자동차공학)동력전달장치 마찰 클러치(Friction Clutch)

마찰 클러치는 기계적 마찰을 이용하여 엔진의 회전력 전달을 단속하는 기구이다. 이것은 회전력의 전달과 절단이 확실하고 용하며, 마찰열의 방열이 충분하고 구조가 간단하며 고장이 적고 보수 점검이 용이한 장점이 있지만 엔진의 회진력이 클러치의 회전력보다 작으면 엔진이 정지하기 쉽고, 크면 미끄럼이 많아져 라이닝의 손상 마모가 심해지는 단점이 있다. 이 때문에 마찰 클러치의 경우, 클러치의 지름, 라이닝의 재료, 클러치 판을 누르는 다이아프램력(혹은 코일스프링력) 등이 클러치의 성능에 중요한 요소가 된다. 다이어프램식은 코일 스프링식의 스프링과 릴리스 레버의 작용을 겸하고 있고, 현재 자동차용으로 많이 사용되고 있다.

1. 구성요소

2. 클러치의 작동

3. 클러치 조작기구

4. 클러치 용량

 

1. 구성요소

마찰 클러치는 기본적으로 구동요소, 피동요소 및 작동요소로 구분된다.

- 구동요소 : 플라이 휠과 클러치 커버로 구성되며 클러치 커버는 플라이 휠에 볼트로 장착되어 있다.

- 피도요소 : 변속기 입력 축 스플라인을 따라 자유로이 미끄럼 운동을 하는 클러치 판과 이것을 밀착시키는 압력판이 있다.

- 작동요소 : 클러치 릴리스 기구로 클러치 페달, 케이블, 릴리스 암, 릴리스 샤프트, 릴리스 베어링으로 구성되어 있다.

 

* 클러치 판(clutch disc)

클러치 판은 플라위 휠과 압력 판 사이에 있는 강철제 마찰 원판이다. 마찰력을 크게 하기 위하여 클러치 판의 양면에 마찰계수가 큰 클러치 페이싱이 리벳으로 체결되어 있다. 클러치 페이싱(clutch pacing)은 분말 또는 섬유상의 석면(asbestos fabric)에 수지(resin)나 고무(rubber) 등의 수지 가공하여 만든다. 또 강도를 증가시키고 열전도를 좋게 하기 위하여 구리계 금속 분말을 섞은 소결 재료, 세라믹 재료 등도 사용되고 있다. 클러치 페이싱은 내마모성, 내구성이 뛰어나고 온도에 따른 마찰계수의 변화가 적으며 마찰계수는 0.3~0.5 정도이다.

클러치 판에는 여러개의 코일 스프링 또는 고무 스프링 등으로 만든 토션 스프링(torsion spring)을 설치하여 클러치의 마찰면이 균일하게 접촉하도록 하고, 클러치를 접속시킬 때 플라이 휠로부터 급격한 회전력 변화의 충격이 클러치에 전해지는 것을 완화시킨다. 즉 토션 스프링은 충격적인 회전력의 변화에 따른 비틀림 진동을 흡수한다.

 

* 압력 판(pressure plate)

압력 판은 클러치 스프링의 힘에 의하여 플라이 휠에 클러치 판을 압착시키는 주철제 원판이다. 특히 압력 판은 엔진의 회전력을 전달할 때 클러치 판과의 미끄럼이 생기게 되므로 내열성과 내마모성이 양호하고 열의 전도율이 좋은 특수 주철로 제작된다.

다이아프램 스프링은 용수철 강판을 프레스 가공 후 열처리한 것으로서 구조가 간단하고 압력이 원주 전체에 걸쳐서 작용하기 때문에 압력판에 뒤틀림이 발생하지 않고, 단속 작용이 원활하며 클러치 페이싱이 마모하더라도 용수철 힘이 저하하지 않는 등 많은 장점을 가지고 있다.

 

* 클러치 스프링(clutch spring)

압력 판 위의 동일한 원둘레 상에 배치되어 클러치 작동시 압력 판을 플라이 휠 쪽으로 가압하여 밀어주는 역할을 한다. 즉 클러치 스프링은 클러치 판을 플라이 휠에 밀착시켜 주는 일을 하며 보통 4~5개의 코일 스프링을 설치한다.

 

*클러치 커버(clutch cover)

클러치 커버 둘레에는 클러치를 플라이 휠에 조립할 볼트 구멍이 가공되어 있고 중앙부에는 클러치 스프링을 수용하는 클러치 스프링 시트가 마련되어 있다.

 

*릴리스 레버(release lever)

릴리스 베어링을 이동시켜 클러치를 밀어 연결하고 압력 판을 잡아당겨 클러치를 끊어 엔진의 회전력을 연결 도는 차단하는 역할을 한다. 릴리스 레버는 보통 3개의 레버가 등간격으로 클러치 커버에 의해 지지되고, 그것들의 한쪽 끝은 압력 판에 볼트로 결합되며 다른 한쪽 끝은 릴리스 베어링과 접촉하고 있다.

 

2. 클러치의 작동

- 클러치 페달을 밟을 때

클러치 페달을 밟으면 릴리스 기구에 의해 케이블 및 릴리스 암을 통하여 릴리스 샤프트를 회전시켜 릴리스 베어링을 밀게 된다. 릴리스 베어링은 클러치 커버 다이아프램 스프링을 밀게 됨으로써 압력 판이 뒤쪽으로 이동한다. 이에 따라 압착되어  있던 클러치 판이 플라이 휠과 압력 판에서 분리되어 클러치의 연결이 끊어지게 된다.

 

- 클러치 페달을 밟지 않을 때

이때는 다이아프램 스프링 장력으로 압려 판이 클러치 판을 플라이 휠에 압착시켜 함께 회전하게 된다. 따라서 플라이 휠, 클러치 판, 압력 판은 마찰력에 이해 일체가 되어 함께 회전한다. 클러치 판은 변속기의 입력 축과 스플라인(spline)으로 결합되어 있어 플라이 휠의 회전력을 변속기에 전달하는 역할을 한다. 즉 엔진의 회전력은 플라이 휠 - 클러치 판 - 변속기 순으로 전달된다.

 

3. 클러치 조작기구

 클러치 페달을 밟아 엔진의 회전력을 차단시키는 기구로서 클러치 페달의 조작력을 릴리스 포크에 전달하는 방식에 따라 기계식과 유압식으로 나누고 있다. 현재 유압식이 주로 사용되고 있다.

 

- 기계식

기계식은 페달 밟는 힘을 지렛대의 원리로 증가시켜 릴리스 포크로 전달하여 릴리스 베어링을 이동시켜 클러치의 단속조작을 행하는 방식이다.

 

- 유압식

유압 클러치(hydraulic clutch)는 페달의 밟는 힘으로 유압을 발생시켜 이 유압으로 릴리스 포크를 이동시켜 클러치의 단속조작을 행하는 방식이다. 이것은 유압을 발생시키는 클러치 마스터 실린더, 플렉시블 오일 파이프, 클러치 릴리스 실린더, 릴리스 포크 등으로 구성되어 있다.

 

4. 클러치의 용량

클러치가 전달할 수 있는 회전력의 크기를 클러치 용량이고 한다. 클러치 용량은 엔진의 최고 회전력보다 커야 하며 일반적으로 상요하는 엔진의 최고 회전력의 1.5~2배로 설계된다. 클러치가 전달하는 회전력이 엔진의 회전력보다 너무 크면 접속 속할 때 충격이 커져 엔진이 정하기 쉽고 반대로 너무 작으면 클러치가 슬립이 증가하여 클러치 페이싱의 마모가 심하게 된다.