انواع کلاچ
مقدمه
کلاچ در سیستم ها نقش قطع و وصل نیرو بین محرک و متحرک را برعهده دارند. کلاچ، قابلیت این را دارد که نیروی کار زیادی را با اعمال مقدار کمی توان منتقل کند. با این تعاریف، یکی از متداول ترین کاربردهای کلاچ، اتصال موتور به گیربکس است.
انواع کلاچ
کلاچ های اصطکاکی
کلاچ های هیدرولیکی
کلاچ های لغزشی
کیفیت طراحی کلاچ ها توسط عوامل زیر تعریف می شود:
1- میزان گشتاور انتقالی
2- میزان نیروی اعمالی
3- میزان اتلاف انرژی
4- میزان انتقال حرارت
5- بالانس دینامیکی
6- ابعاد کلاچ
7- سادگی در تعمیر و تعویض
1- کلاچ اصطکاکی
این کلاچ ها در انواع زیر می باشند:
کلاچ تک صفحه ای
کلاچ چند صفحه ای
کلاچ مخروطی
کلاچ نیمه گریز از مرکز
کلاچ گریز از مرکز
کلاچ تک صفحه ایی
سیستم کلاچ
این کلاچ در زمره کلاچ های اصطکاکی است و وظیفه قطع و وصل ارتباط بین موتور و گیربکس را برعهده داشته و میان موتور و گیربکس قرار می گیرد. دلیل وجود کلاچ، جلوگیری از اعمال شوک به چرخ دنده های گیربکس می باشد زیرا در لحظه تعویض دنده، نسبت دنده به صورت ناگهانی تغییر کرده و باعث شوک به گیربکس می شود.
برای جلوگیری از وارد شدن شوک به گیربکس در هنگام تعویض دنده ارتباط بین گیربکس و موتور توسط کلاچ قطع می گردد. در این صورت محور ورودی به گیربکس در هنگام تعویض دنده آزاد است و به راحتی می تواند سرعت خود را با سرعت محور خروجی گیربکس هماهنگ کند .
پس از انجام تعویض دنده پدال کلاچ رها شده در نتیجه ارتباط موتور و گیربکس دومرتبه برقرار می شود .
خصوصیات کلاچ
1-عمل قطع و وصل ارتباط بین گیربکس و موتور را به سرعت انجام دهد .
2- پس از درگیری و برقراری ارتباط گشتاور موتور را بدون لغزش و افت راندمان منتقل کند .
3- به لحاظ دینامیکی بالانس باشد و به هنگام دوران لغزش نداشته باشد .
4- خنک کاری آن به راحتی امکان پذیر باشد به طوری که بتواند گرمای ناشی از اصطکاک را به محیط منتقل کند.
5- دارای عمر کاری مناسب باشد و در صورت نیاز به تعمیر یا تعویض این کار به راحتی انجام شود.
اجزای کلاچ
فلایویل
پوسته کلاچ
فنرکلاچ
دیسک کلاچ
صفحه کلاچ
بلبرنگ کلاچ
دوشاخه کلاچ
مکانیزم اهرم بندی
فلایویل : دیسک توپری است که در انتهای میل لنگ نصب می شود وظیفه جذب ارتعاشات و نوسانات میل لنگ همچنین تامین انرژی جنبشی لازم به منظور ادامه دوران میل لنگ را به عهده دارد.
دیسک کلاچ : قطعه ای است که سایر قطعات مجموعه کلاچ مانند دیسک کلا ، فنر کلاچ و صفحه کلاچ در آن قرار می گیرند. دیسک کلاچ توسط پیچ به فلایویل متصل می گردد و به هنگام گردش فلایویل دیسک کلاچ نیز با فلایویل به گردش در می آید . دیسک کلاچ با دونوع فنر ساخته می شود ا- فنر استوانه ایی 2- فنر دیافراگمی
فنر مارپیچ :در این مدل تعدادی فنر مارپیچ بر روی محیط پوسته کلاچ قرار گرفته و باعث فشردگی دیسک کلاچ بر روی صفحه کلاچ میگردند. بنابراین برای آزاد کردن ارتباط بین دیسک و صفحه کلاچ لازم است که دیسک کلاچ به سمت پوسته کلاچ کشیده و فنرهای مارپیچ آزاد شود .
خورشیدی یا دیافراگمی : این فنر به صورت صفحه ای مدور بوده که در اطراف آن تیغه هایی وجود دارد در این نوع فنر با اعمال نیروی فشاری به لبه تیغهها ، قسمت مرکزی تیغه ها دچار تغییر شکل شده و لبه های کناری به سمت پوسته جمع می شوند بدین ترتیب دیسک کلاچ از صفحه کلاچ جدا میگردد.
مزایای فنرهای دیافراگمی :فنر دیافراگمی در مقایسه با فنرهای تخت کمتر تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز قرار می گیرند، لذا برای استفاده در دورهای بالا مناسبتر می باشند.
در این طرح فنر دیافراگمی هم به عنوان فنر فشارنده و هم بعنوان اهرم عمل میکند، لذا باعث حذف قطعات اضافه از سیستم شده در نتیجه باعث کاهش وزن کل و سر و صدای سیستم میشوند.
معایب فنرهای دیافراگمی: نیروی این نوع فنر نسبت فنرهای پیچشی کمتر است، بنابراین فقط در ماشین های سبک می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
صفحه کلاچ: دیسک دواری است که در مقابل دیسک کلاچ قرار گرفته و با آن تماس اصطکاکی برقرار می کند. از آن جایی که صفحه کلاچ به شفت ورودی گیربکس متصل است در صورت فشرده سازی دیسک کلاچ بر روی آن امکان انتقال گشتاور از موتور به گیربکس فراهم می شود و در صورتیکه پدال کلاچ فشرده شود دیسک از صفحه جدا شده و این ارتباط قطع میگردد.لنتهای کلاچ که وظیفه برقراری تماس اصطکاکی با دیسک کلاچ را بر عهده دارند در محیط صفحه کلاچ نصب میگردند. این لنتها معمولا بر روی فنرهای موج داری پرچ می شوند تا در هنگام درگیری کلاچ فشار وارده بر آنها به تدریج افزایش یابد . این فنرها قابلیت جذب ضربات و نیروهای محوری را دارند.
نکات
به منظور خنک سازی بهتر لنت ها و جلوگیری از داغ شدن آنها لازم است تا سطح لنت ها شیار دار ساخته شود.
لنت های صفحه کلاچ در دو طرف صفحه کلاچ نصب می شوند به طوری که از یک طرف با دیسک کلاچ و از طرف دیگر با فلایول درگیر است .فنرهای مارپیچی که در بدنه صفحه کلاچ قرار گرفته نیز به منظور جذب و خنثی سازی گشتاورهای پیچشی میباشد.
این فنرها باعث ایجاد خاصیت انعطاف پذیری صفحه کلاچ در برابر گشتاورهای پیچشی شده و از تابیدگی صفحه کلاچ جلوگیری می نماید .
بلبرنگ کلاچ : این بلبرنگ بر روی غلاف شفت ورودی گیربکس قرار میگیرد و وظیفه آن فشرده سازی تیغه های کلاچ است.
دوشاخه کلاچ : قطعه ای است که بر روی بلبرنگ کلاچ قرار می گیرد و آن را به حرکت در می آورد. این قطعه دارای یک محور لولایی است.
سیستم اهرم بندی(کلاچ مکانیکی)
نیرویی که راننده به پدال وارد می کند توسط یک مکانیزم اهرم بندی به دو شاخه کلاچ وارد می شود در نتیجه دو شاخه کلاچ با به حرکت در آوردن بلبرنگ کلاچ ، فنر کلاچ را فشرده و دیسک را از صفحه جدا می کند. این مکانیزم از تعدادی اهرم یا از یک مفتول سیمی تشکیل می شود.
2- کلاچ اصکاکی با عملگر هیدرولیکی
این کلاچ دارای ساختمانی مشابه کلاچ مکانیکی است. با این تفاوت که به منظور انتقال نیرو از پدال کلاچ تا دو شاخه کلاچ به جای مکانیزم اهرم بندی و سیم کلاچ از یک سیستم هیدرولیکی استفاده می شود. در این سیستم دو سیلندر هیدرولیکی وجود دارد که یکی از آن ها در زیر پدال کلاچ و دیگری روی مجموعه کلاچ قرار می گیرد. هنگامی که پدال کلاچ توسط پای راننده فشرده می گردد سیلندر زیر پدال باعث فشرده شدن روغن هیدرولیکی می گردد با بالا رفتن فشار روغن درون مدار هیدرولیکی ، پیستون سیلندری که بر روی مجموعه کلاچ قرار گرفته به حرکت در آمده و باعث جا به جایی دو شاخه کلاچ می گردد.
ظرفیت انتقال گشتاور کلاچ
از آنجایی که انتقال گشتاور بین دیسک و صفحه کلاچ به صورت اصطکاک است صرفا مقدار مشخصی گشتاور از طریق کلاچ انتقال می یابد . اگر مقدار گشتاور بیش از حد باشد کلاچ دچار لغزش شده و دیسک و صفحه بر روی هم خواهند لغزید. به حداکثر مقدار گشتاوری که توسط کلاچ قابل انتقال است ظرفیت انتقال گشتاور کلاچ گفته می شود.
نکته
اگر ظرفیت انتقال گشتاور کلاچ خیلی بیشتر از گشتاور موتور باشد به هنگام درگیری کلاچ به موتور شوک وارد می شود و این شوک ممکن است موجب خاموشی موتور گردد و یا بر اثر مرور زمان باعث فرسودگی اجزای موتور گردد.
معمولا مقدار مناسب ظرفیت انتقال گشتاور کلاچ در خصوص خودروهای سواری تقریبا 2/1 الی 4/1 برابر گشتاور ماکزیمم موتور و در خودروهای سنگین ظرفیت انتقال گشتاور کلاچ تقریبا 5/1 الی 5/2 برابر گشتاور ماکزیمم موتور می باشد.
هر عاملی که بتواند باعث کاهش ضریب اصطکاک بین دیسک و صفحه کلاچ شود ضریب انتقال گشتاور کلاچ را کاهش می دهد. مانند ریختن روغن روی صفحه کلاچ.
فشار وارده بر صفحه کلاچ
مقدار فشار از تقسیم نیرو بر سطح مقطع به دست میآید یعنی فشار وارد بر صفحه کلاچ عبارت است از:
نیروی اصطکاک کلاچ
تماس صفحه کلاچ با دیسک کلاچ از نوع اصطکاکی می باشد بهطوریکه اگر نیروی وارد بر صفحه کلاچ را با FC، ضریب اصطکاک بین سطوح درگیر با هم را بوسیله µ وتعداد صفحه کلاچ را با k نمایش دهیم مقدار نیروی اصطکاکی کلاچ از رابطه زیر بدست می آید.
ویژگیهای کلاچ
ویژگی کلاچ
کلاچ چند صفحه ایی
کلاچ چند صفحه ای
عملکرد این کلاچ همانند کلاچ تک صفحه ای است با این تفاوت که در این کلاچ بجای یک صفحه کلاچ، به تناسب گشتاور انتقالی مورد نظر از چندین صفحه اصطکاکی استفاده می شود. این امر باعث می شود که کلاچ بتواند گشتاور بزرگتری را منتقل کند. بنابراین این کلاچها بیشتر در خودروهای سنگین یا خودروهای مسابقه ای که به انتقال گشتاور بزرگتری نیاز دارند، مورد استفاده قرار می گیرد.
نکته
کلاچ همواره باید ظرفیتی متناسب با گشتاور تولیدی موتور را داشته باشد. در موتور هایی که گشتاور زیادی تولید می کنند مانند موتور های دیزل و… نمیتوان از کلاچی با قطر معمولی استفاده کرد طراحان تعداد صفحات را زیاد می کنند تا ظرفیت مورد نظر تحقق پیدا کند.
اجزای کلاچ چند صفحه ایی
پوسته کلاچ
بوش کلاچ
توپی
صفحات محرک اصطکاکی صفحات متحرک (فولادی) صفحه فشاری فنرهای کلاچ
عملکرد کلاچ چند صفحه ایی
پوسته کلاچ به فلایول متصل است که صفحه فشاری از طریق فنر کلاچ به فلایول ثابت شده است. میل لنگ از طریق فلایول باعث گردش کلاچ شده بدین صورت که در هنگام درگیری کلاچ، فنرها فشرده شده و از طریق صفحه فشاری صفحه کلاچ با فلایول اصطکاک پیدا می کند. در این هنگام صفحات متحرک و محرک به کمک صفحه فشاری و فنرها به سمت هم فشرده میشوند و صفحات محرک و متحرک روی هم قرار میگیرند در این لحظه توپی و صفحه فشاری و صفحات متحرک و محرک باهم به گردش در می آیند و نیروی موتور از شفت تا صفحات داخلی کلاچ و در نهایت به جعبه دنده جریان می یابد.
کلاچ آزاد
وقتی پدال کلاچ فشرده میشود، کلاچ آزاد خواهد شد که در این صورت صفحه فشاری از صفحات محرک و متحرک دور می شود و هیچ نیرویی از موتور به گیربکس منتقل نخواهد شد.
مورد استفاده کلاچ چند صفحه ایی
کلاچ های چند صفحه ایی در موتورسیکلت ها ماشین های مسابقه ایی و هرجایی که بخواهیم گشتاور زیادی را انتقال بدهیم استفاده می شود. همچنین برای برخی گیربکس های خورشیدی نیز استفاده می شود. کلاچ های چند صفحه ایی اصطکاک بالایی بین موتور و گیربکس ایجاد می کند و سبب می شود درگیری کلاچ بیشتر باشد که این باعث افزایش انتقال گشتاور از موتور به گیربکس خواهد شد. بسته به وزن وسیله نقلیه و مقدار گشتاوری که بخواهیم از موتور به گیربکس انتقال یابد ، تعداد صفحات از 4 تا 8 عدد متفاوت است.
کلاچ مخروطی
کلاچ مخروطی Con Clutch) )
در این کلاچها همانگونه که از اسم آن پیداست سطوح اصطکاکی به شکل مخروطی هستند. هنگامی که کلاچ در گیر می شود، گشتاور از طریق محرک که سطح داخلی آن به شکل مخروطی است به سطح مخروطی دیگری که درون متحرک جای می گیرد منتقل می شود. برای خلاص کردن کلاچ نیز سطح مخروط خارجی کمی از درون مخروط متحرک بیرون کشیده می شود تا تماس دو سطح قطع شود..
تفاوت کلاچ دیسکی با مخروطی
در کلاچ های دیسکی، این انتقال گشتاور از طریق دو صفحه دایره ای با قطر یکسان انجام می گیرد. حال آنکه در کلاچ های مخروطی، انتقال گشتاور از دو طریق سطوح جانبی دو مخروط درگیر انجام گرفته و در نتیجه مساحت سطح اصطکاکی افزایش می یابد.
در کلاچ های مخروطی، مخروط بیرونی به محور محرک متصل است و مخروط داخلی به صورت آزادانه بر روی محور متحرک (خروجی) حرکت محوری دارد. یک فنر، نیروی لازم برای فشار آوردن مخروط داخلی به مخروط خارجی را تامین می کند. سطح مخروط داخلی توسط مواد اصطکاکی پوشانده می شود.
نکته
معایب : اگر زاویه مخروط کوچکتر از حدود 20 درجه انتخاب شود، ممکن است حالت خود قفلی پیش بیاید و جدا کردن دو سطحی که با هم در حالت چرخش هستند مشکل شود.
موارد استفاده
این نوع کلاچ موارد استفاده زیادی دارد اما برای نمونه می توان به قسمت سنکرونیزه در گیربکسهای سنکرونیزه اشاره کرد با توجه به عدم هم دوری در شفت ورودی و خروجی گیربکس برای درگیری دو دنده از قسمت سنکرونیزه موسوم به دنده برنجی استفاده می شود از موارد دیگر استفاده از کلاچ مخروطی می توان به ماشین الات کشاورزی اشاره کرد با توجه به سطح اصطکاکی بیشتر کلاچ های مخروطی، فشار و گشتاور انتقال یافته توسط آن ها، بیش از کلاچ های دیسکی با قطر یکسان می باشد. کاربرد رایج این نوع کلاچ ها در وسایلی که به سرعت های پایین تر نیاز دارند، باعث شده است تا در ماشین آلات نوین کشاورزی شاهد کاربری این نوع کلاچ ها باشیم. همانطور که می دانیم گشتاور و سرعت رابطه عکس دارند و در ماشین آلات کشاورزی، نیاز به گشتاور بالا، بیش از نیاز به سرعت بالا می باشد. با توجه به رابطه مستقیم سطح اصطکاکی و نیرو، استفاده از کلاچ های با سطح تماسی بیشتر، نیرو و در نتیجه گشتاور بالاتری را برای ماشین آلات به وجود می آورند
کلاچ گریز از مرکز
عملکرد
در این نوع کلاچ برای در گیر نگه داشتن کلاچ از نیروی گریز از مرکز استفاده می شود. این حالت به طور اتوماتیک با که با دور موتور عمل می کند احتیاج به پدال کلاچ نیست. یکی از راحت ترین نوع کلاچ ها به است زیرا بار را با موتور به تدریج درگیرمی شود و به موتور اجازه می دهد تا قبل از تحمل بارهای مختلف ، به حد مطلوب گشتاور خود برسد.
در این نوع کلاچ شفت محرک موتورهای کوچک پس از دستیابی به دور موتور کافی با شفت متحرک درگیر می شوند و همچنین در هنگام بلند شدن پای راننده از پدال از کار می افتد.
موارد استفاده
از کلاچ گریز از مرکز در موتورهای سواری و اسکوتر ماشین چمن زنی و اره برقی استفاده می شود .
در گیری کلاچ
عملکرد کلاچ گریز از مرکز دقیقاً بر اساس تولید نیروی گریز از مرکز است. به طور خاص ، شفت چرخان به میل لنگ موتور متصل شده و در مرکز کلاچ قرار می گیرد. پوشش یا محفظه بیرونی بصورت هم مرکز قرار گرفته و به شفت متحرک متصل است. با افزایش دور موتور ، سرعت چرخش شفت محرک افزایش می یابد ، در این حالت کفشک هایی که در قسمت داخلی نصب شده ،مجبور می شوند تا کشیده شده و به دیواره داخلی درام یا پوسته برسند. قسمت داخلی درام و قسمت بیرونی کفشک از مواد با اصطکاکی ساخته شده است. بنابراین می توانند بعد از نیروی گریز از مرکز با پوسته درگیر شود
خلاصی کلاچ
به محض افت دوباره دور موتور ، کلاچ بلافاصله از کار می افتد بنابراین شافت متحرک دیگر انرژی حرکتی چرخشی را دریافت نمی کند. این موضوع به جلوگیری از متوقف شدن موتور در هنگام بیش باری (گشتاور بالا) کمک می کند
کلاچ های گریز از مرکز می توانند دارای دو ، سه ، چهار ، پنج یا حتی شش کفشک باشند که از موقعیت متقارنی بر روی شافت محرک پیروی می کنند. با استفاده از فنر فرایند باز و بسته شدن کفشک ها را می توان کنترل کرد .بدین منظور از فنرهای با سختی و طول متفاوت استفاده می شود تا در محدوده بهینه از گشتاور درگیری کلاچ به خوبی انجام بگیرد.
مزایا
نرمی و راحتی استفاده به دلیل مکانیزم ساده
اطمینان بالا به دلیل درگیری و جدایش راحتر
قیمت پایین تر
کارای و تاثیر بالا براساس نوع موتور
معایب
تولید حرارت بالا به دلیل اصطکاک بین کفشک و درام
نیاز به دقت بالا در مونتاژ
حساسیت به گرد و غبار
هدر رفت همیشگی مقداری از انرژی به دلیل لغزش کفشک ها با محفظه
کلاچ نیمه گریز از مرکز
در این نوع کلاچ از نیروی گریز از مرکز به اضافه ی نیروی فنر استفاده می شود. در موتورهای پرقدرت و موتورهای اتومبیل رانی که در آن از کار انداختن کلاچ نیاز به نیروی قابل توجه دارد استفاده می شود. مقداری از نیرو توسط فنرهای کلاچ منتقل می شود و با انجام عمل گریز از مرکز حاصل از وزنه اضافی در سیستم عمل درگیری ادامه پیدا می کند.
عملکرد
در دورهای پایین موتور، نیروی فنر، کلاچ را در گیر نگه می دارد در این حالت اهرم های وزنه هیچ نیروی روی صفحه دیسک ندارند. در دور بالا موتور، وزنه ها نیز وارد عمل شده و به صفحه فشار وارد می کنند تا عمل درگیری را تقویت کنند. با افت دور موتور به دلیل کم شدن نیروی گریز از مرکز بار وزنه ها از روی صفحه دیسک برداشته می شود و تنها فنر ها عمل در گیری را انجام می دهند.
کلاچ هیدرولیکی
مبدل گشتاور یا تورک کنورتور
اجزای تورک کنورتور
مقدمه
این کلاچ در گیربکس های اتوماتیک ، نقش کلاچ را ایفا می کند یعنی انتقال دهنده گشتاور تولیدی موتور به محور ورودی گیربکس می باشد. این کلاچ دارای مکانیزم هیدرولیکی بوده و با استفاده از اصول هیدرودینامیک گشتاور را منتقل می کند.
محفظه کوپلینگ
پمپ ،توربین ، استاتور همه در یک محفظه قرار دارند. که محفظه کوپلینگ نام دارد روغن داخل محفظه کوپلینگ، توسط پمپ جارو می شود. هنگامی که پمپ توسط موتور می چرخد پره هایش روغن را می گیرد و به سمت توربین پرتاب میکند.
سیال داخل کوپلینگ مسیر جریان گردابی و جریان دورانی را طی میکند.
اجزای مبدل گشتاور
پمپ
استاتور
توربین
سیال واسط یا روغن
کلاچ قفل کننده
پمپ
پمپ یا ایمپلر
در این سیستم یک پروانه پره دار به نام پمپ بر روی شفت خروجی موتور نصب می شود. با به گردش در آمدن موتور پمپ به حرکت در می آید .
عملکرد پمپ
به علت اینکه مبدل گشتاور نیرو را از فلایویل دریافت می کند سرعت گردش آن با سرعت موتور برابر است. پره های پمپ نیز به محفظه گشتاور متصل هستند بنابراین این قسمت معادل با سرعت موتور حرکت می کند. پمپ موجود در محفظه گشتاور از نوع سانتریفیوژی است که با چرخش پمپ، روغن به خارج از محور مرکزی پخش می شود. با این چرخش حالت خلاء به وجود می آید و روغن به سمت مرکز کشیده می شود. روغن به تیغه های توربین که به گیربکس متصل است واردمی شود. در کل وظیفه توربین، چرخش در گیربکس است که انجام این عمل باعث انتقال قدرت به محور ها می شود. در واقع روغنی که به توربین وارد می شود قبل از خروج از مرکز باید تغییر جهت دهد همین تغییر جهت باعث چرخش توربین و در نهایت حرکت خودرو می شود
توربین
یک توربین نیز بر روی شفت ورودی گیربکس نصب شده است که در مقابل پمپ قرار گرفته است. در فضای بین پمپ و توربین یک محفظه پر از روغن است . با راه اندازی موتور پمپ به حرکت در می آید. حرکت پمپ سبب می شود تا به روغنی که در بین پره ها قرار گرفته نیروی گریز از مرکز وارد شده و باعث رانده شدن روغن به خارجی ترین قسمت پره ها شود.
نکته
با توجه به قوانین فیزیکی همانطوری که روغن باعث به حرکت درآمدن توربین می شود توربین نیز باعث تغییر جهت روغن می شود به طوری که این تغییر جهت در خلاف جهت حرکت چرخش پمپ و موتور است .
یعنی روغن خروجی از توربین خلاف جهت پمپ و موتور از توربین خارج می شود
بنابراین روغن باعث چرخش توربین توربین باعث تغییر جهت حرکت روغن می شود حال اگر روغن خروجی از توربین به پمپ برسد، سرعت حرکت و کارایی موتور کاهش پیدا می یابد . برای جلوگیری از این اتفاق، نیاز به قطعه ای دیگر به نام استاتور است.
استاتور
در یک کوپلینگ هیدرولیکی هر چقدر اختلاف دور بیشتر باشد گشتاور کمتری انتقال می یابد و بر عکس هرچه اختلاف دور کمتر ، گشتاور بیشتری انتقال می یابد. در بسیاری از مواقع به منظور افزایش راندمان مبدل گشتاور در بین ایمپلر و توربین از قطعه ای واسط به نام استاتور استفاده می شود. استاتور پروانه ای است که به طور آزاد و هرزگرد گردش می کند. استاتور دارای پره های خمیده ای است که باعث جهت دهی بهتر جریان هیدرولیکی روغن می شود در نتیجه روغن با زاویه مناسب تری به پره های توربین برخورد می کند و انتقال گشتاور بهتر صورت می پذیرد. به عبارتی دیگر این قطعه با اصلاح مسیر برگشت روغن از توربین به پمپ باعث افزایش گشتاور می شود.
استاتور
عملکرد استاتور
روغن پس از انتقال انرژی به توربین و به حرکت درآوردن آن، به دلیل وجود منطقه ی کم فشار در مرکز پمپ، دوباره به سمت پمپ مکیده می شود. به دلیل وجود انحنا در پره های توربین، روغن خروجی از توربین با جهتی متفاوت به پمپ وارد می شود. این اختلاف جهت سبب می شود روغن شده با زاویه ی مناسب با پره های پمپ برخورد نکند و سبب کاهش چشمگیر بازدهی پمپ و ایجاد لرزش شود.
برای حل این مشکل، استاتور بین پمپ و توربین قرار می گیرد که وظیفه ی اصلی آن هدایت روغن از توربین به پمپ با زاویه ی مناسب است.
برای جلوگیری از چرخش استاتور در خلاف جهت چرخش پمپ، استاتور به کلاچ یک طرفه مجهز است که تنها امکان چرخش هم سو با پمپ را به استاتور می دهد.
با استفاده از این کلاچ، روغن خروجی از توربین ضمن برخورد با پره های استاتور با زاویه ی مناسبی به پره های پمپ برخورد می کند.
کلاچ یک طرفه
اگر مبدل گشتاور تنها یک استاتور ثابت داشته باشد به آن مبدل تک فاز میگویند .
اگر دارای یک استاتور با قابلیت چرخش هم جهت با توربین و پمپ داشته باشد به آن مبدل دو فاز میگویند .
اگر دارای دو استاتور با قابلیت حرکت هم جهت با پمپ و توربین را داشته باشد مبدل سه فاز میگویند.
در حقیقت وجود استاتور باعث افزایش بازدهی گشتاور مبدل گشتاور بین 30 تا 50 درصد میشود.
نکته
استاتور که بخش ثابت مبدل گشتاور است در جهت وظیفه ی خود به طرز قابل توجهی کارایی مبدل گشتاور را بالا می برد و از طراحی منحصربه فردی در ساخت تیغه ها بهره می برد تا بتواند به طور درست جهت حرکت روغن را تنظیم کند.
کوپلینگ هیدرولیکی
این قسمت نیز دارای انحنای خاصی است که به جریان روغن جهت داده و آن را با یک حرکت پیچشی به سوی پره های توربین هدایت می کند. پس از برخورد جریان روغن به پره های پمپ ، توربین نیز به گردش در آمده و باعث انتقال گشتاور به محور ورودی گیربکس میشود.
در حقیقت وجود جریان روغن در میان پره های پمپ و توربین باعث ایجاد یک کوپلینگ هیدرولیکی می شود که امکان انتقال گشتاور بین محور خروجی موتور و محور ورودی گیربکس را فراهم میکند.
جریان دورانی کوپلینگ هیدرولیکی
جریان دورانی سیال، یک مسیر دایره ای است که از چرخش پمپ (ایمپلر) ایجاد می شود.
در کل سیال حول محور میل لنگ و محور ورودی گیربکس حرکت می کند. از طرفی دیگر هنگامی که سیال در مسیر دایره ای حرکت میکند باعث پرتاب نیروی گریز از مرکز آن به سوی کناره های ایمپلر می شود. سرانجام سیال در یک مسیر چرخشی ثانویه که با مسیر جریان دورانی اولیه زاویه 90 در جه می سازد پرتاب می شود.
جریان گردابی کوپلینگ هیدرولیکی
جریان گردابی در اصل جریان روغن در این مسیر را میگویند. سیال در کوپلینگ هیدرولیکی هر دو مسیر دورانی و گردابی را همزمان را می پیماید. توسط پمپ، جریان دورانی ایجاد میشود و گشتاور چرخشی، موتور را انتقال میدهد. گشتاور نمیتواند به گیربکس بدون جریان گردابی که سیال را از ایمپلر تا توربین حرکت میدهد منتقل شود. نیروی چرخشی پره های پمپ به صورت ترکیبی از جریان های گردابی و چرخشی سیال بروی پره های توربین اعمال می شود
کلاچ قفل کننده
نکته
علت استفاده از کوپلینگ هیدرولیکی در لحظه تعویض دنده هماهنگ نبودن سرعت گردش محور ورودی گیربکس با سرعت گردش محور خروجی موتور است زیرا در هنگام تعویض دنده، نسبت تبدیل گیربکس در یک لحظه به صورت ناگهانی تغییر می یابد و همین عامل سبب ایجاد شوک به موتور و چرخ دنده های گیربکس می شود. در صورتی که با کوپلینگ هیدرولیکی امکان لغزش ایمپلر نسبت به توربین فراهم شده و فرصت کافی ایجاد میشود تا عمل هم دور سازی به صورت تدریجی انجام شود.
کلاچ قفل کننده (luckup)
اگر دور گردش ایمپلر با توربین برابر باشد راندمان کوپلینگ صد در صد است ولی هنگامی که این ارتباط صرفا توسط جریان هیدرولیکی روغن برقرار شود دور توربین کمتر از ایمپلر خواهد بود که همین اختلاف دور باعث ایجاد افت توان می شود . پس بنابراین به منظور جلوگیری از افت توان لازم است که پس از تعویض دنده یک مکانیزم قفل کننده نیز عمل نموده و ارتباط بین پمپ و توربین را به صورت مکانیکی برقرار سازد. یعنی این ارتباط تنها در هنگام تعویض دنده هیدرولیکی بوده و پس از آن این ارتباط توسط قفل مکانیکی صورت می گیرد به این کلاچ قفل کننده (luckup) نیز می گویند.
کلاچ قفل کننده
سه مرحله ی عملکرد مبدل گشتاور
توقف: زمان بسیار کوتاهی که تفاوت سرعت گردش پمپ و توربین بالا است. مثلاً زمانی که گیربکس در حالت حرکت قرار دارد و همزمان پدال ترمز فشرده شده است.
شتا بگیری: زمان شروع حرکت خودرو که تفاوت سرعت پمپ و توربین کمتر می شود.
کوپلینگ: خودرو در حال حرکت با سرعت بالاتر از ۶۰ کیلومتر بر ساعت و نزدیک شدن سرعت گردش توربین و پمپ که در این شرایط مکانیزم کلاچ قفل شونده وارد عمل می شود.
سیال واسط
سیال به کاررفته در مبدل گشتاور همان روغن هیدرولیک است که در دسته ی روغن های با گرانروی (ویسکوزیته) بالا دسته بندی می شود. این سیال انرژی تولید شده ی پمپ را به توربین منتقل می کند و سبب چرخش شفت ورودی جعبه دنده می شود.
سرعت استال
استال حالتی است که توربین می چرخد ولی پمپ ساکن است. بیشترین مقدار استال زمانی است که توربین با حداکثر سرعت ممکن بچرخد بدون آنکه پمپ حرکتی داشته باشد.
ظرفیت مبدل گشتاور
به قابلیت یک مبدل برای جذب و انتقال گشتاور ، ظرفیت مبدل گشتاور می گویند. یک مبدل گشتاور با سرعت بالا دارای سرعت استال کمتری است و گشتاور را با کمترین میزان لغزش به گیربکس منتقل می کند. برعکس مبدل گشتاور با ظرفیت کم دارای استال بالاتری است و در حین انتقال گشتاور اجازه لغزش بیشتری را می دهد.
ظرفیت مبدل گشتاور
که در آن np دور ایمپلر(پمپ) ، nt دور توربین می باشد.
چیدمان اجزا کنار هم
چیدمان اجزا کنار هم
پوسته ،پمپ و فلایویل با یکدیگر گردش میکنند پمپ باعث ایجاد نیروی جریان هیدرولیکی می شود توربین که در بین مجموعه قرار گرفته با نیروی جریان هیدرولیکی پمپ شروع به گردش می کند و شفت خروجی آن به گردش در می آید استاتور که بین پمپ و توربین است جهت حرکت روغن را تنظیم میکند و هنگامی که هک دورسازی انجام شد مکانیزم کلاچ قفل کننده عمل کرده و توربین با کلاچ قفل شده و یکپارچه به همراه توربین و فلایویل گردش می کند.
سیستم خنک کاری
جریان گردابی بین ایمپلر ، استاتور و توربین موجب افزایش دمای روغن می شود. به منظور جلوگیری از افزایش دمای روغن لازم است تا خنک کاری روغن انجام شود. این سیستم خنک کاری ممکن است به صورت هوا خنک یا خنک کاری توسط آب صورت پذیرد.
مزایایی مبدل گشتاور
توقف خودرو در دنده بدون خاموش شدن
جذب ارتعاشات موتور
افزایش طول عمر موتور
درگیری کمتر در هنگام تعویض دنده
افزایش دو تا سه برابری گشتاور موتور قبل از ورود به گیربکس
معایب مبدل گشتاور
تاخیر در شتاب گیری موتور
هدر دادن بخشی از قدرت موتور
افزایش دمای متوسط موتور
کلاچ لغزشی
1- کلاچ یک طرفه
عملکرد کلاچ یک طرفه
این کلاچ ها زمانی استفاده می شود که بخواهیم نیرو دریک جهت منتقل شود ولی در جهت دیگر منتقل نشود در این کلاچها در گردش از یک طرف همانند کلاچ بدون لغزش عمل می کند، اما اگر چرخش در جهت مخالف صورت گیرد دو صفحه کاملاً روی هم سر می خورند و هیچگونه انتقال نیرویی صورت نمی گیرد؛ بنابراین در این کلاچها گشتاور تنها از یک طرف منتقل می شود.
انواع کلاچ یک طرفه
این کلاچ ها در نوع غلطکی و بادامکی هستند
کلاچ یک طرفه غلطکی
دارای یک توپی، تعدادی غلطک و تعدادی فنر است. این مجموعه بوسیله یک درام که از داخل دارای چند شکاف است احاطه شده اند. هنگامی که توپی کلاچ در جهت عقربه ساعت بچرخد غلطک ها به طرف قسمت بزرگ شکاف حرکت کرده و فنرها را متراکم می کنند.این امر کلاچ را خلاص کرده و به توپی اجازه می دهد آزادانه بچرخد. مجموعه کلاچ یک طرفه همواره به توپی اجازه می دهد در جهت عقربه ساعت بچرخد.اگر درام نگهداشته شود در لحظه ای که توپی خلاف عقربه ساعت بچرخد، غلطک ها در قسمت کوچک شکاف های ایجاد شده در درام گیر کنند و لذا درام و توپی را به هم قفل می کنند. فنرها نیز به گیر کردن غلطک ها کمک می کنند. کلاچ یک طرفه تا مادامی که غلطک ها در داخل شکاف ها درگیر کرده باشند قفل بوده و از چرخش توپی در جهت خلاف عقربه ساعت جلوگیری می کند.
کلاچ یک طرفه بادامکی
شامل یک توپی، یک درام و به وسیله قطعات فلزی به شکل 8 که بادامک نام دارند، از هم جدا می شوند. بادامک ها عمل قفل و آزاد کردن کلاچ را به روشی مشابه غلطک ها در کلاچ یک طرفه بادامکی انجام می دهند. در این طرح هرگاه توپی کلاچ در جهت عقربه ساعت بچرخد، بادامک ها کج می شوند و فضایی بین توپی و درام باز می کنند. در نتیجه کلاچ آزاد شده به توپی اجازه می دهد آزادانه بچرخد. لذا مجموعه کلاچ یک طرفه همواره به توپی اجازه می دهد در حهت عقربه ساعت بچرخد. چنان چه درام کلاچ نگه داشته شود، لحظه ایی که توپی بخواهد در جهت خلاف عقربه ساعت بچرخد، بادامک ها در جهت دیگری کج می شوند. این امر باعث می شود که بادامک ها در بین توپی و درام گیر کنند. در نتیجه توپی و درام به هم قفل می شوند. در این حالت مجموعه کلاچ قفل شده و مادامی که بادامک ها بین توپی و درام گیر کرده اند از چرخش توپی در جهت خلاف عقربه ساعت جلوگیری می کنند.
موارد استفاده
موارد استفاده ایی دارد که از این نمونه می توان به استفاده در گیربکس های اتوماتیک نام برد
منابع
خرزان ،مهدی،انتقال قدرت خودرو ،مشهد ،جهان فردا ،1389
هاشمی ،پرویز،گیربکس های اتوماتیک،تهران ،علوی،1393
https://zarebin.sit
سپاس از توجه شما