در صنعت خودرو در بخش انتقال قدرت، سیستم کلاچ به عنوان یکی از کلیدی‌ترین مجموعه‌ها مطرح است و عملکرد صحیح آن، تاثیر مستقیم در کارکرد خودرو و از جمله بخش تولیدکننده قدرت (موتور) و بخش انتقال نیروی محرکه (جعبه دنده، میله گاردان، دیفرانسیل، پلوس‌ها و…) دارد و در صورت بروز اشکال در این سیستم ـ حتی به شکل جزئی ـ راندمان خودرو با مشکل مواجه می‌شود.
● کلاچ
کلاچ یک وسیله انتقال نیرو به صورت قطع و وصل از موتور به جعبه دنده (گیربکس) است. با کلاچ کردن می‌توان ارتباط بین موتور و جعبه دنده را برای مدت کوتاهی قطع و پس از رها کردن کلاچ، دوباره آن را برقرار کرد. قطع و وصل انتقال نیرو از موتور به جعبه دنده می‌تواند به دلایل زیر انجام شود:
الف) روشن کردن موتور:
برای راه‌اندازی آسان موتورهای احتراقی باید آنها را از بار آزاد کرد و موتور را با حداقل دور لازم به دوران درآورد. معمولاً روشن کردن موتور خودروهای سواری در حالتی انجام می‌شود که کلاچ گرفته شده و گیربکس در حالت خلاص باشد. ب) انتقال گشتاور یا ایجاد ارتباط برای آغاز حرکت خودرو از دیگر وظایف کلاچ است؛ به طوری که نیروی حاصل از احتراق در سیلندر موتور که موجب دوران میل لنگ و فلایویل می‌شود توسط این مجموعه به گیربکس و سپس چرخ‌ها انتقال می‌یابد. حرکت خودرو از حالت سکون باید به نرمی صورت گیرد بنابراین ارتباط موتور و گیربکس باید به تدریج برقرار شود که این وظیفه مهم را نیز کلاچ به عهده دارد.
ج) تعویض دنده هنگام حرکت و یا خلاص کردن دنده به منظور توقف خودرو و روشن نگه داشتن موتور: تغییرات سرعت در خودرو اجتناب ناپذیر و کاملاً طبیعی است. شروع حرکت و یا کارکرد در حالت‌های مختلف با توجه به وضعیت جاده، تعداد سرنشین، سرعت مورد نظر و غیره از عوامل اصلی این تغییرات شمرده می‌شود. راننده به کمک کلاچ می‌تواند هماهنگ با تغییرات سرعت عمل کند و همچنین در زمان‌های دلخواه، گشتاور انتقال از موتور به گیربکس را قطع و شرایط مناسب را برای توقف خودرو فراهم آورد.
د) خنثی سازی ضربه‌ها:
نوسان پدال گاز در شرایط مختلف کاری باعث ایجاد اختلاف دوران و گشتاور بین موتور و گیربکس و تولید شوک و ضربه می‌شود که خنثی سازی این ضربات را نیز سیستم کلاچ انجام می‌دهد زیرا در صورت انتقال ضربه، قطعات درگیر شونده در گیربکس، گاردان، دیفرانسیل و چرخ‌ها به تدریج دچار خوردگی و لقی می‌شوند و این موضوع علاوه بر افت نیروی انتقالی، آسیب و حتی شکستگی قطعات را در پی خواهد داشت و باعث ایجاد سر و صدا و لرزش در خودرو می‌شود. هـ) در شرایط ویژه و لحظه‌ای، ممکن است یک قطع ارتباط ناقص (نیم کلاچ) لازم باشد. به عنوان مثال در حرکت آرام وسیله نقلیه، به کمک نیم کلاچ و یا بکسباد کلاچ و قطع ارتباط در موارد اضطراری، هنگامی که کلاچ تحت تاثیر نیروهای غیرقابل تحمل قرار می‌گیرد، کلاچ یک کلید اطمینان برای جلوگیری از اثر بار زیاد و پیش‌بینی نشده بر قطعات موتور و همچنین دستگاه‌های انتقال قدرت است. در خودروهای مدرن امروزی، دستگاه کلاچ باید ویژگی‌های زیر را داشته باشد:
۱) امکان انتقال قدرت مطمئن را فراهم کند.
۲) حرکت بدون لرزش و بکسباد وسیله نقلیه را امکان‌پذیر کند.
۳) در مقابل تغییرات دور موتور، دوام کافی داشته باشد.
۴) حتی‌الامکان سبک باشد و به راحتی به کار بیفتد.
۵) در وسایل نقلیه سنگین، قادر به انتقال گشتاورهای زیاد بوده و دوام و استحکام کافی داشته باشد.
● انواع کلاچ
الف) کلاچ‌هایی که با استفاده از نیروی عضلانی، قطع و وصل ارتباط را انجام می‌دهند. در موارد لزوم، برای صرف نیروی کمتر از وسایل کمکی هیدرولیکی یا هوایی نیز استفاده می‌کنند. این کلاچ‌ها در انواع زیر دسته‌بندی می‌شوند:
۱) کلاچ‌های یک صفحه‌ای با فنرهای مارپیچی مانند کلاچ مینی‌بوس و اتوبوس
۲) کلاچ‌های یک صفحه‌ای با فنر دیافراگمی مانند کلاچ خودروهای پراید، پیکان، پژو و زانتیا
۳) کلاچ‌های دوصفحه‌ای با هر دو نوع فنر مانند کلاچ تراکتور
۴) کلاچ‌های چند صفحه‌ای مانند کلاچ موتورسیکلت
ب) کلاچ‌هایی که عمل قطع و وصل ارتباط را به طور خودکار انجام می‌دهند. از این گروه انواع کلاچ‌های زیر بیشتر به کار می‌روند:
۱) کلاچ‌های وزنه‌ای
۲) کلاچ‌های هیدرودینامیکی
۳) کلاچ‌های الکترومغناطیسی
۴) کلاچ‌های ترکیبی که مجموعه‌ای از انواع کلاچ‌های ذکر شده‌اند.
گفتنی است در این دسته‌بندی، زمینه استفاده در صنایع خودروسازی موردنظر بوده است، در حالی که در صنایع ماشین‌سازی از انواع دیگر کلاچ‌ها که در آنها نیرو
به کمک چرخ‌دنده، چنگک، فلانچ اتصال و میله انتقال می‌یابد، استفاده می‌شود.
● اجزای کلاچ‌های تک صفحه‌ای با فنر دیافراگمی
امروزه کلاچ‌های یک صفحه‌ای با فنر خورشیدی در خودروهای سواری به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر مجموعه‌ای از این کلاچ‌ها شامل دیسک کلاچ، صفحه کلاچ و بلبرینگ کلاچ است که به مجموعه آن کیت کلاچ گفته می‌شود و توسط سیستم‌های محرک مختلفی از جمله سیستم هیدرولیکی یا سیمی و به کمک اهرم کلاچ، نیروی پدال را منتقل می‌کند. قطعات کلیدی دیسک کلاچ شامل فنر خورشیدی یا دیافراگمی، صفحه فشاری، پوسته خارجی، فنرهای برگی و قطعات اصلی صفحه کلاچ شامل توپی، کفشک یا لنت، صفحه ضربه‌گیر، فنرهای پیچشی و همچنین بلبرینگ کلاچ متشکل از دو بخش بلبرینگ و پوسته است.
● عملکرد کلاچ در حالت آزاد بودن پدال
در این وضعیت فنر خورشیدی، صفحه فشاری را به طرف جلو فشار می‌دهد و لنت صفحه کلاچ را به فلایویل می‌چسباند و به این ترتیب حرکت رفت و برگشتی پیستون‌های موتور که به گشتاور پیچشی در میل لنگ تبدیل می‌شود، با چرخش فلایویل، مجموعه کلاچ را می‌چرخاند. سپس گشتاور اصطکاکی صفحه کلاچ 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.
● عملکرد کلاچ در حالت کلاچ کردن
در این وضعیت نیروی پدال (نیروی پای راننده) توسط اهرم‌بندی از طریق سیستم هیدرولیکی (پمپی) و یا مکانیکی (سیمی) به شکل جابه جایی در دو شاخه کلاچ و حرکت محوری در بلبرینگ کلاچ به بلبرینگ انتقال می‌یابد. بلبرینگ کلاچ قسمت داخلی فنر خورشیدی را به جلو فشار می‌دهد (اعمال نیروی جدایش) و فنر خورشیدی که روی پوسته دیسک حالت الاکلنگی دارد، صفحه فشار را به عقب می‌کشد و فاصله‌ای چندمیلی‌متری میان صفحه فشاری، فلایویل و لنت‌های دوطرف صفحه کلاچ ایجاد می‌کند و امکان انتقال گشتاور اصطکاکی را از بین می‌برد و با برداشتن بار از جعبه دنده، تعویض دنده را میسر می‌کند. با آزاد کردن پدال کلاچ، فنر خورشیدی به حالت اولیه برمی‌گردد و به سرعت نیروی گیرش را در صفحه کلاچ ایجاد می‌کند. عمل اتصال صفحه فشاری به پوسته کلاچ توسط فنرهای برگی انجام می‌شود.
هنگام اتصال صفحات به یکدیگر، به دلیل شوک ناشی از گشتاور موتور و نیز دور کم چرخ‌دنده‌های گیربکس، صفحه ضربه‌گیر که با پرچ لنت‌ها را در محل خود نگه می‌دارد، نقش یک کوسن یا بالشتک را ایفا می‌کند و با جمع شدن، پایداری سیستم را در این مرحله افزایش می‌دهد. همچنین در زمان جدا شدن صفحات از یکدیگر، این فنر که 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 کلاچ که با اهرم‌بندی خاصی داخل صفحه نصب شده‌اند، زمانی وارد عمل می‌شوند که می‌خواهیم گشتاور موتور را به جعبه دنده منتقل کنیم.
در این هنگام گشتاور محرک 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 که خلاف جهت هم اثر می‌کنند (اولی روی لنت‌ها و دومی روی چرخ دنده‌های توپی صفحه کلاچ اثر می‌کند) ممکن است صفحه کلاچ را دچار گسیختگی و خم شدن کنند و یا از حالت
تختی خارج کنند. برای جلوگیری از عیوب گفته شده، فنرهای پیچشی به صفحه کلاچ امکان چرخیدن در محل خود در حدود صفر تا ده درجه را می‌دهند (اهرم‌بندی به گونه‌ای است که حرکت پیچشی صفحه کلاچ حول محور توپی، به صورت نیروی فشاری روی سطوح انتهایی فنرها اعمال می‌شود) و سپس با نیروی عکس‌العمل فنرها، صفحه به حالت اولیه باز می‌گردد و به این ترتیب انتقال حرکت و گشتاور به نرمی و سهولت انجام می‌شود. برای عملکرد نرم سیستم در این حالت، در بعضی خودروها از چند نوع فنر با خصوصیات فنری و طول‌های مختلف استفاده می‌کنند 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 که دور بالای موتور را نسبت به سیستم انتقال قدرت شاهدیم، وضعیت Over-Drive نیز مطرح است.
زمانی که خودرو در سراشیبی تندی قرار می‌گیرد و با دنده سنگین حرکت می‌کند یا وقتی که از دنده معکوس استفاده می‌کنیم، (گشتاور بالاتر بخش متحرک خودرو) بخش توپی صفحه کلاچ تمایل به چرخش و بخش لنت‌ها تمایل به ایستادن دارند که در این وضعیت، فنرهای پیچشی در خلاف جهت، فشرده می‌شوند و همان ضربه‌گیری و تعادل در انتقال قدرت اتفاق می‌افتد.
● وضعیت کلاچ در حالت نیم کلاچ
در حالت نیم کلاچ کردن، صفحه کلاچ در وضعیت نیمه آزاد، مابین فلایویل و صفحه فشاری دیسک قرار می‌گیرد تا بتواند بدون وارد آوردن فشار زیاد به موتور، گشتاور پیچشی زیادی را منتقل کند و در صورتی که چرخ‌ها به گشتاور بالایی برای حرکت نیاز داشته باشند و موتور جوابگوی آن نباشد، باز هم بکسباد کردن لنت‌ها سبب قطع ارتباط ناقص می‌شود و از خاموش شدن موتور جلوگیری می‌کند. این وضعیت را هنگام شروع به حرکت کردن خودرو نیز می‌توان مشاهده کرد.
● نتیجه‌گیری
طراحی و ساخت قطعات سیستم کلاچ برای حصول اطمینان از وجود مقدار لازم نیروی گیرش و جدایش موردنیاز عملکرد سیستم و نیز پایایی آن انجام می‌گیرد، به همین دلیل توجه ویژه به پارامترهای ابعادی و عملکردی قطعات کلیدی سیستم، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است تا بتواند ارتباط مناسبی بین موتور و جعبه‌دنده پدید آورد. هر چند که در حال حاضر تکنولوژی تولید قطعاتی چون فنر خورشیدی، لنت کلاچ، صفحه ضربه‌گیر، بلبرینگ و غیره به علت پروسه بسیار پیچیده آن و استفاده از فناوری ساخت دقیق و گران قیمت، در داخل کشور با کیفیت پایینی امکان‌پذیر بوده و مستلزم صرف هزینه‌های فراوان و دانش فنی بالایی است، ولی با توجه به رشد قابل توجه دانش فنی کلاچ در سال‌های اخیر، امید می‌رود کشور ایران راه خود را برای حضور در کنار کلاچ‌سازان معتبر جهانی هموار کند.
سید امین جوانمرد
کارشناس اداره کیفیت رتوش و ارزیابی استاتیکی محصول سایپا
نظرات بسته شده است.