کلاچ ماشین

 در صنعت خودرو در بخش انتقال قدرت، سیستم كلاچ به عنوان یكی از كلیدی‌ترین مجموعه‌ها مطرح است و عملكرد صحیح آن، تاثیر مستقیم در كاركرد خودرو و از جمله بخش تولیدكننده قدرت (موتور) و بخش انتقال نیروی محركه (جعبه دنده، میله گاردان، دیفرانسیل، پلوس‌ها و…) دارد و در صورت بروز اشكال در این سیستم ـ حتی به شكل جزئی ـ راندمان خودرو با مشكل مواجه می‌شود.

● كلاچ
كلاچ یك وسیله انتقال نیرو به صورت قطع و وصل از موتور به جعبه دنده (گیربكس) است. با كلاچ كردن می‌توان ارتباط بین موتور و جعبه دنده را برای مدت كوتاهی قطع و پس از رها كردن كلاچ، دوباره آن را برقرار كرد. قطع و وصل انتقال نیرو از موتور به جعبه دنده می‌تواند به دلایل زیر انجام شود:

الف) روشن كردن موتور:
برای راه‌اندازی آسان موتورهای احتراقی باید آنها را از بار آزاد كرد و موتور را با حداقل دور لازم به دوران درآورد. معمولاً روشن كردن موتور خودروهای سواری در حالتی انجام می‌شود كه كلاچ گرفته شده و گیربكس در حالت خلاص باشد. ب) انتقال گشتاور یا ایجاد ارتباط برای آغاز حركت خودرو از دیگر وظایف كلاچ است؛ به طوری كه نیروی حاصل از احتراق در سیلندر موتور كه موجب دوران میل لنگ و فلایویل می‌شود توسط این مجموعه به گیربكس و سپس چرخ‌ها انتقال می‌یابد. حركت خودرو از حالت سكون باید به نرمی صورت گیرد بنابراین ارتباط موتور و گیربكس باید به تدریج برقرار شود كه این وظیفه مهم را نیز كلاچ به عهده دارد.

ج) تعویض دنده هنگام حركت و یا خلاص كردن دنده به منظور توقف خودرو و روشن نگه داشتن موتور: تغییرات سرعت در خودرو اجتناب ناپذیر و كاملاً طبیعی است. شروع حركت و یا كاركرد در حالت‌های مختلف با توجه به وضعیت جاده، تعداد سرنشین، سرعت مورد نظر و غیره از عوامل اصلی این تغییرات شمرده می‌شود. راننده به كمك كلاچ می‌تواند هماهنگ با تغییرات سرعت عمل كند و همچنین در زمان‌های دلخواه، گشتاور انتقال از موتور به گیربكس را قطع و شرایط مناسب را برای توقف خودرو فراهم آورد.

د) خنثی سازی ضربه‌ها:
نوسان پدال گاز در شرایط مختلف كاری باعث ایجاد اختلاف دوران و گشتاور بین موتور و گیربكس و تولید شوك و ضربه می‌شود كه خنثی سازی این ضربات را نیز سیستم كلاچ انجام می‌دهد زیرا در صورت انتقال ضربه، قطعات درگیر شونده در گیربكس، گاردان، دیفرانسیل و چرخ‌ها به تدریج دچار خوردگی و لقی می‌شوند و این موضوع علاوه بر افت نیروی انتقالی، آسیب و حتی شكستگی قطعات را در پی خواهد داشت و باعث ایجاد سر و صدا و لرزش در خودرو می‌شود. هـ) در شرایط ویژه و لحظه‌ای، ممكن است یك قطع ارتباط ناقص (نیم كلاچ) لازم باشد. به عنوان مثال در حركت آرام وسیله نقلیه، به كمك نیم كلاچ و یا بكسباد كلاچ و قطع ارتباط در موارد اضطراری، هنگامی كه كلاچ تحت تاثیر نیروهای غیرقابل تحمل قرار می‌گیرد، كلاچ یك كلید اطمینان برای جلوگیری از اثر بار زیاد و پیش‌بینی نشده بر قطعات موتور و همچنین دستگاه‌های انتقال قدرت است. در خودروهای مدرن امروزی، دستگاه كلاچ باید ویژگی‌های زیر را داشته باشد:

۱) امكان انتقال قدرت مطمئن را فراهم كند.
۲) حركت بدون لرزش و بكسباد وسیله نقلیه را امكان‌پذیر كند.
۳) در مقابل تغییرات دور موتور، دوام كافی داشته باشد.
۴) حتی‌الامكان سبك باشد و به راحتی به كار بیفتد.
۵) در وسایل نقلیه سنگین، قادر به انتقال گشتاورهای زیاد بوده و دوام و استحكام كافی داشته باشد.

● انواع كلاچ
الف) كلاچ‌هایی كه با استفاده از نیروی عضلانی، قطع و وصل ارتباط را انجام می‌دهند. در موارد لزوم، برای صرف نیروی كمتر از وسایل كمكی هیدرولیكی یا هوایی نیز استفاده می‌كنند. این كلاچ‌ها در انواع زیر دسته‌بندی می‌شوند:

۱) كلاچ‌های یك صفحه‌ای با فنرهای مارپیچی مانند كلاچ مینی‌بوس و اتوبوس
۲) كلاچ‌های یك صفحه‌ای با فنر دیافراگمی مانند كلاچ خودروهای پراید، پیكان، پژو و زانتیا
۳) كلاچ‌های دوصفحه‌ای با هر دو نوع فنر مانند كلاچ تراكتور
۴) كلاچ‌های چند صفحه‌ای مانند كلاچ موتورسیكلت

ب) كلاچ‌هایی كه عمل قطع و وصل ارتباط را به طور خودكار انجام می‌دهند. از این گروه انواع كلاچ‌های زیر بیشتر به كار می‌روند:

۱) كلاچ‌های وزنه‌ای
۲) كلاچ‌های هیدرودینامیكی
۳) كلاچ‌های الكترومغناطیسی
۴) كلاچ‌های تركیبی كه مجموعه‌ای از انواع كلاچ‌های ذكر شده‌اند.

گفتنی است در این دسته‌بندی، زمینه استفاده در صنایع خودروسازی موردنظر بوده است، در حالی كه در صنایع ماشین‌سازی از انواع دیگر كلاچ‌ها كه در آنها نیرو
به كمك چرخ‌دنده، چنگك، فلانچ اتصال و میله انتقال می‌یابد، استفاده می‌شود.

● اجزای كلاچ‌های تك صفحه‌ای با فنر دیافراگمی
امروزه كلاچ‌های یك صفحه‌ای با فنر خورشیدی در خودروهای سواری به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر مجموعه‌ای از این كلاچ‌ها شامل دیسك كلاچ، صفحه كلاچ و بلبرینگ كلاچ است كه به مجموعه آن كیت كلاچ گفته می‌شود و توسط سیستم‌های محرك مختلفی از جمله سیستم هیدرولیكی یا سیمی و به كمك اهرم كلاچ، نیروی پدال را منتقل می‌كند. قطعات كلیدی دیسك كلاچ شامل فنر خورشیدی یا دیافراگمی، صفحه فشاری، پوسته خارجی، فنرهای برگی و قطعات اصلی صفحه كلاچ شامل توپی، كفشك یا لنت، صفحه ضربه‌گیر، فنرهای پیچشی و همچنین بلبرینگ كلاچ متشكل از دو بخش بلبرینگ و پوسته است.

● عملكرد كلاچ در حالت آزاد بودن پدال
در این وضعیت فنر خورشیدی، صفحه فشاری را به طرف جلو فشار می‌دهد و لنت صفحه كلاچ را به فلایویل می‌چسباند و به این ترتیب حركت رفت و برگشتی پیستون‌های موتور كه به گشتاور پیچشی در میل لنگ تبدیل می‌شود، با چرخش فلایویل، مجموعه كلاچ را می‌چرخاند. سپس گشتاور اصطكاكی صفحه كلاچ به توپی می‌رود و از طریق دنده‌های داخلی آن (هزار خاری) به شفت ورودی جعبه دنده و سپس به دیفرانسیل انتقال می‌یابد تا تقسیم دور شود و به چرخ‌ها انتقال یابد.

● عملكرد كلاچ در حالت كلاچ كردن
در این وضعیت نیروی پدال (نیروی پای راننده) توسط اهرم‌بندی از طریق سیستم هیدرولیكی (پمپی) و یا مكانیكی (سیمی) به شكل جابه جایی در دو شاخه كلاچ و حركت محوری در بلبرینگ كلاچ به بلبرینگ انتقال می‌یابد. بلبرینگ كلاچ قسمت داخلی فنر خورشیدی را به جلو فشار می‌دهد (اعمال نیروی جدایش) و فنر خورشیدی كه روی پوسته دیسك حالت الاكلنگی دارد، صفحه فشار را به عقب می‌كشد و فاصله‌ای چندمیلی‌متری میان صفحه فشاری، فلایویل و لنت‌های دوطرف صفحه كلاچ ایجاد می‌كند و امكان انتقال گشتاور اصطكاكی را از بین می‌برد و با برداشتن بار از جعبه دنده، تعویض دنده را میسر می‌كند. با آزاد كردن پدال كلاچ، فنر خورشیدی به حالت اولیه برمی‌گردد و به سرعت نیروی گیرش را در صفحه كلاچ ایجاد می‌كند. عمل اتصال صفحه فشاری به پوسته كلاچ توسط فنرهای برگی انجام می‌شود.

هنگام اتصال صفحات به یكدیگر، به دلیل شوك ناشی از گشتاور موتور و نیز دور كم چرخ‌دنده‌های گیربكس، صفحه ضربه‌گیر كه با پرچ لنت‌ها را در محل خود نگه می‌دارد، نقش یك كوسن یا بالشتك را ایفا می‌كند و با جمع شدن، پایداری سیستم را در این مرحله افزایش می‌دهد. همچنین در زمان جدا شدن صفحات از یكدیگر، این فنر كه قبلاً به علت نیروی گیرش فشرده شده بود، باز می‌شود و اجازه می‌دهد قطع گشتاور در زمان طولانی انجام شود و خلأ گشتاور در سیستم به وجود نیاید. فنرهای پیچشی صفحه كلاچ كه با اهرم‌بندی خاصی داخل صفحه نصب شده‌اند، زمانی وارد عمل می‌شوند كه می‌خواهیم گشتاور موتور را به جعبه دنده منتقل كنیم.

در این هنگام گشتاور محرك موتور تمایل به چرخاندن سیستم و گشتاور مقاوم جعبه دنده و اجزای بعدی انتقال قدرت از جمله میله گاردان، دیفرانسیل و غیره تمایل به نگه داشتن سیستم دارند، این دو گشتاور كه خلاف جهت هم اثر می‌كنند (اولی روی لنت‌ها و دومی روی چرخ دنده‌های توپی صفحه كلاچ اثر می‌كند) ممكن است صفحه كلاچ را دچار گسیختگی و خم شدن كنند و یا از حالت
تختی خارج كنند. برای جلوگیری از عیوب گفته شده، فنرهای پیچشی به صفحه كلاچ امكان چرخیدن در محل خود در حدود صفر تا ده درجه را می‌دهند (اهرم‌بندی به گونه‌ای است كه حركت پیچشی صفحه كلاچ حول محور توپی، به صورت نیروی فشاری روی سطوح انتهایی فنرها اعمال می‌شود) و سپس با نیروی عكس‌العمل فنرها، صفحه به حالت اولیه باز می‌گردد و به این ترتیب انتقال حركت و گشتاور به نرمی و سهولت انجام می‌شود. برای عملكرد نرم سیستم در این حالت، در بعضی خودروها از چند نوع فنر با خصوصیات فنری و طول‌های مختلف استفاده می‌كنند تا در درجات پیچش مجموعه، به مرور و با توجه به ضریب فنریت خود، درگیر شوند و ضربه‌گیری و انتقال نیرو و گشتاور به گونه‌ای مناسب‌تر صورت گیرد. علاوه بر حالت Drive كه دور بالای موتور را نسبت به سیستم انتقال قدرت شاهدیم، وضعیت Over-Drive نیز مطرح است.

زمانی كه خودرو در سراشیبی تندی قرار می‌گیرد و با دنده سنگین حركت می‌كند یا وقتی كه از دنده معكوس استفاده می‌كنیم، (گشتاور بالاتر بخش متحرك خودرو) بخش توپی صفحه كلاچ تمایل به چرخش و بخش لنت‌ها تمایل به ایستادن دارند كه در این وضعیت، فنرهای پیچشی در خلاف جهت، فشرده می‌شوند و همان ضربه‌گیری و تعادل در انتقال قدرت اتفاق می‌افتد.

● وضعیت كلاچ در حالت نیم كلاچ
در حالت نیم كلاچ كردن، صفحه كلاچ در وضعیت نیمه آزاد، مابین فلایویل و صفحه فشاری دیسك قرار می‌گیرد تا بتواند بدون وارد آوردن فشار زیاد به موتور، گشتاور پیچشی زیادی را منتقل كند و در صورتی كه چرخ‌ها به گشتاور بالایی برای حركت نیاز داشته باشند و موتور جوابگوی آن نباشد، باز هم بكسباد كردن لنت‌ها سبب قطع ارتباط ناقص می‌شود و از خاموش شدن موتور جلوگیری می‌كند. این وضعیت را هنگام شروع به حركت كردن خودرو نیز می‌توان مشاهده كرد.

● نتیجه‌گیری
طراحی و ساخت قطعات سیستم كلاچ برای حصول اطمینان از وجود مقدار لازم نیروی گیرش و جدایش موردنیاز عملكرد سیستم و نیز پایایی آن انجام می‌گیرد، به همین دلیل توجه ویژه به پارامترهای ابعادی و عملكردی قطعات كلیدی سیستم، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است تا بتواند ارتباط مناسبی بین موتور و جعبه‌دنده پدید آورد. هر چند كه در حال حاضر تكنولوژی تولید قطعاتی چون فنر خورشیدی، لنت كلاچ، صفحه ضربه‌گیر، بلبرینگ و غیره به علت پروسه بسیار پیچیده آن و استفاده از فناوری ساخت دقیق و گران قیمت، در داخل كشور با كیفیت پایینی امكان‌پذیر بوده و مستلزم صرف هزینه‌های فراوان و دانش فنی بالایی است، ولی با توجه به رشد قابل توجه دانش فنی كلاچ در سال‌های اخیر، امید می‌رود كشور ایران راه خود را برای حضور در كنار كلاچ‌سازان معتبر جهانی هموار كند.