백과

기계부품을 일부 소개할 때는 자동차에서 몇 가지 예를 드는 것이 유용하다.

자동차의 기본원리는 가솔린의 폭발효과를 이용하여 뒷바퀴를 돌리는 동력을 공급하는 것이다. 실린더 안에서 가솔린이 폭발하면 피스톤이 아래로 밀려나고, 각 피스톤과 크랭크축을 이루는 크랭크는 커넥팅로드로 연결되어 있어 피스톤의 병진(왕복)운동을 크랭크축의 회전운동으로 바꾸어 전달한다. 피스톤·실린더·크랭크·커넥팅로드의 조합은 슬라이드 크랭크 장치로 알려져 있으며, 기관에서처럼 병진운동을 회전운동으로 바꾸거나 펌프에서처럼 회전운동을 병진운동으로 바꾸는 장치다.

밸브의 작동으로 가솔린-공기 혼합기체가 실린더로 들어가고 연소 가스가 배출된다. 즉, 크랭크축이 기어나 체인으로 캠축을 회전시키면 캠축에 있는 캠의 공동절 직선운동으로 밸브가 열리고 닫힌다.

8기통 4행정기관의 크랭크축은 1/4 회전마다 축의 길이를 따라 어떤 점에서 순간력을 받는다.

이런 간헐적인 순간력에 의해 크랭크축의 회전속도가 변하는 것을 막기 위해 플라이휠을 사용한다. 이것은 크랭크축에 달려 있는 무거운 바퀴로서, 플라이휠의 관성을 이용하여 속도의 변동을 막거나 완화시킨다.

전달되는 회전력(토크)은 그것의 회전속도에 달려 있으므로 내연기관은 하중이 실린 상태에서는 시동을 걸 수 없다. 따라서 하중이 실리지 않은 상태에서 자동차기관의 시동을 걸어 실속(失速：입력축은 회전하고 출력축은 정지한 상태)을 일으키지 않고 바퀴와 연결하기 위해서는 클러치와 변속기가 필요하다.

클러치는 크랭크축과 변속기를 잇거나 끊으며, 변속기는 입출력속도와 변속기의 회전력 사이의 비를 한정된 단(段)으로 나누어 바꾼다. 저속 기어에서는 출력속도가 낮고 출력회전력이 기관의 회전력보다 높아서 차가 출발할 수 있으며, 고속 기어에서는 차가 빠른 속도로 움직이고 그 회전력과 차의 속도는 같다.

바퀴가 붙어 있는 축은 리어 스프링(rear spring：겹판 스프링으로 되어 있음)에 고정된 뒤차축 하우징(rear axle housing) 안에 있으며, 구동축에 의해 변속기로부터 구동된다.

차가 움직여 덜컹거림에 따라 스프링이 휘어지면, 하우징은 전동장치에 따라 움직인다. 따라서 회전력 전달에 방해되지 않게 하우징이 움직일 수 있도록 구동축의 양끝을 자재이음(universal joint)으로 연결한다.

구동축은 뒤차축과 직교하고, 이 직각연결은 일정한 기어비를 갖는 베벨 기어들로 이루어져서 뒤차축을 구동축의 1/3~1/4 속도로 회전시킨다. 뒤차축 하우징에는 양쪽 뒷바퀴가 하나의 장치에서 동력을 받아 모퉁이를 돌 때 서로 다른 속도로 회전하도록 하는 차동장치(差動裝置)가 있다.

모든 움직이는 기계장치처럼 자동차도 마찰영향을 피할 수가 없다. 기관, 변속기, 뒤차축 하우징, 그리고 모든 베어링에서 생기는 마찰로 인한 동력손실 때문에 기관은 더 많은 동력을 만들어야 한다. 윤활유로 이런 마찰을 줄이기도 하지만 없애지는 못한다. 반대로 타이어와 도로 사이, 그리고 브레이크 슈(brake shoe)에서의 마찰로 견인과 제동을 할 수 있다.

팬·발전기 및 다른 부속품 등을 움직이는 벨트들도 마찰을 이용하는 장치이며, 클러치 조작 또한 마찰을 이용한다.

위에 예로 든 몇몇 장치들과 아래에 설명할 것들은 물리적인 작업을 하도록 여러 방법으로 조합된 모든 범주의 기계에서 찾을 수 있다. 기능이 다양하고 공통 특징이 부족하기 때문에 이 항목에서는 특수한 오퍼레이터를 다루지는 않겠다. 여기서는 원동기의 전체 성능을 다루는 것도, 유압·압축공기·전기장치의 작동을 다루는 것도 아니다.

단지 기계를 이루는 기본적인 기계장치의 작동과 구조에 관심을 기울일 것이다. 대부분 이런 장치의 기능은 힘과 운동을 전달하고 바꿔주는 것이다. 그밖에 스프링·플라이휠·축·파스너(fastener)와 같은 장치는 보완하는 기능을 한다.

여기서 기계는 일을 하기 위해 힘과 운동을 전달하고 바꾸는 데 사용하는 부품인 둘 이상의 '레지스턴트'로 이루어진 장치라고 정의한다.

기계부품이 레지스턴트로 되기 위해서는 기능이 정지하거나 줄어들지 않고 실린 하중을 전달할 수 있어야 한다. 대부분의 기계부품은 적당한 크기의 단단한 금속물체이지만, 비금속재료·스프링·유압기관·벨트와 같은 장력장치도 사용된다.