کلاچ چيست و چه وظايفي دارد؟

کلاچ قطعه رابط موتور و گيربکس است. اين قطعه امکان برقراري اتصال بين موتور و گيربکس و قطع اين اتصال را در مواقع مختلف ايجاد مي‌کند. کارايي اصلي اين وسيله مکانيکي انتقال نيرو است و کنترل اين انتقال. به اين معنا که به وسيله کلاچ انتقال نيرو و توقف يا شروع حرکت کنترل مي‌شود. بنابراين کلاچ هم‌زمان ميزان انتقال نيرو و زمان آن را نيز تنظيم مي‌کند. در واقع کلاچ ضمن انتقال حرکت از يک شفت به شفت ديگر، انتقال نيرو را مديريت مي‌نمايد. بر اين اساس مي‌توان وظايف کلاچ را به شرح زير تقسيم‌بندي کرد:

– تعويض دنده

– قطع ارتباط موتور با گيربکس يا خلاص کردن خودرو

– وصل کردن موتور و گيربکس و برقراري امکان انتقال نيرو بين آن‌ها

بنابراين کلاچ را مي‌توان يکي از اجزاي اصلي سيستم انتقال نيرو دانست که در يک مسير مشخص و روندي منظم، نيروي چرخشي را از ميل لنگ دريافت کرده و به سمت چرخ‌ها هدايت مي‌کنند. اما چرا در خودرو نياز به کنترل و قطع و وصل اين نيرو است و اين وظيفه را براي کلاچ تعريف کرده‌اند؟
دلايل اين پرسش عبارتند از:

– کنترل سرعت حرکت محورهاي خودرو در شرايط رانندگي مختلف

– امکان تعويض دنده‌ها به راحتي بدون نياز به خاموش شدن موتور و متوقف شدن روند توليد نيرو

– قطع سريع ارتباط سيستم انتقال نيرو با موتور، در شروع حرکت براي کاهش بار روي آن و تامين زمان لازم جهت بالا رفتن گشتاور

به اين معنا که گشتاور موتور در شروع حرکت، صفر است. براي تامين نيروي لازم جهت به حرکت درآمدن خودرو نياز است که اين گشتاور تا حد مشخصي بالا برود. اما در صورت تداوم ارتباط موتور با سيستم انتقال قدرت و بقاي بار اين سيستم روي موتور، گشتاور با سرعت لازم بالا نمي‌رود. لذا براي بالا رفتن اين گشتاور نياز است تا ارتباط موتور با چرخ‌ها به صورت موقت و کوتاه قطع شود.
همچنين هنگام تعويض دنده‌ها، در صورت ادامه انتقال نيروي چرخشي موتور به گيربکس، جا رفتن چرخ‌دنده‌ها با مشکل مواجه شده و به خوبي صورت نمي‌گيرد. در واقع انتقال نيرو بايد متوقف شده و چرخ دنده‌ها از حرکت بايستند تا تعويض دنده به نرمي و راحتي انجام شود. بنابراين انتقال نيروي موتور به گيربکس نياز به مديريت منظم و مستمر دارد که اين مديريت را راننده با واسطه کلاچ انجام مي‌دهد.

ساختار کلاچ و اجزاي آن

کلاچ در واقع اولين بخش از سيستم انتقال قدرت است. اين بخش که نيروي چرخشي ميل‌لنگ را دريافت و به گيربکس منتقل مي‌کند خود از اجزاي مختلفي تشکيل شده است که عبارتند از:

• پوشش و کاور سيستم کلاچ

پوشش کلاچ که روي صفحه فشار قرار مي‌گيرد ديسک اصطکاک را با فشار به فلايول متصل کرده و به کمک صفحه فشار مانع از حرکت عرضي و لغزش آن روي فلايويل مي‌شود.

• فلايويل يا چرخ طيار

اين قطعه که به شکل يک ديسک فلزي بزرگ است، حرکت چرخشي ميل‌لنگ را به گيربکس منتقل مي‌کند. در واقع فلايويل محل اتصال سيستم کلاچ به موتور است و بين اين دو سيستم قرار مي‌گيرد.

• صفحه فشار

اين قطعه که مانند ديسک اصطکاک و فلايويل شکلي ديسک مانند دارد فشار لازم را بر صفحه اصطکاک وارد کرده تا تماس آن با چرخ طيار کامل باشد. اين تماس در فشار، لازمه عدم لغزش ديسک روي چرخ طيار هنگام انتقال دوران است.

• ديسک اصطکاک

صفحه کلاچ يا ديسک کلاچ اصلي‌ترين قطعه اين سيستم محسوب مي‌شود که مستقيم روي چرخ طيار نصب مي‌گردد. اين قطعه دايره‌اي شکل که با لنت مخصوص به خود به منظور جلوگيري از ايجاد اصطکاک بين آن و فلايويل پوشيده شده است، در مرکز خود يک صفحه ارتعاش‌گير دارد. لنت پوشاننده ديسک کلاچ را کفشک نيز مي‌نامند.درون صفحه ارتعاش‌گير ديسک کلاچ تعدادي فنر پيچشي کار گذاشته شده است که ضربات ناشي از انتقال ناگهاني حرکت چرخشي موتور را دفع مي‌کنند. اين عمل موجب کاهش تکان خودرو و شوک ناگهاني آن هنگام تعويض دنده يا آغاز حرکت مي‌شود. ديسک اصطکاک بخش ديگري به نام توپي دارد که نيروي محرکه موتور را به وسيله آن محور يا شافت گيربکس منتقل مي‌کند.

• فنر ديافراگمي يا فنر خورشيدي

فنر ديافراگمي که به شکل دايره طراحي مي‌شود در مرکز خود از تعدادي زبانه تشکيل شده است که با اعمال فشار روي آن‌ها به سمت مخالف نيرو وارد مي‌کنند. فنر ديافراگمي بين صفحه فشار و پوشش کلاچ نصب مي‌شود و در مواقع لازم براي قطع انتقال نيرو، فشار وارده از اين قطعه روي صفحه کلاج را کم کرده و امکان لغزش صفحه روي فلايويل را افزايش مي‌دهد.

• ياتاقان رها کننده

از اين قطعه براي اعمال فشار روي زبانه‌هاي فنر ديافراگمي استفاده مي‌ؤود. اين بخش که با پدال کلاچ در ارتباط اشت با فشردن پدال گاز وارد عمل شده و بر فنر نيرو وارد مي‌کند. اين قطعه از دو قسمت پوسته و بلبرينگ تشکيل مي‌شود.

• پدال کلاچ

درون کابين و زير پاي راننده قرار دارد و از طريق مکانيزم کابلي يا هيدروليکي با ياتاقان رها کننده در ارتباط است.

البته قطعات ديگري نيز در اين سيستم وجود دارند. مانند محور ورودي به جعبه دنده، انگشتي، پوشش متصل به چرخ طيار ، دوشاخ آزاد کننده و عملگر پدال کلاچ که در درجه پايين‌تري از اهميت قرار دارند.

نحوه عملکرد کلاچ

اساس کار کلاچ بر تماس صفحه اصطکاک با فلايويل و قطع اين تماس است. به اين ترتيب که در زمان برقراري اين تماس، فشار وارد بر صفحه اصطکاکي چرخش فلايويل را به آن منتقل کرده و آن را مي‌چرخاند. اين صفحه نيز نيروي دريافتي را به گيربکس مي‌رساند. اما در زمان قطع فشار موجود روي صفحه کلاچ، اصطکاک حاصل از آن که موجب انتقال نيروي محرکه موتور به صفحه مي‌شود کاهش يافته و صفحه روي فلايويل مي‌لغزد. انتقال نيرو از طريق صفحه کلاچ، به کمک شفت ورودي گيربکس انجام مي‌شود. کاهش فشار روي صفحه کلاچ نيز از طريق فنر ديافراگمي صورت مي‌گيرد. به اين ترتيب که اين فنر بين صفحه فشار و صفحه کلاچ قرار دارد. با فشردن فنر زبانه‌هاي آن به سمت صفحه فشار مي‌روند و آن را از صفحه اصطکاکي دور مي‌کنند. در اين صورت فشار روي اين صفحه کاسته مي‌شود. اما فشار وارده بر فنر خورشيدي نيز به کمک سيستم هيدروليکي يا مکانيکي پدال کلاچ کنترل مي‌شود. به اين ترتيب که، با فشردن پدال گاز توسط راننده، عملگر پدال نيروي پاي راننده را به دوشاخ منتقل مي‌کند و دوشاخ را از ياتاقان آزاد کننده جدا مي‌نمايد. با حرکت دوشاخ، ياتاقان از فنر ديافراگمي جدا شده و فنر نيز تغيير حالت لازم را مي‌دهد. بنابراين براي کلاچ سه حالت عملکردي قابل تعريف است:

۱. فعال بودن کلاچ

در اين زمان پدال کلاچ درگير است و کلاچ از دور انتقال قدرت خارج مي‌شود. طي اين فرايند قطع ارتباط، نيروي محرکه موتور به گيربکس ارسال نمي‌شود و با بي‌حرکت شدن چرخ‌دنده‌هاي آن تعويض دنده به راحتي و نرمي انجام مي‌شود.

۲. آزاد بودن کلاچ

در زماني که کلاچ تحت فشار است و نيروي چرخشي را منتقل مي‌کند. در اين حالت پدال کلاچ رها شده و قواي محرکه موتور با اصطکاک صفحه کلاچ از فلايويل به آن منتقل و از طريق شفت ورودي به گيربکس ارسال مي‌شود.

۳. نيم کلاچ

در حالتي که صفحه اصطکاکي در حالت نيمه‌ آزاد بين صفحه فشاري و فلايول قرار مي‌گيرد. در اين حالت نيروي گشتاور انتقالي از طريق سيستم انتقال قدرت به چرخ‌ها برابر با نيروي جاذبه زمين بوده و بنابراين همزمان با روشن بودن موتور، چرخ‌ها نيز حرکت نمي‌کنند. حالت نيم‌کلاچ که حاصل فشردن پدال کلاچ تا نيمه است، مي‌تواند مانند يک ترمز موقت در شيب‌ها عمل کند.

فنرهاي موجود در صفحه ارتعاش‌گير مرکز صفحه کلاچ نيز وظيفه دفع تکان و ضربه ناگهاني انتقال قواي محرکه موتور به صفحه را دارند. در صورت نبود آن‌ها انتقال نيرو با همان ضربه به گيربکس منتقل شده و با هر تعويض دنده خودرو دچار شوک مي‌شود.

انواع کلاچ

کلاچ‌ها نيز مانند بسياري ديگر سيستم‌هاي خودرو انواع مختلفي دارند. اين انواع براي خودروهاي مختلف نيازمند به قدرت بيشتر يا کمتر کلاچ يا انواع گيربکس طراحي شده‌اند. کلاچ‌هاي مختلف عبارتند از:

• کلاچ بدون لغزش

اين کلاچ که رايج‌ترين انواع کلاچ در سواري‌هاي شهري است، دو حالت کاملا آزاد و کاملا درگير دارد و در اين دو حالت هيچ‌گونه لغزش و ساييدگي ندارد.

• کلاچ اصطکاکي

اين نوع صفحه داراي ضريب اصطکاک بالا است و تنها يک حالت همواره درگير دارد. در آن از دو نوع صفحه ديسکي عاج‌دار يا صفحه مخروطي استفاده مي‌شود که گشتاور از طريق اين صفحات منتقل مي‌شود.

• کلاچ‌هاي يک‌طرفه

در نوع يک‌طرفه نيروي گشتاور در يک جهت انتقال پيدا مي‌کند و در گردش‌‌هاي تک جهته، مانند کلاچ‌هاي بدون لغزش عمل مي‌کنند اما اگر چرخش در جهات ديگر صورت بگيرد، کلاچ‌هاي يک‌طرفه نيرويي را منتقل نمي‌کنند.

• هيدروليک

نيرو کلاچ‌هاي هيدروليک از يکي از صفحات به يک مايع هيدروليک سيال منتقل و از طريق آن به صفحه متحرک ديگر منتقل مي‌شود. به دليل تغيير فضا در سيستم کلاچ‌هاي هيدروليک، معمولا جا به جايي نيرو کند‌تر از مابقي کلاچ‌ها صورت مي‌گيرد.

کلاچ در گيربکس‌هاي دو کلاچه

گيربکس‌هاي دو کلاچه نوعي از گيربکس هستند که به صورت نيمه خودکار عمل مي‌کنند. در اين سيستم از دو کلاچ مجزا براي  اتصال و جدايي از فلايويل و فعاليت انتقال و قطع انتقال استفاده مي‌شود. به اين ترتيب که از يک صفحه براي انتقال گشتاور به چرخ‌دنده‌هاي زوج گيربکس و از ديگري براي انتقال نيرو به چرخ‌دنده‌هاي فرد استفاده مي‌شود. همچنين انتقال نيرو در آن‌ها متوقف نشده و صفحات هيدروليکي کلاچ به صورت مستمر و تناوبي فعال مي‌شوند. بنابراين نيروي چرخشي همواره به چرخ‌ها منتقل مي‌شود.

انواع کلاچ براساس گيربکس اتوماتيک و دستي

مي‌دانيم که در گيربکس‌هاي اتوماتيک تعويض دنده بدون دخالت راننده و پدال کلاچ انجام مي‌شود. بنابراين سيستم کلاچ در اين نوع گيربکس با انواع دستي متفاوت است. کلاچ‌هاي مورد استفاده در اين دو نوع گيربکس به دو دسته متفاوت با اعضاي مجزا تقسيم مي‌شوند که به شرح زير است:

– کلاچ‌هاي مورد استفاده در گيربکس‌هاي دستي که قطع و وصل ارتباط آن‌ها به وسيله نيروي عضلاني انجام مي‌شود:

• کلاچ‌هاي تک صفحه‌اي با فنرهاي مارپيچي که معمولا در ميني‌بوس و اتوبوس استفاده مي‌شوند.
• کلاچ‌هاي تک صفحه‌اي با فنر ديافراگمي که در خودروهاي سواري ديده مي‌شوند.
• کلاچ‌هاي دو صفحه‌اي با هر دو نوع فنر که در تراکتور کاربرد دارد.
• کلاچ‌هاي چند صفحه‌اي که عموما در موتورسيکلت استفاده مي‌شود.

گاهي در کلاچ‌ها براي صرف نيروي کمتر عضلاني از وسايل کمکي مانند سيستم‌هاي هيدروليکي يا هوايي نيز استفاده مي‌شود. اين دسته کلاچ زيرمجموعه‌هاي کلاچ‌هاي اصطکاکي نيز محسوب مي‌شوند.

– کلاچ‌هاي مورد استفاده در گيربکس‌هاي خودکار که عمل قطع و وصل ارتباط را به صورت دستي انجام مي‌دهند:

• کلاچ‌هاي وزنه‌اي
• کلاچ‌هاي هيدروديناميکي
• کلاچ‌هاي الکترومغناطيسي
• کلاچ‌هاي ترکيبي که مجموعه‌اي از انواع کلاچ‌هاي ذکر شده‌ هستند.

امروزه استفاده از انواع اين کلاچ‌ها در کگيربکس‌هاي متنوع خودکار در خودروسازي‌هاي روز دنيا رواج دارد. در واقع هريک از اين کلاچ‌ها براي يکي از انواع گيربکس اتوماتيک کارايي دارد.

کلاچ خيس و خشک

اساس کار و عملکرد انواع کلاچ‌ها بر اصل اصطکاک استوار است؛ چرا که همانطور که گفته شد، قطع و اتصال انتقال گشتاور بسته به نيروي اصطکاک ايستايي صفحه کلاچ است. اما اين نيروي اصطکاک و تماس مداوم و نزديک ديسک کلاچ با چرخ طيار، توليد گرماي زيادي مي‌کند که در شرايط بحراني مي‌تواند منجر به سوختن صفحه کلاچ شود. به منظور حل اين مشکل، کلاچ‌هاي روغني يا خيس طراحي شدند. اين کلاچ‌ها که معمولا درون بلوک سيلندر قرار مي‌گيرند در روغن هيدروليک موتور غوطه‌ور هستند. به اين ترتيب عمل خنک‌سازي توسط روغن موتور صورت مي‌گيرد و گرماي ناشي از اصطکاک نيز از اين طريق دفع مي‌شود. در اين کلاچ‌ها از چند صفحه کلاچ که روي يکديگر نصب شده‌اند، بهره مي‌برند. البته بايد گفت کلاچ‌هاي خيس بازده کم‌تري نسبت به کلاچ‌هاي خشک يا معمولي دارند، اما فضاي کم‌تري نيز به خود اختصاص مي‌دهند و به همين دليل بيش‌تر در موتورسيکلت‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

کلاچ‌ها نيز مانند تمام ديگر قطعات و سيستم‌هاي خودرو داراي عمر مفيد هستند. اين قطعه که به صورت کلي در معرض اصطکاک قرار دارد، از قطعات تحليلي و مصرفي خودرو محسوب مي‌شود که خواه ناخواه بايد بعد از مدتي تعويض گردد. اما عوامل مختلفي در افزايش يا کاهش اين طول عمر ديده مي‌شود. عواملي مانند نوع رانندگي، آب و هوا و اقليم منطقه و البته کيفيت صفحه کلاچ و لنت‌هاي آن. اما در کنار تمام اين موارد برخي مشکلات رايج براي کلاچ‌ها وجود دارد که عبارتند از:

۱. لرزش خودرو هنگام رها کردن کلاچ

اين مشکل يکي از ايرادات شايع سيستم کلاچ است. اين حالت را به اصطلاح خسته شدن توپي صفحه کلاچ مي‌گويند. در اين مواقع نيرويي وارد شده به صفحه کلاچ خودرو به دليل عملکرد ضعيف توپي خنثي شده و انتقال ضعيف نيرو منجر به لرزيدن خودرو در هنگام شروع حرکت مي شود. البته اين مشکل در صورت خرابي فنرهاي صفحه فشار دهنده ديسک هم رخ خواهد داد. در صورت بروز اين مشکلات صفحه کلاچ بايد تعويض شود.

۲. بکسواد کلاچ

کلاچ معمولا در اثر تمام شدن لنت يا چرب شدن آن، بکسواد مي‌کند. نتيجه اين اتفاق انتقال ناقص نيروي محرک موتور خواهد بود. رفع اين معضل با تعويض لنت و رفع چربي روي آن ممکن خواهد بود.

۳. فرسايش بلبرينگ کلاچ

اين معضل از سبک نادرست رانندگي، نيم کلاچ گرفتن مکرر و استفاده بي مورد از پدال کلاچ و قرار دادن مداوم پا روي آن نشات مي‌گيرد. در صورت بروز اين مشکل معمولا صداي بلبرينگ يا ياتاقان در زمان کلاچ گرفتن قابل شنيدن است.

اما به غير از موارد ذکر شده عواملي نيز هستند که در صورت رعايت نکردن آن‌ها عمر مفيد صفحه کلاچ کاسته شده و زمان تعويض آن زودتر فرا مي‌رسد. اين موارد عبارتند از:

– رانندگي با شتاب زياد

– فشار آوردن به موتور در سربالايي

– تعداد زياد سرنشينان خودرو

– گذاشتن پا روي پدال کلاچ در حين رانندگي

موارد ذکر شده معمولا منجر به خورده شدن يا به اصطلاح تمام شدن صفحه کلاچ مي‌شوند. اين اصطلاح به معناي از بين رفتن کامل لنت کلاچ است. همانطور که گفته شد نيم‌کلاچ‌ گرفتن‌ها مکرر و طولاني مدت و رها نکردن پدال کلاچ از اصلي‌ترين عوامل اين معضل هستند. معضل ديگر موجود در اين سيستم نيز جدا نشدن صفحه از چرخ طيار است. در اين مواقع ارتباط فلايويل و گيربکس قطع نشده و نيروي محرکه موتور مداوم به جعبه دنده منتقل مي‌شود. در نتيجه تعويض دنده با مشکل مواجه مي‌شود. اين معضل به دلايل پيش ايجاد مي‌شود:

– پارگي يا شل شدن کابل پدال کلاچ

– وجود نشتي در سيلندر اصلي يا فرعي پدال هيدروليکي کلاچ

– نفوذ هوا به داخل مدار هيدروليک پدال کلاچ

– تنظيم نبودن مکانيزم انتقال نيروي پدال کلاچ در کلاچ‌هاي مکانيکي