양의 도그 클러치가 6개 튼튼하고 예리한 이빨을 연상하도록 돌출되어 있다. 서로 다른 속도 차에서 기어의 물림이 가능하므로 상시 치합식(constant-mesh type)이라 불린다.
주축의 스플라인에 도그 허브는 스플라인에 끼워져 고정되어 있으며, 도그 슬리브는 도그 허브 상에서 축 방향으로 미끄럼 이동이 가능 하도록 설치되어 있다. 변속 시에 도그 슬리브가 단기어의 도그 클러치와 치합해 동력을 전달한다.
도그 클러치 변속기구 특징
싱크로나이저 기구는 서로 다른 회전수로 가지는 기어를 마찰력을 이용해 같은 회전수로 맞춰주어 변속 시 충격을 흡수하고 부드러운 변속이 이루어지도록 한다. 따라서 동기화를 이루어진 후에 치합이 되므로 동력전달의 손실이 발생하며 변속시간이 길어진다.
하지만 도그 클러치 변속 기구는 클러치의 단속 없이 도그 클러치 슬리브가 단 기어와 원주 속도 차이를 이용해 도그 클러치가 직접 신속하게 변속이 완료된다. 자동차 경주의 특성상 급가속 및 급선회 등으로 자주 변속조작을 하는 변속시간을 상당히 줄일 수 있으며 기관의 출력을 유지해 랩타임 향상에 유리하다. 또한 변속이 필요한 도그 슬리브의 이동량이 작다. 헬리컬 기어에서 생기는 축 방향 분력이 없는 평 기어를 사용해 변속기의 동력전달 효율이 상승하고 기어의 이 너비를 크게 설계해 같은 조건에서 상대적으로 강도를 증대함으로써 허용 기관의 토크 향상이 가능하다. 하지만 변속 조작 시에 날카로운 소음은 피할 수 없는 단점이다. 그림6, 7은 1단 기어에서 2단기어로 업-시프트 시에 싱크로메시 조작기구와 도그 클러치 조작기구의 변속 시간(클러치 조작과 치합에 걸리는 시간)과 토크를 비교한 그래프이다. 싱크로메시 기구는 클러치 조작 없이는 기어의 속도를 맞추지 않으면 변속이 힘들지만, 도그 클러치는 임의에 속도 차에서 쉽게 변속이 이루어져 레이싱에서 상당히 시간을 단축함을 보여준다. 즉 도그 클러치 조작기구의 빠른 변속시간과 동력전달의 효율이 높음을 나타내고 있다. |
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