کلاچ چیست و چگونه کار می کند

تعریف کلاچ (نحوه ارتباط موتور با سیستم انتقال قدرت)

ارتباط موتور با سیستم انتقال قدرت باید به صورت موقت باشد تا بتوان در شرایط مورد نیاز (مانند راه اندازی موتور یا برای تعویض دنده) انتقال توان بین موتور و جعبه دنده را قطع یا وصل نمود. تجهیزاتی که به این منظور در خودروها به کار می رود کلاچ» نامیده میشود.

قطع و وصل ارتباط موتور با سیستم انتقال قدرت توسط کلاچ به دلایل ذیل ضروریست :

١- هنگام راه اندازی موتور (استارت زدن برای روشن شدن موتور) با کلاچ گرفتن، بار سیستم انتقال قدرت از روی موتور برداشته می شود و موتور به راحتی روشن می گردد.

٢- هنگام تعویض دنده با کلاچ گرفتن، بار از روی جعبه دنده برداشته میشود و دنده به راحتی تعویض می گردد.

۳- در زمان توقف خودرو، با کلاچ گرفتن از خاموش شدن خودرو جلوگیری می شود.

۴- حرکت آرام و تدریجی در شروع حرکت خودرو

انواع کلاچ

انواع کلاچ های مورد استفاده در خودروهای سواری به شرح زیر است :

١- کلاچ اصطکاکي خشک تک صفحه ای و دو صفحه ای، که معمولا از آن در خودروهای مجهز به جعبه دنده دستی استفاده می شود.

٢- کلاچ چند صفحه ای، که معمولا از آن در موتورسیکلت ها و بعضی از وسایل نقلیه سنگین استفاده می شود. البته کلاچ چند صفحه ای روغنی در جعبه دنده های اتوماتیک نیز کاربرد دارد، ولی در این بخش، استفاده از این کلاچ ها از نوع کلاچ اصلی خودرو مد نظر بوده است

3- کوپلینگ هیدرولیکی

4 - مبدل گشتاور ، که از آن در اکثر خودروهای مجهز به جعبه دنده اتوماتیک استفاده می شود .

5 - کلاچ الکترومغناطیسی

کلاچ اصطکاکی خشک تک صفحه ای

کلاچ مکانیزیمی ست که وظیفه قطع و وصل دور و گشتاور بین موتور و جعبه دنده را بر عهده دارد و قادر است این عمل را در تمامی دورهای موتور انجام دهد. در خودروهای مجهز به جعبه دنده دستی معمولا از کلاچ اصطکاکی خشک تک صفحه ای استفاده می شود که از نیروی اصطکاک برای انتقال توان بین موتور و جعبه دنده استفاده می کند. و به این صورت که قطعه ای به نام صفحه کلاچ، که دو طرف آن لنت اصطکاکی پرچ شده است، بین دیسک کلاچ و فلایویل، تحت فشار قرار دارد. از این رو نیروی اصطکاک ایجاد شده بین سطوح لنت صفحه کلاچ، دیسک و فلایویل، باعث انتقال توان موتور به شفت ورودی جعبه دنده می شود. البته در هر زمان و در هر دور موتوری می توان با فشار دادن پدال کلاچ این انتقال توان را قطع کرد، که در ادامه به توضیح آن پرداخته خواهد شد.

شکل ۱-۲ نمایی از اجزای مجموعه کلاچ خشک تک صفحه ای را نشان داده است. با توجه به این شکل، مجموعة کلاچ خشک تک صفحه ای را می توان به چهار بخش اصلی تقسیم نمود که عبارت اند از :

1- صفحه کلاچ ۲- مجموعه دیسک کلاچ ٣- اهرم آزادسازی (دوشاخه کلاچ) و بلبرینگ کلاچ

۴- فلایویل، که دارای سطح اصطکاکی می باشد و مجموعه دیسک کلاچ به وسیله پیچ به آن وصل می شود .

صفحه کلاچ

یکی از بخش های اصلی مکانیزم کلاچ اصطکاکی، که در شکل ۲-۲ نشان داده شده، صفحه کلاچ است. همان گونه که ملاحظه می شود، این قطعه از یک بدنه فلزی تشکیل شده است که در دو طرف آن لنتهای اصطکاکی پرچ شده اند. این سطوح اصطکاکی با سطوح فلایویل و دیسک کلاچ در تماس اند. به گونه ای که با دوران فلايويل و دیسک، بین سطوح آنها با النتهای دو طرف صفحه کلاچ اصطکاک ایجاد میشود. این نیروی اصطکاک عامل انتقال توان به صفحه کلاچ است. از طرفی صفحه کلاچ، توسط توپی هزارخار روی شفت ورودی جعبه دنده قرار گرفته است. از این رو صفحه کلاچ دور و گشتاور فلایویل را به شفت ورودی جعبه دنده منتقل می کنند .

هنگام قطع و وصل توان بین موتور و سیستم انتقال قدرت و همچنین در زمان تغییر دور موتور، ارتعاشاتی در صفحه کلاچ ایجاد میشود که می تواند سبب استهلاک اجزای سیستم انتقال قدرت و ناراحتی سرنشین شود. از این رو در ساختمان صفحه کلاچ، از فنرهای برگی و فنرهای مارپیچ، به منظور جذب این ضربات و ارتعاشات و قطعات اصطکاکی بین اجزای داخل صفحه کلاچ به منظور مستهلک کردن این ارتعاشات و انتقال یکنواخت تر توان به شفت ورودی جعبه دنده، استفاده شده است.

شکل ۴-۲ مقطع برش خورده صفحه کلاچ را نشان داده است. همان گونه که ملاحظه می شود، هرکدام از لنت ها توسط پرچهای مجزا به فنرهای برگی متصل شده و باعث حفظ انحنای فنرهای برگی شده اند.

هنگامی که نیروی فنر دیافراگمی از طریق دیسک کلاچ به سطح صفحه کلاچ منتقل می شود، فنرهای برگی که دارای انحنا هستند، مسطح می شوند و مقداری از نیروی محوري وارد شده از طرف دیسک را جذب می کنند، که به درگیری مرحله ای و بدون ضربه صفحه کلاچ با سطوح دیسک و فلایویل می انجامد.

با لنت های اصطکاکی دو طرف صفحه کلاچ، نیروی اصطکاکی بین این سطوح که عامل انتقال دور و گشتاور از فلایویل و دیسک به صفحه کلاچ است، ایجاد می شود. این دور و گشتاور از لنتهای اصطکاکی توسط پرچها به فنرهای برگی انتقال می یابد. فنرهای برگی توسط پرچهایی به بدنه اصلی صفحه کلاچ پرچ شده اند. از این رو دور و گشتاور را به بدنه اصلی صفحه کلاچ و محفظه فنرهای مارپیچ انتقال می دهند. دور و گشتاور از طریق فنرهای مارپیچ به فلانچ و توپی هزار خار مرکز صفحه کلاچ و از آنجا به شفت ورودی جعبه دنده منتقل می شود.

با توجه به شکل ۴-۲ ملاحظه می شود که از دو واشر اصطکاکی در دو سمت توپی هزارخار استفاده شده است. وجود این دو واشر اصطکاکی باعث می شود که ارتعاشات جذب شده توسط فنرهای مارپیچ مستهلک و خشتی شود. بنابراین واشرها با ایجاد اصطکاک با توپی هزارخار و بدنه صفحه کلاچ ارتعاشات ایجاد شده در فنرهای مارپیچ را خنثی می کنند. طرحهایی از صفحه کلاچهای مورد استفاده در خودروهای سواری در شکل ۵- ۲ قابل ملاحظه است.

لنتهای اصطکاکی صفحه کلاچ

پوشش اصطکاکی یا لنت صفحه کلاچ، می تواند از جنس مواد فلزی یا کربنی باشد. امروزه استفاده از لنتهای آزبستی به دلیل سمی بودن آنها و ایجاد مشکلات زیست محیطی ممنوع شده است.

به منظور جلوگیری از چسبیدن صفحه کلاچ به سطوح فلایویل و دیسک کلاچ و همچنین جلوگیری از خروج ذرات ناشی از سایش لنت، شیارهایی بر روی سطوح لنت ها ایجاد شده که در خنک کاری مجموعه کلاچ نیز تأثیرگذار است.

مجموعه دیسک کلاچ

وظیفه مجموعه دیسک کلاچ اعمال نیروی محوری به صفحه کلاچ است (شکل ۶–۲). به گونه ای که سطوح اصطکاکی صفحه کلاچ با فشار زیاد با سطوح دیسک کلاچ و فلایویل در تماس باشد و باعث ایجاد نیروی اصطکاکی، در صفحه کلاچ و انتقال توان موتور به شفت ورودی جعبه دنده شود. البته در مواقع لزوم، با اعمال نیرو به پدال کلاچ، این نیروی محوری حذف، و صفحه کلاچ آزاد می شود و انتقال توان به شفت ورودی جعبه دنده قطع می گردد.

با توجه به شکل ۷-۲، مجموعه دیسک کلاچ توسط پیچ هایی به فلایویل بسته می شود. بنابراین با دوران فلايويل مجموعه دیسک کلاچ نیز دوران خواهد کرد. پشت دیسک کلاچ فنری وجود دارد که می تواند از نوع فنر مارپیچ یا فنر دیافراگمی باشد. البته امروزه اکثر خودروهای سواری دارای مجموعه کلاچ با فنر دیافراگمی هستند. زیرا این مجموعه ها وزن کمتری دارند، فضای کمتری اشغال می کنند، نیازی به تنظیم نیز ندارند و دارای قطعات کمتر با قیمت تمام شده کمتری می باشند.شكل ۷-۲ مجموعه دیسک کلاچ با فنر دیافراگمی را نشان می دهد .

نحوه عملکرد کلاچ با دیسک فنر دیافراگمی

شکل ۹ -۲ دو وضعیت عملکرد کلاچ خشک تک صفحه ای با فنر دیافراگمی را نشان میدهد.

۱) وضعیت درگیری (حالت الف) : تا زمانی که کلاچ در وضعیت درگیری قرار دارد، بخش خارجی فنر دیافراگمی به دیسک نیرو اعمال می کند، دیسک نیز به صفحه کلاچ، نیرو اعمال می کند. در این صورت صفحه کلاچ بین دیسک و فلایویل تحت فشار قرار می گیرد. از این رو در اثر نیروی اصطکاک ایجاد شده بین لنتهای اصطکاکی صفحه کلاچ و سطوح دیسک و فلایویل، مطابق حالت الف در شکل ۹-۲، دور و گشتاور از فلایویل و دیسک کلاچ به صفحه کلاچ و از آنجا به شفت ورودی جعبه دنده منتقل می شود.

۲) وضعیت خلاص (حالت ب) : با اعمال نیرو به پدال کلاچ، به منظور آزاد کردن کلاچ، بلبرینگ کلاچ با حرکت الاکلنگی دوشاخه کلاچ، به سمت فنر دیافراگمی حرکت می کند و به بخش مرکزی آن نیرو وارد می سازد. با حرکت بخش مرکزی فنر دیافراگمی به سمت فلايويل، فنر دیافراگمی روی رینگ های تکیه گاهی حرکت الاکلنگی می کند و بخش خارجی فنر دیافراگمی نیز به سمت مخالف فلایویل به حرکت در می آید، در نتیجه اعمال نیروی محوری به دیسک کلاچ و صفحه کلاچ حذف می گردد و نیروی اصطکاک بین سطوح صفحه کلاچ با سطوح دیسک و فلایویل نیز حذف و صفحه کلاچ آزاد می شود. در این حالت فلايويل و مجموعه دیسک کلاچ دوران می کنند، ولی توان موتور به صفحه کلاچ و شفت ورودی جعبه دنده منتقل نمی شود.

مکانیزم فرمان کلاچ

همان گونه که تشریح شد، زمانی که راننده به پدال کلاچ نیرو اعمال می کند، اعمال نیروی محوری فنر دیافراگمی به دیسک، صفحه کلاچ و فلایویل قطع می گردد. بنابراین انتقال دور و گشتاور از موتور به شفت ورودی جعبه دنده قطع می گردد. برای انتقال نیرو از پای راننده به دو شاخه کلاچ از مکانیزم فرمان کلاچ استفاده میشود . این مکانیزم به دو دسته زیر تقسیم می شود :

۱- مکانیزم مکانیکی (سیمی)  ۲- مکانیزم هیدرولیکی

شکل ۱۰-۲ مجموعه کلاچ با مکانیزم مکانیکی را نشان می دهد. با توجه به شکل، هنگامی که به پدال کلاچ نیرو اعمال می شود. حرکت پدال از طریق اهرم متصل به پدال به کابل منتقل می شود و کابل، تحت کشش قرار می گیرد. از آنجایی که کابل به دو شاخه کلاچ متصل شده است، دو شاخه کلاچ حرکت الاکلنگی می کند و بلبرینگ کلاج به مرکز فنر دیافراگمی نیرو وارد می سازد. با حرکت محوری مرکز فنر دیافراگمی، نیروی محوری روی دیسک، صفحه کلاچ و فلایویل قطع می شود و انتقال توان از موتور به جعبه دنده خاتمه می یابد. مکانیزم فرمان سیمی سبک و ارزان بوده و محدودیتی از لحاظ فضا، جهت نصب در خودرو ندارد.

شکل ۱۱-۲ مجموعه کلاچ با مکانیزم فرمان هیدرولیکی را نشان میدهد. در این مکانیزم از فشار روغن هیدرولیک برای انتقال نیروی پای راننده به دو شاخه کلاچ استفاده شده است. با توجه به شکل ، هنگامی که به پدال کلاچ، نیرو اعمال می شود، حرکت پدال به حرکت پیستون سیلندر اصلی کلاچ (سیلندر زیر پا) و به ایجاد فشار هیدرولیکی می انجامد.

این فشار هیدرولیکی از طریق لوله به سیلندر پایین کلاچ منتقل می شود و پیستون داخل این سیلندر را حرکت می دهد. پیستون سیلندر پایین کلاچ به انتهای دوشاخه کلاچ نیرو وارد می سازد و در نتیجه بلبرینگ کلاچ به مرکز فنر دیافراگمی نیروی محوری اعمال می کند. با اعمال نیروی محوری به قسمت وسط فنر دیافراگمی، نیروی محوری اعمالی به دیسک، صفحه کلاچ و فلایویل قطع می شود و انتقال توان از موتور به جعبه دنده خاتمه می یابد.

مکانیزم فرمان کلاچ علاوه بر اینکه کلاچ را غیرفعال می کند، باعث افزایش نیروی پای راننده (راحتی راننده نیز می گردد. افزایش نیرو در مکانیزم های ذیل صورت می گیرد .

۱- در اهرم بندی پدال کلاچ ۲- در صورت هیدرولیکی بودن؛ در سیستم هیدرولیک ۳- در اهرم بندی دوشاخه کلاچ