کلاچ خشک چگونه کار می‌کند؟

شما که تجربه رانندگی خودرو با گیربکس معمولی را دارید، ممکن است به‌محض اینکه متوجه شوید که چیزی فراتر از یک کلاچ معمولی در این سیستم قرار دارد، متعجب شوید. درواقع در اکثر وسایلی که در روز با آن سروکار دارید کلاچ به‌نوعی استفاده شده است: اکثر دریل‌ها، اره‌های برقی و حتی یویوها. در این مقاله سعی داریم تا شما را از لزوم استفاده از کلاچ مطلع سازیم و چگونگی کارکرد کلاچ در خودرو را بیان کنیم و همچنین مکانی که شما می‌توانید کلاچ را در خودروی خود بیابید، نشان دهیم.

کلاچ‌ها یکی از ابزارهایی هستند که هنگامی که دو شفت در حال گردش هستند کاربرد می یابند. در این‌گونه وسایل یکی از شفت‌ها به‌وسیله موتور رانده می‌شود و شفت دیگر به دستگاهی دیگر متصل است. در دریل، به‌طور مثال، یکی از شفت‌ها به‌وسیله موتور چرخانده و دیگری به مته خروجی متصل است. کلاچ می‌تواند دو شفت در حال گردش را نسبت به هم قفل نماید؛ به‌طوری‌که سرعت دورانی آن‌ها با هم یکسان شود. همچنین می‌تواند نسبتی آزادی ایجاد کند تا سرعت هرکدام از شفت‌ها مقداری متفاوت باشد.

در خودرو، شما نیاز به کلاچ دارید چون موتور همواره در حال گردش است ولی چرخ‌های خودرو همواره در حال گردش نیستند. برای اینکه خودرو بدون خاموش شدن موتور متوقف شود، ارتباط چرخ‌ها باید با موتور قطع شود. کلاچ به ما این قدرت را می‌دهد تا بتوانیم شفت موتور چرخان را به شفت گیربکس غیر چرخان به‌آرامی توسط کنترل لغزش میان آن‌ها درگیر کنیم.

برای فهم بهتر نحوه کار کلاچ، باید ابتدا مفهوم اصطکاک تشریح شود. درواقع اصطکاک میزان سخت یا آسان بودن لغزش دو سطح روی همدیگر است. اصطکاک به‌وسیله پستی بلندی‌های موجود بر روی سطح ایجاد می‌شود؛ حتی صاف‌ترین سطوح دارای پستی و بلندی‌هایی در سایز میکروسکوپی است. هر چه این پستی بلندی‌ها بزرگ‌تر باشند، لغزش سطوح بر روی یکدیگر سخت‌تر می‌شود. کلاچ به علت اصطکاک موجود بین فلایویل و صفحه کلاچ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در کلاچ خودرو، فلایول به موتور اتصال دارد و صفحه کلاچ به سیستم انتقال قدرت. در شکل زیر می‌توان به نحوه قرارگیری این اجزاء کنار دقت نمود.

هنگامی که شما پدال کلاچ را لمس نکرده‌اید، فنرهای موجود، صفحه را به سمت صفحه کلاچ فشار می‌دهند که در ادامه به سمت فلایویل هم فشار می‌آورد. این عمل موتور را به شفت ورودی گیربکس قفل می‌کند و باعث می‌شود تا هر دو با سرعت یکسانی دوران نمایند.
میزان نیروی کلاچ می‌تواند به اصطکاک بین صفحه کلاچ و فلایویل و فنریت لازم برای چسباندن صفحات به یکدیگر، وابسته باشد. نیروی اصطکاک در کلاچ درست مانند نیروی اصطکاک موجود در ترمزها عمل می‌کند، جزء اینکه فنری صفحه کلاچ را فشار داده و درگیر می کند. این نیرو در سیستم ترمز می‌تواند با نیروی وزن خود، بلوک را به سمت پایین فشار دهد.

چگونه یک کلاچ درگیر و خلاص می‌شود
هنگامی که پدال کلاچ فشرده می‌شود، پیستون فشار هیدرولیک را به سمت دو شاخه وارد می‌کند که در نهایت باعث بیرون آمدن یاتاقان‌های موجود (اعمال نیرو به یاتاقان و حرکت کردن آن) از فنر دیافراگمی میانی می‌شود. همان‌طور که فنر دیافراگمی میانی به سمت داخل فشرده می‌شود، یک سری از پین‌ها که در بیرون فنر قرار گرفته‌اند، باعث می‌شوند تا فنر به صفحه فشار وارد کند و صفحه کلاچ جابه‌جا شود. این عمل موجب رها شدن کلاچ از چرخش موتور می‌شود.

اگر بیشتر در شکل فوق دقت کنید متوجه می‌شوید که یکسری فنر در داخل صفحه کلاچ قرار دارد. این فنرها کمک می‌کنند تا سیستم انتقال قدرت را از هرگونه شوک در هنگام درگیری کلاچ دور کند. این طراحی معمولاً خیلی خوب کار می‌کند ولی دارای اشکالی هرچند کوچک است.

مشکلات معمول
در بین سال‌های ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۰ شما می‌توانستید نزدیک به ۵۰ تا ۷۰ هزار مایل با خودرو حرکت کنید بدون آنکه مشکلی برای کلاچ آن به وجود آید. اما امروزه کلاچ‌ها به‌راحتی بیش از ۸۰ هزار مایل عمر می کنند، البته اگر به‌درستی از خودرو استفاده شود! اگر به‌طور صحیح با خودرو رانندگی نشود کلاچ خودرو چیزی نزدیک به ۳۵ هزار مایل می‌تواند دوام بیاورد. خودروهای سنگینی که به‌طور مداوم بار حمل می‌کنند، همواره مشکل عمر کوتاه کلاچ دارند.

از جمله مشکلات معمول کلاچ‌ها اصطکاک مواد بر روی صفحه کلاچ است که موجب سایش می‌شود. مواد اصطکاکی روی صفحه کلاچ بسیار مشابه موادی هستند که روی پد موجود در سیستم ترمز است. (کفشک‌های موجود بر روی دیسک در سیستم ترمز) هنگامی که قسمتی یا تمام مواد اصطکاکی از بین برود، کلاچ شروع به لغزش می‌کند و توان را از موتور به سیستم انتقال قدرت منتقل نمی‌کند.

کلاچ زمانی که صفحه کلاچ و فلایویل دارای سرعت‌های دورانی مختلفی باشند، ساییده می‌شود. هنگامی که نسبت به هم قفل شوند، مواد اصطکاکی موجود در بین فلایویل و صفحه کلاچ به یکدیگر به شدت فشرده می‌شوند و به‌طور همگام با هر دو شفت می‌چرخند. در صورتی که از این قبیل راننده‌ها هستید که معمولاً با تیک آف کشیدن کلاچ را رها می‌کنید، باید بدانید که خوردگی سطح صفحه کلاچ در خودروی شما زودتر اتفاق می‌افتد.
در بعضی از موارد مشکل تنها لغزش نیست بلکه چسبندگی مناسب هم می‌تواند باشد. اگر کلاچ به‌درستی رها نشود، باعث می‌شود که سرعت شفت ورودی همچنان بیشتر از شفت طرف دیگر یعنی گیربکس باشد. این عمل باعث می‌شود که در آن دنده خاص خودرو نتواند توان حداکثر داشته باشد و موجب خوردگی بیش‌ازحد می‌شود.
کلاچ سفت هم می‌تواند یک مشکل شایع در میان خودروها باشد. همه کلاچ‌ها به مقداری از نیرو نیاز دارند تا به‌طور کامل فشرده شوند. اگر مقدار نیرویی که شما وارد می‌کنید بیش‌ازحد معمول باشد یقیناً مشکلی دراین‌بین وجود دارد. بازدید از اتصالات پدال، کابل‌های موجود و یاتاقان‌ها می‌تواند عیب سیستم را مشخص کند. در بعضی از موارد نیز نشتی آب‌بندها در سیستم هیدرولیک می‌تواند باعث به وجود آمدن این مشکل باشد.

انواع کلاچ:
خودروها با جعبه‌دنده خودکار دارای تعداد زیادی کلاچ هستند. درواقع این کلاچ‌ها تعداد زیادی از چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای را درگیر و غیر درگیر می‌کنند. هر کلاچ به‌واسطه فشار هیدرولیکی به‌طور خودکار وارد عمل می‌شوند. هنگامی که فشار افت پیدا می‌کند، فنر موجود در کلاچ موجب رها شدن کلاچ می‌شود.
کمپرسور هوا در خودرو دارای کلاچ الکترومغناطیسی است. این کلاچ موجب می‌شود کمپرسور درحالی‌که موتور در حال کار کردن است، متوقف شود. هنگامی که جریان به‌واسطه زغال مغناطیسی روانه کلاچ می‌شود، کلاچ در این مرحله درگیر می‌شود. به‌محض اینکه جریان از مدار خارج شود، درست مانند زمانی که تهویه مطبوع خودرو را خاموش می‌کنید، کلاچ رها می‌شود.

اکثر خودروها دارای فن خنک‌کننده متصل به موتور هستند که دارای کلاچ ویسکوز ترموستاتی است. دمای سیال در حقیقت موجب فعال شدن کلاچ می‌شود. این نوع کلاچ مانند کوپلینگ های ویسکوز عمل می‌کند که در خودروهای تمام چرخ محرک مورد استفاده قرار می‌گیرد. هنگامی که سیال گرم می‌شود قطر آن بیشتر می‌شود و باعث می‌شود فن با دور بیشتری نسبت به موتور بچرخد. هنگامی که خودرو، سرد کار می‌کند در اصطلاح، مایع درون کلاچ با دمای کمتر (سردتر) وجود دارد و در نهایت باعث می‌شود فن با دور پایین‌تر بچرخد.
اکثر خودروهای آفرود دارای دیفرانسیل با لغزش محدود هستند که باعث می‌شود نیروی ترکشن افزایش پیدا کند. هنگامی که خودرو در حال دور زدن است، یکی از چرخ‌ها (چرخ خارج پیچ) با سرعت بیشتری نسبت به چرخ دیگر می‌گردد که دیفرانسیل‌های معمول برای جبران این سرعت دورانی ساخته شده‌اند. اما زمانی که در یک مسیری یا جاده‌ای (معمولاً جاده آفرود) قرار گرفته‌اید که یکی از چرخ‌ها با سرعت بیشتری نسبت به دیگری می‌چرخد دیفرانسیل با لغزش محدود وارد عمل می‌شود و از چرخش بی‌هدف (بدون ایجاد نیروی ترکشن کافی) جلوگیری به عمل می‌آورد. در این مواقع کلاچ درگیر می‌شود و سرعت هر دو چرخ را با ورودی موتور به دیفرانسیل هماهنگ می‌کند و سرعت چرخی که بی‌جهت زیاد شده را کاهش می‌دهد.
اره‌هایی که با نیروی گاز (اره‌های برقی در اصطلاح) کار می‌کنند دارای کلاچ سانتریفیوژی است. بنابراین خود اره می‌تواند متوقف شود بدون اینکه موتور اره‌برقی خاموش شود. این کلاچ به‌طور خودکار عمل می‌کند و به‌واسطه نیروی جانب مرکزی (سانتریفیوژی) کار می‌کند. ورودی این کلاچ به موتور و خروجی آن به شفت متصل به حلقه‌های اره متصل است. همان‌طور که دور افزایش می‌یابد بازو کنترلی حرکت می‌کند و کلاچ را درگیر می‌کند.