Introduccin.

La principal funcin del embrague es la de conectar -embragar- y desconectar

-desembragar- el movimiento generado desde el motor con la caja de

velocidades y el resto de la transmisin en vehculos con caja manual. El

accionamiento se realiza por el propio conductor mediante un pedal ubicado

en el lado izquierdo de su puesto de conduccin. Cuando el pedal est

liberado, o sea sin pisar, el movimiento de giro se transmite ntegramente -si

el vehculo no se mueve es porque la caja est en neutral- y decimos que est

embragado; cuando apretamos el pedal al fondo y es accionado totalmente,

entonces el desacople es completo e interrumpe el movimiento, decimos que

est desembragado.

En el punto donde al soltar el pedal comienza a transmitirse el movimiento -

punto de retencin o de contacto- se produce un patinamiento en el

mecanismo que favorece un arranque suave y progresivo; luego al soltar

completamente el pedal, el movimiento de la transmisin se hace solidario al

del motor, prcticamente sin prdidas mecnicas ni por rozamiento.

Debemos aprender y entrenar el uso adecuado de este movimiento que nos

permite maniobrar, cruzar una interseccin, etc. regulando la velocidad con

el embrague, sin sacrificar los componentes del sistema, especialmente

cuando se trata de un vehculo pesado o con carga.

El Embrague de Friccin.

El embrague de friccin est 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 presin 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 presin, tambin 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 est en

funcionamiento.

Estos embragues utilizan la adherencia de dos superficies de contacto

(cnicas, cilndricas o planas); tienen la ventaja de ser graduados y de hacer

cesar la impulsin cuando el esfuerzo rebasa cierto lmite. Este tipo funciona

principalmente para automviles, con disco nico. El de disco nico

(automviles) comprende un disco recubierto por ambas caras con un

revestimiento especial para friccin.

Elementos principales:

Conjunto de presin.

La carcasa: est unida de manera solidaria al volante de inercia del motor

mediante unos remaches.

El diafragma: es el elemento accionado por el cojinete, y que se encarga de

transmitir la carga necesaria al plato de presin para que el conjunto forros

de friccin - volante de inercia - plato de presin acten conjuntamente.

El plato de presin: es el elemento encargado de unir o desunir los forros al

volante de inercia y al propio plato de presin

Disco.

El disco de embrague es el elemento de conexin central del embrague.

Junto con el plato de presin del embrague, el disco se ocupa en la unin y

separacin del motor con la transmisin.

Elementos del disco:

Los forros de friccin: Transmiten el par proporcionado por el motor a

la chapa de conduccin. El material que se emplea para estos forros es

un material orgnico, ya sin amianto, y con las calidades: F410, F810 y

la nueva F510 que tiene unas caractersticas en cuanto a coeficiente de

rozamiento similar a los anteriores ( =0,3) pero ofrece un desgaste

mucho menor.

Las caractersticas que tienen que cumplir estos materiales son:

Los materiales en contacto deben tener un alto coeficiente de friccin.

Resistencia al desgaste.

El valor del coeficiente de friccin debe ser constante sobre un rango

de temperaturas y presiones adecuado.

Los materiales deben ser resistentes a las condiciones atmosfricas y

ambientales (humedad, presin, contaminacin, partculas de polvo).

Los materiales deben poseer

buenas propiedades trmicas:

alta conductividad trmica,

baja inercia trmica y

adecuada resistencia a las

altas temperaturas.

Muelles amortiguadores:

Tienen la funcin de absorber las

irregularidades del par motor, las

vibraciones o las sobrecarga

instantneas, y de evitar adems, el

rozamiento que se crea en el

comienzo del engranado haciendo

que el acoplamiento sea paulatino y

continuo.

Cojinete de embrague.

El cojinete es el tercer elemento que forma el embrague mecnico. El

cojinete recibe la accin del mando y aplica la carga sobre el diafragma para

realizar las operaciones de embrague y desembrague.

Compuesto por:

El rodamiento.

La camisa.

La arandela de patas.

La placa de apoyo.

DIMENSIONADO DEL EMBRAGUE.

En este punto se determina las dimensiones de los forros del disco a travs

de clculos.

Son 4 los puntos a considerar en los clculos a realizar.

Dimensionado por el par transmitido.

Dimensionado por la duracin.

Dimensionado por la energa absorbida.

Dimensionado por ergonoma en el pedal.

Dimensionado por el par transmitido.

Es necesario conocer la relacin que existe entre el par transmitido y las

dimensiones de los forros (dimetro interior y exterior). Para obtener esta

relacin, se realizan dos clculos distintos, el primero de ellos se realiza

suponiendo que el embrague es nuevo y en su superficie existe una

distribucin de presiones uniforme, en el segundo de los casos se supone un

embrague desgastado en el que la distribucin de presiones no es constante.

Dimensionado por energa absorbida.

La energa que cede el motor es igual a la energa que se transforma en calor,

que absorbe el embrague, ms la energa que llega al primario de la caja de

cambios. Se debe

determinar cul es la

energa que el embrague

disipa, para poder

dimensionar los forros

convenientemente.

Dimensionado por duracin.

Lo que se intenta conseguir con el dimensionado por durabilidad es predecir

la vida del embrague medida en kilmetros recorridos por un determinado

vehculo. Si en el diseo por transmisin de par y absorcin de energa se ha

intentado dimensionar el embrague en cuanto a su superficie y dimetros, en

esta seccin se dimensiona el embrague en cuanto al volumen de material

necesario para soportar el desgaste por abrasin y las elevadas temperaturas

para una vida til establecida.

Dimensionado por ergonoma en el pedal.

La fuerza que se debe aplicar en el embrague, para poder desembragar, debe

estar dentro de un rango que permita al conductor no tener que ejercer una

fuerza excesiva, pero tampoco que sea demasiado baja.

De esta forma, se ha determinado como fuerza mnima para el pedal una

fuerza de 80 N y como fuerza mxima 150 N, fuera de este rango el

embrague no sera ergonmico.

Fijando el valor de fuerza que se desea obtener en el pedal, se puede llegar a

calcular la fuerza que el plato debe aplicar al disco.

Basndonos en los clculos y la forma de desarrollo del siguiente proyecto

proseguiremos a explicar el proceso que se debe hacer al momento de

disear un embrague.

Diseo de un embrague.

Con todo lo visto anteriormente se realizara el diseo del embrague para un

automvil tipo turismo.

Este ser un Volkswagen golf 1.9 TDI CV.

Datos necesarios.

Dimensionado del embrague.

Para realizar el dimensionado de los forros del embrague, se aplican los

cuatro criterios explicados anteriormente.

En primer lugar se va a determinar la carga que el plato va a aplicar al

disco, basndose para ello en el criterio de ergonoma.

A continuacin se realiza el clculo de los dimetros interior y exterior

del forro aplicando el criterio de capacidad de transmisin de par.

Asimismo se debe calcular la energa que el embrague disipar para

asegurar su correcto funcionamiento.

Finalmente, aplicando el criterio de duracin se determina el espesor

de los forros, quedando de esta forma totalmente definidas las

dimensiones.

Dimensionado por ergonoma en el pedal.

Aplicando este criterio, lo que se quiere determinar es la carga que debe

aplicar el plato. De esta forma, conociendo el valor de la fuerza en el pedal

(100 N) y la relacin de palanca entre la fuerza en el pedal y la que transmite

el cojinete, se puede obtener la fuerza aplicada en el diafragma.

=

= 14,7 100 = 1479 .

Una vez obtenido este valor, se debe

determinar que diafragma se utilizar en el

embrague para establecer cul es la carga

que se aplicar en el plato. La relacin de

palanca de los diafragmas vara entre 3 y 4,5

pero la mayora de los que se utilizan para los

vehculos automviles tienen una relacin de

aproximadamente 3,6, ste ser el valor que

se utilice en esta aplicacin y as se puede

determinar la carga en el plato

Este es el dato necesario para poder continuar con el dimensionado, y poder

determinar aplicando el criterio de capacidad de par los dimetros exteriores

e interiores del disco.

Criterio de capacidad de par

Una vez determinada la fuerza normal, se puede hacer uso de la ecuacin 5,

que relaciona la fuerza normal con el par aplicado, para determinar la

dimensin idnea del disco.

Si se define el radio de aplicacin R, para

simplificar la ecuacin, como:

La expresin del par en funcin de Fn es:

C= par motor. R= radio de aplicacin. u= coeficiente de rozamiento del forro (0,3). Fn= fuerza en el plato. n= coeficiente de seguridad del par motor (1,3).

De tal forma que para asegurar que la carga no sea demasiado baja y se

pierda la ergonoma del pedal:

Aplicando el coeficiente de seguridad al par motor (n=1,3) y el coeficiente de

rozamiento del forro ( 0,3), se obtiene que:

Haciendo uso de la tabla de tamaos normalizados de discos de embrague se puede determinar

cul es el tamao necesario.

El tamao que se elige es un disco de 240,

que no proporcionar nunca una carga

inferior en el pedal a 100 N. Con los

dimetros ya determinados, se debe

comprobar si este forro ser capaz de

disipar la energa propia de los re-

embragues y las arrancadas.

Criterios de energa.

Para asegurar que el embrague cumplir con su funcin durante toda su vida

til, es imprescindible calcular la energa que debe ser capaz de disipar en su

funcionamiento normal. Se realizan dos clculos por separado, el de la

energa que debe disipar en las arrancadas y por otro lado en los re-

embragues, finalmente se comprobara si alguno de estos valores supera los

valores mximos, medidos en ensayos en banco.

Para las arrancadas se aplica la

siguiente ecuacin, que

determina la energa en la

arrancada en funcin de las

distintas variables propias del

vehculo, se realiza el clculo en

las condiciones ms adversas,

con el coche totalmente

cargado y en la pendiente

mxima (20%).

Para los re-embragues se

aplica la siguiente ecuacin,

que determina la energa en

la arrancada en funcin de las

distintas variables propias del

vehculo, en la tabla se

muestra el clculo.

De esta forma se obtiene que el valor mximo, es el de la arrancada, y es el

que se debe utilizar para comprobar que no se supera la energa mxima que

el forro es capaz de disipar. Se calcula la energa especfica mxima, para

poder comprobar con la tabla de ensayos:

Criterios de duracin.

Aplicando el criterio de duracin, se calcula el espesor del forro, que es el

ltimo parmetro que falta para completar el dimensionado del disco.

Conociendo el coeficiente de abrasin del forro, su rea y calculando la

energa total que disipar en toda su vida til, se puede obtener el valor del

espesor necesario. Con los valores de energa calculados en el apartado

anterior, y haciendo uso de estudios estadsticos sobre el numero de

accionamientos que el embrague recibir durante su periodo de

funcionamiento, se calcula la energa total disipada por el embrague.

De la misma forma se acta para el clculo de la energa en los re-

embragues:

Sumando los dos valores, se obtiene la energa total que el embrague

disipara durante su vida til:

Con el dato de la energa ya se puede resolver la ecuacin para obtener el

espesor mnimo que debe tener el forro del embrague:

Despejamos el espesor de la formula y nos queda:

Se elige como espesor 3,1 mm que es el valor inmediatamente

superior al espesor mnimo en las tablas de espesores normalizados.

Con la determinacin del espesor del forro queda completamente

determinado el dimensionado del forro, y ya se puede proceder a calcular los

componentes del conjunto de presin y del disco.

Clculo de los componentes del conjunto de presin.

Conocidas las dimensiones generales del

embrague (240), dadas por el

dimensionamiento de los forros de friccin, se

hace uso de las tablas donde aparecen los

conjuntos de presin ya existentes.

Es importante resaltar, que la denominacin

de los conjuntos (Ej. 240 DBC 5700), el primer

nmero hace referencia al tamao, luego

aparece la tecnologa y el nmero final es la

carga en plato mxima que ese conjunto es

capaza de ofrecer.

Para la eleccin del conjunto se debe determinar cul es la carga

mnima que debe aportar el plato en esta aplicacin, en el punto 6.3.1.

se ha determinado que la carga mnima debe ser:

Aplicando un coeficiente de seguridad se obtiene:

De acuerdo a la tabla el conjunto que ha de elegirse seria:

240 DBC 7200

Clculo del diafragma.

Para poder asegurar que el conjunto elegido es vlido, se debe determinar si

el diafragma que dispone podr soportar todas las solicitaciones a las que

estar sometido durante su vida til. Las caractersticas del diafragma que

monta el conjunto 240 DBC 7200, se muestran en la siguiente tabla.

El diafragma seleccionado deber asegurar que se cumplen las siguientes

condiciones:

La carga suministrada por el

diafragma debe ser mayor de

6350 N, para asegurar en todo

momento que se transmite el par

necesario. En este sentido habr

que asegurarse que esto ocurre

tanto al principio (carrera del

plato nula) como al final de la vida

del conjunto.

En la grfica de la curva de carga del

diafragma se puede observar que en

todo momento se mantiene la carga por

encima del valor mnimo que se ha

calculado. Con la arandela nueva, la

carga mnima estar siempre por encima

de 6710 N y en la posicin de desgaste la

carga mnima superar siempre los

6950N.

Clculo de los muelles del sistema de amortiguacin.

El disco dispone de cuatro ventanas en las que se alojarn dos muelles,

cada par de muelles debe transmitir lo calculado con la siguiente ecuacin:

Las ventanas estn situadas a 42,5 mm del centro, tienen una longitud

de 40 mm y un ancho de 23 mm; estos valores debern coincidir

con la distancia de los muelles al centro, con su longitud y con su

dimetro exterior.

Luego calculamos la carga mxima que debe soportar cada conjunto de

muelles, mediante la siguiente

formula:

Con los datos anteriormente calculados y haciendo uso de un programa

informtico de Valeo, que implementa las frmulas para el clculo de

muelles, se realiza el clculo de los muelles del amortiguador.