KR101671611B1 - 변속기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변속기에 관한 것으로, 저면에 입력축이 형성되고, 상기 입력축을 중심으로 회전하는 입력부재; 상기 입력부재의 상부에 구비되고, 상면에 출력축이 형성되며, 상기 입력부재로부터 전달된 회전력에 의해 출력축을 중심으로 회전하는 출력부재; 일단은 상기 입력부재의 일측에 상기 입력부재의 길이방향으로 이동가능하게 결합되고, 타단은 상기 출력부재의 타측에 자유 회전 가능하게 결합되는 회전축을 구비하는 변속부재를 포함하며, 상기 변속부재는 상기 입력부재의 길이방향으로 이동함에 따라 상기 입력축의 입력 중심선(A)에서 상기 출력축의 출력 중심선(B)을 연결한 b선과, 상기 회전축의 회전 중심선(C)에서 상기 출력축의 출력 중심선(B)을 연결한 a선의 길이를 같거나 또는 다르게 조절하여 상기 입력부재의 회전력을 상기 출력부재에 변속시켜 전달하거나 또는 그대로 전달하는 것을 특징으로 한다.

Description

변속기{Transmission}
본 발명은 변속기에 관한 것으로서, 특히 기어 없이 변속이 가능한 변속기에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계나 자동차 등과 같이 동력을 사용하는 기기는 필요한 속도와 토크를 얻기 위해 동력원에서 전달되는 동력을 그대로 사용하지 않고 변속기를 사용하여 입력되는 동력의 속도와 토크를 변화시켜 사용하고 있다.
상기한 변속기는 직경과 치차수가 다른 기어들의 결합에 의해 입력축의 회전수를 출력축에서 감속시키거나 또는 증대시켜 기어변속을 유도한다.
그러나 종래의 변속기는 기어들의 결합에 의해 기어변속이 이루어지기 때문에 마찰에 의한 소음과 마모가 발생하며, 특히 장치가 크고, 공간을 많이 차지하여 동력전달의 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.
특허공개번호 10-2009-0116389
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기어 없이 변속이 가능하며, 특히 구조를 단순화하여 설치의 효율성을 가지고, 동력전달의 효율성을 높일 수 있는 변속기를 제안하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 변속기는 저면에 입력축이 형성되고, 상기 입력축을 중심으로 회전하는 입력부재; 상기 입력부재의 상부에 구비되고, 상면에 출력축이 형성되며, 상기 입력부재로부터 전달된 회전력에 의해 출력축을 중심으로 회전하는 출력부재; 일단은 상기 입력부재의 일측에 상기 입력부재의 길이방향으로 이동가능하게 결합되고, 타단은 상기 출력부재의 타측에 자유 회전 가능하게 결합되는 회전축을 구비하는 변속부재를 포함하며, 상기 변속부재는 상기 입력부재의 길이방향으로 이동함에 따라 상기 입력축의 입력 중심선(A)에서 상기 출력축의 출력 중심선(B)을 연결한 b선과, 상기 회전축의 회전 중심선(C)에서 상기 출력축의 출력 중심선(B)을 연결한 a선의 길이를 같거나 또는 다르게 조절하여 상기 입력부재의 회전력을 상기 출력부재에 변속시켜 전달하거나 또는 그대로 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기 a선과 b선의 길이가 같을 경우 상기 입력부재와 상기 출력부재의 회전비는 1:2를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 a선과 b선의 길이가 다를 경우 상기 입력부재와 상기 출력부재의 회전비는 1:1을 가진다. 즉, 상기 a선의 길이가 상기 b선의 길이 보다 클 경우 상기 입력부재와 상기 출력부재의 회전비는 1:1을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 변속부재를 상기 입력부재의 길이방향으로 이동시키는 작동부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 작동부재는 상기 입력부재와 상기 출력부재가 나란히 위치하고, 회전 중심선(C), 출력 중심선(B) 및 입력 중심선(A)이 순차적으로 동일한 수평선상에 위치할 경우 상기 변속부재를 이동시켜서 b선의 길이와 a선의 길이를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 입력부재의 입력축 상부에는 상기 회전축의 회전 중심선(C)과 상기 입력축의 입력 중심선(A)이 동일한 수직선상에 위치하면 상기 회전축이 상기 입력축과 연동하여 회전하지 않게 지지하는 지지부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 지지부재는 상기 회전축의 상면에 구비되는 지지돌기와, 상기 입력부재의 입력축 상부에 구비되고 상기 회전축의 회전 중심선(C)과 상기 입력축의 입력 중심선(A)이 동일한 수직선상에 위치하면 상기 지지돌기의 측면을 지지하여 상기 회전축의 회전을 방지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 출력부재의 길이는 상기 입력부재 길이의 1/4 이하로 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 변속기는 기어 없이 변속이 가능하며, 특히 구조를 단순화하여 설치의 용이성을 가지고, 동력 절단의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 변속기를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 변속기를 도시한 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 변속기를 도시한 평면도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 변속기의 작동상태를 나타낸 도면으로, 도 4a~도 4d는 입력부재와 출력부재의 회전비가 1:2인 작동상태를 나타낸 도면이고, 도 5a~도 5d는 입력부재와 출력부재의 회전비가 1:1인 작동상태를 나타낸 도면임.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명에 따른 변속기는 회전력을 가지는 긴 바 형태의 입력부재와, 상기 입력부재에 의해 회전하는 바 형태의 출력부재와, 상기 입력부재와 출력부재를 연결하는 한편 상기 입력부재에 연결되는 위치를 변경함에 따라 상기 입력부재로부터 출력부재에 전달되는 회전력을 변속시키는 변속부재를 포함하며, 이에 기어를 사용하지 않고도 회전력을 변속할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 변속기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 변속기(100)는 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 회전력을 발생시키는 입력부재(110), 입력부재(110)로부터 전달되는 회전력에 의해 회전하는 출력부재(120), 입력부재(110)의 회전력을 출력부재(120)에 변속시켜 전달하거나 또는 그대로 전달하는 변속부재(130), 및 변속부재(130)를 제어하여 변속을 발생시키는 작동부재(140)를 포함한다.
입력부재(110)는 긴 바 형태를 가지며, 저면 중심에 입력축(111)을 형성한다. 즉 입력부재(110)는 입력 중심선(A)을 가지는 입력축(111)의 중심으로 회전한다.
그리고 입력부재(110)의 측면에는 변속부재(130)가 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가이드홈(112)이 형성되고, 가이드홈(112)은 입력부재(110)의 길이방향으로 형성한다.
출력부재(120)는 입력부재(110)로부터 전달되는 회전력에 의해 회전하는 것으로, 입력부재(110)의 상부에 구비되고, 상면 일측에 출력축(121)을 형성한다. 즉 출력부재(120)는 입력부재(110)로부터 회전력이 전달되면 출력 중심선(B)을 가지는 출력축(121)을 중심으로 회전한다.
한편, 출력부재(120)의 길이는 입력부재(110)의 길이의 1/4 또는 그 보다 작게 형성할 수 있다. 즉, 출력부재(120)의 길이가 입력부재(110)의 길이의 1/4 보다 클 경우 변속부재(130)의 회전 중심선(C)과 입력부재(110)의 입력 중심선(A)이 동일한 수직선상에 위치하지 못하기 때문에 변속이 발생하지 않는다. 한편, 변속이 발생하는 구성은 하기에서 자세히 설명하기에 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
변속부재(130)는 입력부재(110)와 출력부재(120) 사이에 구비되고, 입력부재(110)의 회전력을 출력부재(120)에 변속시켜 전달하거나 또는 그대로 전달하는 구조를 가진다.
즉, 변속부재(130)는 입력부재(110)의 타단에 형성된 가이드홈(112)에 슬라이드 이동 가능하게 결합되고 입력부재(110)와 함께 이동하는 변속부(131)와, 출력부재(120) 타단의 회전 중심선(C) 상에 회전 가능하게 결합되고 변속부(131)의 회전시 출력축(122)을 중심으로 공전하면서 출력부재(120)를 회전시키는 회전축(132)을 포함한다.
여기서 도 1을 참조하면, 입력축(111)의 입력 중심선(A), 출력축(121)의 출력 중심선(B) 및 회전축(132)의 회전 중심선(C)은 동일한 방향으로 연장 형성되며, 이에 입력부재(110), 출력부재(120) 및 변속부재(132)의 회전시 간섭이 발생하는 것을 방지하고, 보다 안적되고 정확한 회전력을 얻을 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 입력부재(110)와 출력부재(120)가 나란히 위치하고, 회전 중심선(C), 출력 중심선(B) 및 입력 중심선(A)이 순차적으로 동일한 수평선상에 위치할 경우 입력 중심선(A)에서 출력 중심선(B)까지 직교되게 연결한 b선의 길이와, 회전 중심선(C)에서 출력 중심선(B)까지 직교되게 연결한 a선의 길이가 같거나 또는 다름에 따라 변속이 발생한다.
즉, 입력부재(110)의 일측에 결합된 변속부재(130)의 위치를 조절하여 b선의 길이와 a선의 길이를 같게 조절하거나 또는 다르게 조절함에 따라 입력부재(110)로부터 출력부재(120)에 전달되는 회전력을 변속시킬 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 입력부재(110)의 일측에 결합된 변속부재(130)의 위치를 조절하여 b선의 길이와 a선의 길이를 같게 조절하면 입력부재(110)와 출력부재(120)의 회전비는 1:2를 가진다(도 4a~도 4d 참조). 그리고 입력부재(110)의 일측에 결합된 변속부재(130)의 위치를 조절하여 a선의 길이와 b선의 길이를 다르게 조절하면, 바람직하게는 a선의 길이를 b선의 길이보다 크게 하면 입력부재(110)와 출력부재(120)의 회전비는 1:1을 가진다(도 5a~도 5d 참조).
여기서 출력부재(120)의 길이가 입력부재(110)의 길이의 1/4 보다 클 경우 a선의 길이와 b선의 길이를 같게 조절할 수 없으며, 이에 변속이 발생하지 않으며, 이에 출력부재(120)의 길이는 입력부재(110)의 길이의 1/4 보다 작게 형성한다.
한편, 변속에 대한 작동은 하기에서 자세히 설명하기에 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
작동부재(140)는 변속부재(130)를 입력부재(110)의 길이방향으로 밀거나 또는 당겨서 b선의 길이와 a선의 길이를 같게 조절하거나 또는 다르게 조절한다. 즉, 작동부재(140)는 실린더(141)와, 일단은 실린더(141)의 피스톤로드에 연결되고 타단은 회전축(132)에 연결되어 실린더(141)의 작동에 의해 회전축(132)을 밀거나 당기면서 입력부재(110)에 결합된 변속부(131)의 위치를 조절하는 작동편(142)을 포함한다.
여기서 작동편(142)은 변속부(131)의 회전시 간섭 발생이 발생하지 않도록 변속부(131)를 감싸는 형태로 결합된다.
한편, 입력부재(110)는 b선과 a선이 같을 경우 입력부재(110)가 90°회전함과 동시에 변속부재(130)에 의해 출력부재(120)가 180°회전하는데, 이때 입력부재(110)의 입력 중심선(A)과 변속부재(130)의 회전 중심선(C)이 동일한 수직선상에 위치하면서 입력축(111)을 따라 변속부재(130)의 회전축(132)이 그 자리에서 회전하는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 변속기(100)는 입력부재(110)의 입력 중심선(A)과 변속부재(130)의 회전 중심선(C)이 동일한 수직선상에 위치하면 입력축(111)이 회전하지 않도록 지지하는 지지부재(150)를 포함하며, 지지부재(150)에 의해 변속부재(130)가 입력부재(110)를 따라 이동하면서 출력부재(120)를 회전시키며, 이에 작동 오류를 미연에 방지한다.
즉, 지지부재(150)는 회전축(132)의 상부에 구비되는 지지돌기(151)와, 입력부재(110)의 입력 중심선(A) 상부에 구비되고 회전축(132)을 지지하는 지지부(152)를 포함한다.
여기서 지지부(152)는 본 발명에서는 바 형태로 형성하였으나, 적용함에 따라 롤러, 곡면형 등 다양하게 적용할 수 있다.
이와 같은 지지부재(150)는 입력 중심선(A)과 회전 중심선(C)이 동일선상에 위치할 경우 지지돌기(151)와 지지부(152)가 지지되면서 회전축(132)이 입력축(111)을 따라 그대로 회전하는 것을 방지하며, 이에 회전축(132)이 출력부재(120)를 가압하면서 회전시키게 된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 변속기의 작동상태를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 즉, a선의 길이와 b선의 길이가 같거나 또는 다를 경우 변속이 발생한다.
[a선의 길이와 b선의 길이가 같을 경우]
도 4a에 도시된 바와 같이, 회전 중심선(C), 출력 중심선(B) 및 입력 중심선(A)이 순차적으로 동일한 수평선상에 위치할 경우, 즉 도 4a에서 보았을 때 0°에 위치할 경우 작동부재(140)를 통해 변속부재(130)를 이동시켜서 b선의 길이와 a선의 길이를 같게 조절한다.
이와 같은 상태에서 도 4b에 도시되어 있는 것과 같이, 입력축(111)을 중심으로 입력부재(110)를 45° 회전하면, 입력부재(110)를 따라 변속부재(130)의 변속부(131)가 이동하는데, 이때 변속부(131)는 회전축(132)에 고정되어 있고 회전축(132)은 출력부재(120)에 결합되어 있기 때문에 변속부재(130)가 이동하면서 출력축(121)을 중심으로 출력부재(120)를 회전시키는 한편, 변속부(131)는 입력부재(110)의 가이드홈(112)을 따라 이동한다. 즉, 출력부재(120)는 90°회전한다.
따라서, 입력부재(110)는 45° 회전하고, 출력부재(120)는 90°회전한다.
이와 같은 상태에서 도 4c에 도시되어 있는 것과 같이, 입력축(112)을 중심으로 입력부재(110)가 90°회전하면, 입력부재(110)에 의해 변속부재(130)가 이동하고, 변속부재(130)에 의해 출력부재(120)가 출력축(121)을 중심으로 회전하는데, 이때 변속부(131)는 입력부재(110)의 가이드홈(112)을 따라 이동하면서 입력부재(110)의 입력축(112)에 위치하며, 이에 출력부재(120)는 180°회전한다.
여기서 입력부재(110)의 입력 중심선(A)과 변속부재(130)의 회전 중심선(C)이 동일한 수직선상에 위치하면서 회전축(132)에 구비된 지지돌기(151)가 지지부(152)에 지지되며, 이에 입력축(111)을 따라 회전축(132)이 그대로 회전하는 것을 방지한다.
이와 같은 상태에서 도 4d에 도시되어 있는 것과 같이, 입력축(111)을 중심으로 입력부재(110)가 135°회전하면, 입력부재(110)에 의해 변속부재(130)가 이동하고, 변속부재(130)의 이동에 의해 출력부재(120)가 출력축(121)을 중심으로 회전한다. 이때 변속바(131)가 입력부재(110)의 가이드홈(112)을 따라 이동하면서 출력부재(120)는 270°회전한다.
이와 같은 상태에서 도 4a에 도시되어 있는 것과 같이, 입력축(111)을 중심으로 입력부재(110)가 180°회전하면, 변속부재(130)와 출력부재(120)는 원위치로 돌아오게 된다. 즉, 출력부재(120)는 360°회전한다.
따라서 b선의 길이와 a선의 길이가 같을 경우 입력부재(110)와 출력부재(120)는 1:2의 회전비를 가지며, 입력부재(110)로부터 출력부재(120)에 전달되는 회전력을 변속시킬 수 있다.
[a선의 길이와 b선의 길이가 다를 경우]
도 5a에 도시된 바와 같이, 회전 중심선(C), 출력 중심선(B) 및 입력 중심선(A)이 순차적으로 동일한 수평선상에 위치할 경우, 즉 도 5a에서 보았을 때 0°에 위치할 경우 작동부재(140)를 통해 변속부재(130)를 이동시켜서 b선의 길이와 a선의 길이를 다르게 조절한다. 본 발명에서는 b선의 길이 보다 a선의 길이가 길게 조절된 것을 하나의 실시예로 설명한다.
이와 같이 조절된 상태에서 도 5b에 도시되어 있는 것과 같이, 입력부재(110)가 입력축(112)을 중심으로 45° 회전하면, 입력부재(110)에 의해 변속부재(130)의 변속부(131)가 회전하게 되는데, 이때 변속부(131)는 회전축(132)에 고정되어 있고, 회전축(132)은 출력부재(120)에 결합되어 있어 변속부(131)를 따라 출력부재(120)가 출력축(121)을 중심으로 회전한다. 이때 변속부(131)는 입력부재(110)의 가이드홈(111a)을 따라 이동하고 출력부재(121)는 90°이하로 회전한다.
이와 같은 상태에서 도 5c에 도시되어 있는 것과 같이, 입력부재(110)가 입력축(112)을 중심으로 90°회전하면, 입력부재(110)에 의해 변속부재(130)가 이동하고, 변속부재(130)에 의해 출력부재(120)가 출력축(121)을 중심으로 회전한다. 이때 변속부(131)는 입력부재(120)의 가이드홈(112)을 따라 이동하면서 출력부재(120)를 90°이상 180°이하로 회전시킨다.
이와 같은 상태에서 도 5d에 도시되어 있는 것과 같이, 입력부재(110)의 입력축(112)을 중심으로 180°회전하면, 입력축(112)과 함께 입력바(111)가 180°회전하고, 입력바(111)에 의해 변속부재(130)의 변속부(131)가 회전하게 되는데, 이때 변속부(131)는 입력바의 가이드홈을 따라 이동하면서 출력부재를 180°회전시킨다. 즉, 입력부재(110)와 출력부재(120)는 동일하게 180°씩 회전하며, 이에 1:1의 회전비를 가진다.
여기서 입력부재(110)의 입력 중심선(A)과 변속부재(130)의 회전 중심선(C)이 다른 위치를 가지며, 이와 같은 상태에서 입력부재(110)가 회전하면 변속부재(130)가 이동하면서 출력부재(120)를 회전시킨다. 즉, 지지부재(140)의 지지 없이도 변속부재(130)가 회전한다.
이와 같은 상태에서 도 5a에 도시되어 있는 것과 같이, 입력부재(110)의 입력축(112)을 중심으로 360°회전하면, 입력부재(110)에 의해 변속부재(130)가 360°회전하고, 변속부재(130)에 의해 출력부재(120)가 360°회전한다.
따라서 b선의 길이와 a선의 길이가 다를 경우 입력부재(110)와 출력부재(120)는 1:1의 회전비를 가지며, 입력부재(110)의 회전력을 출력부재(120)에 변속 없이 그대로 전달할 수 있다.
이와 같이 작동하는 본 발명의 변속기는 바 형태의 입력부재, 출력부재 및 변속부재를 이용하여 변속을 구현할 수 있으며, 이에 변속구조를 크게 단순화할 수 있고, 제작비용을 크게 절감할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 변속기
110: 입력부재
111: 입력축
120: 출력부재
121: 출력축
130: 변속부재
131: 변속부
132: 회전축
140: 작동부재
150: 지지부재

Claims (9)

  1. 저면에 입력축이 형성되고, 상기 입력축을 중심으로 회전하는 입력부재;
    상기 입력부재의 상부에 구비되고, 상면에 출력축이 형성되며, 상기 입력부재로부터 전달된 회전력에 의해 출력축을 중심으로 회전하는 출력부재;
    일단은 상기 입력부재의 일측에 상기 입력부재의 길이방향으로 이동가능하게 결합되고, 타단은 상기 출력부재의 타측에 자유 회전 가능하게 결합되는 회전축을 구비하는 변속부재를 포함하며,
    상기 변속부재는 상기 입력부재의 길이방향으로 이동함에 따라 상기 입력축의 입력 중심선(A)에서 상기 출력축의 출력 중심선(B)을 연결한 b선과, 상기 회전축의 회전 중심선(C)에서 상기 출력축의 출력 중심선(B)을 연결한 a선의 길이를 같거나 또는 다르게 조절하여 상기 입력부재의 회전력을 상기 출력부재에 변속시켜 전달하거나 또는 그대로 전달하는 것을 특징으로 하는 변속기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 a선과 b선의 길이가 같을 경우 상기 입력부재와 상기 출력부재의 회전비는 1:2를 가지는 것을 특징으로 하는 변속기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 a선과 b선의 길이가 다를 경우 상기 입력부재와 상기 출력부재의 회전비는 1:1을 가지는 것을 특징으로 하는 변속기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 a선의 길이가 상기 b선의 길이 보다 클 경우 상기 입력부재와 상기 출력부재의 회전비는 1:1을 가지는 것을 특징으로 하는 변속기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속부재를 상기 입력부재의 길이방향으로 이동시키는 작동부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 작동부재는 상기 입력부재와 상기 출력부재가 나란히 위치하고, 회전 중심선(C), 출력 중심선(B) 및 입력 중심선(A)이 순차적으로 동일한 수평선상에 위치할 경우 상기 변속부재를 이동시켜서 b선의 길이와 a선의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 변속기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력부재의 입력축 상부에는 상기 회전축의 회전 중심선(C)과 상기 입력축의 입력 중심선(A)이 동일한 수직선상에 위치하면 상기 회전축이 상기 입력축과 연동하여 회전하지 않게 지지하는 지지부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 변속기.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 회전축의 상면에 구비되는 지지돌기와, 상기 입력부재의 입력축 상부에 구비되고 상기 회전축의 회전 중심선(C)과 상기 입력축의 입력 중심선(A)이 동일한 수직선상에 위치하면 상기 지지돌기의 측면을 지지하여 상기 회전축의 회전을 방지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력부재의 길이는 상기 입력부재 길이의 1/4 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 변속기.
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