Embrague

El embrague es un dispositivo de acoplamiento entre dicho eje motor y otro denominado receptor . Por su transmisión por adherencia , permite una carga progresiva del acoplamiento lo que evita las sacudidas que podrían provocar la rotura de elementos de transmisión o la parada del motor en el caso de una transmisión con motor de combustión interna .

El embrague se requiere en vehículos de motor con motores de combustión interna que deben continuar funcionando incluso si el vehículo está parado. El desacoplamiento también facilita el cambio de marchas. Por tanto, el embrague encuentra su lugar en la cadena de transmisión, entre el motor y la caja de cambios , donde, además, el par a transmitir es el más bajo. A menudo se adjunta al volante en automóviles o camiones donde el gran diámetro disponible permite el uso de un sistema de disco simple o doble. Es más bien al final del cigüeñal en motos o cyclos, en versión multidisco en baño de aceite (caja de cambios manual) o centrífuga con tambor (cambio automático).

"Embrague" también designa la fase de funcionamiento cuando se establece el acoplamiento; esta es la operación inversa de "desembrague" durante la cual los ejes se desconectan.

De hecho, "Clutch" es una contracción de "Clutch device" .

Los embragues se opondrán a los sistemas de embrague que proporcionan acoplamiento por obstáculo y que, por tanto, no permiten la carga progresiva.

Las fases de funcionamiento de un embrague

Hay tres fases de funcionamiento para un dispositivo de embrague.

En posición de embragado: el embrague transmite completamente la potencia suministrada (el coche está en movimiento, el motor está conectado a la caja de cambios ). Esta suele ser la posición estable del dispositivo (sin acción de control).
En posición desacoplada: la transmisión se interrumpe. Con la rueda libre o el coche parado, el motor puede seguir funcionando sin mover las ruedas. La situación equivale a un estancamiento.
Fase de deslizamiento transitoria: especialmente durante el acoplamiento , la transmisión de potencia se restablece gradualmente. Este momento se llama punto de patinaje . Durante esta fase, los ejes de entrada y salida no giran a la misma velocidad; entonces hay un deslizamiento entre los discos, por lo tanto, la disipación de energía, en forma de calor. Esta fase debe ser limitada en el tiempo, aunque sea inevitable y permita unir gradualmente el motor y la caja de cambios. Los discos se desgastan durante esta fase, que a menudo se utiliza durante los arranques en pendientes.

Es la situación de deslizamiento la que da las condiciones de dimensionamiento del embrague. Determina el par máximo transmisible. Más allá de eso, el cambio es sistemático. La misma configuración tecnológica también se adopta en los sistemas de limitación de par, que por lo tanto deslizarán cuando el par solicitado sea demasiado grande.

Si bien se recomienda desenganchar lo más rápido posible, por otro lado es necesario hacerlo gradualmente para evitar golpes que dañen todos los elementos de transmisión: las partes del propio dispositivo de embrague, pero también los engranajes de la caja. y el diferencial , los cojinetes de este último, las juntas universales y finalmente los neumáticos .

Clasificación

Las soluciones tecnológicas adoptadas para este dispositivo difieren según varios criterios:

la geometría de la superficie de fricción:
- discos, siendo el contacto efectivo en una corona por cara de disco;
- tambor (en el caso de ciertos embragues centrífugos);
- cónico (descontinuado hoy a excepción de algunas aplicaciones de baja potencia). Su ventaja radica en el hecho de que es autobloqueante: el conjunto cónico permanece atascado en ausencia de una fuerza de presión. Debemos actuar para desconectarnos.

Según la cantidad de discos (cuando se trata de discos)
- disco único;
- control simple o control separado (doble) bidisco seco;
- multidisco húmedo o seco.

El término "disco" o "fricción" se utiliza para el elemento generalmente asociado con el eje de salida y sujetado por dos elementos vinculados al eje del motor. Lleva los forros de fricción y, por lo tanto, constituye una pieza de desgaste. El número de superficies de contacto es siempre uniforme; por tanto, las fuerzas de presión no inducen tensiones en la conexión entre el bastidor y el sistema de embrague, y de hecho son absorbidas por la carcasa del embrague.

El número de discos anunciados en un embrague es, por tanto, el número de discos pinzados equipados con forros. Los platos intermedios pueden caber entre los discos en los modelos de discos múltiples.

Las superficies de contacto pueden:
- Secar con enfriamiento por aire;
- Ser lubricado y enfriado por un baño de aceite.

El comando puede ser:
- Mecánico ;
- Hidráulico ;
- Eléctrico controlado electrónicamente;
- Centrífuga (en este caso el control no es directo sino inducido por la acción del acelerador).

La dirección del comando puede ser:
- Control de embrague para dispositivos normalmente desacoplados (en el caso de máquinas pequeñas como segadoras y motoazadas ), o máquinas con embrague centrífugo ( ciclomotores , modelos radiocontrolados );
- Control de embrague para dispositivos normalmente conectados.

Arquitectura

Embrague de un disco

Un embrague tiene varias partes:

El volante 2 , integral con el eje del motor 1, puede llevar el conjunto y constituir una de las caras de fricción del disco.
El disco de embrague 3 que está asegurado en rotación al eje de entrada (primario) de la caja de cambios 6 mediante estrías .
La placa de presión del mecanismo 4 asegura la adherencia del disco de embrague al volante del motor en la posición acoplada.
Los resortes del mecanismo (diafragma en nuestro caso), 5 presionan el plato de presión y pueden ser comprimidos por el cojinete del embrague 7 .

Cuando se acciona el control de liberación del embrague (hidráulico o por cable):

el tapón ejerce una fuerza sobre los resortes o el resorte de diafragma,
la placa de presión se mueve a un lado para liberar la presión sobre el disco de fricción. El movimiento se transmite cada vez menos, independizando la caja de cambios del motor. Esto permite, por ejemplo, permanecer parado sin parar el motor o cambiar de marcha.

La maniobra de marcha atrás consiste en soltar gradualmente el mando del embrague para restablecer la conexión motor / caja de cambios. Esta maniobra se llama "hacer girar el embrague" .

Embrague multidisco

Los embragues multidisco funcionan según el mismo principio, excepto que se utiliza una pila de discos y platos. Los discos o placas de fricción tienen muescas (ranuras) en su circunferencia y se conectan rotativamente al embrague de campana , también llamados discos lisos. Las placas están estriadas al interior y unidas al embrague de tuerca . Esta pila se mantiene bajo presión mediante resortes. Por tanto, el empuje es, en teoría y salvo el rozamiento, el mismo para cada disco y las placas intermedias permiten distribuir la transmisión del par en superficies más grandes. Las versiones de dos discos o multidisco para camiones pueden prescindir de ellos, la multiplicación de discos con el objetivo de distribuir el desgaste y prolongar la vida útil del sistema.

Esta configuración es, para el mismo par transmisible, mucho más compacta radialmente que la de un solo disco. Se conserva en motocicletas.

Embrague electrorreológico

Los recientes avances en electrorreología permiten pensar en una nueva generación de embrague, basada en la capacidad de cambio entre el estado sólido y el estado líquido de un fluido electrorreológico . Este tipo de embrague permite conectar o aislar el par de entrada y el par de salida de forma muy fácil y rápida.

El principio del embrague electrorreológico es muy simple. Cuando se aplica un campo eléctrico, el fluido electrorreológico (ER) solidifica y conecta el disco de entrada y el disco de salida. Cuando se elimina este campo, el líquido ER vuelve al estado normal (líquido). Por tanto, el disco de salida se aísla casi instantáneamente del disco de entrada.

Este tipo de embrague ha sido fabricado y probado en laboratorio. Sin embargo, los límites actuales de los fluidos electrorreológicos (la restricción del umbral aún es baja y la estabilidad no está garantizada) todavía impiden su comercialización.

Embrague centrífugo

En estos dispositivos, el embrague es controlado por la velocidad de rotación del eje del motor: cuando este último alcanza una cierta velocidad, bajo el efecto de la fuerza centrífuga , los elementos (bolas, aletas) tienden a alejarse del eje de rotación y Frote contra el disco secundario, que asegura el embrague.

Este tipo de embrague se usa comúnmente en ciclomotores o pequeñas herramientas portátiles como motosierras, pero también en ciertos Citroën 2CV .

Disminuir la rotación del motor tiene el efecto de separar el motor del eje secundario, lo que reduce en gran medida el " frenado del motor ".

Embrague electromagnético

Utilizado en compresores de aire acondicionado, cuchillas de segadora, ventiladores o varios servodispositivos en mecánica general (máquinas herramienta, impresoras), el embrague electromagnético utiliza una bobina generalmente concéntrica con el eje para contactar las superficies de fricción. El control de "todo o nada" generalmente no está diseñado para arranques suaves, pero el actuador está integrado y el dispositivo compacto es económico.

Dimensionamiento

La demostración está hecha para un embrague plano de un solo disco. Ya no es válido para embragues cónicos o centrífugos. El par transmitido por un embrague depende del material que constituye los forros, del número y dimensiones de las superficies de fricción entre los discos y de la fuerza ejercida por los resortes .

Demostración

Establecido de acuerdo con el principio de equilibrio estricto, se puede calcular el par máximo transmisible. De hecho, el par se obtiene a partir de la longitud del brazo de palanca y la fuerza tangencial al disco mediante la simple relación: $\ VS$ $\ l$ ${\ Displaystyle \ T}$

{\ Displaystyle C \ = l \ T \}

Pero el brazo de palanca aquí corresponde a la distancia entre la superficie de contacto considerada y el centro del disco. Esta distancia es un radio que varía desde el radio interior del disco (debido al orificio central) hasta su radio exterior . Por lo tanto, debemos considerar el par generado por la fricción al nivel de un pequeño elemento de superficie del disco: $\ r$ ${\ Displaystyle \ R_ {i}}$ ${\ Displaystyle \ R_ {e}}$

{\ Displaystyle \ mathrm {d} C = r \ \ mathrm {d} T}

Por otro lado, esta fuerza tangencial transmitida al disco para su accionamiento depende del coeficiente de fricción y la fuerza de sujeción normal por la fórmula: ${\ Displaystyle \ T}$ $f \$ ${\ Displaystyle N \}$

{\ Displaystyle T \ = f \ N \}

que escribiremos, en este elemento de superficie de un disco:

{\ Displaystyle \ mathrm {d} T = f \ \ mathrm {d} N}

De donde ${\ Displaystyle \ mathrm {d} C = r \ f \ \ mathrm {d} N}$

De manera similar, si la fuerza de apriete se distribuye uniformemente sobre la superficie de contacto , se puede escribir que: O, en nuestro caso: ${\ Displaystyle \ N}$ $\ S$ ${\ Displaystyle \ mathrm {d} N = {\ frac {N} {S}} \ \ mathrm {d} S}$
${\ Displaystyle \ mathrm {d} N = {\ frac {N} {\ pi (R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})}} \ \ mathrm {d} S}$

Lo que finalmente nos permite escribir: ${\ Displaystyle \ mathrm {d} C = r \ f \ {\ frac {N} {\ pi (R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})}} \ \ mathrm {d} S}$

que integramos para obtener finalmente el par transmisible, colocándonos en coordenadas cilíndricas donde : ${\ Displaystyle \ mathrm {d} S = \ mathrm {d} r \. \ r \ \ mathrm {d} \ theta}$

{\ Displaystyle C = \ int _ {r = R_ {i}} ^ {r = R_ {e}} \ int _ {\ theta = 0} ^ {\ theta = 2 \ pi} r \ f \ {\ frac {N} {\ pi (R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})}} \ \ mathrm {d} r \. \ R \ \ mathrm {d} \ theta \, \, = 2 \ pi \ f \ {\ frac {N} {\ pi (R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})}} \ int _ {r = R_ {i}} ^ { r = R_ {e}} r ^ {2} \ \ mathrm {d} r \,}

de donde :

{\ Displaystyle C = f \ N \ {\ frac {2} {3}}. {\ frac {(R_ {e} ^ {3} -R_ {i} ^ {3})} {(R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})}}}

En general, escribimos: con: ${\ Displaystyle C = n \ f \ N \ R_ {eq}}$

${\ Displaystyle n \}$ el número (par o impar) de superficies de fricción
${\ Displaystyle f \}$ el coeficiente de fricción entre estas superficies
${\ Displaystyle N \}$ la fuerza de apriete, que se supone distribuida uniformemente
${\ Displaystyle R_ {eq} = {\ frac {2} {3}}. {\ frac {(R_ {e} ^ {3} -R_ {i} ^ {3})} {(R_ {e} ^ {2} -R_ {i} ^ {2})}}}$
${\ Displaystyle R_ {e} \}$ y los radios exterior e interior de las superficies de la corona ${\ Displaystyle R_ {i} \}$

Los rendimientos, en particular el coeficiente de fricción, permanecen ligados a la temperatura. Esto aumenta rápidamente cuando los discos se deslizan. Por tanto, el conjunto debe poder enfriarse.

Los materiales que constituyen los revestimientos son productos compuestos a menudo a base de metal o cerámica.

Caso especial de la caja de cambios automática

Para las cajas de cambios automáticas, los siguientes dispositivos se utilizan como embrague:

Convertidor de par No hay embrague de disco con transmisión automática que utilice un convertidor de par . De hecho, el funcionamiento automatizado de un embrague convencional es bastante delicado, este dispositivo es similar a un "embrague centrífugo", el estado del acoplamiento depende sólo de la velocidad relativa de los ejes primario y secundario. Como los cambios de marcha con una caja de cambios automática se obtienen por acciones en los embragues internos de la caja de cambios, el convertidor de par induce un deslizamiento variable, pero también un aumento sustancial del par disponible en el nivel de la transmisión secundaria cuando la marcha entra. El eje de entrada y el de salida son importantes. Embrague doble En el caso de una caja de cambios de doble embrague, cada grupo de marchas tiene su propio embrague, uno para marchas pares y otro para marchas impares. El cambio de marcha se realiza en uno u otro de estos embragues dependiendo de si la velocidad aumenta o disminuye. Como el cambio de marcha se realiza casi sincrónicamente, el tamaño de los embragues se puede reducir considerablemente en comparación con una caja de cambios manual. Además, este dispositivo evita la impresión de que el motor está " funcionando en vacío " como ocurre con el sistema de convertidor de par durante una fuerte aceleración. Caja de cambios robótica Las cajas de cambios manuales son cada vez más robóticas , lo que significa que el embrague también está controlado por la electrónica de la computadora del automóvil, por un actuador eléctrico o electrohidráulico que actúa en el tope.

Transmisiones hidrostáticas

Las máquinas con transmisión hidrostática no necesitan embrague. De hecho, es gracias a la variación en el desplazamiento de la bomba central o de los motores receptores que se controla la potencia entregada, por ejemplo, a las ruedas de una máquina de construcción o un tanque.

Notas y referencias

Notas

Contracción de "Dispositivo de embrague"
Anteriormente basado en amianto , ahora prohibido.
otro lado, el aumento de temperatura del convertidor de par aumenta en proporción a la diferencia de velocidad entre el eje primario y el eje secundario.

Referencias

lexicográfico y etimológicas las definiciones de "embrague" de la lengua francesa computarizado del Tesoro , en el sitio web del Centro Nacional de Pruebas y léxico Recursos , consultado el 4 de diciembre, 2014
embrague centrífugo motosierra , en motoculture-jardin.com, Accessed April 20, 2,017 mil
Citroën 2CV clutch , en autobrico.com, consultado el 13 de enero de 2017.