トランスミッション（機械装置）

トランスミッション（ギアボックスとも呼ばれる）は、ギアセット（2つ以上のギアが連動して動作する）を使用して、機械の速度、回転方向、またはトルクの増減を変更する機械装置です。^{[1] [2]}

トランスミッションには、単一の固定ギア比、複数の異なるギア比、または連続可変ギア比があります。可変比トランスミッションは、あらゆる種類の機械、特に車両に使用されます。

初期のトランスミッションには、風車、馬力装置、蒸気動力装置の直角駆動装置やその他のギアが含まれていました。これらの装置の用途には、ポンプ、製粉所、ホイストなどがありました。^[要出典]

自転車では伝統的にハブギアまたはディレイラーギアトランスミッションが使用されてきましたが、最近では他の設計上の革新もあります。

内燃機関のトルクと出力は回転数によって変化するため、ICEを搭載した自動車では、最適な出力、燃費、スムーズな操作を実現するために、エンジンをパワーバンド内に維持するための複数のギア比が必要です。また、現代の高速道路での安全で信頼性の高い操作のために、十分な加速と速度を提供するためにも、複数のギア比が必要です。ICEは通常、約600～7000rpmの範囲で動作しますが、車両の速度では、車輪が0～1800rpmの範囲で回転する必要があります。 ^[3]

初期の量産車では、標準的なトランスミッションの設計はマニュアルでした。ギアの組み合わせは、ギアとギアグループを軸に沿って動かすレバー (ギアステ​​ィック) を介してドライバーによって選択されました。1939 年以降、さまざまな種類のオートマチックトランスミッションを搭載した車が米国市場で販売されるようになりました。これらの車両は、エンジン自身の動力を使用して、負荷に応じて有効ギア比を変更し、エンジンを最適な回転速度に近い速度で稼働させます。現在、オートマチックトランスミッションは、世界中の自動車の 2/3 以上、米国ではほぼすべての新車で使用されています。

現在生産されているガソリンまたはディーゼルエンジン搭載の乗用車のほとんどは、4～10 の前進ギア比（スピードとも呼ばれる）と 1 つの後進ギア比を備えたトランスミッションを使用しています。電気自動車では通常、後進ギア比のない固定ギアまたは 2 速トランスミッションを使用します。

最も単純なトランスミッションは、固定比を使用してギアの減速または速度の増加を提供し、出力軸の向きの変更と組み合わせることもあります。このようなトランスミッションの例としては、ヘリコプターや風力タービンが挙げられます。風力タービンの場合、ギアボックスの第一段は通常、タービンからの高トルク入力に耐えながらサイズを最小限に抑えるために遊星歯車です。^{[4] [5]}

多くのトランスミッション（特に輸送用途）には、特定の状況に応じて入力速度（エンジン回転数など）と出力速度（車の速度など）の比率を変更するために使用される複数のギアがあります。ギア（比率）の選択は、手動、半自動、また​​は自動で行うことができます。

マニュアルトランスミッションでは、運転者がギアスティックとクラッチ（通常は自動車の場合はフットペダル、オートバイの場合はハンドレバー） を操作してギアを手動で選択する必要があります^{[6] 。}

現代の自動車のトランスミッションのほとんどは、入力シャフトと出力シャフトの速度を同期させるためにシンクロメッシュを使用しています。しかし、1950 年代以前は、ほとんどの自動車で非同期トランスミッションが使用されていました。

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  16 速トラクタートランスミッション (プラス 8 速リバースギア)
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  マツダM5OD マニュアルトランスミッション（エンジン側から見たところ）
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  4速シーケンシャルマニュアルトランスミッションのアニメーション

シーケンシャルマニュアルトランスミッションは非同期トランスミッションの一種で、主にオートバイやレーシングカーに使用されています。シンクロメッシュではなくドッグクラッチを使用することで、同期マニュアルトランスミッションよりもシフト時間が短縮されます。 ^[7]また、シーケンシャルマニュアルトランスミッションでは、ドライバーは次のギアまたは前のギアのいずれかを連続した順序で選択することになります。

セミオートマチックトランスミッションでは、一部の操作は自動化されていますが（多くの場合、クラッチの作動）、停止状態から発進したりギアを変更したりするには、ドライバーの入力が必要です。

自動マニュアルトランスミッション (AMT) は、基本的には、クラッチを操作したりギアをシフトしたりするために自動作動を使用する従来のマニュアルトランスミッションです。

これらのトランスミッションの初期のバージョンの多くは、オートスティックなどの半自動操作で、クラッチのみを自動的に制御しますが、ギアチェンジを開始するにはドライバーの入力が必要です。これらのシステムの一部は、クラッチレスマニュアルシステムとも呼ばれます。 ^{[8]これらのシステムの最新バージョンは完全に自動で動作し、}セレスピードやイージートロニックなど、クラッチ操作とギアシフトの両方をドライバーからの入力なしで自動的に制御できます。^{[9] [10]}

オートマチックトランスミッションでは、通常の運転状況では前進ギアを変更するためにドライバーからの入力は必要ありません。

最も一般的なオートマチックトランスミッションの設計は油圧オートマチックであり、通常は油圧を使用して操作される遊星歯車セットを使用します。^{[11] [12]トランスミッションは、ほとんどのマニュアルトランスミッションやデュアルクラッチトランスミッションで使用される}摩擦クラッチの代わりに、トルクコンバータ（または1960年代以前は流体カップリング）を介してエンジンに接続されます。^[13]

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  油圧式オートマチックトランスミッション（断面図）
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  油圧式自動変速機で使用される遊星歯車機構図
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  ZF 6HP油圧式オートマチックトランスミッションの断面図

デュアルクラッチトランスミッション（DCT）は、奇数ギアセットと偶数ギアセットに2つの独立したクラッチを使用します。^[14]この設計は、それぞれのクラッチが1つのハウジング内に収められ、1つのユニットとして機能する2つの独立したマニュアルトランスミッションによく似ています。 ^{[15] [16]}自動車やトラックの用途では、DCTはオートマチックトランスミッションとして機能し、ギアを変更するためにドライバーの入力を必要としません。

無段変速機 (CVT) は、ギア比の連続範囲をシームレスに変更できます。これは、固定ステップで限られた数のギア比を提供する他のトランスミッションとは対照的です。適切な制御を備えた CVT の柔軟性により、車両がさまざまな速度で移動している間、エンジンを一定のRPMで動作させることができます。

CVT は、自動車、トラクター、サイドバイサイド、モータースクーター、スノーモービル、自転車、土木機械などに使用されます。

最も一般的なタイプの CVT では、ベルトまたはチェーンで接続された2 つのプーリーを使用しますが、他の設計も使用されることがあります。

ギアボックスは、車両や固定機械の騒音や振動の大きな発生源となることが多い。車両が低速ギアに入っているときは、一般的に騒音レベルが高くなる。低速ギアの設計寿命は短いため、安価なギアが使用されることがあるが、高速ギアに使用されるヘリカルギアよりも、オーバーラップ比が小さく、かみ合い剛性が低いなどの理由で、騒音が多くなる傾向がある。この事実は、1960年代後半から車両が発する音の分析に使用されており、都市道路の騒音のシミュレーションや、道路沿いの都市防音壁の設計に取り入れられている。^[17]

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