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トランスミッション（ギアボックスとも呼ばれる）は、機械の速度、回転方向、またはトルクの増幅または減速を変更するために、ギアセット（2つ以上のギアが連動して動作する）を使用する機械装置である。[ 1 ] [ 2 ]
これはルイ・ルノー（ルノーの創業者）によって発明された。しかし、 1886年にカール・ベンツが、補助シャフトとクラッチを介してスプロケットとチェーンを使用し、ベルト駆動式のパテント・モーターワーゲン2号という最初の実用的な自動車に2つ目の低速ギアを搭載することで、このアイデアを先取りしていた。
変速機は、単一の（固定）ギア比を持つものと、可変ギア比を持つものがあります。可変ギア比変速機は、複数の離散的なギア比を持つものと、連続的に可変なものがあります。可変ギア比変速機は、多くの種類の機械、特に車両で使用されています。
初期の動力伝達機構には、風車、馬力装置、蒸気動力装置などに用いられた直角駆動装置やその他の歯車機構が含まれていた。これらの装置の用途としては、ポンプ、製粉機、巻き上げ機などが挙げられる。
自転車は従来、ハブギアやディレイラーギアによる変速機を使用してきたが、近年では他にも革新的な設計がいくつか存在する。
内燃機関（ICE）のトルクと出力は回転速度によって変化するため、ICEを搭載した自動車は、最適な出力、燃費効率、スムーズな動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に複数のギア比を必要とします。また、現代の高速道路の速度で安全かつ確実に動作する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 ]
In the early mass-produced automobiles, the standard transmission design was manual: the combination of gears was selected by the driver through a lever (the gear stick) that displaced gears and gear groups along their axes. Starting in 1939, cars using various types of automatic transmission became available in the US market. These vehicles used the engine's own power to change the effective gear ratio depending on the load so as to keep the engine running close to its optimal rotation speed. Automatic transmissions now are used in more than two thirds of cars globally, and on almost all new cars in the US.
Most currently produced passenger cars with gasoline or diesel engines use transmissions with 4–10 forward gear ratios (also called speeds) and one reverse gear ratio. Electric vehicles typically use fixed-ratio or two-speed transmissions with no reverse, as electric motors can operate efficiently across wider ranges of speed, all the way down to stopped, and change directions electrically. Electrical vehicles with more than one driven axle often have separate front and rear motors and drive trains rather than longitudinal drive shafts.
The simplest transmissions used a fixed ratio to provide either a gear reduction or increase in speed, sometimes in conjunction with a change in the orientation of the output shaft. Examples of such transmissions are used in helicopters and wind turbines. In the case of a wind turbine, the first stage of the gearbox is usually a planetary gear, to minimize the size while withstanding the high torque inputs from the turbine.[4][5]
Many transmissions – especially for transportation applications – have multiple gears that are used to change the ratio of input speed (e.g. engine speed) to the output speed (e.g. the speed of a car) as required for a given situation. Gear (ratio) selection can be manual, semi-automatic, or automatic.
A manual transmission requires the driver to manually select the gears[6] by operating a gear stick and clutch (which is usually a foot pedal for cars or a hand lever for motorcycles).
Early manual transmissions were non-synchronized and used straight cut gears, the latter means that while the gears move they make a distinct and loud whining sound, nowadays making them applicable only to heavy machinery like trucks, buses and tractors since they can withstand higher forces, or motorcycles and racing cars for the simple design and reductions in weight compared to common manual transmissions.
現代の自動車のトランスミッションのほとんどは、入力軸と出力軸の回転速度を同期させるためにシンクロメッシュ機構を採用している。しかし、1950年代以前の自動車のほとんどは、非同期式のトランスミッションを使用していた。
シーケンシャルマニュアルトランスミッションは、主にオートバイやレーシングカーで使用される非同期トランスミッションの一種です。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、シンクロマニュアルトランスミッションよりもシフト時間が速くなります。 [ 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を順番に選択することしかできません。
シーケンシャル変速機は、その用途における複雑さ、重量、サイズの軽減を目的として設計されているため、使いやすさと静音性を重視して設計されている一般的なマニュアル変速機とは異なり、平歯車（スパーギア）を使用しています。そのため、回転時に非常に特徴的な甲高い音が発生します。シーケンシャル変速機は、設計によって複数の異なる甲高い音を発することがありますが、通常、最もよく聞こえる甲高い音は、ホイール（出力軸）の回転速度に応じてピッチが変化し、ギアの回転速度が速くなるほど音が大きくなります。
「ドッグボックス」という愛称で呼ばれるこのトランスミッションは、常時噛み合い式の非同期マニュアルトランスミッションの現代版で、レースなどの高性能用途で使用されます。このようなマニュアルトランスミッションは、シンクロメッシュ設計の同期機能がなく、ドッグボックス専用に作られたドッグクラッチのみを使用してギアを噛み合わせます。噛み合わせの際、セレクターフォークが、側面に歯が付いたドッグクラッチを、同様の歯または溝が付いた常時噛み合い式ギアの側面に直接スライドさせ、ドッグクラッチの歯とギアを噛み合わせます。この設計により、シンクロメッシュ設計とは異なり、より速く、クラッチ操作なしでシフトチェンジが可能になり、初期の自動車で使用されていた古い非同期トランスミッションとは異なり、常時噛み合い式という利点があります。
1速は主に発進時のみに使用され、2速と3速が互いに向かい合っていることで、レース中に2速から3速へ、あるいは逆方向にシフトする方がタイム的に有利になるため、ドッグボックスシフターの大部分は「ドッグレッグ」と呼ばれるシフトパターンを採用しています。これは、1速を左下位置に配置することで、2速を中央上位置、3速を中央下位置、といった具合にシフトしていく方式です。リバースは通常、左上位置にありますが、常にそうとは限りません。
セミオートマチックトランスミッションとは、操作の一部（多くの場合、クラッチの操作）が自動化されているものの、停車状態からの発進やギアチェンジにはドライバーの操作が必要となるトランスミッションのことである。
自動マニュアルトランスミッション（AMT）は、基本的に従来のマニュアルトランスミッションに、クラッチの操作やギアチェンジを自動で行う機能を追加したものです。
これらのトランスミッションの初期バージョンの多くは、オートスティックのように半自動で動作し、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 ]セレスピードやイージートロニックなどの完全自動で動作するこれらのシステムの最新バージョンは、ドライバーからの入力なしに、クラッチ操作とギアシフトの両方を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は、通常の運転条件下では、前進ギアを変更するためにドライバーによる操作を必要としません。
自動変速機の最も一般的な設計は油圧式自動変速機で、通常は油圧で操作される遊星歯車機構を使用します。[ 11 ] [ 12 ]変速機は、ほとんどのマニュアル変速機やデュアルクラッチ変速機で使用される摩擦クラッチの代わりに、トルクコンバーター（または1960年代以前は流体継手）を介してエンジンに接続されます。[ 13 ]
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用に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似ていることがよくあります。 [ 15 ] [ 16 ]乗用車やトラックの用途では、DCTは自動変速機として機能し、ギアを変更するためにドライバーの操作は必要ありません。
無段変速機（CVT）は、連続したギア比の範囲でシームレスに変速できます。これは、固定されたステップで限られた数のギア比しか提供しない他の変速機とは対照的です。適切な制御を備えたCVTの柔軟性により、車両が様々な速度で走行している間でも、エンジンを一定速度で運転することが可能になります。
CVTは、乗用車、トラクター、サイドバイサイド、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ています。
最も一般的なCVT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するタイプですが、その他にもいくつかの設計が用いられてきました。
ギアボックスは、車両や定置式機械において騒音や振動の主要な発生源となることが多い。一般的に、車両が低速ギアで走行しているときに発生する騒音レベルは高くなる。低速ギアの設計寿命は短いため、より安価なギアが使用されることがあるが、これらのギアは、高速ギアに使用されるヘリカルギアに比べて、オーバーラップ比が小さく、噛み合い剛性が低いなどの理由で、より多くの騒音を発生させる傾向がある。この事実は、1960年代後半から車両発生音の解析に利用されており、都市部の道路騒音のシミュレーションや、道路沿いの都市部防音壁の設計にも取り入れられている。[ 17 ]
歯車は動力を伝達することを目的とした機械要素であり、その適切な設計は規格によって定められている。
ISO 6336 [ 18 ]および AGMA 2001 [ 19 ]規格は、設計手順に関する情報を提供し、さまざまな故障メカニズムに関してギアが安全であるかどうかを確認するための計算方法を定義しています。
ギアの設計と製造が適切でない場合、トランスミッションは効率が低く、 NVH（騒音・振動・ハーシュネス）が高く、寿命が短くなる可能性がある。
歯車には、摩耗、擦り傷、ピッチング、マイクロピッチング、歯面破断、歯根疲労破断など、いくつかの故障メカニズムが存在する。
これらのメカニズムは、摩擦、接触（ヘルツ接触、滑り／転がり）、曲げ疲労、潤滑不足といった複数の現象に起因します。これらの現象はすべて同時に発生する可能性があり、ギアボックスの故障につながります。
