در طی دهه گذشته شبیه سازی عددی یک ابزار ضروری برای طراحی انواع مختلف اجزای مهندسی تبدیل شده است. در اینجا مروری داریم بر چگونگی استفاده از المان محدود یا FEA برای تخمین ارتعاشات یک صفحه کلاچ مدل شده.
کلاچ ها بصورت متناوب با قطعات متحرک ماشین درگیر میشوند.آنها بطور گسترده در ماشین آلات صنعتی مثل وسایل حمل و نقل استفاده میشود جایی که کلاچ، موتور را به جعبه دنده متصل میکند. در اتومبیل ها از آنجایی که باید سواری راحت داشته باشند پس درگیری کلاچ بصورت نرم بسیار حائز اهمیت است بدین معنی که درگیری و خلاصی کلاچ تا جایی که ممکن است باید بدون ایجاد کوچکترین تکان و حرکت باشد. برخی اتومبیل ها با سیستم انتقال قدرت خودکار از کلاچ هایی با اصطکاک خشک استفاده میکنند زیرا آنها عموما کارآمدترین گزینه در کلاچ ها می باشند و در بزرگترین عامل خرابی آنها ایجاد گرمای بیش از اندازه در صفحات اصطکاکی می باشد.


هنگام درگیری کلاچ، صفحات اصطکاک تحت تنش حرارتی زیاد در خطر هستند اگر لغزش صفحات بطور نامناسب انجام گیرد سایش صفحه کلاچ سرعت بیشتری میگیرد بطوریکه که فشاری که می بایست بصورت مساوی روی صفحه کلاچ پخش شود، اینبار این فشار روی یک قسمت متمرکز شده و آن قسمت شروع به خوردگی می کند و سطح تماس کاهش می یابد.
در این حالت تغییر شکل پلاستیک در صفحه کلاچ ایجاد میشود که بصورت نقاطی در سطح تماس صفحه کلاچ به شکل کانونی یا منطقه ای ایجاد میشود و در نهایت سبب سروصدا و ناکارآمدی کلاچ خواهد شد.
مشکل دیگری که تقریبا به اندازه ایجاد شدن تنش حرارتی در کلاچ مهم است ایجاد ارتعاشات از طریق سیستم انتقال قدرت است که میتواند باعث ساییدگی هرچه بیشتر صفحه کلاچ شود. بدترین سناریوی ممکن در این حالت این است که  فرکانس تحریک ورودی در قسمت رزونانس، و دامنه حرکت بزرگ باشد آنگاه سبب آسیب به صفحه کلاچ خواهد شد. در این حالت ابتدا راحتی سواری ماشین کاهش می یابد سپس عملکرد درگیری کلاچ مختل خواهد شد و در نهایت کلاچ از کار می افتد و یا دچار شکست میشود.
همه این ها دلایلی هستند بر اهمیت استفاده از شبیه سازی عددی و تحلیل تنش کلاچ برای بدست آوردن اطلاعات کافی درباره رفتار دینامیکی صفحه کلاچ ها که این اطلاعات شامل دامنه فرکانس های ایمن و تاثیر پارامترهای هندسی در طراحی کلاچ ها و نوع خواص مواد مورد استفاده در ساخت آنها میشود.

چگونگی استفاده ازتحلیل المان محدود یا FEA برای تخمین ارتعاشات یک صفحه کلاچ مدل شده

برای تخمین ارتعاشات و تنش صفحه کلاچ از طریق المان محدود چهار قدم پیش رو داریم:

1- وارد کردن داده های ورودی برای مدل و تعریف نوع مواد به کار رفته در هر قسمت از صفحه کلاچ.

2-طراحی یک صفحه کلاچ در نرم افزار های CAD. برای مثال:

یک صفحه کلاچ اصطکاکی سه بعدی طراحی شده در محیط CAD.با استفاده از نتایج بدست آمده در این شبیه سازی میتوان در صورت لزوم به راحتی داده ها را تغییر داد.

3-اعمال شرایط مرزی اولیه.

4- مرور نتایج بدست آمده و شناسایی فرکانس های بحرانی و تغییر شکل مدل.

تحلیل تنش صفحه کلاچ

شکل بالا نمونه از یک صحه کلاچ است که با اندازه های زیر تعریف شده است:

ri = 0.085 m

ro = 0.135 m

tf = 0.002 m

در حقیقت نتایج بالا به مهندسین برای طراحی صفحه کلاچ اصطکاکی مناسب برای سیستم های انتقال قدرت خاص کمک میکند.

منبع machinedesign