การออกแบบคลัตช์รถยนต์องค์ประกอบหลัก

คลัตช์เป็นกลไกที่ส่งแรงบิดจากเครื่องยนต์ไปยังกระปุกเกียร์ผ่านแรงเสียดทาน นอกจากนี้ยังช่วยให้ถอดเครื่องยนต์ออกจากเกียร์ได้อย่างรวดเร็วและเชื่อมต่อใหม่ได้โดยไม่ยาก คลัตช์มีหลายประเภท ต่างกันไปตามจำนวนไดรฟ์ที่จัดการ (ไดรฟ์เดี่ยว ไดรฟ์คู่หรือหลายตัว) ประเภทของสภาพแวดล้อมการทำงาน (แบบแห้งหรือแบบเปียก) และประเภทของไดรฟ์ คลัตช์ประเภทต่างๆ มีข้อดีและข้อเสียตามลำดับ แต่คลัตช์แห้งแบบแผ่นเดียวที่ทำงานด้วยกลไกหรือแบบไฮดรอลิกมักใช้ในรถยนต์สมัยใหม่

วัตถุประสงค์ของคลัตช์

คลัตช์ถูกติดตั้งระหว่างเครื่องยนต์กับกระปุกเกียร์ และเป็นหนึ่งในส่วนที่เครียดที่สุดของกระปุกเกียร์ มันทำหน้าที่หลักดังต่อไปนี้:

1. การตัดการเชื่อมต่อที่นุ่มนวลและการเชื่อมต่อของเครื่องยนต์และกระปุกเกียร์
2. การส่งแรงบิดโดยไม่ลื่นไถล (lossless)
3. การชดเชยการสั่นสะเทือนและโหลดที่เกิดจากการทำงานของเครื่องยนต์ที่ไม่สม่ำเสมอ
4. ลดความเครียดของชิ้นส่วนเครื่องยนต์และเกียร์

ส่วนประกอบคลัตช์

คลัตช์มาตรฐานในรถยนต์เกียร์ธรรมดาส่วนใหญ่มีส่วนประกอบหลักดังต่อไปนี้:

• เครื่องยนต์มู่เล่ - ดิสก์ไดรฟ์
• แผ่นคลัช.
• ตะกร้าคลัตช์-แผ่นดัน
• แบริ่งปล่อยคลัตช์
• คลัตช์ดึงออก
• ส้อมคลัตช์
• ไดรฟ์คลัตช์

แผ่นซับแรงเสียดทานติดตั้งอยู่ทั้งสองด้านของแผ่นคลัตช์ หน้าที่ของมันคือการส่งแรงบิดผ่านแรงเสียดทาน แดมเปอร์สั่นสะเทือนแบบสปริงที่ติดตั้งในตัวดิสก์ทำให้การเชื่อมต่อกับมู่เล่นุ่มลง และลดแรงสั่นสะเทือนและความเค้นที่เกิดจากการทำงานของเครื่องยนต์ที่ไม่สม่ำเสมอ

แผ่นกดและสปริงไดอะแฟรมที่ทำงานบนแผ่นคลัตช์รวมกันเป็นหน่วยเดียว เรียกว่า "ตะกร้าคลัตช์" แผ่นคลัตช์ตั้งอยู่ระหว่างตะกร้าและมู่เล่ และเชื่อมต่อด้วยร่องฟันเฟืองกับเพลาอินพุตของกระปุกเกียร์ ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้

สปริงตะกร้า (ไดอะแฟรม) สามารถผลักหรือระบายออกได้ ความแตกต่างอยู่ในทิศทางของการใช้แรงจากแอคทูเอเตอร์ของคลัตช์: ไม่ว่ากับมู่เล่หรือจากมู่เล่ การออกแบบสปริงดึงช่วยให้ใช้ตะกร้าที่บางกว่าได้มาก ทำให้การประกอบมีขนาดกะทัดรัดที่สุด

คลัตช์ทำงานอย่างไร

หลักการทำงานของคลัตช์ขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อที่แน่นหนาของจานคลัตช์และมู่เล่ของเครื่องยนต์เนื่องจากแรงเสียดทานที่เกิดจากแรงที่เกิดจากสปริงไดอะแฟรม คลัตช์มีสองโหมด: "เปิด" และ "ปิด" ในกรณีส่วนใหญ่ ดิสก์ขับเคลื่อนจะถูกกดทับกับมู่เล่ แรงบิดจากมู่เล่จะถูกส่งไปยังดิสก์ขับเคลื่อน จากนั้นผ่านการเชื่อมต่อแบบร่องฟันไปยังเพลาอินพุตของกระปุกเกียร์

ในการปลดคลัตช์ คนขับจะเหยียบคันเร่งที่เชื่อมต่อทางกลไกหรือทางไฮดรอลิกกับตะเกียบ ส้อมจะเคลื่อนแบริ่งปล่อยซึ่งเมื่อกดที่ปลายกลีบของสปริงไดอะแฟรมจะหยุดผลกระทบต่อแผ่นดันซึ่งจะปล่อยดิสก์ขับเคลื่อน ในขั้นตอนนี้ เครื่องยนต์จะตัดการเชื่อมต่อจากกระปุกเกียร์

เมื่อเลือกเกียร์ที่เหมาะสมในกระปุกเกียร์ คนขับจะปล่อยแป้นคลัตช์ ตะเกียบจะหยุดทำงานบนแบริ่งปลดและสปริง แผ่นแรงดันกดดิสก์ขับเคลื่อนกับมู่เล่ เครื่องยนต์เชื่อมต่อกับกระปุกเกียร์

พันธุ์คลัตช์

คลัตช์แห้ง

หลักการทำงานของคลัตช์ประเภทนี้ขึ้นอยู่กับแรงเสียดทานที่เกิดจากปฏิกิริยาของพื้นผิวแห้ง ได้แก่ การขับ การขับเคลื่อน และแผ่นแรงดัน สิ่งนี้ให้การเชื่อมต่อที่แน่นหนาระหว่างเครื่องยนต์และระบบส่งกำลัง คลัตช์แผ่นเดียวแบบแห้งเป็นประเภทที่ใช้กันทั่วไปในรถยนต์เกียร์ธรรมดาส่วนใหญ่

คลัตช์เปียก

ข้อต่อประเภทนี้ทำงานในอ่างน้ำมันบนพื้นผิวที่ถู เมื่อเทียบกับแบบแห้ง โครงการนี้ให้หน้าสัมผัสดิสก์ที่นุ่มนวลกว่า หน่วยจะระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเนื่องจากการหมุนเวียนของของเหลวและสามารถส่งแรงบิดไปยังกระปุกเกียร์ได้มากขึ้น

การออกแบบเปียกใช้กันอย่างแพร่หลายในเกียร์อัตโนมัติคลัตช์คู่ที่ทันสมัย ลักษณะเฉพาะของการทำงานของคลัตช์ดังกล่าวคือเกียร์คู่และคี่ของกระปุกเกียร์นั้นมาพร้อมกับแรงบิดจากดิสก์ขับเคลื่อนแยกต่างหาก ไดรฟ์คลัตช์ - ไฮดรอลิกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ เกียร์ถูกเปลี่ยนด้วยการถ่ายโอนแรงบิดไปยังเกียร์อย่างต่อเนื่องโดยไม่หยุดชะงักในการไหลของกำลัง การออกแบบนี้มีราคาแพงกว่าและผลิตได้ยากกว่า

คลัตช์แห้งแบบดิสก์คู่

คลัตช์แห้งแบบดิสก์คู่มีดิสก์ขับเคลื่อนสองแผ่นและมีตัวเว้นระยะตรงกลางระหว่างกัน การออกแบบนี้สามารถส่งแรงบิดได้มากขึ้นด้วยขนาดคลัตช์เดียวกัน โดยตัวมันเองนั้นทำได้ง่ายกว่าการดูเปียก มักใช้ในรถบรรทุกและรถยนต์ที่มีเครื่องยนต์ทรงพลังเป็นพิเศษ

คลัตช์พร้อมมู่เล่มวลคู่

มู่เล่มวลคู่ประกอบด้วยสองส่วน หนึ่งในนั้นเชื่อมต่อกับเครื่องยนต์และอีกอันหนึ่งเชื่อมต่อกับดิสก์ที่ขับเคลื่อนด้วย องค์ประกอบมู่เล่ทั้งสองมีการเล่นเล็กน้อยในระนาบการหมุนและเชื่อมต่อกันด้วยสปริง

คุณลักษณะของคลัตช์ล้อช่วยแรงแบบมวลคู่คือการไม่มีแดมเปอร์แรงสั่นสะเทือนแบบบิดในจานขับเคลื่อน การออกแบบมู่เล่ใช้ฟังก์ชันลดแรงสั่นสะเทือน นอกจากการส่งแรงบิดแล้ว ยังช่วยลดแรงสั่นสะเทือนและโหลดที่เกิดจากการทำงานของเครื่องยนต์ที่ไม่สม่ำเสมออีกด้วย

อายุการใช้งานของคลัตช์

อายุการใช้งานของคลัตช์ขึ้นอยู่กับสภาพการทำงานของรถยนต์เป็นหลัก เช่นเดียวกับรูปแบบการขับขี่ของผู้ขับขี่ โดยเฉลี่ยแล้วอายุการใช้งานของคลัตช์สามารถเข้าถึงได้ถึง 100-150 กิโลเมตร อันเป็นผลมาจากการสึกหรอตามธรรมชาติที่เกิดขึ้นเมื่อแผ่นดิสก์สัมผัสกัน พื้นผิวการเสียดสีอาจมีการสึกหรอและจำเป็นต้องเปลี่ยน สาเหตุหลักมาจากการลื่นไถลของแผ่นดิสก์

คลัตช์ดิสก์คู่มีอายุการใช้งานยาวนานเนื่องจากจำนวนพื้นผิวการทำงานที่เพิ่มขึ้น แบริ่งปล่อยคลัตช์จะทำงานทุกครั้งที่การเชื่อมต่อของเครื่องยนต์/เกียร์ขาด เมื่อเวลาผ่านไป จาระบีทั้งหมดจะถูกผลิตขึ้นในตลับลูกปืนและสูญเสียคุณสมบัติไป อันเป็นผลมาจากความร้อนสูงเกินไปและไม่ทำงาน

ลักษณะของข้อต่อเซรามิก

อายุการใช้งานของคลัตช์และประสิทธิภาพสูงสุดถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของวัสดุของหน้าสัมผัส องค์ประกอบมาตรฐานของดิสก์คลัตช์ในรถยนต์ส่วนใหญ่คือส่วนผสมอัดของใยแก้วและโลหะ เรซิน และยาง เนื่องจากหลักการทำงานของคลัตช์ขึ้นอยู่กับแรงเสียดทาน ซับแรงเสียดทานของดิสก์ขับเคลื่อนจึงถูกปรับให้ทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 300-400 องศาเซลเซียส

ในรถสปอร์ตทรงพลัง คลัตช์มีความเครียดมากกว่าปกติ เกียร์บางรุ่นสามารถใช้คลัตช์เซรามิกหรือซินเตอร์ได้ วัสดุของโอเวอร์เลย์เหล่านี้รวมถึงเซรามิกและเคฟลาร์ วัสดุแรงเสียดทานของโลหะเซรามิกมีการสึกหรอน้อยกว่าและสามารถทนความร้อนได้สูงถึง 600 องศาโดยไม่สูญเสียคุณสมบัติ

ผู้ผลิตใช้การออกแบบคลัตช์ที่แตกต่างกันซึ่งเหมาะสมที่สุดสำหรับรถยนต์รุ่นใดรุ่นหนึ่ง ขึ้นอยู่กับการใช้งานและค่าใช้จ่ายที่ต้องการ คลัตช์แผ่นเดียวแบบแห้งยังคงเป็นการออกแบบที่ค่อนข้างมีประสิทธิภาพและราคาไม่แพง โครงการนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์ราคาประหยัดและขนาดกลาง ตลอดจนรถ SUV และรถบรรทุก