سیستم کلاچ در صنعت خودرو در بخش انتقال قدرت، به عنوان یکی از کلیدی ترین مجموعه ها مطرح است و عملکرد صحیح آن، تاثیر مستقیم در کارکرد خودرو و از جمله بخش مولد قدرت (موتورو انتقال قدرت جعبه دنده، دیفرانسیل، پلوس ها و…) دارد و در صورت بروز اشکال در این سیستم حتی به شکل جزئی راندمان خودرو با کاهش مواجه می شود.

مجموعه کلاچ، یک مکانیزم انتقال دور و گشتاور از یک شفت به شفت دیگر است که وظیفه آن قطع و وصل نیرو از موتور به جعبه دنده (گیربکس) است. با کلاچ کردن می توان ارتباط بین موتور و جعبه دنده را برای مدت کوتاهی قطع و پس از رها کردن پدال، دوباره آن را برقرار کرد.

اصولا در سیستم های انتقال قدرت، توان تولید شده در موتور برای استفاده به شکلی دیگر یا جایی دیگر نیاز به جابه جایی و انتقال دارد. حال برای آن که بتوان بر روی این انتقال نیرو کنترلی را اعمال کرد، ساده ترین راه استفاده از کلاچ است تا هر زمان که نیاز به توقف انتقال نیرو باشد، این عمل انجام پذیرد.

این مدل از کلاچ ها یک اتصال اصطکاکی میان موتور خودرو به عنوان منبع تولید توان و جعبه دنده خودرو برقرار می کند. اساس عملکرد این کلاچ ها درگیری دو صفحه دارای ضریب اصطکاک نسبتا بالاست که این درگیری سبب انتقال نیرو از یک صفحه به صفحه دیگر می شود. زمانی که کلاچ درگیر است توان از موتور به جعبه دنده و از آن جا به چرخ ها انتقال می یابد. لیکن گاهی لازم می شود که دنده مورد استفاده در جعبه دنده خودرو بر حسب شرایط جاده و سرعت حرکت آن تغییر کند.

برای آن که بتوان این تغییر را به راحتی انجام داد، ابتدا لازم است که توان را از چرخ دنده های موجود در جعبه دنده قطع کرد. برای قطع کردن این ارتباط توانی میان جعبه دنده و موتور از کلاچ استفاده می شود.

ویژگی های سیستم کلاچ

جهت طراحی بهینه کلاچ باید موارد گوناگونی را در نظر گرفت که در زیر به آن ها اشاره می کنیم:

– ظرفیت انتقال مطمئن ماکزیمم گشتاور:ضریب اطمینان در طراحی کلاچ باید حدود 5/1 در نظر گرفته شود، به گونه ای که بتواند 5/1 برابر ماکزیمم گشتاور تولیدی موتور را منتقل کند.

– درگیری و خلاصی تدریجی(بدون شوک) : کلاچ وسیستم های عملگر آن باید به گونه ای طراحی شوند که درحین خلاصی و درگیری صفحات کمترین تکانه را به خودرو منتقل کنند.

انتقال حرارت سریع: در زمان درگیری کلاچ به علت وجود لغزش در ابتدای امر، گرمای زیادی تولید می شود که باید به روش مناسب دفع شود.

– بالانس سیستم کلاچ: هدف از بالانس دینامیکى و استاتیکی متعادل کردن شافت هاى در حال چرخش است . همان گونه که مى دانید محورهایى که در سرعت هاى بالا دوران مى کنند باید بسیار با دقت بالانس شوند . دلیل این امر سرعت دورانى زیاد محور است که حتى اندکى نابالانسى در آن ممکن است باعث شکستن محور شود.براى این که یک محور بالانس کامل باشد باید هم از نظر استاتیکى و هم از نظر دینامیکى متعادل شود . مفهوم بالانس استاتیکى این است که آن محور تحت هر موقعیت زاویه اى که قرار گیرد بدون حرکت باقى بماند و در حقیقت مجموع ممان هایى که اجرام متصل به شافت نسبت به محور اصلى شافت ایجاد مى کنند برابر صفر باشد. در لزوم بالانس دینامیکی باید گفت که به دلیل نیاز به یک نیروى جانب به مرکز براى حرکت دورانى نیاز است که برروى شافت نیروهایى به وجود آید .چون سیستم کلاچ یک مکانیزم دوار است بنابراین براى جلوگیری از به وجود آمدن نیروهای نابالانسی درسرعت های زیاد باید تعادل دینامیکی وجود داشته باشد.

– جذب ارتعاشات:به طور کلى دو نوع نیروى استاتیکى و دینامیکى در ماشین آلات وجود دارد. نیروهاى ارتعاش زا از نوع نیروهاى دینامیکى هستند که بر اثر وجود کاستى هایى در خودرو ایجاد مى شوند.مکانیزم کلاچ باید به نحوى طراحى شده باشد که سبب از بین رفتن نوسانات انتقالی از موتور به سیستم انتقال قدرت و در زمان گشتاور معکوس نوسانات انتقالی از چرخ ها به موتور شود.

– ابعاد و اندازه کلاچ :از لحاظ ابعادی، کلاچ باید کمترین فضای ممکن را اشغال کند.

– سادگی تعمیرات :تعویض قطعات و تعمیر آن ها باید به سادگی صورت گیرد.

– عملکرد راحت کلاچ از دیدگاه راننده :عمل کلاچ گیری و تعویض دنده در این سیستم برای راننده خسته کننده و طاقت فرسا نیست.

انواع کلاچ هاى اصطکاکى :

– کلاچ مخروطی

– کلاچ تک صفحه ای

– کلاچ تک صفحه ای

– کلاچ نیمه گریز از مرکز

– کلاچ گریز از مرکز

کلاچ مخروطی(con clutch)

در این نوع کلاچ ها سطوح اصطکاکی که عامل انتقال نیرو هستند به شکل مخروطند. هنگامی که کلاچ در گیر می شود،گشتاور از طریق صفحه محرک که سطح داخلی آن به شکل مخروطی است به سطح مخروطی دیگری که درون آن جای می گیرد،منتقل می شود. برای خلاص کردن کلاچ نیز سطح مخروط خارجی کمی در راستای افقی بیرون کشیده می شود تا تماس دو سطح قطع شود.

مزایا:برای فشار یکسان وارده بر پدال،نیروی اعمالی برروی سطوح اصطکاکی در این حالت بزرگ تر از نیروی محوری اعمال شده نسبت به کلاچ صفحه ای است.

معایب:اگر زاویه مخروط کمتر از 20 درجه باشد،ممکن است حالت خود قفلی پیش آید که در این حالت جدا کردن دو سطحی که با هم در حال چرخشند دشوار است.

(Single Plate Clutch) کلاچ تک صفحه ای

در این نوع کلاچ، صفحه اصطکاکی در حد فاصل فلایویل و دیسک فشارنده نگهداشته می شود و نیروی اعمالی سطوح را به هم می چسباند. این نیرو از طریق فنرهای نصب شده داخل مکانیزم کلاچ به وجود می آید و باعث فشرده شدن انگشتی متصل به صفحه فشارنده می شود که بدین ترتیب نیرو از فنرها به صفحه اصطکاکی منتقل می شود.

مزایا:در این نوع کلاچ تعویض دنده نسبت به کلاچ مخروطی آسان تر است زیرا جابه جایی پدال در این حالت کمتر است و همچنین مانند کلاچ مخروطی مشکل قفل شدن در این حالت وجود ندارد.

معایب :فنرها در این نوع کلاچ نسبت به حالت مخروطی باید سختی بیشتری داشته باشند و در نتیجه نیروی فشارنده بزرگ تری مورد نیاز است.

کلاچ تک صفحه ای با فنر دیافراگمی ( Diaphragm Spring Clutch)

اساس کار این نوع کلاچ ها همانند کلاچ تک صفحه ای است با این تفاوت که به جای فنرهای پیچشی از فنر دیافراگمی استفاده می شود. این فنرها در حالت عادی به شکل مخروط ناقص هستند اما هنگامی که فشرده می شوند ،حالت تخت به خود می گیرند.

مزایا:به علت ذخیره انرژی در امتداد شعاعی این کلاچ ها درراستاى محور داراى تجهیزات کمترى بوده وبه همین علت در امتداد محور فضاى کمترى را اشغال مى کنند. فنر دیافراگمی در مقایسه با فنرهای تخت کمتر تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز قرار می گیردلذا برای استفاده در دورهای بالاتر مناسب است. در این نوع کلاچ ،دیافراگم هم به عنوان فنر فشارنده و هم به عنوان قطعه ناخنی عمل می کند لذا قطعاتى که این اعمال را انجام مى دادند از سیستم حذف شده و باعث کاهش وزن کل و سر و صدای ناشى از آن ها می شوند. در مورد فنر مارپیچی رابطه نیرو و جابه جایی فنر خطی است لذا با سایش صفحات اصطکاکی،به نسبت مقدار نیروی فشارنده آن ها نیز کاهش می یابد. در حالی که در مورد فنر دیافراگمی این رابطه غیر خطی بوده و می توان آن را به نحوی طراحی کرد که حساسیت کمتری به سایش داشته باشد.

معایب:نیروی فنر دیافراگمی نسبت به فنرهای پیچشی کمتر است، بنابراین فقط در خودرو های سبک می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

کلاچ چند صفحه اى

عملکرد این کلاچ همانند کلاچ تک صفحه ای است با این تفاوت که در این جا به علت محدودیت فضا به جای یک صفحه کلاچ، به تناسب گشتاور انتقالی و فضای مورد نظر از چندین صفحه اصطکاکی استفاده می شود. این امر باعث می شود که کلاچ بتواند گشتاور بزرگ تری را منتقل کند.بنابراین این کلاچ ها بیشتر در خودروهای سنگین یا خودروهای مسابقه ای که به انتقال گشتاور بزرگ تری نیاز دارند، مورد استفاده قرار می گیرد.

(Semi-Centrifugal Clutch)کلاچ نیمه گریز از مرکز

در این نوع کلاچ ها، فنرها برای انتقال گشتاور در سرعت های معمولی طراحی می شوند، در حالی که در سرعت های بالاتر نیروی گریز از مرکز به انتقال گشتاور کمک می کند. در این کلاچ ها نیروی گریز از مرکز از طریق وزنه هایی به وجود می آید که همراه سایر اجزای دوار مکانیزم کلاچ می گردند.

( Centrifugal Clutch) کلاچ گریز از مرکز

در این نوع کلاچ ها بر خلاف کلاچ های نیمه گریز از مرکز،تنها از نیروی گریز از مرکز برای اعمال فشار بر روی صفحات و درگیر کردن کلاچ استفاده می شود. از مزایای این نوع کلاچ این است که به پدال کلاچ نیازی ندارد. کنترل کلاچ به صورتاتوماتیک و با تغییرات دورموتور صورت می گیرد.خودروهایی که از این کلاچ ها استفاده می کنند، توانایی متوقف شدن با دنده درگیر را دارند، بدون این که خودرو خاموش شودبنابراین در این حالت به مهارت کمتری از جانب راننده نیاز است مثال دیگرى از این کلاچ ها موتوسیکلت هاى گازى است.

کلاچ ها دارای انواع مختلفى هستند که تاکنون تعدادى از آن ها را مورد بررسى قرار داده ایم. این شماره به کلاچ هاى الکترومغناطیسى اختصاص دارد که دارای ساختمانی متفاوت با دیگر کلاچ ها هستند. در ادامه به توضیح پیرامون این نوع خاص از کلاچ ها خواهیم پرداخت.امیدواریم که بتوانیم با ارایه این صفحه گامی هرچند کوتاه در مسیر آموزش فنی برداریم.

این کلاچ ها به شکل هاى تک صفحه اى و استوانه هاى تو در تو ساخته می شوند که برحسب نیاز و نوع طرح یکى از استوانه ها محرک و دیگرى متحرک است. عامل اصلى عمل قطع و وصل حرکت ، انرژى حاصل از الکترومغناطیسى است. این کلاچ ها سریع قطع و وصل مى شوند و از نظر ابعادى نسبتا کوچک هستند. اگرچه گران قیمت هستند ولى در سیستم هاى کنترل اتوماتیک ، ماشین هاى افزار و مخصوصا در دستگاه هاى CNC و NC مصرف زیادى دارند. در این کلاچ ها براى فشاردادن صفحات به یکدیگر در مدل تک صفحه اى و اتصال دو استوانه در مدل استوانه هاى تو در تو از نیروى الکترومغناطیس استفاده مى شود. این مکانیزم کلاچ دائما به جریان برق احتیاج دارد. همچنین به دلیل جریان برق مداوم احتیاج به یک سیستم خنک کننده نیز است. کلاچ های الکترومغناطیسی، مکانیزمی است برای اتصال دو محور با درگیری غیر دائم به یکدیگر و انتقال حرکت دورانی که با استفاده از عملگرهای الکترومغناطیس درگیر وآزاد می شوند.

کلاچ الکترومغناطیسی ،مناسب ترین روش برای کنترل ارتباط مکانیکی از راه دور است چون بدون احتیاج به درگیری اولیه می توان عملکرد آن را از راه دور کنترل کرد.دراین طرح از کلاچ ها احتمال ایجاد دمای بالا درمحل درگیری افزایش می یابد. درنتیجه ماکزیمم دمای کاری کلاچ به وسیله نرخ دمای پوشش محافظ الکترومگنت محدود می شود که این نیز یک محدودیت بزرگ در به کار گیری این کلاچ ها بوده و می تواند عامل بازدارنده ای دربه کارگیری آن ها باشد. اشکال دوم وارد بر این کلاچ ها هزینه بالای طراحی آن هاست.

کلاچ های الکترومغناطیسی به صورت الکتریکی عمل کرده اما به صورت مکانیکی گشتاور را منتقل می کنند.

این روشی است که سابقا طراحان به ترمزها و کلاچ های الکترومغناطیسی واگذار می کردند.

قریب به 60 سال از زمانى که این کلاچ ها به صورت عمده مورد استفاده قرار گرفت مى گذرد. انواع مختلفی از تجهیزات و کلاچ ها به صورت روز افزون طراحى و ساخته شده اند ولى هنوز سیستم آن به صورت اولیه باقى مانده است.

ساختمان کلاچ

تصور کنید که پوسته سیم پیچ همانند یک آهن رباى نعلى شکل است که داراى قطب Sو N است .اگر تکه اى فلز آهنی به دو سر آن وصل باشد، یک مدار مغناطیسى تولید مى شود .در کلاچ وقتى جریان برقرار مى شود میدان مغناطیسى در سیم پیچ به وجود مى آید .این میدان مغناطیسى بر شکاف هوایى که بین عضو متحرک و محرک کلاچ وجود دارد غلبه مى کند. این جاذبه مغناطیسى شفت آرمیچر را به نقطه تماس آن با صفحه روتور مى رساند. تماس اصطکاکى که توسط نیروى میدان مغناطیسى کنترل مى شود دلیل حرکت یا توقف عضو متحرک است. تقریبا تمام گشتاور حاصل از نیروى مغناطیسی متناسب است با ضریب حساسیت بین فولاد آرمیچر و فولاد روتور. دربسیارى از کلاچ هاى صنعتى در بین قطب ها ازموادى خاص استفاده مى شود.این مواد اساسا براى کمک به کاهش میزان سایش استفاده شده. همچنین می توان مواد مختلف دیگرى نیز براى تغییر گشتاور در کاربردهاى خاص مورد استفاده قرار داد؛ به عنوان مثال اگر کلاچ زمان زیادى را براى رسیدن به سرعت ماکزیمم لازم داشته باشد مى توان از موادی با ضریب اصطکاک پایین استفاده کرد.

در واقع باید درون کلاچ خطوط شار مغناطیسى داخل روتور بوده و در حین حرکت آرمیچر را جذب و فشرده سازد. در بیشتر تجهیزات صنعتى براى درگیری کامل ازکلاچ هایی با دومیدان مغناطیسی استفاده مى کنند که single- flux-twe pole-clutch نامیده مى شود. کلاچ هاى مغناطیسى مخصوص مى توانند از روتورهایى با دو یا سه جزء تولید میدان مغناطیسی استفاده کنند.

به واسطه داشتن قطب هاى بیشتر میزان گشتاور انتقالی کلاچ نیز افزایش مى یابد.در تئورى، کلاچ مى تواند دو مجموعه آهن ربا در یک قطر داشته باشد ولی درعمل این امر ممکن نیست .بنابراین نقاط تماس باید در قطرهاى کوچک باشند . پل ارتباطی بین شارهاى سرگردان سبب تلف شدن فلوی مغناطیسى موجود می شود ولى با استفاده از طرح های بهینه حدود 30 تا 50 درصد براى فلوى دوگانه و 40 تا 90 درصد براى سه گانه افزایش شار مغناطیسی ایجاد مى شود.این نکته مى تواند در کاربردهایى که اندازه و وزن فاکتور مهمى هستند قابل توجه باشد، چون مهندس single flux طراح مى تواند از کلاچ کوچک تر به جاى استفاده کند.

ساختمان و ساختار سیم پیچ براى کلاچ ها خیلى شبیه هم هستند.سیم پیچ از فولاد پرکربن که داراى خواص مغناطیسى قوى است ساخته مى شود. مس و برخى اوقات آلومینیوم براى تولید سیم پیچی استفاده شده که با قرقره یا چسب اپوکسی روی پوسته نگه داشته می شود. مواد اصطکاکی روی قطب های داخلی،خارجی و سیم پیچ قرار گرفته است. ساختار اولیه کلاچ ها شبیه هم هستند صرف نظر ازاین که مواد اصطکاکی بین قطب ها در سیم پیچ وجود ندارد.این نوع کلاچ در بسیارى تجهیزات متحرک از قبیل خودروها و ادوات کشاورزى استفاده شده اندو فاقد صفحات اصطکاکی هستند که به علت امکان جایگزینی با کلاچ های دیگر و همچنین هزینه بالاى تولید نسبت به دیگر کلاچ ها با کاهش تقاضا روبه رو شده اند. همچنین بیشتر کلاچ هاى متحرک بدون حفاظ روى دستگاه قرار گرفته اند که ممکن است باعث جذب رطوبت شده و دفرمه شوند.

اصول عملکرد

یک کلاچ از چهار قسمت اصلی تشکیل شده است:

1-سیم پیچ تولید میدان مغناطیسى

2-روتور

3-آرمیچر

4-توپى Electromagnetic clutch (HUB)

وقتى که جریان برقرار می شود یک فلوی مغناطیسی ساکن ایجاد شده و به داخل روتور انتقال مى یابد (روتور به قسمتى وصل شده که همیشه در حال حرکت است)این فلوآرمیچر را جذب کرده و باعث اتصال آن به روتور مى شود.لغزش بین صفحه روتور و آرمیچر تا جایى ادامه پیدا مى کندکه سرعت خروجى و ورودى یکسان شود. کل زمان تلف شده برای این فرایند بین یک تا دو دهم ثانیه است.این کلاچ ها از یک سطح حساس براى ایجاد ارتباط بین اجزای داخلى و خارجى استفاده مى کنند. کاربرد این نوع کلاچ ها در ماشین کپى و نوار نقاله بیشتر از نوع کلاچ هاى الکترو مکانیک هستند.از دیگر کاربردهاى آن مى توان به ماشین هاى بسته بندى، ماشین هاى چاپ، ماشین هاى فراورده هاى غذایى،کمپرسور کولر خودروها و کارخانه هاى دارای خط اتوماتیک اشاره کرد. وقتى نیاز است کلاچ عمل کند ولتاژ براى سیم پیچ ارسال شده و باعث ایجاد میدان الکترو مغناطیس مى شود. خطوط قوای مغناطیسى ایجاد شده به شکاف هوایى که بین روتور و میدان وجود دارد انتقال داده مى شود. در این حالت روتور خاصیت مغناطیسى پیدا کرده آرمیچر را مى کشد.آرمیچر کشیده شده بر خلاف جهت روتور است و نیروى اصطکاک براى وصل شدن استفاده شده است.در زمان نسبتا کوتاهى بار الکتریکى براى افزایش قدرت جذب و انتقال گشتاور افزایش پیدا کرده، در نتیجه آرمیچر و هاب خروجى کلاچ فعال مى شود.

وقتى ارسال ولتاژ متوقف می شود،اتصال آرمیچر و روتور قطع می گردد. در بیشتر طراحى ها فنرها آرمیچر را از سطح روتور جدا مى کنند و وقتى که نیرو افزایش پیدا مى کند یک شکاف هوایى کوچک به وجود مى آید.سیکل کاری توسط وارد شدن ولتاژ به داخل سیم پیچ و خارج شدن ازآن کامل می شود. در این مکانیزم ها مقدار لغزش صفر بوده و درنتیجه راندمان انتقال گشتاور صددرصد است.

قانون دست راست

هر گاه ذره بارداری در یک میدان مغناطیسی حرکت کند طوری که خطوط میدان توسط بار قطع شود بر ذره های باردار نیرو وارد می شود و بارالکتریکی از مسیر خود منحرف می شود به طوری که راستای نیرو و راستای میدان و راستای حرکت هر سه بر هم عمودند که برای تعیین جهت نیرو از قاعده دست راست برای بار مثبت به این صورت انجام می دهیم، قانون دست راست، اگر چهارانگشت دست راست دو جهت حرکت و بسته شدن آن ها در جهت میدان باشد انگشت شست جهت نیرو را نشان می دهد. میدان مغناطیسى کلاچ معمولا متناسب با ولتاژ جاری شده بوده و گشتاور منتقل شده توسط کلاچ نیز به اندازه ولتاژ و شدت جریان به کار رفته است.اگر ولتاژ ارسالی به سیم پیچ کلاچ 90،48 یا 24 ولت باشد، به ترتیب گشتاورهاى متناسب با خود را ایجاد مى کنند. به هر حال اگر 90 ولت اختلاف پتانسیل بین دوسر سیم پیچ کلاچ وجود داشته باشد و کلاچ 50 درصدآن را به کار ببرد گشتاور خروجى آن نصف گشتاور نامی خواهد بود. این به خاطر رابطه خطى است که بین گشتاور و ولتاژ الکتریکى وجود دارد. جریان ایده آل براى بیشترین گشتاور جریان مستقیم است. اگر جریان به صورت متناوب باشد میدان مغناطیسى ضعیف شده و مقاومت سیم پیچ بالا مى رود. به طور کلی دما نیز گشتاور را تحت تاثیر قرار می دهد. به طوری که به ازای هر 20 درجه تغییر دمایی حدودا هشت درصد گشتاور تغییر می کند. اگر دما درمحدوده نرمال باشد مى توان از نوسانات جلوگیرى کرد. مثلا وقتى درجه حرارت کاهش مى یابد با بزرگ تر کردن سایز کلاچ مى توان این تنزل درجه را جبران کردو این نکته نیز مهم است که این امر از تامین جریان مستقیم ارزان تر است. در حقیقت دو وضعیت براى بررسی در کلاچ الکترو مغناطیسى وجود دارد. اول مدت زمانی است که طول مى کشد نیروى مغناطیسى سیم پیچ به اندازه کافى افزایش یافته تا آرمیچر را جذب کند.

برای انجام این مهم دوعامل موثر است:

1- مقدار جریانى که در سیم پیچ جریان پیدا کرده تا قدرت میدان مغناطیسى را تولید کند.2-اختلاف فاصله هوایى است که بین روتور و آرمیچر در یک کلاچ نو و کهنه وجود دارد. در سرعت های بالا فلوى مغناطیسى در هوا نقصان پیدا مى کند. براى حل این نقصان درکاربردهایی با سرعت دورانی بالا، متحرک یا آزاد بودن ارمیچر مى تواند راه حل مناسبی باشد. چیزى که مهم است این نکته است که زمان واکنش نسبت به زما نى که هیج شکاف هوایى وجود ندارد پایین تراست. شکاف هوایى از این جهت حائز اهمیت است که رابطه خاصى با طراحى آرمیچر دارد چون مى توان با تغییر ضخامت فاصله هوایى زمان درگیرى را تغییر داد. در کاربردهاى با سرعت دورانی بالا که دقت عمل مهم است حتى اختلاف 10 تا 15 میلى ثانیه در زمان درگیری مى تواند باعث تغییردر نوع ماده به کار رفته در مکانیزم کلاچ باشد. در کاربردهاى معمولى هم این نکته حائز اهمیت است چون هر ماشین جدیدى که زمان عکس العمل دقیقى براى خود دارد در صورتى که این زمان دچار اختلال شود نشان دهنده این نکته است که دستگاه رفته رفته فرسوده مى شود.

2- عامل دیگر زمان واکنش بیرونى کلاچ بوده که از سیم پیچ مغناطیسى و یا شکاف هوایى با اهمیت تر است. این خاصیت دراصل عکس العمل لازم کلاچ در زمان توقف و شتاب گیری است.در واقع این همان چیزى است که مشترى به آن علاقه مند است.

صیقل کارى

صیقل کارى فضایی را در دستگاه اشغال نمى کند ولی اهمیت آن در دستگاه ها بسیار زیاد است و در واقع صافی سطحی است که براى بهتر چسبیدن و جفت شدن سطوح به هم استفاده مى شود. این مرحله بخشی از فرآیند ساخت کلاچ است که براى از بین بردن برجستگى هاى اولیه که در بیشتر سطوح تماس بین دو جزء وجود دارد، انجام می شود. برای این که یک کلاچ بتواند بیشترین گشتاور انتقالی را داشته باشد باید صیقل کارى شود. این الزام در تمام کاربردهاى کلاچ لزومی ندارد. به صورت ساده اگر در کاربردهایی گشتاور پایین لازم باشد-گشتاور ابتدایى ترمز و کلاچ- نیازى به صیقل کارى نیست.وقتى آرمیچر ، روتور و صفحات ترمزی تولید می شوند، سطوح آن ها تا حد ممکن صیقل داه می شوند. به طوری که وقتى آن ها را زیر میکروسکوپ مشاهده کنیم مشخص می شود که سطوح آن ها داراى پستى و بلندى هاى بسیارى است. در یک کلاچ نو که هنوز مورد استفاده قرار نگرفته مقدار زیادى برجستگى در روى دو سطح وجود دارد که این بدین معناست که سطح تماس مى تواند به صورت قابل ملاحظه اى کاسته شود.

در کلاچ یک یاتاقان تعبیه شده که در محل اتصال آرمیچر به روتور قرار دارد. دو قسمت از کلاچ یا ترمز که جدا کننده آرمیچر از روتور هستند باید تحت صیقل کارى دقیق قرارگیرند تا دو قطعه بتوانند دقیقا بر روی یکدیگر قرار گرفته و بالانس شوند تا کلاچ بتواند بار دیگر بالاترین گشتاور را منتقل کند.

گشتاور

در پاراگراف قبل درباره تاثیر صافی سطح بر گشتاورانتقالی توضیح داده شد ولى عوامل دیگرى نیز وجود دارند که در این مهم تاثیر گذارند. مهم ترین این عوامل ولتاژ است. قبلا توضیح داده شد که چرا پایدارى ولتاژ و شدت جریان در انتقال گشتاور کامل کلاچ مهم است.وقتى گشتاور مورد بررسى قرار مى گیرد این سوال مطرح شده که آیا استفاده دینامیکى کلاچ بیشتر مورد نظراست یا استاتیکی؟

براى مثال اگر کارکرد ماشین در دورهای نسبتا rpm50-5 باشد حداقل وابستگى را با گشتاور پایین در دینامیکى دارد و زمانى که ماشین بادور rpm3000 حرکت است گشتاور استاتیکى کلاچ به کمترین حد ممکن خود مى رسد. بیشتر سازنده ها منحنى گشتاور را منتشر مى کنند تا رابطه بین گشتاور دینامیکى و استاتیکى را در کلاچ مشخص کنند. معمولا همه تولید کننده ها میزان گشتاور استاتیکى را براى کلاچ و ترمزدر این فهرست قرار مى دهند. بنابراین زمانى که سعى بر تعیین میزان واکنش مخصوص کلاچ است نرخ گشتاور دینامیکى نیاز است.در بسیارى موارد این امر کمتر مورد توجه قرار مى گیرد که مقدار آن مى تواند کمتر از نصف گشتاور استاتیکى باشد.

Backlash (پس زدن)

دربرخی از کاربرد ها نیاز است که لقی بین اجزای تشکیل دهنده با دقت بالا انتخاب شود و اتصالات جذب کامل باشند. در این کاربردها حتی یک درجه چرخش نسبی بین اجزاء درهنگام درگیری کلاچ می تواند مشکل ساز باشد. این حقیقتی است که در تعداد زیادی از اتصالات رباتی وجود دارد. در بعضی مواقع مهندسان طراح کلاچ هایی با مقدار “پس زنی” صفر طراحی می کنند اما بازهم امکان بروز یک چرخش نسبی کم بین توپی یا روتور در شفت وجود دارد.

اگرچه دراغلب کاربردها نیازی به پس زنی صفر نیست ولی برای رفع این نقیصه می توان از آلیاژهای منیزیم دار درساخت سطوح تماس استفاده کرد.تعدادی از این اتصالات به صورت استاندارد در بین آرمیچر و توپی دارای یک نوار باریک به صورت زبانه هستند که تاثیر زیادی درجلوگیری از پس زدن دارد و یا درطرح دیگر توپی به فرم مربعی شکل طراحی می شود. نوار زبانه شکل بهترین حالت را برای جلوگیری از پس زدن اولیه ایجاد می کند.

یک از شایع‌ترین علل ایجاد چربی و آلودگی ، استفاده از کولر در فصول گرم می باشد . به خاطر تشدید شدن عمل تعرق چربی ها و املاح معدنی بیشتری از بدن خارج می شود و سرد کردن هوای داخل خودرو و مبحث ماندن این مولکول ها در داخل خودرو باعث می شود چربی ها بیشتر به شیشه ها جذب شوند .

 

آلودگی ها و موادی دیگری که در هوا وجود دارد (دود خودرو های دیزلی به همراه خود مقدار زیادی مولکول های چربی درون خود دارند)

استفاده از دستمال های نه چندان تمیز برای پاک کردن شیشه ها، براق کننده های داشبورد و لوازم داخلی خودرو ، واکس ها و لوسیون های مخصوص رو کش صندلی های چرمی از دیگر عوامل ایجاد آلودگی بر شیشه است.

راه حل ها برای جلو گیری ازایجاد لایه چربی و آلودگی بر روی شیشه خودرو

برای تنفس و تعرق که راه حلی وجود ندارد . اما می توان در فصول گرم که تعرق زیاد تر است ، به محض ورود به خودرو از کولر استفاده نکنیم و شیشه ها را پایین بدهیم تا به مرور رطوبت بدن کم شود و تنفس آرام تر شود ، سپس شیشه ها را بالا کشید.

در زمان آلودگی هوا و زمانی که پشت خودرو های سنگین قرار می گیرید شیشه ها را بالا دهید و دریچه تهویه هوا را ببندید.

بهتر است برای شیشه ها از دستمال جداگانه ای استفاده کنیم و اگر شیشه ها خیلی کثیف هستند به یک روش دیگر و یا دستمال دیگر شیشه ها را تمیزتر کنیم بعد با پارچه یا روزنامه ای تمیز شیشه ها را پاک کنیم . (دستمال های میکرو فایبر و کاغذ ها قدرت جذب چربی های بیشتری نسبت به دستمال های عادی دارند).

زمانی که از لوسیون ها و واکس ها ، برای براق کردن لوازم داخلی خودرو استفاده می کنید بهتر است بگذارید درب ها برای مدتی باز باشند و یا شیشه ها برای چند دقیقه ای باز بمانند .

 

منبع:ایران جیب

با شروع انقلاب صنعتی استفاده از چرخ های دندانه دار برای ایجاد درگیری و انتقال دور، ضمن حفظ نسبت سرعت ثابت رواج یافت . به عبارت دیگر چرخ دنده ها طرح تکامل یافته غلتک های اصطکاکی هستند که تحت اعمال بارهای اندک لغزش داشته لذا نسبت سرعت زاویه ای بین دو غلتک تغییر می یابد.

چرخ دنده ها یکی از بهترین گزینه ها برای انتقال حرکت مکانیکی دورانی با تماس و بدون لغزش هستند که از دیرباز نقش مهمی در صنعت داشته است . توانایی تغییر سرعت ، گشتاورهای پیچشی ، انتقال حرکت از محوری به محور دیگر ، تغییر زاویه محورها همراه با انتقال حرکت و به طور کلی انتقال نیرو با سرعت ، اندازه و جهت دلخواه از مزیت های استثنایی این وسیله است .تنوع اندازه و طرح نیز در کاربرد چرخ دنده ها بسیار زیاد است . از چرخ دنده های بسیار کوچک در ساعت های مچی آنالوگ تا چرخ دنده های بسیار بزرگ در موتور کشتی های غول پیکر . این همه کاربرد متنوع و حساس نمایانگر اهمیت نقش بدون رقیب آ نها در زندگی و صنعت است .

پیچیدگی های بسیاری در انواع مختلف چرخ دنده وجود دارد.در این گفتار خواهیم آموخت که دندانه های چرخ دنده چگونه کار می کنند و درباره انواع مختلف چرخ دنده که در همه نوع ابزارهای مکانیکی یافت می شوند توضیحاتی را ارایه خواهیم کرد.

چرخ دنده ها در بسیاری از وسایل مکانِیکی استفاده می شوند.این اجزاء کارهای مختلفی انجام می دهند ولی مهم ترین آن تغییرات دور و گشتاور در تجهیزات موتوری است.این نقشی کلیدی است زیرا اغلب یک موتور کوچک دورانی با سرعت زیاد می تواند قدرت کافی برای سیستم تولید کند ولی گشتاور کافی را نمی تواند؛ به عنوان مثال پیچ گوشتی الکتریکی چرخ دنده کاهنده دور بسیار بزرگی دارد زیرا که نیاز به گشتاور پیچشی زیادی برای پیچاندن پیچ دارد ولی گشتاور تولیدی موتور در سرعت بالا مقدار کمی است.با دنده کاهنده دور، سرعت خروجی کاهش یافته اما گشتاور افزایش می یابد. کار دیگر چرخ دنده ها تعیین جهت چرخش است.به عنوان نمونه برای انتقال قدرت از دیفرانسیل به چرخ های عقب توسط میل گاردان که در محور طولی خودرو قرار دارد، دیفرانسیل باید 90 درجه جهت نیرو را تغییر داده تا در چرخ ها به کار رود.

دلایل به کار گیری چرخ دنده ها

چرخ دنده ها عموما به یکی از دلایل زیر مورد استفاده قرار می گیرند:

۱. برای تغییر جهت دوران

۲. برای زیاد یا کم کردن سرعت دوران

٣. برای انتقال حرکت دورانی به محوری دیگر

4. برای حفظ هم زمانیِ دوران دو محور

اصول اولیه

نسبت دنده در هر چرخ دنده با فاصله مرکز چرخ دنده تا نقطه تماس -شعاع) تعیین می شود.به عنوان مثال در ابزاری با دو چرخ دنده، اگر قطر یکی از چرخ دنده ها دو برابر دیگری باشد، ضریب دنده 2:1 خواهد بود.

برای مثال یکی از ابتدایی ترین انواع چرخ دنده هاکه می توان از آن نام برد ، چرخی است با برآمدگی هایی به شکل دندانه های چوبی. مشکلی که این نوع از چرخ دنده ها دارند این است که فاصله از مرکز هر چرخ دنده تا نقطه تماس ،وقتی که چرخدنده می چرخد تغییر می کند.این بدان معنا است که ضریب دنده وقتی چرخ دنده های ساده چرخ دنده می چرخد تغییر می کندو متناسب با آن سرعت خروجی نیز تغییر می کند. چنان چه در یک خودرو از چرخ دنده هایی شبیه به این استفاده شده باشد،ثابت نگه داشتن سرعت در این شرایط غیر ممکن خواهد بود و دائما باید سرعت را کم و زیاد کرد. در دندانه های چرخ دنده های جدید از پروفیل مخصوصی که دنده گستران اینولوت( involute) نامیده می شود استفاده می شود.این پروفیل دارای خاصیت بسیار مهم ثابت نگه داشتن نسبت سرعت بین دو چرخ دنده است.در این نوع ، همانند چرخ میخی بالا نقطه تماس جابه جا می شود ولی فرم گستران دندانه های چرخ دنده این جابه جایی را جبران می کند..در ادامه بعضی از انواع چرخ دنده ها را بررسی خواهیم کرد.

دنده های متوالی

برای به دست آوردن نسبت های بزرگ بین دنده ها، گاهی چرخ دنده ها به صورت متوالی و متصل به کار برده می شوند، دنده سمت چپ (بنفش) در این سری، همان طور که در شکل نشان داده شده، در واقع از دو قسمت تشکیل شده است.

یک چرخ دنده کوچک و یک چرخ دنده بزرگ بر روی هم سوار شده و به هم متصلند.

همان طور که در شکل زیر نشان داده شده، دنده های متوالی اغلب به صورت زنجیروار و از چرخ دنده های متعدد و گوناگون، تشکیل شده اند. در حالت بالا،چرخ دنده بنفش با سرعت دو برابر چرخ دنده آبی می چرخد. چرخ دنده سبز با سرعت دو برابر چرخ دنده بنفش دوران می کند. چرخ دنده قرمز با سرعت دو برابر چرخ دنده سبز چرخش می کند.

در این زنجیره، اندازه چرخ دنده های کوچک تر یک پنجم چرخ دنده های بزرگ تر است. این بدان معنا است که اگر چرخ دنده آبی را به یک موتور با چرخش ١۰۰ دور در دقیقه وصل کنید، چرخ دنده بنفش با سرعت ۵۰۰ دور در دقیقه و چرخ دنده ی سبز با سرعت ۲۵۰۰دور در دقیقه و چرخ دنده قرمز با سرعت 12500 دور در دقیقه خواهند چرخید.به همان طریق می توانید یک موتور با چرخش 12500 دور در دقیقه را به چرخ دنده قرمز وصل کرده و سرعت ١۰۰ دور در دقیقه را در چرخ دنده آبی ایجاد کنید. اگر داخل کنتور برق های قدیمی را بررسی کنیم، خواهیم دید که دارای پنج صفحه مکانیکی است که با یکدیگر درگیر هستند. پنج صفحه را که بدین شکل به صورت متوالی و با نسبت دنده ١۰ :١ به یکدیگر متصل بوده و درحال حرکت هستند. به دلیل این که صفحات (دنده ها) به طور مستقیم به هم وصلند، در جهت های مخالف هم می چرخند (خواهید دید که جهت دوران در چرخ دنده های مجاور که درگیری خارجی دارند در جهت عکس یکدیگر است).

چرخ دنده ساده

چرخ دنده های ساده، معمولی ترین نوع چرخ دنده هستند.این چرخ دنده ها دندانه های مستقیمی دارند و بر روی محورهای موازی سوار می شوند.سابقا برای به وجود آوردن حالت کاهش دور از چرخ دنده های ساده بسیار بزرگی استفاده می شد. چرخ دنده های ساده در دستگاه های بسیاری مانند پیچ گوشتی الکتریکی ، آب پاش نوسانی ، ساعت زنگی ، ماشین لباس شویی و خشک کن لباس به کارمی رود اما در خودرو نمی توان تعداد زیادی از آن ها را یافت کرد زیرا چرخ دنده ساده دارای سروصدای زیادی است.هر وقت دندانه چرخ دنده یک دنده را با چرخ دنده دیگری درگیر کنند دنده ها برخورد کرده و این ضربه صدای بلندی تولید می کند، همچنین فشار روی چرخ دنده را افزایش می دهد .برای کاهش صدا و فشار اغلب در خودرو از چرخ دنده های مورب و مارپیچ استفاده می شود.

چرخ دنده های مورب

وقتی دو دنده بر روی سیستم چرخ دنده مورب درگیر می شوند تماس از انتهای یکی از دنده ها شروع شده و به تدریج با چرخش چرخ دنده گسترش می یابد تا زمانی که دودنده به طور کامل درگیر شوند.

درگیر شدن تدریجی چرخ دنده های مورب را وادار می کند که آرام تر و ملایم تر از چرخ دنده های ساده عمل کنند.به همین دلیل چرخ دنده های مورب تقریبا در جعبه دنده همه خودرو ها مورد استفاده قرارمی گیرد. به علت زاویه دنده ها در چرخ دنده های مورب وقتی که دنده ها درگیر می شوند بار محوری به وجود می آورند. در دستگاه هایی که از چرخ دنده های مورب استفاده می شود یاتاقان هایی دارند که می توانند این بار محوری را تحمل کنند. یک نکته جالب در مورد چرخ دنده های مورب این است که اگر زوایای دندانه های چرخ دنده صحیح باشند می توا نند روی محور عمودی سوار شده زاویه چرخش را روی 90درجه تنظیم کنند.

چرخ دنده مخروطی

چرخ دند ههای مخروطی زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که نیاز به تغییر مسیر چرخش محور است و معمولا برمحورهای 90 درجه سوار می شوند ولی می توا نند طوری طراحی شوند که در زوایای دیگر نیز به همین خوبی عمل کنند. دندانه ها روی چرخ دنده های مخروطی می توانند مستقیم ، مورب ویا قوسی باشند.دندانه چرخ دنده های مخروطی صاف در حقیقت مشکلی مشابه دنده چرخ دنده های ساده دارند که وقتی هر دنده درگیر می شود به دنده متناظر در آن لحظه ضربه می زند.

درست مانند چرخ دنده ساده، راه حل این مشکل انحنا دادن به دندانه های چرخ دنده است. این دندانه های مورب درست مانند دندانه های مارپیچی درگیر می شوند تماس از یک انتهای چرخ دنده شروع می شود و به صورت تصاعدی در سرتاسر دندانه گسترش می یابد.در چرخ دنده های مخروطی مستقیم و مورب محورها باید بر هم عمود باشندو همچنین در یک صفحه واقع شوند. اگر شما دو محور را پشت چرخدنده امتداد دهید همدیگر را قطع خواهند کرد .از طرف دیگر چرخ دنده های قوسی ( hypoid gear) می توانند با محور ها در صفحات مختلف (محور های متنافر) درگیر شوند.

این خصوصیت در دیفرانسیل خودروهای مختلف استفاده می شود.چرخ دنده بزرگ مخروطی دیفرانسیل و چرخ دنده کوچک ورودی (پنیون) هر دو از نوع مورب قوسی (هیپو ییدی) هستند. این خاصیت به پینیون ورودی اجازه می دهد که پایین تر از محور چرخ دنده بزرگ مخروطی سوار شود.در شکل بالا چرخ دنده پینیون درگیر با چرخ دنده مخروطی بزرگ در دیفرانسیل را نشان می دهد. زمانی که محور محرک (میل کاردان) به پینیون ورودی متصل می شود پایین تر از محور کرانویل قرار می گیرد .این بدان معنا است که محور محرک در قسمت اتاق جایی کمتری را اشغال می کند و فضای بیشتری برای سرنشینان و بار ایجاد می شود.

چرخ دنده های حلزونی

چرخ دنده حلزونی هنگامی مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز به نسبت کاهش دور بالایی باشد. برای چرخ دنده های حلزونی نسبت کاهش 20:1 و حتی تا 300:1 یا بالاتر از آن متعارف است. بسیاری از چرخ دنده های حلزونی خاصیت خوبی دارند که در دیگر چرخ دنده ها وجود ندارد به طوری که پیچ حلزون به راحتی می تواندچرخ دنده را بچرخاند ولی چرخ دنده نمی تواند پیچ حلزون را بچرخاند. این بدان علت است که زاویه روی پیچ حلزون به قدری کم است که وقتی چرخ دنده سعی می کند آن را بچرخاند نیروی اصطکاک بین چرخ دنده و پیچ حلزون آن را در جای خود نگه داشته و مانع چرخش آن می شود.این خاصیت برای خودروهایی از قبیل سیستم های نوار نقالهمکانیکی مورد استفاده است. آن هایی که خاصیت قفل کنندگی در آن ها هنگامی که موتور نمی چرخد می تواند همانند یک ترمز برای نقاله عمل کند.استفاده خیلی مهم دیگر چرخ دنده های حلزونی کاربرد آن ها در دیفرانسیل تورسن- Torsen differential – که در بعضی ازخودروها و کامیون های بارکش با کارایی بالا استفاده می شود است.

صفحه دنده :

صفحه دنده دارای دندانه هایی است که صفحه چرخ دنده را قطع می کنند. آن ها بسیار مشابه چرخ دنده مخروطی اند . پینیون با صفحه دنده درگیر می شود و زاویه بین دو محور 90 درجه است.

چرخ دنده و میله دنده

چرخ دنده و میله دنده برای تبدیل حرکت دورانی به خطی استفاده می شوند. مثال کاملی از آن فرمان خودروهاست . فلکه فرمان چرخ دنده ای که با میله دنده درگیر است را می چرخاند. وقتی که چرخ دنده می چرخد میله دنده را به چپ یا راست می لغزاند. بسته به آن که فرمان را به کدام سمت بچرخد.

چرخ دنده و میله دنده در ترازوی خانگی

چرخ دنده و میله دنده همچنین در بعضی ترازوها برای گردش صفحه مدرجی که وزن شما را نشان می دهد به کار می رود.

جزییات پروفیل چرخ دنده گسترانی (اینولوت)

درپروفیل دندانه های چرخ دنده گسترانی نقطه تماس ازنزدیکی یکی از دندانه ها شروع شده و با چرخش چرخ دنده نقطه تماس از آن چرخ دنده دور شده و به دیگری نزدیک می شود.اگر شما نقطه تماس را دنبال کنید، نشانگر یک خط مستقیم است که از یکی از چرخ دنده ها شروع شده و در کنار دیگری پایان می یابد.این بدان معنا است که شعاع نقطه تماس با درگیر شدن دندانه ها بزرگ تر می شود. قطر دایره گام قطر تماس موثر است .از آن جایی که قطر تماس ثابت نیست قطر دایره گام فاصله تماس متوسط واقعی است.

وقتی که دندانه ها ابتدا شروع به درگیر شدن می کنند دندانه چرخ دنده بالایی به دندانه چرخ دنده پایینی در داخل قطر دایره گام برخورد می کند اما توجه کنید که آن قسمت از دنده بالا که با دنده پایین تماس پیدا می کند، در آن نقطه بسیار لاغر است.با چرخش چرخ دنده نقطه تماس به سمت قسمت ضخیم تر دندانه چرخ دنده بالایی لغزیده می شود.این امر دنده بالایی را به جلو رانده بنابراین جبرانی برای قطر تماس اندکی کوچک تر است.با ادامه دادن دندانه ها به چرخیدن نقطه تماس دور تر شده حتی از قطر دایره گام خارج می شود اما پروفیل دندانه های پایینی جبرانی برای این جابه جایی است. نقطه تماس شروع به لغزیدن به سمت قسمت لاغر دندانه پایینی می کند مقدار کمی از سرعت چرخ دنده بالایی برای جبران قطر تماس افزوده شده،کم می کند.نتیجه نهایی این است که حتی اگر قطر نقطه تماس به طور ممتد تغییر کند سرعت ثابت باقی می ماند.بنابراین پروفیل دندانه چرخ دنده گسترانی یک نسبت سرعت دورانی ثابت تولید می کند.