کلاچ، تجهیزی مکانیکی است که در مکانیزم دارای دو محور دوار، کاربرد دارد. برای مثال، در یک دریل دستی یک محور به موتور دریل و محور دیگر به بخش مربوط به مته (مرغک) متصل است. وظیفه ی کلاچ ایجاد اتصال یا انفصال میان دو محور تعریف می شود؛ در حقیقت کلاچ می تواند دو محور را طوری به هم متصل کند که با سرعت و گشتاور برابر بچرخند یا با قطع اتصال دو محور سبب چرخش با سرعت های متفاوت دو محور شود. در خودرو محور خروجی پیشرانه به صورت مداوم در حال چرخش است، اما چرخ های خودرو همواره در حال چرخش نیستند. برای ایجاد اختیار روی حرکت خودرو دو راه وجود دارد، اول خاموش کردن پیشرانه و در نتیجه ی آن جلوگیری از چرخش تایرها و راه دیگر استفاده از کلاچ در سیستم انتقال قدرت خودرو است. راه حل منطقی برای ایجاد اختیار استفاده از کلاچ است.

اجزای تشکیل دهنده کلاچ

کلاچ در حقیقت اولین قطعه ی مکانیکی در سیستم انتقال قدرت خودروها است که وظیفه ی قطع و وصل ارتباط محور خروجی پیشرانه با محور جعبه دنده را برعهده دارد. نیروی تولید شده توسط پیشرانه به طور مستقیم از طریق میل لنگ به چرخ طیار (Flywheel) منتقل می شود. فلایویل یا چرخ طیار یک دیسک فلزی بزرگ با جرم زیاد است که وظیفه اش انتقال گشتاور پیشرانه به جعبه دنده است و کلاچ دقیقاً میان این دو قسمت نصب می شود تا وظیفه ی قطع و وصل انتقال گشتاور را برعهده بگیرد. کلاچ به طور کلی از چهار بخش اصلی تشکیل شده است که در ادامه به معرفی هر یک پرداخته شده است.

صفحه (دیسک) کلاچ

قطعه ای دایره ای که سطح دو طرف آن با ماده ای با ضریب اصطکاک بالا (لنت های صفحه کلاچ) پوشیده شده است. این صفحه به طور مستقیم روی چرخ طیار نصب می شود و عملکرد آن بسیار شبیه لنت های ترمز است. در مرکز این دیسک صفحه ی ارتعاش گیر نصب می شود که به کمک فنرهای پیچشی ارتعاشات و ضربه های ناشی از انتقال آنی گشتاور پیشرانه را حذف می کند تا در هنگام تعویض دنده یا آغاز حرکت از حالت سکون، میزان تقه زدن خودرو تا حد زیادی کاهش یابد.

صفحه ی فشار و پوشش کلاچ

برای آن که صفحه ی کلاچ بتواند گشتاور چرخ طیار را به جعبه دنده منتقل کند، باید با اعمال نیروی زیاد به سطح آن بچسبد؛ وظیفه ی صفحات اصطکاکی، ممانعت از لغزش صفحه روی سطح چرخ طیار است. صفحه ی فشار و پوشش کلاچ وظیفه ی اعمال نیروی مورد نیاز چسباندن صفحه به چرخ طیار را برعهده دارند و به طور مستقیم به سطح چرخ طیار پیچ می شوند. صفحه کلاچ میان چرخ طیار و صفحه ی فشار قرار می گیرد.

فنر دیافراگمی

همان طور که اشاره شد، کلاچ وظیفه ی قطع و وصل گشتاور تولیدی پیشرانه را برعهده دارد و مشخص شد که مکانیزم انتقال گشتاور از طریق چرخ طیار به چه صورت است. برای قطع کردن ارتباط پیشرانه و جعبه دنده باید به روشی نیروی اصطکاک میان صفحه کلاچ و چرخ طیار کاهش یابد تا صفحه بتواند روی سطح چرخ طیار بلغزد. به همین منظور فنری خاص به نام فنر دیافراگمی میان صفحه ی فشار و پوشش کلاچ تعبیه شده است. این فنر که به شکل دایره ساخته می شود، از تعدادی زبانه در مرکز تشکیل شده که با فشردن آن ها به سمت داخل، لبه های خارجی به سمت مخالف نیرو وارد می کنند تا نیروی وارد شده به صفحه کلاچ از طریق صفحه ی فشار به میزان چشمگیری کاهش یابد.

یاتاقان رهاکننده

به منظور اعمال فشار روی زبانه های فنر دیافراگمی از یک یاتاقان استفاده می شود. راننده با فشردن پدال کلاچ نیرویی را از طریق مکانیزم کابلی یا هیدرولیکی به یاتاقان رهاکننده وارد می کند که سبب فشرده شدن یاتاقان به سطح زبانه های فنر دیافراگمی می گردد و ارتباط پیشرانه و جعبه دنده قطع می شود.

مشکلات رایج کلاچ ها

کلاچ نیز همانند تمام مکانیزم های دیگر در کنار مزایای بی شمار ایراداتی هم دارد که البته تا حدودی قابل کنترل  هستند. بین دهه های 50 تا 70 میلادی عمر مفید کلاچ خودروها بین 80 تا 110 هزار کیلومتر بود که با گذشت زمان و پیشرفت فناوری ضمن بهبود شرایط استفاده ، این رقم به بیش از 128 هزار کیلومتر افزایش یافته است.

بزرگ ترین و شایع ترین معضل کلاچ ها، خورده شدن (یا به اصطلاح تمام شدن) صفحه کلاچ است. همان طور که پیش تر اشاره شد، سطح دو طرف دیسک کلاچ با مواد با ضریب اصطکاک بالا (شبیه جنس لنت های ترمز) پوشیده شده تا بتواند اصطکاک لازم را با چرخ طیار ایجاد نماید. به مرور زمان و به خصوص با استفاده ی نادرست (مانند نیم کلاچ کردن های طولانی مدت و رها کردن ناگهانی پدال کلاچ) پوشش های سطح دیسک خورده می شوند و در نتیجه دیسک نمی تواند اصطکاک لازم را با سطح چرخ طیار ایجاد نماید و شروع به لغزیدن می کند. با لغزش صفحه کلاچ گشتاور پیشرانه به خوبی به جعبه دنده انتقال نمی یابد و در بدترین حالت، هیچ گشتاوری منتقل نمی شود و خودرو از حرک بازمی ایستد.

اگرچه خورده شدن سطح صفحه کلاچ رایج ترین مشکل در این مکانیزم است، اما گاهی معضل سیستم، جدا نشدن صفحه از چرخ طیار است. در این حالت همواره ارتباط پیشرانه با جعبه دنده وجود دارد و امکان تعویض دنده یا توقف خودرو با پیشرانه ی روشن وجود ندارد. این مشکل به چند دلیل عمده ناشی می شود:

• پارگی یا شل شدن کابل پدال کلاچ که سبب اعمال فشار روی یاتاقان رهاکننده می شود
• وجود نشتی در سیلندر اصلی یا فرعی پدال کلاچ (پدال های هیدرولیکی)، کاهش فشار روغن و در نتیجه کاهش فشار اعمالی بر یاتاقان رهاکننده 
• نفوذ هوا به داخل مدار هیدرولیک پدال کلاچ که باعث کاهش فشار روغن و فشار اعمالی بر یاتاقان رهاکننده می شود
• تنظیم نبودن مکانیزم انتقال نیروی پدال کلاچ در کلاچ های مکانیکی
• عدم کارکرد بهینه ی قطعات کلاچ با یکدیگر

کلاچ خشک و کلاچ خیس

اساس فیزیکی کلاچ ها بر اصطکاک استوار است؛ در حقیقت نیروی اصطکاک ایستایی صفحه کلاچ سبب قطع و وصل انتقال گشتاور از پیشرانه به جعبه دنده می شود. نیروی اصطکاک ناشی از تماس دیسک کلاچ با چرخ طیار، تولید گرما و در شرایط بحرانی سوختن صفحه را به دنبال دارد. برای حل این معضل، مهندسان کلاچ هایی طراحی کرده اند که در روغن غوطه ور هستند (معمولا این کلاچ ها در محفظه ی پیشرانه قرار می گیرند تا توسط روغن موتور عمل خنک سازی صورت پذیرد) تا گرمای ناشی از اصطکاک را از طریق روغن دفع نمایند. این کلاچ ها که در اصطلاح کلاچ خیس نامیده می شوند، به جای یک، از چند صفحه کلاچ که روی یکدیگر نصب شده اند، بهره می برند. در حالت کلی این کلاچ ها بازده کم تری نسبت به کلاچ های خشک یا معمولی دارند، اما فضای کم تری اشغال می کنند و به همین دلیل بیش تر در موتورسیکلت ها استفاده می شوند.