lunes, 11 de enero de 2010

Embrague





Los embragues son uno de los componentes de los vehículos sujetos a las mayores exigencias en su funcionamiento. La demanda continua de sus servicios, hace que su papel resulte fundamental en el funcionamiento de los automóviles. Por todo ello, estos integrantes mecánicos se deben utilizar y mantener con el debido cuidado para evitar desgastes prematuros. Un embrague puede durar muchos años o apenas unos kilómetros según sea el trato que reciba. A continuación reproducimos algunos datos técnicos y consejos para un mejor conocimiento del embrague y su cuidado.

El embrague del vehículo se encuentra ubicado en el flujo de fuerza existente entre el motor y la caja de cambios. Esta tiene como función primordial acoplar la masa del vehículo al motor durante el arranque de forma uniforme y libre de sacudidas, así como interrumpir cuando se le requiere, el flujo de fuerza durante la marcha para efectuar el correspondiente cambio de velocidades.

DISEÑO

Un embrague completo consta básicamente de:

* Volante motor
* Plato de presión
* Disco de embrague
* Cojinete de empuje


Plato de presión: Los platos de presión con muelles helicoidales ofrecen la ventaja constructiva de poder variar fácilmente la fuerza de la presión, seleccionando grupos de muelles de diferente efecto. Embragues de diafragma son corrientes en turismos y cada vez se emplean más en vehículos industriales, ya que no son sensibles a números de revoluciones elevados y son de menor espesor. La relación entre la fuerza de presión y de desembrague es más favorable.

Discos de embrague: El modelo más simple de un disco de embrague, moyu y chapa portante con dos anillos de forro remachados, se aplica sólo en casos especiales. Para mejorar las propiedades de puesta en marcha es común un amortiguamiento axial de las superficies de fricción. Amortiguadores de oscilaciones de torsión cada vez más complejos tienen la función de reducir los ruidos de la caja de cambios.

Cojinete de empuje: Existen dos tipos básicos: Guiado de forma central sobre un manguito desplazable. o giratorio en una horquilla de desembrague.

TRANSMISIÓN E INTERRUPCIÓN DE FUERZA

Transmisión de fuerza: El embrague en su función como elemento de unión, transmite el par del motor a la caja de cambios. El plato de presión atornillado al volante presiona al disco de embrague contra el volante (Fig-1). El disco de embrague montado sobre un eje estriado transmite el movimiento giratorio a la caja de cambios. En embrague de diafragma por tracción (Fig-2), el cojinete de empuje está fijo en el diámetro interior a las lengüetas del diafragma. El diafragma se apoya en el diámetro exterior a la carcasa y presiona sobre el plato.

Interrupción de fuerza: El varillaje del pedal embrague presiona el cojinete de empuje contra las lengüetas del diafragma y lo desplaza la distancia prescrita (Fig-3). Ballestas tangenciales tiran al mismo tiempo del plato de presión hasta que se separa del disco de embrague. El disco de embrague se libera (desplazándose en sentido axial); en este momento, se puede efectuar el cambio de velocidad. Al desembragar el cojinete de empuje (Fig-4), se desplaza hacia la caja de cambios y lleva consigo las lengüetas del diafragma. Las ballestas tangenciales separan el plato de presión de los forros del disco de embrague

DISCO DE EMBRAGUE CON AMORTIGUADOR DE TORSIÓN

Cálculo de la capacidad de transmisión: La marcha no uniforme de los motores de combustión, puede ocasionar en determinados estados y números de revoluciones de servicio, fuertes ruidos que se perciben de forma desagradable en la cabina. Estos ruidos son ocasionados en la mayoría de los casos por grupos de engranajes de la caja de cambios, Igualmente, otras piezas de transmisión en el flujo de fuerza pueden oscilar de forma que se produzcan ruidos. Por ésta razón, se aconseja el montaje de un disco de embrague con amortiguación de torsión, cuya construcción permite diversas variantes para ser adaptado a cada tipo de vehículo. El amortiguador de torsión consta de suspensión elástica de torsión y dispositivo de fricción. La suspensión elástica determina el giro sobre el cual el dispositivo de fricción reduce las oscilaciones de forma que no tienen una influencia perturbadora sobre la caja de cambios. Además de eliminar los ruidos, el amortiguador de torsión absorbe los picos de par, con lo cual el tramo de accionamiento se protege y se evita un desgaste prematuro de las piezas motrices.

El embrague de fricción


El embrague de fricción está formado por una parte motriz (volante motor), que transmite el giro a la parte conducida, usando el efecto de adherencia de ambos componentes, a los cuales se les aplica una fuerte presión que los acopla fuertemente.


El eje primario de la caja de velocidades se apoya en el volante de inercia del motor por medio de un casquillo de bronce. Sobre este eje se monta el disco de embrague que es aplicado fuertemente contra el volante motor por el palto de presión, también conocido como maza de embrague. La maza de embrague es empujada por los muelles que van repartidos por toda su superficie. Al pisar el conductor el pedal de embrague, un mecanismo de palanca articulada desplaza el cojinete de embrague que mueve unas patillas que, basculando sobre su eje, tiran de la maza de embrague que libera al disco impidiendo que el motor le transmita movimiento, haciendo que tampoco llegue a la caja de velocidades aunque el motor esté en funcionamiento.




De que esta hecho?


Como el disco de embrague debe transmitir a la caja de cambios y a las ruedas todo el esfuerzo de rotación del motor sin que se produzcan resbalamientos. Se intuye que sus forros deban de ser de un material que se adhiera fácilmente a las superficies metálicas y que sea muy resistente al desgaste y al calor. El más empleado es el formado en base de amianto impregnado de resina sintética y prensado en armazón de hilos de cobre, a este material se le llama ferodo. Los forros de ferodo se sujetan al disco mediante remaches, cuyas cabezas quedan incrustadas en el mismo ferodo por medio de avellanados practicados en él, ya que si rozasen con el volante motor y con el plato de presión, podrían dañarlos.


El dimensionado del disco de embrague es un factor primordial que va en función del par a transmitir y del esfuerzo resistente, es decir, del peso del vehículo en cuestión. En este dimensionado se mencionan los valores del diámetro exterior y del espesor del conjunto de guarniciones.


Para otorgar flexibilidad al acoplamiento y conseguir una unión progresiva en las maniobras de embragado y desembragado, evitando los tirones, se dispone el disco de forma que el cubo estriado o núcleo (A), que se monta sobre el eje primario de la caja de cambios, se une al plato (B) al que se fijan los forros, por medio de los muelles (C). El plato (B) está provisto de unos cortes radiales (D) por toda su periferia y cada una de la lengüetas (E) formadas se doblan en uno u otro sentido, como se muestra en la figura de al lado.
Además, los discos de ferodo se unen al plato, que se enlaza con el cubo por medio de los muelles que están repartidos por toda la circunferencia de unión. De esta forma, la transmisión del giro desde el ferodo al núcleo se realiza de forma elástica, mediante los muelles.


Sin embargo, a pesar de este dispositivo de elasticidad del disco, se debe embragar progresivamente y con lentitud, para que exista resbalamiento al principio con el fin de que el movimiento del motor se transmita progresivamente a las ruedas. Ya que si se pretende acoplar bruscamente dicho movimiento se produciría el calado del motor, debido a que es mucha la potencia que debe de desarrollar para vencer la inercia y poner en marcha el vehículo.

El disco de embrague debe girar cada vez más rápido hasta alcanzar la velocidad de giro del motor. Si al terminar la maniobra de embraga y al soltar el pedal el disco sigue patinando se quemaría por el calor producido en el rozamiento, diciéndose entonces que el embrague patina.


Mecanismo de embrague


El acoplamiento del disco de embrague contra el volante de inercia del motor se realiza por medio de un conjunto de piezas que recibe el nombre de mecanismo de embrague. De este conjunto forma parte el plato de presión, también llamado maza de embrague, que es un disco de acero en forma de corona circular, que se acopla al disco de embrague por la cara opuesta al volante motor. Por su cara externa se une a la carcasa con interposición de muelles helicoidales que ejercen la presión sobre el plato para aplicarlo fuertemente contra el disco.


La carcasa de embrague constituye la cubierta del mismo, y en ella se alojan los muelles y las patillas de accionamiento, a través de los cuales se realiza la unión con la carcasa y el plato de presión. Dicha carcasa se une al volante motor por medio de tornillos.
Los muelles realizan el esfuerzo necesario para aprisionar al disco de embrague entre el volante motor y la maza de embrague. Normalmente se disponen de seis muelles helicoidales dispuestos de manera circular consiguiendo así una presión uniforme sobre toda la superficie de la maza de embrague.

El embrague de diafragma


En la actualidad, los embragues convencionales del tipo de muelles y patillas han sido sustituidos por los embragues de diafragma. Estos embragues están constituidos por la carcasa, la maza de embrague que presiona al disco contra el volante motor y por el diafragma, que sustituye a los muelles helicoidales.


El diafragma los constituye un disco delgado de acero con forma de cono, provisto de unos cortes radiales, en el cual puede apreciarse una corona circular exterior y varios dedos elásticos, que hacen la función de las patillas en los embragues de muelles, transmitiendo la presión aplicada a sus extremos de la corona, que actúa sobre el plato de presión sustituyendo a los muelles de los embragues convencionales.


El plato de presión va unido a la carcasa de embrague mediante unas láminas elásticas que lo mantienen en posición y al mismo tiempo permiten el desplazamiento axial necesario para las acciones de embragado y desembragado. A la carcasa también se le une el diafragma por medio de remaches y aros de acero, emplazados ambos en la zona media del anillo circular que conforma el diafragma.


En otros modelos, la fijación del diafragma a la carcasa se realiza por medio de un engatillado, en el cual el diafragma se fija a la carcasa por medio de un engatillado que hace de punto de apoyo para los movimiento que realiza el diafragma durante las acciones de embragado y desembragado.


Las principales mejoras del embrague de diafragma frente al embrague convencional de muelles son:

  • Resulta más sencilla su construcción.
  • La fuerza ejercida sobre el plato de presión está repartida de manera más uniforme.
  • Resulta más fácil de equilibrar.
  • Se requiere un menor esfuerzo en la acción de desembragado.

Accionamiento del embrague


Para realizar las maniobras de embrague, se dispone de un sistema de mando cuyo accionamiento puede ser puramente mecánico o bien hidráulico.


Los sistemas de accionamiento mecánico consisten en un cable de acero que va unido desde el pedal de embrague por un extremo, hasta la horquilla de mando del embrague en el otro extremo. Con este sistema se consigue que al pisar el pedal de embrague se tire de la horquilla, desplazando el tope de embrague produciéndose así el desembragado.


En posición de reposo, es decir, con el pedal suelto, el tope de pedal y el muelle del que va provisto determinan la altura de dicho pedal. En estas condiciones, la horquilla se mantiene retirada, junto con el tope, a una cierta distancia que se conoce como guarda de embrague y puede ser regulada con un tornillo.
En el sistema clásico de mando del embrague mediante cable, pueden establecerse dos tipos: los de apoyo constante del cojinete de empuje y los de guarda en el cojinete de empuje, como el sistema mencionado anteriormente, en los cuales el cojinete de empuje se mantiene retirado del diafragma en la posición de reposo. Esto sucede gracias a un muelle antagonista acoplado a la horquilla de desembrague.
En el sistema de mando con apoyo constante del cojinete de empuje, se suprime la guarda de desembrague, con lo cual el recorrido en vacío del pedal se elimina.


Un sistema muy usado actualmente es el de mando del embrague con recuperación automática del juego de acoplamiento. Este sistema va provisto de un trinquete que se mantiene enclavado en un sector por la acción de un muelle, de manera que cuando se pisa el pedal, el trinquete obliga al sector a seguir su movimiento tirando del cable. El cable va unido por su extremo opuesto a la horquilla de desembrague, que hace bascular aplicando el tope de embrague contra el diafragma para ejecutar la maniobra de desembrague. Al soltar el pedal, la acción del muelle sobre el sector dentado, tiende a mantener el cable tensado por resbalamiento del trinquete en los dientes de sierra del sector. Con este sistema se consigue que el juego de acoplamiento entre el cojinete de empuje y el diafragma quede absorbido de forma automática de manera que se va produciendo el desgaste del disco de embrague.


Las longitudes de la horquilla de desembrague y del pedal, con respecto a sus correspondientes ejes de giro, están determinadas de forma que el accionamiento del embrague resulte cómodo y el conductor no tenga un esfuerzo excesivo para ejecutar las maniobras.


Para facilitar las maniobras de embragado y desembragado, en algunos vehículos se adopta un sistema de mando hidráulico. En este sistema el pedal de embrague actúa sobre el émbolo de un cilindro emisor, para desplazarlo en su interior impulsando fuera de él el líquido que contiene, enviándolo al cilindro receptor, en el que la presión ejercida producirá el desplazamiento de su pistón que, a su vez, provoca el desplazamiento del tope de embrague mediante un sistema de palancas. Si disponemos de los cilindros emisor y receptor de las medidas adecuadas, podemos lograr la multiplicación más adecuada del esfuerzo ejercido por el conductor sobre el pedal

Los embragues automáticos


Los embragues automáticos efectúan las maniobras de embragado y desembragado de forma autónoma sin necesidad de que el conductor deba accionar el pedal de embrague, que se suprime en este tipo de embragues. El cambio de velocidad en la aja de cambios puede lograrse manejando únicamente la palanca del cambio gracias a este tipo de embragues.


De entre la gran variedad de embragues automáticos hay que destacar los embragues centrífugos y los hidráulicos, ya que estos, combinados con una caja de cambios automática, son utilizados actualmente en un gran número de vehículos.

El embrague centrífugo


Actualmente se monta un sistema de embrague provisto de unos contrapesos que, cuando el motor alcanza un determinado régimen de giro, la fuerza centrífuga los empuja hacia la periferia, haciendo que las palancas que van unidas a ellos basculen y hagan presión sobre la maza de embrague. Consiguiéndose así el embragado.
Cuando el motor gira a ralentí los contrapesos ocupan su posición de reposo gracias a la acción de unos pequeños muelles y, con ello, el plato de presión deja en libertad al disco de embrague, consiguiendo el desembragado del motor.


Dado que la velocidad de giro del motor sube en las aceleraciones de forma progresiva, la acción de embragado resulta igualmente progresiva.


Basados en este mismo sistema se montan embragues semiautomáticos. Estos embragues están formados por un sistema de embrague convencional, disco y mecanismo, montados sobre la cara frontal de un tambor, que en su interior recibe el plato provisto de zapatas en su periferia.
El plato está unido al volante de inercia del motor y, por tanto, gira con él. Las zapatas son capaces de deslazarse hacia fuera por la acción de la fuerza centrífuga, haciendo solidario el tambor con el giro del plato. Con esta disposición se consigue que siempre que el motor alcance un determinado régimen de giro se consiga la acción de embragado del motor.

Embrague electromagnético


Todos los sistemas de embrague descritos hasta ahora basan su funcionamiento en los efectos de adherencia entre dos piezas de distinto coeficiente de rozamiento. A causa de ese frotamiento estos embragues pueden resultar ruidosos y padecen un desgaste. Estos inconvenientes se solucionan gracias al uso de embragues electromagnéticos e hidráulicos, aunque generan otros inconvenientes propios.
El sistema de embrague electromagnético esta constituido por una corona de acero que se monta sobre el volante de inercia del motor. En el interior de esta corona va alojada una bobina, que al pasar la corriente eléctrica a través de ella produce un campo magnético en la zona del entrehierro formado entre la corona y el disco de acero.


Dicho disco va montado en el primario de la caja de cambios por medio de un estriado, sustituyendo al disco de embrague convencional. El espacio existente en el interior de la corona se cierra con chapas de acero, y se rellena con polvo magnético, que se aglomera en el entrehierro por la acción del campo magnético creado por la bobina, haciendo solidarios a la corona con el disco. De esta forma, cuando pasa corriente por el arrollamiento de la bobina se produce la aglomeración del polvo magnético consiguiendo el embragado del motor. Por el contrario, si no pasa corriente por la bobina el polvo magnético no se aglomera en el entrehierro, lo que permite girar en vacío a la corona sin arrastrar el disco. Con lo cual el motor permanece desembragado.
En el instante en que comienza a pasar corriente por la bobina se inicia la aglomeración del polvo magnético, que tarda un cierto tiempo en completarse, además del retardo a la aparición del flujo magnético que se produce en todas las bobinas. Este efecto consigue que el embrague sea progresivo.


El embrague automático servocomandado


Muchos modelos de vehículos montan actualmente un embrague de tipo automático pilotado, donde las acciones de embragado y desembragado se efectúan automáticamente, sin que el conductor tenga que utilizar el pedal, con lo cual éste se queda suprimido.


Éste tipo de embrague automático está formado por un embrague centrífugo, que se une al volante de inercia del motor, al que se le acopla mediante un mecanismo de rueda libre un sistema de embrague convencional. La rueda libre no permite girar al disco del embrague centrífugo a mayor velocidad que el motor, pues en cuanto esto ocurre la rueda libre se bloquea haciendo a los dos embragues solidarios.
El embrague centrífugo actúa en función de las revoluciones del motor, que realiza las acciones de embragado y desembragado a partir de un cierto valor de giro. El embrague convencional es gobernado por un mecanismo servoneumático activado por una electroválvula, que es mandada por la palanca del cambio de velocidad y por el pedal del acelerador.


La marcha del vehículo partiendo de la situación de parado comienza alrededor de las 1.000 revoluciones del motor, mientras que a partir de las 1.500 vueltas del motor ya puede ser transmitido todo el par motor, concluyendo por ello todo deslizamiento y permaneciendo conectado el embrague centrífugo durante todo el tiempo de marcha.


Con el vehículo en marcha, al accionar la palanca del cambio de velocidad se activa una electroválvula capaz de poner en comunicación el servo con la depresión creada por el motor. Con ello se consigue el accionamiento de la palanca de desembrague produciéndose el desembragado del motor. En cuanto se lleva la palanca del cambio a la posición de una nueva velocidad se desactiva la electroválvula interrumpiendo la comunicación entre el servo y la depresión producida por el motor, con lo cual se logra el embragado. Esta maniobra se realiza de forma progresiva en función de la posición del pedal del acelerador, que influye en la depresión transmitida al servo, lo que permite una conexión suave y gradual en el paso a marchas inferiores y una conexión rápida sin excesivos deslizamientos en las maniobras de cambio de marchas en las aceleraciones.


El embrague pilotado electrónicamente


En diferencia al embrague automático servocomandado el embrague pilotado electrónicamente es gobernado por un sistema electrónico de gestión que controla un circuito hidráulico de mando de la palanca de desembrague. Dicho módulo de gestión electrónica recibe información sobre la posición de la palanca de cambios y del pedal del acelerador, así como la velocidad del vehículo y el régimen del motor.
Con el vehículo parado y el contacto desconectado el embrague siempre se encuentra en posición de embragado, independientemente si está en punto muerto o no. Si se encuentra una velocidad metida no es posible arrancar el vehículo. Para sacar la velocidad el sistema está provisto de un captador de esfuerzo situado sobre la palanca del cambio que envía una señal al calculador electrónico que acciona el embrague. Permitiendo así sacar la velocidad y poder ser arrancado el motor.


Al poner en marcha el vehículo y accionar la palanca del cambio de velocidades, un captador de esfuerzo manda una señal al módulo electrónico, que activa el embrague permitiendo la selección de esta marcha. El arranque del vehículo se produce de manera progresiva con la posición del acelerador.


Con el vehículo circulando a gran velocidad el desembrague se produce cuando el módulo recibe señales del captador de esfuerzo de la palanca del cambio y el captador de la posición del acelerador indica que se ha levantado el pie del acelerador. Al colocar la palanca del cambio en la velocidad deseada el captador de la posición de la palanca del cambio envía una señal al módulo que autoriza el embragado al acelerar.
La gestión electrónica del embrague mejora considerablemente las prestaciones y manejo del cambio que un embrague convencional, además que la conducción del vehículo es mucho más agradable el disco de embrague se desgasta bastante menos.


El embrague hidráulico


Los embragues convencionales de fricción tienen el inconveniente de que su funcionamiento es un poco ruidoso y se producen desgastes. Estos pequeños defectos se evitan con el uso de embragues hidráulicos.
El funcionamiento de un embrague hidráulico es parecido a dos ventiladores, uno enchufado y otro no, la corriente de aire creada incide en las aspas del desenchufado y lo gira. Así se logra transmitir el movimiento sin que haya rozamiento, y con ello se evitan los desgastes.


En los embragues hidráulicos el medio de transmisión del movimiento es el aceite. Una bomba centrífuga recibe el giro del motor y envía el aceite a presión hacia una turbina en la que está acoplado el eje primario de la caja de velocidades. La energía cinética de cada partícula choca contra las aletas de la turbina, que produce una fuerza que tiende a hacerla girar. El aceite resbala por las aletas de la turbina y es devuelto hacia la bomba centrífuga, donde esta lo envía hacia la periferia, volviéndose a repetir el ciclo.
Cuando el motor gira a poco régimen la velocidad con que salen las partículas de la bomba es muy pequeña, y por tanto la energía cinética transmitida a la turbina es muy débil para vencer todo el par resistente opuesto por el peso del vehículo. En esta situación la turbina permanece sin girar y hay un resbalamiento total entre la bomba y la turbina.


Conforme se va aumentando el régimen de giro del motor el aceite va tomando velocidad e incide con mayor energía cinética sobre la turbina, lo que produce que el resbalamiento entre bomba y turbina consiga hacer progresivo al embrague.
Cuando el motor desarrolla su par máximo, el aceite impulsado por la bomba incide con gran fuerza sobre la turbina y ésta es arrastrada a gran velocidad, sin que apenas exista resbalamiento entre ambas. Por supuesto, la turbina entra en acción cuando el par transmitido por la bomba es superior al par resistente. Siempre existe un pequeño resbalamiento entre bomba y turbina que, con el motor con régimen alto, debe estar aproximadamente en el 2%.