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Frenos y embragues parte 2 - Monografía



 
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Embragues



Un Embrague es un sistema que permite controlar el acoplamiento mecánico entre el motor y la caja de cambios. El embrague permite que se puedan insertar las diferentes marchas o interrumpir la transmisión entre el motor y las ruedas. Los embragues utilizados en los automóviles son por fricción entre un disco solidario con la caja de cambios y de una maza solidaria al cigüeñal del motor. El disco se coloca entre la maza y el volante de inercia y el presionado por un resorte llamado diafragma. Cuando el embrague está sin accionar (motor embragado) el disco tiene un gran rozamiento con la maza y transmite toda la fuerza generada en el motor. Cuando se acciona el embrague (motor desembragado) el diafragma es comprimido por el conductor y el disco queda suelto, siendo incapaz de transmitir la fuerza del motor a la caja de cambios. Según la posición del pedal del embrague se puede conseguir un acoplamiento total (pedal suelto) o acoplamientos parciales (pedal a medio pisar) que nos permiten variar la fuerza transmitida por el motor a la transmisión.
El embrague transmite la potencia del motor a la transmisión manual mediante su acoplamiento o desacoplamiento. También, hace la salida más suave, hace posible detener el vehículo sin parar el motor y facilita las operaciones del mismo.

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Un mecanismo de embrague tiene que ser resistente, rápido y seguro. Resistente debido a que por él pasa todo el par motor. Rápido y seguro para poder aprovechar al máximo dicho par, en todo el abanico de revoluciones del motor

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Colocación de un Embrague en un Automóvil moderno



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Sistema de Embrague



- Embrague Mecánico
- Embrague Hidráulico

Embrague Mecánico:

Los movimientos del pedal del embrague son transmitidos al embrague usando un cable. Este mecanismo se basa en el accionamiento del sistema de embrague, mediante un cable de acero, unido por uno de sus extremos al pedal de embrague, y por el otro a una horquilla de embrague, unida ésta a su vez con el cojinete de embrague.

Al pisar el pedal, el cable tira de la horquilla, aplicándole un esfuerzo capaz de desplazar al cojinete de embrague, deformando a su vez el diafragma del mecanismo de embrague, con el consiguiente desembragado del sistema. Al soltar el pedal, la fuerza de dicho diafragma, hace desplazar al cojinete en sentido contrario, y ésta a su vez al cable, con el consiguiente retorno del pedal de embrague a su estado de reposo.
En el sistema de accionamiento del embrague por cable, encontramos básicamente dos variedades:

Por una parte tenemos el sistema en el que el cojinete de embrague, en posición de reposo, está en constante contacto con el diafragma, o con las patillas de accionamiento, según proceda. Y por otra, está el sistema en el que el cojinete de embrague y el diafragma, en posición de reposo, tienen una separación denominada guarda. Esta separación, se obtiene gracias a un muelle situado en la horquilla del embrague. La separación guarda, es ajustable por el extremo del cable.

En la actualidad, en los sistemas en los que el cojinete está siempre en contacto con el diafragma, para absorber de manera automática el juego entre el cojinete de embrague y el diafragma, existen dispositivos como cables auto-regulables, o pedales dotados de unas serretas que, a medida que se va gastando el disco, regulan la posición del cable.

Embrague Hidráulico:

Los movimientos del pedal del embrague son transmitidos al embrague por presión hidráulica. Una varilla de empuje conectada al pedal de embrague genera presión hidráulica en el cilindro maestro cuando el pedal es presionado y esa presión hidráulica desconecta el embrague.

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En este sistema se utiliza, para desplazar al cojinete de embrague y en consecuencia al mecanismo de embrague, un cilindro emisor (o bomba), y un cilindro receptor (o bombín). Están comunicados entre si, a través de una tubería, el sistema funciona por medio del movimiento de unos émbolos situados dentro de los cilindros, dicho movimiento se efectúa a través de un líquido (el mismo que es utilizado en los sistemas de frenado).

Cuando presionamos el pedal de embrague, este actúa directamente sobre el cilindro emisor, desplazando su émbolo, éste a su vez ejerce una presión sobre el líquido, que desplaza al émbolo del cilindro receptor.

El cilindro receptor (o bombín), se comunica con el cojinete de embrague (en la mayoría de los casos), por medio de una horquilla. Esta está accionada por el cilindro receptor, por medio de un vástago, que permanece en contacto con el émbolo de dicho cilindro. Al desplazarse el émbolo por la fuerza del líquido, se desplaza el vástago y acciona la horquilla.Otra variedad con la que nos podemos encontrar es que el cilindro receptor y el cojinete de embrague, sean una misma pieza. Con lo que el desplazamiento axial del cojinete de embrague, es aplicado del cilindro receptor directamente a dicho cojinete. Los diámetros de los dos cilindros, (emisor y receptor) son diferentes, por lo que la fuerza ejercida por el conductor sobre el pedal de embrague (aplicada directamente sobre el cilindro emisor), se multiplica, permitiendo al conductor un esfuerzo menos para el desembragado.

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Embrague autoajustable:

Embrague que incorpora entre su carcasa y diafragma cuñas de ajuste que le permiten ir auto ajustándose conforme va desgastándose el disco.

Embrague de fricción:

Los embragues de fricción basados en la unión de dos piezas que al adherirse forman el efecto de una sola. Son aquellos caracterizados porque el mecanismo de transmisión de movimiento, y en consecuencia de potencia, se logra mediante el contacto entre dos superficies rugosas, una solidaria al eje conductor, la otra al conducido.

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Existen dos configuraciones comunes en los embragues de fricción, los embragues de disco y los cónicos, en el primero, las superficies de contacto entre los ejes a acoplarse corresponden a sendos anillos circulares y en el segundo, la acción de contacto entre los ejes conductor y conducido se logra a través de un par de superficies cónicas rugosas, esta disposición permite incrementar la fuerza normal entre las superficies de contacto, con el consiguiente aumento de la capacidad de transmisión de momento entre los ejes conductor y conducido.

Embrague pilotado:

Dispositivo que elimina el accionamiento del embrague por parte del conductor. El control del embrague lo realiza una centralita electrónica en función de las acciones del conductor. El embrague pilotado permite realizar los cambios de marcha de forma manual pero sin necesidad de accionar el embrague. Por medio de sensores se conoce el accionamiento de la caja de cambios, la velocidad del vehículo, la forma de accionar el acelerador, las revoluciones del motor y con todos los datos, la centralita acciona una bomba hidráulica que actúa sobre el embrague. También se determina la rapidez de actuación sobre el embrague y el deslizamiento necesario para evitar que se produzcan brusquedades durante el cambio de marchas.

Embragues electromagnéticos:

Embragues que basan su funcionamiento en el principio de los efectos de la acción de los campos magnéticos.

Están formados por un elemento conductor fijado al volante de inercia en el que se encuentra polvo metálico, un elemento conducido ensamblado sobre el primario de la caja de cambios con una bobina que es alimentada a través de unas escobillas y un calculador electrónico, que recibe información de la posición de la palanca de cambios, del régimen del motor, de la velocidad del vehículo, y de la posición del pedal del acelerador. El embrague es gestionado por corrientes de intensidad variable.

En otras ocasiones, el calculador es gestionado por un grupo hidráulico el cual proporciona, mediante un cilindro receptor, la fuerza necesaria para desplazar la horquilla de embrague y el cojinete de embrague, y en consecuencia el mecanismo de embrague.
Una de las marcas que actualmente montan un mecanismo de embrague pilotado electrónicamente, es SAAB, el sistema se denomina SENSONIC.

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Embragues dentados:

Están caracterizados porque la conexión entre los ejes conductor y conducido se logran mediante dos miembros dentados que giran solidariamente con cada eje, de manera que los dientes de uno calcen en los huecos del otro.
Existen dos tipos comunes de embragues de dientes, embragues de dientes cuadrados y de dientes en espiral, el segundo capaz de transmitir momento, y en consecuencia movimientos en dos sentidos, mientras que el primero en un solo sentido. Este tipo de embragues se pude observar en la siguiente figura

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Embragues unidireccionales:

Son aquellos embragues diseñados para transmitir movimiento, y consecuentemente potencia, cuando el eje conductor gira en un solo sentido. Al invertir el sentido de rotación del eje conductor, los ejes de la transmisión se comportan como si no estuvieran acoplados.

Embrague unidireccional



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Embragues centrífugos:

Consiste en un cierto número de zapatas, distribuidas simétricamente, en capacidad de deslizar radialmente a lo largo de guías solidarias al eje conductor, y así de entrar en contacto con la cara interior de un tambor solidario al eje conducido

embragues centrifugos
Un compresor de aire acondicionado en un carro tiene un embrague magnético. Esto permite que el compresor cierre mientras el motor esta encendido. Cuando la corriente fluye a través de un anillo magnético, el embrague embona. Tan pronto como la corriente para, tal como cuando apagas el interruptor de un aire acondicionado el embrague desembona. Este tipo de embrague esta ventilado contra las altas temperaturas de fricción que provoca el rozamiento, este sistema es utilizado en varios modelos de automóviles nuevos.

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Diseño de embragues



Como un embrague es un implemento de rozamiento que permite la conexión y la desconexión de ejes. El diseño de los embragues y los frenos es comparable en muchos aspectos. Esto se ilustra bien mediante un embrague de múltiples discos, el cual se usa también como freno. Un problema de diseño mas evidente en el diseño de frenos comparado con del diseño de embragues es el de la generación y la disipación del calor. En el análisis de un embrague es muy frecuente imaginar que las partes no se mueven entre si, aun cuando no se debe pasar por alto el hecho que la transmisión de potencia por rozamiento generalmente envuelve algún deslizamiento. Por esta razón, cuando se necesita tener transmisión positiva de potencia debe apelarse a un implemento positivo tal como un embrague de mandíbulas.

Embragues de discos o laminas



Un embrague de múltiples discos se muestra en la figura, las laminas A son generalmente de acero y están colocadas sobre estrías en el eje C, para permitir el movimiento axial (excepto para el último disco). Las laminas B son generalmente de bronce y están colocadas en estrías del elemento D

El numero de parejas de superficies que transmiten podenca es uno menos que la suma de los discos de acero y bronce, y es además un numero par si el diseño es tal que no se requiere cojinetes axiales.

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La capacidad del momento de torsión esta dada por:

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Donde:
T= Capacidad de momento, Lb-Plg
F= Carga axial, Lb
f= Coeficiente de rozamiento

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La fuerza axial esta dada por: 894.gif donde p es la presión media

La capacidad de potencia es 895.gif

Para desgaste uniforme, la variación de presión esta dada por

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Donde C es una constante y r es el radio del elemento diferencial

Embragues Cónicos



Un embrague Cónico debe su eficiencia a la sección de cuña de la parte cónica en la parte receptora

La capacidad de momento de torsión de un embrague cónico con sus partes ajustadas con base en presión uniforme es:

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Donde:
T = Momento. Lb-Plg
F = Fuerza Axial, Lb
f = Coeficiente de rozamiento
R0= Radio exterior de contacto
Ri = Radio interior de contacto, Plg
Rm = Radio Medio
b = Ancho de cara

Acoplamiento de embragues Cónicos



Un problema que se presenta con los embragues cónicos y no ocurre con los embragues de múltiples discos es la posibilidad de que se necesite una fuerza mayor para acoplar el embrague que la que se requiere durante la operación cuando el receptor y el cono giran a la misma velocidad. El análisis se complica por el hecho que la dirección de las fuerzas de rozamiento depende de la forma de acoplamiento, esto es, de la relación entre el movimiento rotatorio relativo y el movimiento axial relativo del receptor y el cono. Un procedimiento conservador consiste en suponer que no se presenta movimiento rotatorio relativo durante el acoplamiento, para la cual la fuerza axial máxima, Fe necesaria para acoplar el receptor y el cono es:

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Esta fuerza es la máxima requerida para obtener la fuerza normal deseada Fn, la cual a su vez desarrolla la fuerza de rozamiento que produce el momento de rozamiento deseado.

Fuerza Axial para mantener acoplados el receptor y el cono

La fuerza requerida para mantener acoplados el cono y el receptor, teniendo en cuenta el rozamiento varia entre:

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Debido a la vibración, le rozamiento puede no ser muy confiable y es conservador suponer que la fuerza axial para mantener acoplados las partes la da mayor valor de

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Fuerza Axial requerida para desacoplar el receptor y el cono

Normalmente, con los ángulos de cono comúnmente usados, no se necesita una fuerza para desacoplar las partes, aun cuando es posible que si 901.gif , sea necesaria una fuerza axial Fd para desacoplar las partes:

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PROBLEMAS DE APLICACIÓN DE EMBRAGUES



1. Un embrague de múltiples discos tiene 4 discos de acero y 3 discos de bronce y cada superficie tiene un área de contacto de 4 Plg y un radio medio de 2 Plg. El coeficiente de rozamiento es 0.25 ¿Cuál es la capacidad de potencia para una fuerza axial de 90 Lb, si el embrague gira a 400 rpm? Suponer desgaste uniforme en las placas del embrague

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2. Deducir la capacidad de momento de Torsión de una pareja de superficies presionadas entre si con una fuerza axial F. Suponer Presión Uniforme

Se considera un área diferencial dA02IIrdr. Fuerza diferencial normal= dN = pdA = P(2II rdr). Momento diferencial del rozamiento = dT = rdQ = r(fp2IIrdr), integrando con p y f como constantes, el momento total es:

904.gif La fuerza axial 905.gif de donde la presión media 906.gif

Reemplazando este valor de p en 907.gif se obtiene

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MATERIALES DE FRICCION USADOS EN FRENOS Y EMBRAGUES



Algunos Frenos y Embragues trabajan con fricción, los dos materiales que están en contacto deben tener un alto coeficiente de fricción.

Este parámetro es usado en todos los cálculos de diseño, y debe tener un valor Fijo. Los materiales deben ser resistentes a la intemperie así como a la humedad y las altas temperaturas. Una característica calorífica excelente debe ser cuando se convierte satisfactoriamente la energía mecánica en calor en el embrague o freno. Esto significa que la alta capacidad de calor y las propiedades térmicas son proporcionales a las altas temperaturas. Los materiales deben ser resistentes en general y tener una alta dureza.

Últimamente se han optado por materiales de carbono, o con alto contenido del mismo, actualmente también existen materiales con incrustaciones de asbesto que mejora las propiedades térmicas de los frenos y embragues, también se ha optado por materiales de aleación como el tungsteno y el vanadio aunque son muy caros por eso las aleaciones con alto contenido de carbono son la mas viables.

Algunos de los materiales típicamente usados en la fabricación de frenos y embragues se listan en la tabla siguiente, mostrando los coeficientes de fricción, las temperaturas máximas y las presiones máximas en KPa. En la columna de lado izquierdo muestra 2 materiales los cuales están sometidos a contacto.

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La siguiente tabla muestra algunos parámetros de desgaste respecto al tipo de movimiento Rotary: rotatorio, Oscillatory: oscilatorio, Reciprocating: Reciproco

Como parámetros están la Presión en Psi, la Velocidad en ft/min y el coeficiente de ficción.

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Autor:

RaBaNeLLi





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