سيستم كلاچ در صنعت خودرو در بخش انتقال قدرت، به عنوان يكي از كليدي ترين مجموعه ها مطرح است و عملكرد صحيح آن، تاثير مستقيم در كاركرد خودرو و از جمله بخش مولد قدرت (موتورو انتقال قدرت جعبه دنده، ديفرانسيل، پلوس ها و...) دارد و در صورت بروز اشكال در اين سيستم حتي به شكل جزئي راندمان خودرو با كاهش مواجه مي شود.
مجموعه كلاچ، يك مكانيزم انتقال دور و گشتاور از يك شفت به شفت ديگر است كه وظيفه آن قطع و وصل نيرو از موتور به جعبه دنده (گيربكس) است. با كلاچ كردن مي توان ارتباط بين موتور و جعبه دنده را براي مدت كوتاهي قطع و پس از رها كردن پدال، دوباره آن را برقرار كرد.
اصولا در سيستم هاي انتقال قدرت، توان توليد شده در موتور براي استفاده به شكلي ديگر يا جايي ديگر نياز به جابه جايي و انتقال دارد. حال براي آن كه بتوان بر روي اين انتقال نيرو كنترلي را اعمال كرد، ساده ترين راه استفاده از كلاچ است تا هر زمان كه نياز به توقف انتقال نيرو باشد، اين عمل انجام پذيرد.
اين مدل از كلاچ ها يك اتصال اصطكاكي ميان موتور خودرو به عنوان منبع توليد توان و جعبه دنده خودرو برقرار مي كند. اساس عملكرد اين كلاچ ها درگيري دو صفحه داراي ضريب اصطكاك نسبتا بالاست كه اين درگيري سبب انتقال نيرو از يك صفحه به صفحه ديگر مي شود. زماني كه كلاچ درگير است توان از موتور به جعبه دنده و از آن جا به چرخ ها انتقال مي يابد. ليكن گاهي لازم مي شود كه دنده مورد استفاده در جعبه دنده خودرو بر حسب شرايط جاده و سرعت حركت آن تغيير كند. براي آن كه بتوان اين تغيير را به راحتي انجام داد، ابتدا لازم است كه توان را از چرخ دنده هاي موجود در جعبه دنده قطع كرد. براي قطع كردن اين ارتباط تواني ميان جعبه دنده و موتور از كلاچ استفاده مي شود.
ويژگي هاي سيستم كلاچ
جهت طراحي بهينه كلاچ بايد موارد گوناگوني را در نظر گرفت كه در زير به آن ها اشاره مي كنيم:
- ظرفيت انتقال مطمئن ماكزيمم گشتاور:ضريب اطمينان در طراحي كلاچ بايد حدود 5/1 در نظر گرفته شود، به گونه اي كه بتواند 5/1 برابر ماكزيمم گشتاور توليدي موتور را منتقل كند.
- درگيري و خلاصي تدريجي(بدون شوك) : كلاچ وسيستم هاي عملگر آن بايد به گونه اي طراحي شوند كه درحين خلاصي و درگيري صفحات كمترين تكانه را به خودرو منتقل كنند.
- انتقال حرارت سريع: در زمان درگيري كلاچ به علت وجود لغزش در ابتداي امر، گرماي زيادي توليد مي شود كه بايد به روش مناسب دفع شود.
- بالانس سيستم كلاچ: هدف از بالانس ديناميكى و استاتيكي متعادل كردن شافت هاى در حال چرخش است . همان گونه كه مى دانيد محورهايى كه در سرعت هاى بالا دوران مى كنند بايد بسيار با دقت بالانس شوند . دليل اين امر سرعت دورانى زياد محور است كه حتى اندكى نابالانسى در آن ممكن است باعث شكستن محور شود.براى اين كه يك محور بالانس كامل باشد بايد هم از نظر استاتيكى و هم از نظر ديناميكى متعادل شود . مفهوم بالانس استاتيكى اين است كه آن محور تحت هر موقعيت زاويه اى كه قرار گيرد بدون حركت باقى بماند و در حقيقت مجموع ممان هايى كه اجرام متصل به شافت نسبت به محور اصلى شافت ايجاد مى كنند برابر صفر باشد. در لزوم بالانس ديناميكي بايد گفت كه به دليل نياز به يك نيروى جانب به مركز براى حركت دورانى نياز است كه برروى شافت نيروهايى به وجود آيد .چون سيستم كلاچ يك مكانيزم دوار است بنابراين براى جلوگيري از به وجود آمدن نيروهاي نابالانسي درسرعت هاي زياد بايد تعادل ديناميكي وجود داشته باشد.
- جذب ارتعاشات:به طور كلى دو نوع نيروى استاتيكى و ديناميكى در ماشين آلات وجود دارد. نيروهاى ارتعاش زا از نوع نيروهاى ديناميكى هستند كه بر اثر وجود كاستى هايى در خودرو ايجاد مى شوند.مكانيزم كلاچ بايد به نحوى طراحى شده باشد كه سبب از بين رفتن نوسانات انتقالي از موتور به سيستم انتقال قدرت و در زمان گشتاور معكوس نوسانات انتقالي از چرخ ها به موتور شود.
- ابعاد و اندازه كلاچ :از لحاظ ابعادي، كلاچ بايد كمترين فضاي ممكن را اشغال كند.
- سادگي تعميرات :تعويض قطعات و تعمير آن ها بايد به سادگي صورت گيرد.
- عملكرد راحت كلاچ از ديدگاه راننده :عمل كلاچ گيري و تعويض دنده در اين سيستم براي راننده خسته كننده و طاقت فرسا نيست.
انواع كلاچ هاى اصطكاكى :
- كلاچ مخروطي
- كلاچ تك صفحه اي
- كلاچ چند صفحه اي
- كلاچ نيمه گريز از مركز
- كلاچ گريز از مركز
كلاچ مخروطي(con clutch)
در اين نوع كلاچ ها سطوح اصطكاكي كه عامل انتقال نيرو هستند به شكل مخروطند. هنگامي كه كلاچ در گير مي شود،گشتاور از طريق صفحه محرك كه سطح داخلي آن به شكل مخروطي است به سطح مخروطي ديگري كه درون آن جاي مي گيرد،منتقل مي شود. براي خلاص كردن كلاچ نيز سطح مخروط خارجي كمي در راستاي افقي بيرون كشيده مي شود تا تماس دو سطح قطع شود.
مزايا:براي فشار يكسان وارده بر پدال،نيروي اعمالي برروي سطوح اصطكاكي در اين حالت بزرگ تر از نيروي محوري اعمال شده نسبت به كلاچ صفحه اي است.
معايب:اگر زاويه مخروط كمتر از 20 درجه باشد،ممكن است حالت خود قفلي پيش آيد كه در اين حالت جدا كردن دو سطحي كه با هم در حال چرخشند دشوار است.
(Single Plate Clutch) كلاچ تك صفحه اي
در اين نوع كلاچ، صفحه اصطكاكي در حد فاصل فلايويل و ديسك فشارنده نگهداشته مي شود و نيروي اعمالي سطوح را به هم مي چسباند. اين نيرو از طريق فنرهاي نصب شده داخل مكانيزم كلاچ به وجود مي آيد و باعث فشرده شدن انگشتي متصل به صفحه فشارنده مي شود كه بدين ترتيب نيرو از فنرها به صفحه اصطكاكي منتقل مي شود.
مزايا:در اين نوع كلاچ تعويض دنده نسبت به كلاچ مخروطي آسان تر است زيرا جابه جايي پدال در اين حالت كمتر است و همچنين مانند كلاچ مخروطي مشكل قفل شدن در اين حالت وجود ندارد.
معايب :فنرها در اين نوع كلاچ نسبت به حالت مخروطي بايد سختي بيشتري داشته باشند و در نتيجه نيروي فشارنده بزرگ تري مورد نياز است.
كلاچ تك صفحه اي با فنر ديافراگمي ( Diaphragm Spring Clutch)
اساس كار اين نوع كلاچ ها همانند كلاچ تك صفحه اي است با اين تفاوت كه به جاي فنرهاي پيچشي از فنر ديافراگمي استفاده مي شود. اين فنرها در حالت عادي به شكل مخروط ناقص هستند اما هنگامي كه فشرده مي شوند ،حالت تخت به خود مي گيرند.
مزايا:به علت ذخيره انرژي در امتداد شعاعي اين كلاچ ها درراستاى محور داراى تجهيزات كمترى بوده وبه همين علت در امتداد محور فضاى كمترى را اشغال مى كنند. فنر ديافراگمي در مقايسه با فنرهاي تخت كمتر تحت تاثير نيروي گريز از مركز قرار مي گيردلذا براي استفاده در دورهاي بالاتر مناسب است. در اين نوع كلاچ ،ديافراگم هم به عنوان فنر فشارنده و هم به عنوان قطعه ناخني عمل مي كند لذا قطعاتى كه اين اعمال را انجام مى دادند از سيستم حذف شده و باعث كاهش وزن كل و سر و صداي ناشى از آن ها مي شوند. در مورد فنر مارپيچي رابطه نيرو و جابه جايي فنر خطي است لذا با سايش صفحات اصطكاكي،به نسبت مقدار نيروي فشارنده آن ها نيز كاهش مي يابد. در حالي كه در مورد فنر ديافراگمي اين رابطه غير خطي بوده و مي توان آن را به نحوي طراحي كرد كه حساسيت كمتري به سايش داشته باشد.معايب:نيروي فنر ديافراگمي نسبت به فنرهاي پيچشي كمتر است، بنابراين فقط در خودرو هاي سبك مي تواند مورد استفاده قرار گيرد.
كلاچ چند صفحه اى
عملكرد اين كلاچ همانند كلاچ تك صفحه اي است با اين تفاوت كه در اين جا به علت محدوديت فضا به جاي يك صفحه كلاچ، به تناسب گشتاور انتقالي و فضاي مورد نظر از چندين صفحه اصطكاكي استفاده مي شود. اين امر باعث مي شود كه كلاچ بتواند گشتاور بزرگ تري را منتقل كند.بنابراين اين كلاچ ها بيشتر در خودروهاي سنگين يا خودروهاي مسابقه اي كه به انتقال گشتاور بزرگ تري نياز دارند، مورد استفاده قرار مي گيرد.
(Semi-Centrifugal Clutch)كلاچ نيمه گريز از مركز
در اين نوع كلاچ ها، فنرها براي انتقال گشتاور در سرعت هاي معمولي طراحي مي شوند، در حالي كه در سرعت هاي بالاتر نيروي گريز از مركز به انتقال گشتاور كمك مي كند. در اين كلاچ ها نيروي گريز از مركز از طريق وزنه هايي به وجود مي آيد كه همراه ساير اجزاي دوار مكانيزم كلاچ مي گردند.
( Centrifugal Clutch) كلاچ گريز از مركز
در اين نوع كلاچ ها بر خلاف كلاچ هاي نيمه گريز از مركز،تنها از نيروي گريز از مركز براي اعمال فشار بر روي صفحات و درگير كردن كلاچ استفاده مي شود. از مزاياي اين نوع كلاچ اين است كه به پدال كلاچ نيازي ندارد. كنترل كلاچ به صورتاتوماتيك و با تغييرات دورموتور صورت مي گيرد.خودروهايي كه از اين كلاچ ها استفاده مي كنند، توانايي متوقف شدن با دنده درگير را دارند، بدون اين كه خودرو خاموش شودبنابراين در اين حالت به مهارت كمتري از جانب راننده نياز است مثال ديگرى از اين كلاچ ها موتوسيكلت هاى گازى است.
