4. Embrague.pdf

Contenidos Introducción 4.1. Tipos de embrague 4.2. Embrague 4.3. Sistemas

de fricción de accionamiento

4.2. Embrague

centrífugo

4.5. Embrague

electromagnético

4.6. Embrague

hidráulico

4.7. Convertidor 4.8. Cálculos conjunto

hidráulico

4.9. Operaciones 4.10. Diagnosis

de par

básicos en el del embrague básicas

en el embrague'

del embrague

Objetivos • Conocer las diferencias funcionales más importantes entre los distintos tipos de embrague. • Identificar los elementos sistema de embrague.

que componen

cada

• Conocer la función que realizan en el sistema cada uno de los componentes, así como su ubicación. • Conocer los procesos de montaje y desmontaje de los componentes del sistema de embrague. • Realizar correctamente los procesos de mantenimiento, verificación y reparación de anomalías.

4. Embrague

11 Introducción El motor es el encargado de proporcionar la fuerza necesaria para el desplazamiento del vehículo. Para este fin, se dispone de un conjunto de órganos mecánicos cuya misión es transmitir el giro del motor a las ruedas. A este conjunto se le denomina transmisión, que básicamente está formado por los siguientes elementos: • Embrague. • Caja de cambios. • Ejes (árboles) de transmisión. • Grupo reductor. • Conjunto diferencial. • Palieres y bujes. Dentro del sistema de transmisión de movimiento, el mecanismo del embrague es el encargado de permitir o interrumpir el paso de la energía mecánica del motor a la caja de cambios; a voluntad del conductor (embragues manuales) o automáticamente (embragues automáticos). Esta función tiene una importancia básica para que las revoluciones, la potencia que puede transmitir el motor y el cambio de marchas estén perfectamente sincronizados en cualquier estado de conducción, ya que los motores sólo proporcionan potencia útil dentro de un régimen muy determinado de revoluciones.

de las correas planas mediante las cuales se transmitía el par de la polea del motor a las ruedas. El mal rendimiento del accionamiento por correa unido a su rápido desgaste propiciaron la aparición de los primeros embragues basados en el principio de fricción. La forma básica de este principio la constituyeron los denominados embragues de fricción por cono. En este tipo de embrague el volante motor tiene un tomeado sobre el que asienta un cono de fricción, que estaba unido firmemente con el árbol de la transmisión a través de la carcasa de embrague. El cono se presiona hacia el volante por medio de un resorte y puede, ejerciendo presión sobre el pedal a través del collarín del embrague, retraerse del volante, con lo que se interrumpe el arrastre de fuerza. Hoy en día, estos embragues solo se utilizan en determinados vehículos industriales y maquinaria pesada. Este principio de fricción se utiliza en los sincronizadores de las cajas de cambio manuales.

figura 4.2. Principio del embrague de cono.

Debido a la misión que desempeña dentro de la cadena cinemática, el conjunto de embrague es uno de los componentes de los vehículos sujetos a las mayores exigencias en su funcionamiento, y cuyo papel resulta fundamental en las prestaciones de los automóviles.

figura 4.3. Embrague de cono.

figura 4.1. Sistema de transmisión de un vehículo.

Los primeros embragues que se utilizaron en la industria del automóvil consistieron en simples rodillos tensores SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE

En la actualidad, los embragues más empleados son los que utilizan discos de fricción. Se caracterizan por una gran resistencia a las revoluciones, alta seguridad de transmisión de la impulsión del motor, poca altura de diseño, escasa fuerza necesaria para accionar el embrague y una larga duración de servicio.

4. fmbrague

4.1. Tipos de embrague Existen diferentes tipos de embrague, que básicamente sepuedenclasificar en tres grupos:

al De fricción. Se basan en la unión de dos discos que al adherirse forman un solo conjunto solidario. - Monodisco. Son los más utilizados en turismos y gran parte de los vehículos industriales. - Bidisco. Los embragues de doble disco en seco se suelen utilizar en vehículos deportivos o industriales de elevado tonelaje. - Multidisco. Los embragues que trabajan en baño o en niebla de aceite se suelen utilizar como embragues de láminas en cajas automáticas, máquinas para obras, vehículos especiales y, sobre todo, en motocicletas.

bl Centrífugos. Basan su funcionamiento en el giro de unos

• Adecuada capacidad para resistir los efectos del desgaste, punzonamiento, ablación y formación de microsoldaduras. • Resistencia a las condiciones normales de uso, como la humedad, presión, polución, etc. • Buenas propiedades térmicas: alta conductividad térmica, adecuada resistencia a las altas temperaturas, para que el valor del coeficiente de fricción sea constante sobre un elevado rango de temperaturas. • Adecuada capacidad para soportar elevadas presiones de contacto. • Adecuada resistencia a los esfuerzos cortantes transmitidos por la fricción de los componentes. • Elevada durabilidad que permita una larga vida útil. • Características respetuosas con el medio ambiente.

contrapesosque, cuando el motor alcanza un determinadorégimen de giro, la fuerza centrífuga los empuja haciala periferia, transmitiendo el movimiento a la maza de embrague.Se utilizan con frecuencia en motocicletas.

el Electromagnéticos. Su funcionamiento se basa en los efectosde la acción de los campos magnéticos. Son los menosutilizados. d)Hidráulicos. Son los que utilizan como elemento de uniónel aceite y se utilizan habitualmente en vehículos queequipan cambios de velocidades automáticos.

4.2. fmbrague de fricción Elembraguede fricción de accionamiento manual con un solo disco(monodisco) es el sistema más utilizado por los fabricantes de automóviles. Los embragues multidisco se utilizan enloscasosen los que hay que transmitir un gran par motorocuandoexisten limitaciones en el tamaño de los discos. En estetipo de embrague, el proceso de transmisión de pardependeen gran medida de las cualidades del material defriccióndel disco de embrague. Las principales caractersticasdel comportamiento tribológico ' de los materiales encontactodeben tener: Altocoeficiente de fricción con el fin de que la presión necesariapara conseguir la transmisión de par sea de un valormínimo. Latribología es la ciencia que estudia la interacción entre superficies en movimiento relativo. particularmente en lo que se refiere a la lricciónentre dos cuerpos en movimiento y el desgaste como efecto naturalde este fenómeno (se desarrolla también en la Unidad 15). 1

Collarín

Figura 4.4. Conjunto de embrague de fricción.

•

4.2.1. Constitución del embrague de fricción

El embrague de fricción monodisco de accionamiento manual consta de los siguientes elementos: • Volante de inercia. • Disco de embrague. • Maza de embrague o plato de presión. • Collarín. • Sistema de accionamiento. Estos componentes estructurales del embrague se suelen fabricar convencionalmente de fundición de hierro, aluminio (volante) o acero, y de aleaciones especiales de acero, titanio o carbono (carcasa) en aplicaciones deportivas. SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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4. tmbrague

•

Volante de inercia

El volante de inercia es el elemento transmisor del par motor al conjunto del embrague. El volante de inercia va atornillado al cigüeñal del motor y actúa como un acumulador de energía cinética, regularizando las oscilaciones torsionales del giro del motor producto del mecanismo biela-manivela; es decir, suaviza el flujo de energía entre una fuente de potencia y su carga (cuanto mayor es la masa de un volante de inercia, tanto más regular es la marcha del motor).

Como este componente ejerce una influencia decisiva sobre factores importantes tales como el comportamiento en la puesta en movimiento y el comportamiento frente al desgaste, se fabrica con materiales como el acero y la fundición gris, que le confieran estas características. En aplicaciones más deportivas se utilizan materiales ultraligeros sin que por ello se produzca una pérdida de su capacidad resistente, ya que los pares transmitidos en este tipo de vehículos son muy elevados y el sistema de transmisión debe ser capaz de soportados. Así, encontramos volantes de inercia fabricados en titanio o acero nitrurado y además aligerados; es decir, con orificios practicados en zonas de mínimas tensiones para reducir la masa.

Figura 4.5. Volante de inercia.

En el dimensionado del volante, además de la potencia a transmitir, también se tiene en cuenta el calor por fricción que se produce al embragar, de forma que no solo se pueda absorber sin problemas, sino que también se pueda evacuar de la mejor forma posible. A nivel general, desde el punto de vista constructivo hay volantes de copa y volantes planos. Una de sus caras presenta una superficie rectificada para proporcionar el apoyo al disco de fricción. Exteriormente suele disponer de una corona dentada para el sistema de arranque del motor. Por lo que a la fijación se refiere, dispone de una serie de orificios: unos para su unión al cigüeñal, y otros (rascados) para el acoplamiento de la carcasa del embrague. Para este último caso, también suele disponer de unas guías de centrado.

Figura 4.6. Volantes de inercia ultraligeros.

•

Disco de embrague

El disco de embrague está situado entre el volante de inercia y el plato de presión. Tiene como misión transmitir al eje primario del cambio el movimiento que recibe delvo lante. Para ello, el disco de embrague dispone de unos fe rros de fricción que son los que generan esa transmisión de fuerza mediante el rozamiento.

Perno fijación Remaches

Figura 4.7. Constitución de disco de embrague.

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4. fmbrague Su estructura básica consiste en un disco de acero, montando en un buje estriado que a la vez se ensambla al eje primario del cambio; el estriado permite que el disco se desplaceunos milímetros de manera axial durante las fases deembragado y desembragado.

segmento simple, los segmentos están remachados al disco de arrastre. A la ventaja del mejor aprovechamiento del recorrido del resorte se oponen las desventajas de un momento de inercia másico superior y un precio más elevado.

Los forros o revestimientos están remachados o pegados sobre los segmentos elásticos, de tal manera que las cabezas de los remaches van embutidas para que no rocencontra la superficie del asiento del volante y en el platode presión. Los segmentos elásticos están ensamblados a su vez con remaches sobre el disco de arrastre. Este discose centra sobre el buje, de forma que pueda girar, con laayuda del cono de centrado. El sistema amortiguador de torsiónpuede estar formado por un pre-amortiguador y un amortiguador principal. También existen discos de embraguecon dispositivos de fricción variable compuestos por anillosde fricción, discos de fricción, diafragma y discos deapoyo.

• De láminas. Es la opción más habitual. La chapa portante de los revestimientos se encuentra ranurada y ondulada en el borde exterior, donde se apoya el revestimiento. Corresponde en su modo de actuar, fundamentalmente, al resorte de segmento simple y se utiliza, sobre todo, allí donde no hay espacio para remachar el elemento simple a la chapa portante. En discos de embrague de mayor carga, la chapa portante, que es en comparación más delgada, debe reforzarse con otro disco opuesto en la zona del amortiguador de torsión.

En sus inicios, la utilización del disco de embrague presentó algunos inconvenientes, como que el contacto enel disco no era completamente plano, ya que si existíanpequeñas holguras en el estriado del eje de la caja de cambiossobre el que se desliza el disco o en el sistema demando, se producía un contacto parcial. Además, la utilización de muelles helicoidales para presionar al discocontra el volante de inercia, suponía que a la larga la cargade los mismos no fuese lo suficientemente uniforme,por lo que aparecían vibraciones y embragados muy bruscos. Para solucionar este problema se ideó el disco de «acero armónico»,con la circunferencia exterior ondulada, que en lapráctica hace el efecto de un muelle intercalado entre los dosforros de fricción (sistema de amortiguación del revestimiento).Cuando el disco es presionado entre el volante de inerciay el plato de presión, ambos forros son aplastados progresivamente,con lo que se compensaban los efectos de paralelismo. En los sistemas de embrague se utilizan varios tipos de amortiguacióndel revestimiento: • Desegmento simple. En este caso los revestimientos se remachan a ambos lados, sobre segmentos delgados y bombeados, que se remachan a su vez con el disco de arrastre. Las ventajas son el momento de inercia másiea pequeño del disco de embrague, facilitando el cambio rápido de marchas y la dosificación más fácil de la amortiguación. De segmento doble. Los revestimiento s se remachan sobre dos segmentos situados uno encima del otro y que actúan en sentido contrario. Al igual que en el de

De segmento

simple

De segmento

doble

Figura 4.8. Disco de embrague con sistema de amortiguación del revestimiento.

Para hacer que la transmisión de movimiento sea más elástica y suave, el disco suele disponer de unos muelles amortiguadores torsionales, los cuales tienen la función de absorber las irregularidades del par motor, las vibraciones o las sobrecargas instantáneas, y de evitar además, el rozamiento que se crea en el comienzo del engranado haciendo que el acoplamiento sea paulatino y continuo. SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

DE fUERZAS Y TRENES DE RODAJE

.....,

4. fmbrague

del amortiguador, hasta alcanzar el tope, que por ejemplo puede ser de 8 grados de ángulo de torsión. El preamortíguador funciona antes de la primera etapa, para amortiguar las vibraciones a ralentí.

E

300

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::¡; 200

Figura 4.9. Disposición de los muelles amortiguadores torsionales del disco de embrague.

4. Fase Cambio de carga 3. Fase 100 Fase de empuje

El buje está alojado entre el disco de arrastre y el contradisco de forma que pueda girar libremente. Engrana en cambio con una brida, lo que permite un cierto giro relativo entre brida y buje por un lado y disco de arrastre y contradisco por el otro. Ese giro está contrarrestado por los resortes del amortiguador, de tal forma que, bajo carga, se alcanza una desviación angular más o menos grande. La oscilación se suele amortiguar por medio de dispositivos de fricción. El par de giro transmisible del sistema amortiguador debe ser siempre superior al par de giro del motor, a fin de evitar un rebote de la brida del buje en los pernos de tope. En los vehículos actuales son necesarias, a menudo, curvas características de dos o más etapas. Cuando se comienza a transmitir el par motor, se comprimen en primer lugar los resortes con la constante elástica más baja, es decir, la primera etapa del amortiguador, hasta un ángulo de torsión de por ejemplo 4 grados. A partir de este punto, los otros resortes actúan adicionalmente constituyendo la segunda etapa

Disco con amortiguador principal de dos etapas y preamortiguador independiente de dos etapas

Disco con amortiguador principal de dos etapas

10

DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE

20

30

40

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Tracción 200

Figura 4.11. Características de torsión según condiciones de utilización.

Los forros están sometidos a una carga muy alta y deben soportar tensiones de tracción, de cizallamiento y de torsión. Asimismo, se ven sometidos también a elevadas fuerzas centrífugas debido a las altas revoluciones a las que gira el disco. Otro gran condicionante es la elevada resistencia a las altas temperaturas.

Por todo ello, el material de fabricación tiene una gran importancia en el comportamiento, uso y prestaciones del conjunto del embrague.

Disco con preamortiguador independiente de dos etapas

Figura 4.10. Diferentes tipos de disco según el sistema de amortiguación torsional empleado.

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3. Fase Fase de transición 4. Fase Carga 2. Fase Marcha ultra lenta, baja carga

Disco rrgido

4. Embrague Como material empleado en los forros, el cuero constituyó, durante muchos años y desde el inicio de la automoción, elmaterialde fricción más empleado, pero tenía el problema de unrápido calentamiento y su gran sensibilidad al aceite y a lahumedad,por lo que nunca garantizaba un funcionamiento constante.El forro de aglomerado de amianto (con adiciones de otrosmateriales como el cobre) permitió obtener elevados coeficientesde rozamiento (más de 0,3) y alcanzar elevadas lemperaturassin excesivo deterioro. En su contra, se encuentraelhecho de que su inhalación ocasiona graves problemas de salud,por lo que en la actualidad está terminantemente prohibido utilizar amianto para fabricar componentes del vehículo,comodiscos de embrague, pastillas de freno y zapatas.

igura4.12. Forros (revestimientos)

de discos de embrague.

y uniforme aunque con el uso intensivo puede sobrecalentarse. Está compuesto de fibras de metal entretejido (cobre o latón) compactado con aramida o fibra de vidrio, y aglutinado mediante resinas poliméricas. El material suele ser de color marrón oscuro o negro, con las fibras de metal visibles. Sus características principales son: producen un accionamiento suave y progresivo, tienen un largo período de servicio, un amplio rango de temperaturas de trabajo y un período de desgaste inicial (para desarrollar sus prestaciones) casi nulo. • Kevlar (poliparafenileno tereftalamida). Es un material muy duradero y resistente al uso intensivo. Suele tener un color amarillo/verde, y presenta características similares a los materiales orgánicos, destacando principalmente su resistencia a tracción y a cizalladura. En el período de desgaste inicial (rodaje) puede que el embrague patine, por lo que es necesario un uso cuidadoso para evitar sobrecalentamientos producidos por este efecto. En muchas ocasiones se dispone en forma segmentado (bloques o secciones del forro vacías) para mejorar la disipación del calor y reducir su tendencia a cristalizarse. Suele equiparse en vehículos de alta potencia con sistemas de funcionamiento progresivo o equipados con transmisiones de tipo secuencial. • Materiales carbo-cerámicos. Estos materiales pueden encontrarse por separado formando forros o segmentos cerámicos o de carbono, o en forma combinada. Los materiales cerámicos resisten temperaturas muy altas y transmiten altas cifras de par motor, por lo que se suelen utilizar en sistemas multidisco. Estos materiales se desgastan más rápidamente que el material orgánico y el Kevlar, especialmente en situaciones de uso intensivo del embrague (tráfico urbano). Por su parte, el carbono, formando fibras obtenidas por termólisis de fibras de poliacrilato, presenta una durabilidad ligeramente mayor, menor peso y menor capacidad de erosión. Presenta coloraciones gris, rosa o marrón, dependiendo del material de fabricación.

'aura4.13. Los materiales que contienen amianto (asbesto) suelen ~egradarse con el uso, liberando pequeñas fibras microscópicas, que ~ermanecen en el aire y pueden ser absorbidas o inhaladas por las personas, penetrando fácilmente en sus vías respiratorias y digestivas, ~queocasiona graves problemas de salud.

Enla actualidad, los forros se fabrican con los siguienlesmateriales: Materialorgánico de metal/fibra tejida. Es el materialmáshabitual, ya que permite una transmisión suave

• Materiales metálicos sinterizados. En este caso, los segmentos del forro se fabrican mediante sinterización.' Resisten temperaturas extremadamente altas porque presentan el mejor coeficiente de fricción a dichas temperaturas. Cuando se contaminan con aceite o grasa, estos materiales pueden fundirse en el volante o en la superficie del plato de presión. Su color suele ser marrón o 2 Compresión en prensa, de polvo del metal en el interior de un molde con la forma adecuada, con posterior tratamiento en horno de la pieza generada, Habitualmente se añade polvo de zinc, latón (en el caso de segmentos de acero) o polvos cerámicos (materiales cerametálicos) para mejorar la conductividad térmica y la resistencia a la abrasión.

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4. fmbrague negro, dependiendo del metal utilizado. Los embragues que equipan discos con materiales metálicos sinterizados suelen ser más bruscos en su funcionamiento, e incluso en las aplicaciones deportivas, se suprimen los muelles torsionales para obtener una elevada rapidez de respuesta, a costa de mayores vibraciones y de someter a los ejes de la caja de cambios a mayores esfuerzos puntuales. Tratamineto superficial para aumentar la resistencia y durabilidad

Material cerárnico de alta calidad que produce una mayor fricción y permite transmitir un par más elevado

Estructura

• Híbridos. Los discos denominados «duales», utilizan materiales orgánicos en una cara (normalmente la del volante) y segmentos de material de kevlar, carbono o cerámico en la otra cara del disco. Con ello se pretende que la cara con material orgánico permita suavizar el embragado reduciendo las vibraciones torsionales generadas sobre la cara segmentada, mientras que esta última se acoplará de forma más rápida para que sea este material el que primero actúe en situaciones de elevadas solicitaciones. De igual forma, esta cara será la que se desacoplará más rápidamente, produciendo una acción más progresiva.

rígida y a la vez ligera 0,60 0,55

2:

Metal sinterizado 0,50

1: 0,45 'o 'uu 0,40

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0,30 0,25

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0,15 0,10 0,05

Material

Normal 10 37

93 121149177

204 232 260 288 315 343 371399427454

Temperatura

Cubo de arrastre muy resistente Resorte torsional para amortiguar vibraciones

Figura 4.14. La estructura del disco de embrague puede disponer de unas pastillas o segmentos de material cerámico o de metal sinterizado en vez de los forros clásicos y en algunos casos el disco suele tener forma de aspas o palas (cuantas más palas tiene, más suave es su acoplamiento).

Figura 4.15. Segmento de disco de embrague de material sinterizado.

Dependiendo de sus componentes principales, el material puede ser bronce sinterizado o aleaciones de hierro sinterizadas. Debido a su gran insensibilidad al calor, los forros sinterizados pueden soportar sin daños temperaturas de hasta 600 grados Celsius. SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

65

orgánico

482510538

·C

Figura 4.16. Variación del coeficiente de fricción con la temperatura de funcionamiento. En el rango inferior de temperaturas de trabajo, el material con un comportamiento más constante es el de tipo orgánico, aunque el valor de su coeficiente de fricción es el más moderado y las temperaturas máximas que puede llegar a alcanzar son muy limitadas (unos 250 "C). Los materiales capaces de soportar mayores temperaturas son los metales sinterizados y los carbo-cerámicos.

La evolución de los materiales empleados en los discos de embrague parece encaminarse a la mezcla de varios componentes, cada uno con unas cualidades particulares, para dotar al forro de las características deseadas a nivel de resistencia térmica, desgaste y resistencia a la presión, En los forros de tipo kevlar, la tendencia es entremezclar las fibras de este componente con otro tipo de fibras capaces de dotar al conjunto de características especiales. Una de esas fibras es el nomex, material ignífugo que permite aumentar la resistencia a temperaturas más elevadas, En este sentido, los metales sinterizados permiten soportar temperaturas muy elevadas, pero son poco progresivos.

Por lo que respecta a los materiales cerametálicos, en la o actualidad aúnan las capacidades de resistencia térmica de los~ compuestos cerámicas y los metales como el hierro. Sinteriza-f ~ dos en forma de fibras y entrelazados con fibra de kevlar y con~ o algún otro componente, pueden dotar al disco de embrague de~ cierta capacidad de deslizamiento antes de la unión solidaria.~

DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE ,

.

4. fmbrague Maza de embrague La maza de embrague forma un sistema de fricción con elvolantey el disco de embrague. Está atornillada al volantedeinercia. Consta de una carcasa, un sistema de empuje (normalmenteun diafragma) y un plato de presión. Carcasa

Figura 4.18. Diafragma.

plato en tres salientes. Estos resortes de láminas tangenciales cumplen tres funciones esenciales: • Asistir en la carrera de retroceso del plato de presión al desembragar. Plato de presión

Diafragma

• Transmitir el par motor de la carcasa al plato de presión. • Centrar el plato de presión.

figura4.17. Constitución de la maza de embrague.

La carcasa sirve como soporte para el diafragma, que seapoya sobre la misma por medio de pernos y/o anillos. Eldiafragma aprieta el plato de presión contra los revestimiento s del disco. Como ya se ha mencionado, el resorte de diafragma ha reemplazadocasi por completo a los resortes helicoidales, yaque supuso un avance importante para mejorar el inconvenientede la descompensación del reparto de cargas que producíanlos muelles helicoidales. El diafragma es un muellecónicode compresión especial al que se le han practicado unoscortes en forma tangencial o triangular, cuya elasticidadpermite soportar las cargas y deformaciones en direcciónaxial, aplicadas en el centro de acción del collarín. Este componente se somete a diferentes tratamientos térmicos,como un temple por inducción en los extremos delas lengüetas, para soportar las elevadas solicitaciones defuncionamiento. Con el desgaste del disco, en el sistema con diafragma, aumentala presión sobre este, debido a la mencionada conicidaddel diafragma. Mientras que con los muelles esta presión vadisminuyendo debido al estiramiento de los mismos. El plato de presión está unido a la carcasa del embrague atravésde resortes de láminas tangenciales, remachados al

El diafragma se encuentra tensado entre el plato de presión y la carcasa del embrague, de tal forma que genera la fuerza de apriete necesaria para comprimir, con arrastre de fuerza, el disco de embrague entre el volante y el plato de presión. Al mismo tiempo se apoya por medio de una acanaladura en la carcasa del embrague y un anillo. El diámetro exterior del diafragma se apoya sobre el plato de presión. Al pisar el pedal de embrague, el cojinete de desembrague presiona sobre las puntas de las lengüetas del diafragma levantando la circunferencia externa del diafragma permitiendo así el retroceso del plato de presión que libera al disco de embrague. 2,4

8000 Desgaste

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7000

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Nuevo

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2,2 2

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funcionamiento del embrague

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de apriete

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Fuerza'de desembrague con / desgaste del revestimiento / Nueva fuerza de desembrague, :' L._

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del cojinete

6

7

de desembrague

Figura 4.19. Ejemplo de curva característica del embrague.

SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE

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Separación de la placa de presión

adrnis. de revestimiento

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4. fmbrague El gráfico de la Figura 4.19 muestra, con línea continua, el desarrollo de la fuerza de presión sobre el disco. Al montar un disco nuevo se supera el punto de fuerza elástica máxima del diafragma (punto de montaje del embrague nuevo). Al ir desgastándose el revestimiento y disminuir su espesor, aumentará la presión de apriete del diafragma hasta alcanzar el máximo. A continuación, volverá a bajar algo la fuerza hasta que con el desgaste admisible del revestimiento, se alcance nuevamente el valor del estado inicial. El espesor del disco de embrague disminuye aproximadamente de 1,5 a 2 mm durante su vida útil. Las fuerzas de apriete del diafragma se calculan de tal forma que el embrague comience a patinar, poco antes de que los remaches que fijan el revestimiento hagan tope en la placa de presión o el volante, lo que ocasionaría daños innecesarios. La línea de puntos y trazos muestra la evolución de la fuerza de desembrague, es decir, la fuerza necesaria para accionar el embrague mientras es nuevo, y la de puntos, hacia la izquierda, después del desgaste del revestimiento. Al principio la fuerza de desembrague aumenta hasta que se alcanza el punto de montaje, para volver a bajar después lentamente. La curva para la fuerza de desembrague, en caso de desgaste del revestimiento, se desplaza hacia la izquierda probando su relación con la fuerza de apriete. A una fuerza de apriete mayor se oponen, en revestirnientos sujetos a desgaste, fuerzas de desembrague correspondientemente superiores. Por último, la línea de trazos muestra el desarrollo de la carrera de retroceso del plato de presión respecto del recorrido del cojinete de desembrague. Aquí se verifica claramente la relación de palanca en el embrague: 8 mm de recorrido de desembrague corresponden a 2 mm de carrera del plato, es decir, una relación de transmisión de 4:1 (sin tener en cuenta las elasticidades en el embrague).

•

Collarfn de empuje

Actuador

hidráulico

de empuje

Figura 4.20. Cojinetes de empuje: por palanca e hidráulico.

•

4.2.2.

función y funcionamiento del embrague de fricción

Como se ha mencionado anteriormente, el embrague se encuentra ubicado en el flujo de transmisión de fuerza existente entre el motor y la caja de cambios. Su función viene dada por la necesidad de acoplar (embragar) y desacoplar (desembragar) el giro del motor a las ruedas cuando se modifican las relaciones de la caja de cambios, o para permitir que el motor permanezca en marcha cuando el vehículo está detenido. Cuando se inicia la marcha del vehículo hay que transmitir el par motor a bajo régimen de una forma progresiva por resbalamiento mecánico o viscoso, hasta conseguir un acoplamiento rígido entre el motor y las ruedas del vehículo a través del conjunto de la transmisión.

Collarín

El collarín es el dispositivo que presiona el diafragma del embrague. Se denomina también como cojinete axial o cojinete de desembrague. Cuando el conductor pisa el pedal del embrague, se produce un desplazamiento del collarín que presiona el diafragma de la maza. Su estructura básica consiste en un conjunto formado por un rodamiento de bolas, un soporte y un casquillo, que se desplaza sobre el eje primario de la caja de cambios, y está unido a su vez a un actuador o a la palanca de accionamiento del embrague. Esta palanca u horquilla se acciona mediante diferentes sistemas: varillas, cable, bombín hidráulico, etc. SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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Horquilla

Eje primario Collarín

Figura 4.21. Disposición del sistema de embrague entre los conjuntos del motor y de la caja de cambios.

4. Embrague Elprincipio de funcionamiento es muy simple, ya que su funciónes unir o separar dos árboles; esta separación debe efectuarsetanto si los dos árboles se hallan en movimiento comosi están parados. Su estructura básica consta de dos discosquese pueden acercar o alejar entre sí, de modo que cuandoentranen contacto, tras un breve instante inicial de deslizamiento,quedan unidos firmemente girando solidarios.

Figura 4.23. Vista en sección de un conjunto de embrague.

Votante

Carcasa

Plato de presión Diafragma

Disco

Collarln

Buje

~ a 4.22. Principio del embrague de fricción. Aproximando un disco, quesealoja sobre el extremo del cigüeñal, a otro en reposo, se produce un roceentreambos y el disco impulsado comienza a ponerse en movimiento.

En su funcionamiento tesfases:

se pueden apreciar

Casquillo

Accionamiento

ClgOei'lal

las siguien-

Cojinete piloto

Embrague acoplado (embragado). En esta posición el conductor no está pisando el pedal del embrague, y el parmotor suministrado por el motor se transmite a la cajade cambios. Embraguedesacoplado (desembragado). En esta posición sepisa el pedal del embrague, con lo que se interrumpe latransmisión del par motor. En un automóvil, las ruedas giranlibres o están detenidas, y el motor puede continuar girandosin transmitir este par de giro a las ruedas. Enlas posiciones intermedias (medio embrague) se restableceprogresivamente la transmisión del par, mediante rozamientoo fricción. El mecanismo del embrague cualidades:

debe reunir las siguientes

Resistente y con gran poder de adherencia tirtodo el par motor. Capazde transmitir progresivapara que realicebruscamente derevoluciones del

para transmi-

la energía motriz de forma elástica y la transmisión de movimiento no se o a tirones cuando varía el régimen motor.

Rápidopara que la marcha del vehículo no se vea muy afectada. Elástico para que el inicio del movimiento nose muy brusco.

del vehículo

Suaccionamiento no debe requerir un gran esfuerzo por partedel conductor.

Figura 4.24.

•

Constitución

de un conjunto de embrague.

funcionamiento general del embrague

En el estado de embragado (Figura 4.25 izquierda), el par motor que llega desde el cigüeñal pasa al volante y al plato de presión del embrague. El disco de embrague transmite el par motor a través del buje, al eje primario de la caja de cambios. El diafragma aprieta el plato de presión de movimiento axial contra el disco de embrague y el volante. Con ello queda establecida la unión entre el motor y la transmisión. La interrupción del flujo de fuerza se logra pisando el pedal del embrague y por medio del mecanismo de desembrague (con varillas, cable o hidráulico) se desplazará la horquilla de desembrague y el collarín (cojinete de desembrague) unido con la misma, en dirección del volante, presionando sobre las puntas del diafragma, que ejercen la función de una palanca. Si se sigue pisando a fondo (Figura 4.25. derecha), el plato de presión se descargará y se separará del disco de embrague gracias a la acción de los resortes de láminas del diafragma. El disco de embrague podrá girar libremente, y el motor y la transmisión estarán separados. SISTEMAS

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4. fmbrague

Figura 4.25. Esquema de funcionamiento

del embrague monodisco en seco con resorte de diafragma.

Aunque los muelles amortiguadores de torsión en el disco del embrague no son necesarios desde el punto de vista funcional, tienen sin embargo una gran importancia en lo relativo al confort, ya que suavizan las rotaciones irregulares del cigüeñal mediante una combinación, ajustada de acuerdo al motor, de elementos de resorte y fricción, reduciendo así las vibraciones, los ruidos y el desgaste prematuro en la transmisión. El cojinete piloto del volante sirve para la guía o recepción correctadel eje de primario; por su parte, el casquillo guía ubica al cojinete de desembrague, en el centro, sobre el embrague. Los retenes del motor y de la caja de cambios deben mantener libre de aceite la zona del embrague, ya que incluso las más insignificantes cantidades de grasa o aceite sobre el material de fricción del disco empeoran el coeficiente de fricción inutilizando la pieza. En función del tipo de mecanismo que realiza el apriete del plato de presión, se distinguen dos sistemas: embragues de resortes helicoidales y embragues de diafragma. Los dos tipos están formados por un plato de presión y una carcasa, y dependiendo del tipo, unos muelles y patillas de accionamiento, o un diafragma. Los embragues de diafragma, como el que se representa en la Figura 4.26, son los más utilizados en los vehículos turismo y cada vez se usan más en vehículos industriales. Sus ventajas frente a los embragues de muelles son: • Menor altura de construcción.

Se trata de un tipo de embrague muy similar al de muelles, pero en el que estos elementos son sustituidos por una especie de corona circular con forma cónica, llamada dia fragma. En realidad, el diafragma no es más que un muelle y se comporta de la misma manera.

Empuje

Figura 4.21. Detalle de funcionamiento

• Solidez aún a altas revoluciones. • Fuerzas de desembrague pequeñas. • Fuerza sobre el disco más uniforme. • Mayor duración. SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

Figura 4.26. Elementos del conjunto de un embrague de diafragma.

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del resorte de diafragma.

Al accionar el embrague se empuja el diafragma por su parte central, con lo que invierte su conicidad y se libera el disco. Al embragar, el diafragma recupera su forma inicial empujando al plato de presión, que a su vez oprimirá al dis co del embrague, fijándolo contra el volante de inercia.

4. Embrague

+---7 8

--=:====~

~I"l!!I= __ ----2

m-----3 •• ~~~

5

figura4.28. Elementos del conjunto de embrague de muelles: 1 Carcasa de embrague, 2 Copas guía, 3 Resortes helicoidales, 4 Plato de presión, IVolante,6 Disco de embrague, 7 Cojinete de empuje (collarín). 8 Eje primario.

El embrague de muelles ha sido uno de los tipos de embragueque más se han utilizado, aunque en la actualidad su usoes muy reducido. Su estructura está formada por muelles dispuestoscircularmente sobre el plato de presión para que ejerzanun apriete más uniforme. En su funcionamiento empujanal plato de presión por uno de sus dos extremos, apoyandoel otro sobre las copas guía de chapa de la carcasa. Estos resortes fuerzan al plato de presión en dirección delvolante, aprisionando así al disco de embrague. Por tanto, el par motor puede transmitirse, por medio del volante, lacarcasa del embrague y el plato de presión, al disco de embraguede desplazamiento axial, que se encuentra sobre eleje primario de la caja de cambios. Al actuar sobre el mecanismo de embrague se oprimen dichosmuelles, que dejan de ejercer presión sobre el disco deembrague, con la consiguiente interrupción de la transmisióndel par motor a la caja de velocidades.

basa en el principio de la palanca, teniendo como punto de apoyo la carcasa. Estas patillas son accionadas en uno de sus extremos por el collarín o cojinete de embrague, y por el otro extremo actúan sobre el plato de presión, desplazándolo contra los muelles antagonistas. El plato de presión se mueve, a través de toda la carrera de retroceso, contra la presión cada vez mayor de los resortes; esto causa una fuerza para su accionamiento comparablemente superior en un embrague de resorte helicoidal respecto de uno con resorte a diafragma. Otras desventajas son la relativamente poca solidez del conjunto frente a elevadas revoluciones en el motor (efecto de centrifugado), los problemas de equilibrado y el gran espacio que ocupan.

•

4.2.3.

fmbragues con volante bimasa

Como se ha mencionado anteriormente, los motores de combustión interna generan oscilaciones torsionales en la cadena cinemática. En los conjuntos de embrague con volante convencional y discos de fricción con amortiguador de torsión, en el régimen de ralentí dichas oscilaciones se transmiten en su mayor parte sin filtrar a la transmisión. En términos generales, puede decirse que un volante de inercia convencional amortigua más intensamente las oscilaciones del motor; sin embargo, las oscilaciones residuales se transmiten completas al cambio de marchas, lo cual se manifiesta especialmente a regímenes bajos en forma de vibraciones y sonoridad.

figura4.29. Detalle de embrague con muelles de presión regulable.

Para ejercer la acción sobre los muelles, el sistema de embragueestá provisto de unas patillas cuyo funcionamiento se

Por este motivo, gran parte de los vehículos actuales equipan volantes de doble masa o bimasa. Este tipo de volante filtra las oscilaciones torsionales con su sistema integrado de resortes de amortiguación y las absorbe casi por completo. SISTEMAS

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4. Embrague compone de dos masas, donde la masa secundaria giraen ambos sentidos respecto a la masa primaria. El amortigua dar de torsión está integrado en el interior del volante bima sa, ya que por lo general estos embragues utilizan discosde fricción sin amortiguadores de torsión.

1/min

"1 _

Vibración

producida

Vibración

recibida por el cambio

por el motor

Figura 4.30. Vibración del motor y del cambio en el rango de r.p.m. de ralentí, con volante convencional.

Figura 4.32. Efecto de amortiguación del volante bimasa.

El volante de inercia bimasa se suele utilizar también como rueda generatriz de impulsos para la detección delrégimen del motor y para detectar la posición del cilindro l en acción conjunta con los transmisores Hall de los árboles de levas. Para ello, posee un hueco mayor en el dentado de la corona exterior, que sirve como marca. Este punto se registra con cada vuelta del volante a través del transmisor de régimen, que va situado en la carcasa del cambio.

1/min

Hueco en el dentado

_

Vibración

producida

Vibración

recibida por el cambio

por el motor

Ruada ganeratriz de ImpulSOS

Figura 4.31. Vibración del motor y del cambio .en el rango de r.p.m. de

ralentí, con volante bimasa. De esta manera, el volante bimasa evita que las oscilaciones torsionales del cigüeñal sean transmitidas a través del volante de inercia sobre la transmisión y puedan influir en el comportamiento dinámico. Para ello, en el interior del volante, un sistema de amortiguación por muelles separa la masa de inercia primaria con respecto a la secundaria, de modo que las oscilaciones torsionales del motor no sean transmitidas al cambio. De todo ello se deduce que la diferencia entre un volante convencional y uno bimasa está en su efecto. El primero se compone de una pieza maciza para reducir vibraciones del motor y el resto se traslada al disco de embrague que se encarga de amortiguar otro rango de vibraciones a través de su sistema de torsión. Por su parte, un volante bimasa se SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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Figura 4.33. Detalle de la rueda para generar impulsos.

Un volante de doble masa consta de una masa prima ria acoplada al motor (que incorpora la corona dentada para el arranque), y una masa secundaria para el lado dela transmisión con ranuras de ventilación para la evacuación del calor producido en el embrague. Las dos masas (Figura 4.35) están unidas entre sí mediante un sistema de resortes de amortiguación, y colocadas de manera que puedan girar en sentidos opuestos mediante un rodamientode bolas o un cojinete de deslizamiento. La hermeticidad del

4. fmbrague conjuntose garantiza mediante el retén y la pestaña de retencióny aislamiento. Las dos piezas de chapa soldadas conláseren el borde exterior, constituyen el compartimentodegrasaen el que se encuentran los resortes helicoidales curvoscon sus asientos. La brida, construida como resorte dediafragma, engrana con sus salientes entre los resortes

helicoidales curvos. Esta brida se encuentra apresada entre los discos de fricción y de apoyo que a su vez están remachados a la masa secundaria. La fuerza de apriete del diafragma brida está concebida de tal forma que el momento de fricción sea altamente superior al par de giro máximo del motor.

Figura4.34. Estructura de un volante bimasa.

Figura4.35. Constitución de un volante bimasa: 1 Masa volante primaria y carcasa para el amortiguador, 2 Masa volante secundaria y superficie de fricción,3 Tapa (masa volante primaria). 4 Buje, 5 Resorte helicoidal curvo, 6 Envoltura de guía del resorte, 7 Brida y diafragma, 8 Compartimento de grasa,9 Membrana retén, 10 Discos de fricción y apoyo, 11 Rodamiento ranurado de bolas, 12 Junta Tórica, 13 Pestaña de retención y aislamiento, 14Diafragmas para fricción de base, 15 Anillo de fricción de carga, 16 Diafragma, 17 Chapa de recubrimiento, 18 Remache, 19 Disco, 20 Espiga de centrado,21 Corona de arranque, 22 Ranura de ventilación, 23 Orificio de fijación, 24 Orificio de posicionado, 25 Soldadura láser. (A) Embrague de diafragmacon tensores integrados. (B) Disco de embrague rígido.

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4. fm~rague En el dispositivo de la figura, hay otro dispositivo de fricción de alojamiento flotante sobre el buje, que es arrastrado, por encima del juego, por una de las chapas de sujeción. La masa primaria se atornilla al cigüeñal, formando junto con la cubierta de la masa primaria una cavidad para el sistema de amortiguación de resortes. Los muelles de arco son el componente básico de este sistema. Se ubican en los alojamientos internos deslizantes, en los que una carga de grasa especial reduce el rozamiento. La transmisión del par se realiza a través de la masa secundaria, que a su vez está acoplada en el final del recorrido de los muelles de arco. La masa secundaria puede girar algunos milímetros con respecto a la primaria, hasta el punto en el que comienza la tensión de los muelles de arco. Este ángulo recibe el nombre de ángulo de incidencia. Debido a que todo el sistema de amortiguación torsional está integrado en el volante bimasa, sólo se necesita un disco de embrague rígido. Con este volante generalmente se utiliza un embrague de diafragma con tensores integrados, posicionado por medio de espigas de centrado, que se atornilla a la masa secundaria. Un modelo especial de este tipo de dispositivos es el DFC de la firma LUK. Consiste en un volante bimasa compacto que viene premontado con el disco de embrague y plato de presión.

En definitiva, las ventajas con volantes bimasa son:

que aportan

los embragues

• Aumento del confort de marcha. • Absorción

total de vibraciones.

• Aislamiento

de ruidos.

• Ahorro de combustible mediante la conducción menes de revoluciones más bajos.

a regí-

• Elevada precisión y rapidez de los cambios. • Menor desgaste de la sincronización. • Protección

•

contra sobrecargas

de la cadena cinemática

4.2.4. fmbragues bidisco (doble embrague)

Este tipo de embrague-consta de dos discos de fricción, y se suele utilizar cuando el par y potencia a transmitir son muy elevados, lo que haría necesario disponer de un embrague convencional de gran tamaño. Con ello se facilita un diseño funcional acorde con el resto de mecanismos de transmisión.

Como en el caso de la Figura 4.36, algunos volantes bimasa montan un dispositivo de fricción adicional denominado disco de mando de fricción. Este disco posee un ángulo de incidencia; es decir, el rozamiento adicional aparece primero en ángulos de giro mayores y causa en el funcionamiento una amortiguación de giro adicional, por ejemplo al arrancar o cuando hay cambios de carga.

Figura 4.37. Constitución de un embrague bidisco.

Básicamente

hay varios sistemas de embrague

bidisco:

• Bidisco seco con mando único. Similar a los embragues convencionales. • Bidisco en seco para cajas de cambio automáticas. • Bidisco con mando separado. vehículos agrícolas.

Figura 4.36. Ángulo de incidencia del disco de mando de fricción de un volante bimasa.

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Para otros usos, como en

Por lo que respecta al segundo de los sistemas, a diferencia de las cajas de cambio automáticas clásicas que equipan convertidores de par, constructores como Volkswagen

4. fmbrague handesarrollado sistemas de transmisión automática como elDSG (Direct Shift Gearbox) con discos de fricción tanto ensecocomo en húmedo, para accionar en la caja de cambiosdosjuegos de velocidades que funcionan independientementeuno del otro. El sistema que nos ocupa utiliza un embraguebidisco en seco que en la práctica corresponde a dosembragues gemelos similares a los de los cambios manuales.Consta, además, de una placa central para transmitirel par de fuerzas al eje primario a través del embrague correspondiente.En general, el tamaño del doble embrague ensecoes un poco mayor que el de la versión «húmeda». Estose debe a la disposición de ambos embragues y a la necesidadde utilizar materiales adicionales para la absorción delaenergía de fricción. Enel sistema bidisco con mando separado, el doble embraguese utiliza, además de para transmitir el par motor haciala caja de cambios, para transmitir el movimiento haciaunatoma de fuerza trasera (con el fin de accionar diferentesdispositivos externos). Su accionamiento puede realizarsemediante un pedal para el cambio y con una palanca parala toma de fuerza; o mediante el mismo pedal, dividiendosu recorrido en dos fases.

4.2.5. fmbragues multidisco Habitualmente este tipo de embrague se utiliza cuando loexigenlas características del volante del motor, ya que eltamañodel disco que se puede colocar no es suficiente paratransmitir todo el par motor. Para solucionar este inconvenientese emplean varios discos cuya superficie total

de adherencia sea equivalente a un único disco con el tamaño adecuado. Los embragues multidisco funcionan según el mismo principio que los anteriores. La estructura de un embrague multidisco consta de una carcasa cilíndrica (tambor) unida al cigüeñal o al volante (según el caso), y ranurada longitudinalmente en su interior. En el interior de la carcasa hay un paquete de discos; unos con dentado exterior que engranan con las ranuras longitudinales de la carcasa, y otros, intercalados con los anteriores, con dentado interior que engranan con el eje del cambio mediante el «buje». El conjunto de discos en reposo está presionado por una serie de muelles helicoidales, con lo que la carcasa y el buje giran solidarios. La progresión del par transmitido entre disco y disco hasta que todo el conjunto se vuelve solidario permite mayor progresividad en la entrega de dicho par. Todo el conjunto suele estar sumergido en un baño de aceite que además del efecto lubricante, absorbe el calentamiento originado por el rozamiento. El aceite origina una disminución del coeficiente de fricción, lo que produce más suavidad en la transmisión. Por este motivo, algunas aplicaciones de competición equipan multidiscos en seco para disponer de «tacto» más rápido y brusco. Este tipo de embrague lo suelen equipar las motocicletas y aplicaciones de competición como los vehículos de Fórmula 1. Además, algunos embragues de este tipo se usan en los tractores de cadenas para su dirección, y en este caso son accionados con una leva mandada con una palanca, que según apriete o deje sueltos los discos produce el embrague o desembrague.

[1[ Cigüeñal [2[ DMF (Volante bimasa) [31Anillo central [41Cojinete de soporte [SI Plato de presión K1 [61Disco de embrague K1 171Plato de presión K2 [81Disco de embrague K2

191Cojinete de accionamiento K2 110JCojinetede accione miento K1 111J Eje de entrada de la caja de cambios 1 (eje macizo) [12JEjede entrada de la caja de cambios 2 (eje hueco) 113JAnillo de retención 114JMuellede diafragma K2 11SJ Muelle de diafragma K1

figura4.38. Constitución de un doble embrague bidisco para cajas de cambios automáticas

SISTEMAS

DSG.

DE TRANSM[SIÓN

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4. fmbrague El embrague multidisco regulado electrohidráulicamen te presenta las siguientes ventajas en comparación con un convertidor de par: • Menor peso. • Dimensiones compactas. • Adaptación de las características de iniciación de la mar cha a las condiciones de la conducción. • Función de protección contra sobrecarga o uso indebido Figura 4.39. Embrague multidisco de motocicleta. Filtro de aceite a presión

Radiador de aceite Bomba de aceite

Embrague multidisco

Figura 4.41. Componentes principales de un cambio automático DSG con dos embragues multidisco.

Figura 4.40. Despiece de un embrague multidisco.

••

fmbragues multidisco en baño de aceite para cajas de cambio automáticas

Como ejemplo de este tipo de embrague, el sistema DSG (Direct Shift Gearbdxi equipa dos embragues gemelos en baño de aceite, con control hidráulico de presión. Uno de ellos conecta las marchas impares, más la marcha atrás, y el otro las relaciones de cambio pares. Con esta estructura se dispone de dos cajas de cambio paralelas. Como consecuencia de esta gestión del sistema de embrague, durante el cambio de marcha no hay interrupción de la fuerza de tracción. SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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La gestión del funcionamiento de los dos embragues se realiza mediante un sistema electrónico (Mecatronic). Básicamente, siempre hay arrastre de fuerza en una de las transmisiones parciales, mientras que en la otra ya se preselecciona la marcha siguiente, pero todavía con el embra gue abierto para la marcha en cuestión. Como ejemplo, esta gestión permite que mientras el coche circula en tercera,la cuarta velocidad ya esté engranada, aunque no activada. En el momento en que se alcanza el régimen de cambio, el embrague de la tercera marcha se abre, mientras que el otrose cierra, activando la cuarta marcha. El proceso de apertura y cierre de los embragues es totalmente coincidente, lo que produce un cambio directo y suave. Todo este proceso se realiza en centésimas de segundo. El embrague doble está formado por dos paquetes de embrague independientes, denominados embrague multidisco exterior Kl y embrague multidisco exterior K2. Ambos embragues son accionados hidráulicamente y cada uno de ellos está asociado a un árbol primario. Unidos al volante de inercia giran solidarios los siguientes componentes del embrague doble:

4. fm~rague

Carcasa

Embrague

K1 Embrague

K2

Árbol de entrada 2

Eje de la bomba ATF Árbol de entrada

1

Figura 4.42. Posibilidades de transmisión de movimiento a través de los embragues de un sistema DSG.

• El buje de entrada y el disco de arrastre • Los portadiscos exteriores, tanto del embrague exterior KI como del interior K2, los cuales a su vez arrastran los discos metálicos correspondientes. El buje principal, donde están los conductos de distribución de aceite hacia los embragues.

doble. La transmisión hacia el interior del cambio se realiza mediante árboles primarios huecos insertados uno dentro de otro: el exterior acopla en el embrague K2 y el árbol interior con el K 1, dependiendo del embrague multidisco que esté cerrado, el par se transmite a uno u otro árbol primario. En el interior de ambos árboles se encuentra el eje que acciona la bomba de aceite del sistema hidráulico. El par se transmite a cada uno de los embragues a través de su soporte multidisco exterior. Al cerrar el embrague se transmite el par a su soporte multidisco interior y de ahí al árbol primario que tiene asociado; de tal forma que siempre hay un embrague multidisco arrastrando fuerza. Para cerrar el embrague se aplica aceite a presión a la cámara correspondiente de cada embrague. Cuando se aplica en la cámara del embrague Kl se desplaza el pistón de este embrague y comprime el conjunto multidisco del embrague Kl. El par se transmite entonces a través del conjunto multidisco del soporte interior hacia el árbol primario o de entrada 1.Al abrir el embrague, el diafragma resorte oprime de nuevo el pistón a su posición inicial (no existe presión hidráulica).

Pistón

Soportes multidisco interiores

Figura4.43. Detalle en sección de la estructura del doble embrague de un sistema DSG.

El flujo de transmisión del par motor se transmite del cigüeñalal volante de inercia bimasa y de este al embrague

Cuando se aplica aceite a presión a la cámara K2, el otro pistón comprime el conjunto multidisco del embrague K2, transmitiéndose el par hacia el árbol primario 2. Al abrir el embrague los muelles helicoidales oprimen el pistón de nuevo a su posición inicial. El módulo Mecatronic controla y regula la presión y el flujo del aceite de refrigeración de los dos embragues. Asimismo, memoriza (autoadapta) las posiciones de los embragues, las posiciones de los actuadores de cambio al estar engranada una marcha y hace lo propio con la presión principal. SISTEMAS

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4. fm~rague

•

Este mecanismo de compensación del desgaste utili za un sistema con un sensor de fuerza por medio de un se. gundo diafragma (diafragma-sensor) y un anillo de ajuste de acero embutido, entre el diafragma y la carcasa del plato.

4.2.6. fmbrague autoajustable

En los embragues, la fuerza a aplicar es prácticamente proporcional a la fuerza de compresión o al par de giro del embrague; para mayores pares de giro del motor se necesitan mayores fuerzas a aplicar. En los embragues convencionales de turismos, suele existir un factor 4 entre la máxima fuerza que se va a aplicar sobre el pedal del embrague y la fuerza de compresión, si bien la fuerza que se va a aplicar llega a aumentar, a lo largo de la vida útil del vehículo, hasta en un 40 %.

A diferencia de un embrague convencional, en este tipo de embrague el diafragma no se remacha firmemente a la carcasa, sino que está apoyado al diafragma sensor. El anillo de ajuste forma, por un lado, el punto de apoyo para el diafragma y, por el otro, se apoya él mismo en la carcasa del embrague mediante escalones. El anillo de ajuste es presionado, en la dirección de la circunferencia, mediante 2 o 3 pequeños muelles de como presión. El diafragma-sensor sirve de sensor mecánico para la reducción del desgaste y se ajusta de tal manera que, si aumenta la fuerza de desembrague a causa del desgaste de los forros, se rebasará la fuerza antagonista del diafragma sensor y el alojamiento de basculamiento se desvía en dirección al volante tanto como sea necesario, hasta que la fuerza de desembrague haya descendido hasta la fuerza del diafragma sensor. En caso de ceo der el diafragma sensor, se formará un espacio libre, que será compensado, por ejemplo, mediante una cuña. Con este sistema se puede alargar la vida útil del embrague hasta un 50 %.

Mediante mecanismos automáticos de compensación del desgaste, los embragues autoajustables como el sistema SAC (Self Adjusting Clutch) modifican notablemente la relación entre el par de giro del motor que se ha de transmitir y la máxima fuerza que se va a aplicar sobre el pedal, hasta hacer esta fuerza muy pequeña.

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En otros desarrollos basados en este sistema, el seno sor de fuerza no se alcanza mediante un segundo diafragma, sino a través de las lengüetas del sensor del diafragma principal y con un resorte de lámina tangencial especial.

Figura 4.44. Comparativa de esfuerzos de desembrague en un embrague convencional y un embrague con sistema de compensación de desgaste.

~-.¡j--¡¡;¡¡.;•...•....-

Resorte de láminas Perno Tapa

•• ...II,J~'--- Anillo

de ajuste (anillo cuña) Perno

,.-- __

Disco de embrague

u~~-Tope

l"'"IIIiIIIiil~- Diafragma sensor Diafragma Resorte de compresióer

Anillo de bascula miento del diafragma principal

Diafragma

Cuña de ajuste

sensor

Plato de presión

Diafragma

principal

Figura 4.45. Constitución de un embrague con sistema de compensación de desgaste.

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4. fmbFague

4.J. Sistemas de accionamiento Elsistema de accionamiento es el encargado de desplazarel collarín para presionar el diafragma de la maza de embrague. Este accionamiento puede ser manual (pedal o varillaje) o bien automático (sin necesidad de pedal).

Varilla ajustable

Básicamente,existen varios sistemas de accionamiento enlosembragues de fricción: Accionamientomecánico por varillaje. Accionamientomecánico por cable. Accionamientohidráulico.

Varilla de empuje Resorte de retorno

Accionamientoautomático.

Figura 4.46. Accionamiento del embrague mediante varillaje (ti monería).

4.3.1. Accionamiento mecánico por varillaje En este tipo de accionamiento, la fuerza que se ejercesobreel pedal se transmite hasta la palanca de desembrague mediante un conjunto de varillas. Con la configuracióny dimensionado adecuado de este sistema se consigue unarelaciónentre el mecanismo de liberación y el esfuerzo sobreel pedal, de entre tres y cuatro a uno. Por otro lado, lasconexionesmecánicas proporcionan una mayor flexibilidaden el ajuste del embrague.

4.3.2. Accionamiento mecánico por cable Adiferencia del sistema anterior, en este caso se sustituyeelvarillaje por un cable tipo bowden3 entre el pedal del embraguey la palanca que desplaza al collarín.

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 recorrido libre del embrague, que puede ser regulado con una tuerca. Cuando se pisa el pedal del embrague, se produce un movimiento en el cable que provoca el desplazamiento de la palanca de desembrague y esta a su vez mueve el collarín contra el diafragma. Al soltar el pedal del embrague, todo vuelve a su posición inicial gracias a un muelle de retorno situado en el pedal o en la palanca (o en ambos lugares) y a la presión que realiza el diafragma hacia atrás. En el mando del embrague mediante cable, pueden establecerse dos sistemas diferentes: el de apoyo constante

Extremo esférico del cable

Figura4.47. Sistema de accionamiento

6

del embrague por cable.

Elcable bowden es un tipo de cable mecánico flexible usado para la transmisión

mecánica del movimiento

por tracción, para ello dispone

de un cable flexible interior que transmite el movimiento, rodeado de una camisa protectora también flexible, que sirve de punto de apoyo para Iransmitirel esfuerzo al extremo final del cable.

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del cojinete de empuje y el cojinete de empuje con recorrido libre, 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 de retorno acoplado a la palanca de desembrague. En el sistema de mando con apoyo constante del cojinete de empuje, se suprime el recorrido libre de desembrague. En estos últimos sistemas, para absorber de manera automática el juego de acoplamiento entre el cojinete de embrague y el diafragma, debido al desgaste del disco, existen dispositivos como los cables autoajustables, o los pedales dotados de unos sectores dentados (trinquetes) que, a medida que se va desgastando el disco, regulan la longitud efectiva del cable. El sistema representado en la Figura 4.48 está 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. 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 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 según se va produciendo el desgaste del disco de embrague. En la Figura 4.49 se representan las fases de funcionamiento de un sistema de cable autoajustable. En este caso, cuando se presiona el pedal de embrague, los rodillos del dispositivo de ajuste están firmemente sujetos en la carcasa exterior mediante la acción del cono de la guía del cable. En estas condiciones, el cable tira de la palanca del embrague. Si en la posición de desembrague esta palanca se mueve hacia abajo, debido al desgaste del disco de embrague, la pieza de sujeción desplaza asimismo la carcasa interior del dispositivo de ajuste hacia abajo. De esta forma, el cable, desde el pedal hasta el mecanismo de ajuste, también se hace más corto. Por el contrario, una vez realizado el autoajuste, la longitud de cable desde dicho mecanismo hasta la palanca de desembrague es ahora más larga.

Figura 4.49. Mecanismo de autoajuste del cable del embrague. a) embragado, b) desembragado, e) embragado una vez ajustado, d) desembragado una vez ajustado.

••

4.3.3. Accionamiento hidráulico

Para facilitar las maniobras de embragado y desembraga do, en algunos vehículos se adopta un sistema de mando hi dráulico. En este sistema el pedal de embrague actúa sobreel émbolo de un cilindro emisor (bomba), que desplaza un flui do hidráulico a través de una tubería, enviándolo al cilindro receptor (bombín), en el que la presión ejercida producirá el desplazamiento de su pistón que, a su vez, provoca el des plazamiento del cojinete de empuje mediante un sistema de

1 Posición de reposo

Figura 4.48. Dispositivo de ajuste mediante trinquete y sector dentado.

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2 Inicio de acción

3 Desembrague

4. fmbFague palancas. Con este sistema puede lograrse la multiplicación más adecuadadel esfuerzo ejercido por el conductor sobre el ~al, configurando los cilindros emisor y receptor con las medidas adecuadas. En algunos sistemas que equipan sobre lodolos vehículos industriales, los dispositivos de accionamiento hidráulico del embrague se complementan con una servo ayudaneumática del sistema de aire comprimido utilizado enel sistema de frenos y de suspensión.

Hay sistemas en los que el cilindro receptor y el cojinete de embrague son una misma pieza, con lo que el empuje para el desplazamiento axial del cojinete se aplicada directamente del cilindro receptor a dicho cojinete.

•

4.3.4. Accionamiento automático del embrague

Estos sistemas no precisan pedal de embrague. Cuando el conductor desea cambiar de velocidad, una unidad de control recibe información de un sensor situado en la palanca de cambios y de una serie de sensores que interpretan las intenciones del conductor, en esta situación, la unidad de control envía una señal eléctrica a un elemento actuador que empuja el collarín contra el diafragma de la maza realizando el desembrague. En el caso de la Figura 4.52, cuando se efectúa un cambio de marchas, la unidad de control del cambio activa también la electroválvula del embrague. Esta válvula controla la apertura y cierre del embrague. figura4.50. Sistema de accionamiento del embrague hidráulico: 1 Depósitode aceite, 2 Bomba de embrague, 3 Tubo de conexión entre ~ombay bombín actuador, 4 Bombín actuador hidráulico, 5 Palanca de desembrague,6 Collarín, 7 Muelle de diafragma, 8 Disco de embrague.

En el extremo del bombín del embrague va ubicado un potenciómetro que le permite a la unidad de control del cambio conocer la posición exacta del bombín del embrague y, por tanto, la del embrague también.

Elfluido utilizado en este sistema es de las mismas características que el empleado en el sistema de frenos, inclusoenalgunas ocasiones comparten el mismo depósito.

Para que se abra el embrague hay que desplazar el émbolo de la electroválvula de forma que la presión de aceite del acumulador le pueda llegar al bombín del embrague. El émbolo del bombín, al ser empujado, tira de la palanca del

Figura4.51. Sistema de accionamiento

del embrague hidráulico con CSC (actuador hidráulico coaxial de desembrague).

SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE

4. fmbraguB

_

embrague por medio de un cable. El embrague, al ser accionado, se abre. El potenciómetro registra la posición del embrague y se la comunica a la unidad de control.

Otros sistemas, como el EKM de LUK, utilizan como base un embrague auto ajustable junto con estrategias de control inteligentes, como la denominada «estrategia de seguimiento del par». Esta combinación hace posible la utilización de un pequeño motor eléctrico para la operación del embrague. Puesto que este pequeño motor genera muy poco calor es posible agrupar al actuador y su unidad de control en un «actuador inteligente». Al igual que otros siso temas, requiere un potenciómetro para el reconocimiento de la intención de cambio y dos sensores de proximidad para el reconocimiento de la marcha acoplada.

Figura 4.52. Sistemas de accionamiento automático del embrague con sistema electrohidráulico.

En la práctica un embrague completamente cerrado puede transmitir de 1,5 a 2,5 veces el par máximo del motoro La idea del sistema de seguimiento del par es ajustar el par transmisible del embrague al que en ese momento genera el motor, más un pequeño margen de seguridad. Como consecuencia, cuando el conductor levanta el pie del acelerador antes de hacer un cambio de marcha, el par transmitido ya decrece. Al completarse la intención de cambiar de marcha, el embrague está ya casi desacoplado; por tanto el tiempo que resta para desembragar completamente es muy corto, permitiendo así un cambio muy rápido.

Con objeto de conseguir una respuesta rápida durante el cambio de marchas y agilizar el proceso, el embrague se mantiene abierto un 20 % aproximadamente. Una vez abierto el embrague, el émbolo que hay en la electroválvula mantiene en el bombín una presión equivalente al 20 % aproximado de la máxima. El émbolo queda colocado de forma que mantiene bloqueadas todas las conexiones hidráulicas.

Con esta estrategia de control de par se consigue una mejora cuando cambia la carga. Una aceleración brusca genera pi cos de par que llevan a oscilaciones del vehículo. Este efecto se evita con el control del par a través de una breve fase de des· lizamiento, protegiendo la cadena de transmisión y brindando una mayor comodidad a los ocupantes del automóvil. Este pe. queño deslizamiento no es en absoluto relevante respecto al consumo de combustible o el desgaste del embrague.

Can-Bus ......,

_,

Actuador inteligente con mando integrado

I

Unidad de control

Tomillo sinñn Jt1Il2:::~

Cilindro maestro Corona

Cilindro receptor

Eje Tomillo

MOTOR

.2

e

Reconocimiento de intención de cambio

":••

.

ti

e O

-------------------------------------------------------------------------------------------------

~

Figura 4.53. Sistemas de accionamiento automático del embrague con mando integrado (EKM).

Q

SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE

w

,-----------~-~-~~-~~-~~--~--4. Sin control de par

fmbFaguB,

Con control de par Intención de cambio 400

400 -+-- Período de

300 Par transmitible / por el embrague

e 200

~~ ~ 11. 100

\ \

,

--/,/

E ~...

;-\

Par motor

o 2

\

---, 100

\\

'" '"

- ---

4

t

"'/---'

Período de desacople

I /;'

\ I

\

\

O \

o

200

\ -:>

\

·100

Par transmitible por el embrague

lO

11-

\

J__-~

Intención de cambio

desacople 300

Par motor

/

\

\--_

....

/

-100 6

8

O

4

2

6

8

Tiempo (s)

Tiempo (s)

Figura4.54. Comparativa del efecto de un sistema de control de par respecto a un sistema convencional sin control de par.

••

Características de prestaciones y de funcionamiento del sistema de accionamiento automático

Habitualmente, en un sistema de estas características, la unidadelectrónica de control elabora las señales de: • Potenciómetro de mariposa y sensor de r.p.m. para calcularla carga del motor. • Potenciómetro de selección de acoplamiento de marchas parareconocer la marcha seleccionada. Deesta forma se establece el tiempo de acoplamiento. Con elvehículoparado y el conmutador en posición «Off» el embmgueestá siempre acoplado. Si la palanca de cambio está en punto muerto, el embrague está desacoplado; si por el contrario hay unamarcha insertada, el embrague permanece acoplado. Para poner en marcha el motor, la palanca de cambios Jebeestar en posición de punto muerto, si hay una marcha nsertada, la centralita no autoriza el arranque.

\.rranque del vehículo Para activar el acoplamiento del embrague durante el rranque, la centralita controla las siguientes condiciones:

El desacoplamiento del embrague se efectúa cuando el conductor ejerce una fuerza sobre el pomo de la palanca del cambio hacia delante o hacia atrás, cerrando uno de los dos contactos del sensor y simultáneamente suelta el pedal del acelerador, hasta un cierto valor, o bien, con una cierta rapidez. El acoplamiento del embrague se efectúa cuando la centralita (mediante las señales de los dos potenciómetros selección/acoplamiento de velocidades), entiende que se ha insertado una nueva velocidad. Cuando el conductor detiene el vehículo, para evitar que se apague el motor, la centralita regula la rapidez de desacoplamiento del embrague en función de la deceleración del vehículo.

Estacionamiento Cuando se para el vehículo y se apaga el motor, el sistema antes de desactivarse acopla el embrague dando la posibilidad de aprovechar una relación corta para que actúe como freno de estacionamiento, en estas condiciones no se permite la puesta en marcha del motor mientras no se sitúe la palanca en la posición de punto muerto.

11 4.4. fmbrague centrífugo

Motor en marcha. Marcha acoplada (La, 2:

Cambio de velocidades

O

marcha atrás).

Pisado del pedal del acelerador. El estado de la apertura de una puerta es señalado acúscamente, mientras que el acoplamiento de otra velocidad ihibe el arranque. Si el vehículo está en una pendiente desendente,la centralita detecta que el número de r.p.m. del unbio es mayor que el del motor.

Este tipo de embrague realiza las operaciones de embrague y desembrague de forma automática. Consta 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 el tambor del embrague. Consiguiéndose así el embragado. SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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4. ~mbrague periferia. El plato está unido al volante de inercia del motor y, por tanto, gira con él. Las zapatas son capaces de desplazarse 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.

Bajas r.p.rn.

Altas r.p.m. Disco

Figura 4.55. Principio del embrague centrífugo,

Mecanismo de presión

Cuando el motor gira a bajas r.p.m. los contrapesos ocupan su posición de reposo gracias a la acción de unos muelles antagonistas, consiguiendo con ello el desembragado del motor. Como la velocidad de giro del motor aumenta de forma progresiva, la acción de embragado resulta igualmente progresiva. El embrague centrífugo se utiliza en gran medida en motocicletas. Plato de zapatas

Figura 4.57. Embrague centrífugo serniautornático.

11 4.5. fmbrague electromagnético El embrague electromagnético aprovecha las características de los campos magnéticos para su funcionamiento. Está formado por un elemento conductor (corona de acero) fijado al volante de inercia en cuyo interior se encuentra polvo metálico y un elemento conducido ensambla do (rotar) sobre el primario de la caja de cambios con una bobina que alimentada eléctricamente a través de unas escobillas origina el campo magnético. Figura 4.56. Embrague centrífugo de motocicleta.

Algunos vehículos montan embragues convencionales semiautomáticos que disponen de unos contrapesos para ayudar al diafragma a mantener el disco de embrague fuertemente apretado contra el volante de inercia. Este sistema permite disponer de diafragmas menos fuertes, ya que la acción de los contrapesos supone un esfuerzo adicional que empuja al plato de presión hacia el disco de embrague. En otros casos, se montan embragues semi automáticos 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 SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE

Dicho rotar 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 una carcasa y se rellena con polvo magnético, que se aglomera en el entrehierro por la ac ción del campo magnético creado por la bobina, haciendo solidarios a la corona con el rotar. 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 entrehie rro, lo que permite girar en vacío a la corona sin arrastrar al~ ••• rotar, con lo cual el motor permanece desembragado. o

1

j

4. fmbrague Bobina que genera el campo magnético

a)

11 4.6. fmbrague hidráulico El embrague hidráulico se utiliza en vehículos con caja de cambios automática y funciona como un embrague automático; por tanto, los vehículos que disponen de este tipo de embragues no tienen pedal. Este tipo de embrague utiliza la fuerza centrífuga del aceite para transmitir energía desde el motor a la caja de cambios.

Rotar interno

Rodamiento

En la práctica se usan dos tipos de embragues accionados hidráulicamente: • El acoplamiento o embrague hidráulico.

Rotorexterno

• El convertidor de par. Corona

b)

'-----

Bobina

~o::. -tt----

Entrehierro Rotar Carcasa

~~~~~!::;;;;;;;...-

figura 4.58. Embrague electromagnético: genérica,b) aplicación para vehículo.

Eje primario

a) ejemplo de aplicación

En el instante en que comienza a pasar corriente por el arrollamientose inicia la aglomeración del polvo magnético, que tarda un cierto tiempo en completarse, lo que ademásse ve favorecido por el retardo de la aparición del flujo magnéticoque se produce en todas las bobinas. Este efecto tiene como consecuencia una progresividad en la acción delembrague y, por tanto, en la transmisión de movimiento desde el motor a las ruedas.

Figura 4.59. El funcionamiento de un embrague hidráulico es similar al efecto entre dos ventiladores, uno conectado y otro no. La corriente de aire creada por el primero incide en las aspas del ventilador desconectado y lo hace girar. De esta forma se logra transmitir el movimiento sin que haya rozamiento, y con ello se evitan desgastes.

El embrague hidráulico está constituido por una bomba solidaria al volante de inercia y una turbina solidaria al primario de la caja de cambios. Todo el conjunto va cerrado y bañado en aceite.

La unidad de control alimenta a la bobina con una coTientede intensidad variable para transmitir el movimien:0 del motor a la caja de cambios. La magnitud de esta coTientela determina en función de la información que recibe lelos siguientes sensores: I

Revoluciones del motor.

I

Velocidad del vehículo.

I

Posición del pedal del acelerador.

I

Posición de la palanca selectora de velocidades.

Bomba

Turbina

Figura 4.60. Funcionamiento del embrague hidráulico.

SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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4. fmbrague La bomba al girar proyecta el aceite paralelamente al eje de las aletas de la turbina, que tiende a girar debido a que la energía cinética de las partículas de aceite proyectadas produce en ella un par de fuerzas. El aceite proyectado resbala por las aletas de la turbina y es devuelto hacia la bomba centrífuga, donde esta lo envía hacia la periferia, formándose así un torbellino tórico.

recupera toda en la turbina, una parte se pierde en el acoplamiento y se convierte en calor en el aceite, por lo que la temperatura de este crece durante el funcionamiento, especialmente con grandes cargas. Para evitar que la temo peratura del aceite llegue a valores muy altos que afecten el sistema, este se hace circular por un medio de enfriamiento (radiador de aceite o intercambiador de calor). En el funcionamiento de este tipo de embragues se puede distinguir tres fases distintas, que dependen principalmente del régimen del motor (Figura 4.62): a) Cuando el motor (y por tanto la bomba) gira a pocas revoluciones, la energía cinética del aceite es pequeña y el par de fuerzas transmitido a la turbina es insuficiente para vencer el par resistente. En estas condiciones, hay un resbalamiento total entre bomba y turbina con lo que la turbina permanece inmóvil (100 % de deslizamiento). b) A medida que aumentan las revoluciones del motor, el torbellino tórico de aceite va incidiendo con más fuerza sobre los álabes de la turbina. Con ello se vence el par resistente y se hace girar la turbina, mientras se verifica un considerable deslizamiento (la bomba gira más rápido que la turbina) que provoca el acoplamiento progresivo del embrague.

Figura 4.61. Torbellino tórico entre bomba y turbina.

Tanto la bomba como la turbina tienen un diseño con forma semitoroide geométrico, provistas de unos tabiques planos denominados álabes.

e) Cuando el motor gira rápidamente (a partir de las 3.000 r.p.m.), el aceite es impulsado con gran fuerza contra la turbina y esta es arrastrada con un deslizamiento mínimo entre ambas (en tomo al 2-3 %)\ puesto que de lo contrario no se transmitiría ningún esfuerzo.

11 4.7. Convertidor hidráulico de par El principio de funcionamiento del convertidor hidráulico de par es similar al del embrague hidráulico ya descrito, pero existen varias diferencias importantes, como: a) Incorpora un tercer elemento situado entre la bomba y la turbina, denominado como estator o reactor. La fun ción de este elemento es modificar las características de interacción entre bomba y turbina en la zona del trabajo con deslizamiento más grande. Figura 4.62. Fases de funcionamiento de un embrague hidráulico.

Una característica importante de este embrague es que siempre la velocidad de la turbina será menor que la de la bomba, y esta diferencia se acentúa a medida que la carga en la turbina se hace mayor, a esta diferencia de velocidad se denomina deslizamiento (resbalamiento). El deslizamiento se convierte en ineficiencia mecánica, es decir, la energía entregada por la bomba al fluido no se SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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b) El par que entra al embrague y se aplica a la bomba, para el caso del embrague hidráulico siempre será ligeramente menor en la turbina de salida (por efecto del deslizamien to), mientras que en el convertidor hidráulico de par resul .E ta aumentado, y puede dar un par de salida en la turbina -E !! bastante mayor, dependiendo de la velocidad de giro. :.

..., e o

Ü

El deslizamiento indica, en tanto por ciento, la pérdida de r.p.rn. que ~ se produce en la transmisión del par desde la bomba hasta la turbina. 9

4

4. fmbrague e) Los álabes de estos elementos tienen un diseño helicoidal, para mejorar el torbellino tórico que se establece entre dichos componentes.

En la Figura 4.65 están representados los componentes habituales de un convertidor hidráulico de par. En la misma puede observarse que el diámetro de la bomba y de la turbina son prácticamente iguales, mientras que el del reactor es bastante menor. Asimismo, los álabes más externos de la bomba son radiales o casi radiales, al igual que en el embrague hidráulico, mientras que los de la turbina son de perfil helicoidal. Ambas piezas disponen de otro juego de álabes en su interior que se diferencian notablemente. Ambos juegos de álabes están separados por una superficie casi plana sin álabes.

Carcasa

Figura 4.63. Funcionamiento del convertidor hidráulico de par.

El convertidor hidráulico de par actúa como embrague hidráulico o como multiplicador de par, en función de las r.p.m.de funcionamiento en cada momento.

Cubo de arrastre

El convertidor hidráulico de par tiene varias funciones principales: • Proporcionar una transmisión suave del par motor a la caja de cambios, permitiendo detener el vehículo sin que se cale el motor . • Multiplicar el par transmitido desde el motor. • Proporcionar un accionamiento directo del motor a la transmisión (mediante el uso de un embrague anulador del convertidor de par).

Figura 4.65. Constitución de un convertidor hidráulico de par. En la figura de abajo el conjunto equipa un disco de embrague.

Turbina

Reactor

Figura 4.64. Disposición de los elementos de un convertidor hidráulico de par.

La bomba, el reactor y la turbina se colocan dentro del convertidor hidráulico de par, muy próximas (una a continuación de la otra) y, de esta forma, el reactor, que también tiene álabes, queda colocado en la zona de los álabes interiores de los otros dos componentes. SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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4. fmbrague Con esta configuración, los álabes exteriores interactúan unos frente a los otros mientras que la interacción de los álabes interiores se hace a través del reactor; de ahí la capacidad de amplificar el par que tiene el convertidor. El reactor está ubicado sobre un mecanismo de rueda libre, lo que hace que gire siempre en el mismo sentido que la bomba. La bomba se encuentra unida al volante de inercia a través de la carcasa del convertidor hidráulico. Por su parte, la turbina se encuentra acoplada al eje primario de la caja de cambios.

~

Baja velocidad

~ Bomba

Turbina

Elevada velocidad

Figura 4.66. Movimiento del flujo de aceite en los componentes de convertidor hidráulico de par.

Al girar la bomba proyecta el aceite sobre la turbina provocando su movimiento, el aceite que sale de la turbina tropieza con los álabes del reactor que tienen una curvatura opuesta a los de la bomba y turbina. Este flujo de aceite intenta empujar al reactor en un giro de sentido contrario al de la bomba y la turbina, pero como el reactor está retenido por la rueda libre, el flujo de aceite se frena y el empuje se transmite a través del aceite sobre la bomba.

Cuando las velocidades de giro de turbina e impulsor se igualan, el reactor gira incluso en su mismo sentido sin producirse ningún empuje adicional de forma que la transmisión de par no se ve aumentada comportándose el convertidor como un embrague hidráulico convencional. De lo anterior se deduce que en el funcionamiento del convertidor hidráulico de par se pueden diferenciar tres fases: 1. En el momento en que se inicia la marcha y se pisa el acelerador, el motor hace girar a la bomba con bastante potencia, pero al estar la turbina en reposo, su inercia se opone al movimiento. Durante esta etapa se produce la mayor amplificación del par motor. El fluido que llena el convertidor no gira en torbellino, solo es bombeado a la turbina para hacerla girar y retorna con gran velocidad. 2. A medida que vehículo aumenta su velocidad, pero aún con una diferencia apreciable entre el giro de la bomba y de la turbina, el convertidor produce una alta amplificación del par, pero menor que en el arranque. El factor de multiplicación dependerá de la diferencia entre las velocidades de giro de ambas piezas. 3. En altas velocidades la turbina gira a una velocidad muy próxima a la de la bomba. La amplificación del par casi es inexistente y el convertidor de par se está comportando de una manera similar a un embrague hidráulico. El suministro de aceite al convertidor se realiza mediante una bomba de alimentación, cuyo accionamiento suele realizarse a través de las gargantas que tiene el cubo de arrastre del convertidor. Esta bomba tiene la función de aspirar el aceite del depósito y generar la presión de aceite. Suele ser del tipo de engranajes interiores (bomba Duocentric).

De esta forma, mientras exista diferencia de velocidad de giro entre la bomba y la turbina, el par será mayor en la turbina que en la bomba, ya que el par transmitido por la turbina será la suma del transmitido por la bomba a través del aceite y del par adicional que se produce por reacción desde el reactor sobre la bomba y que a su vez es transmitido de nuevo sobre la turbina. Cuanto mayor sea la diferencia de giro entre turbina y bomba mayor será la diferencia de par entre la entrada y la salida del convertidor, llegando a ser a la salida hasta tres veces superior. Al aumentar las r.p.m. de la bomba disminuye la diferencia de velocidad y también va disminuyendo la desviación de la corriente de aceite que en su retorno no choca contra el reactor. Por tanto, disminuye el empuje adicional sobre la turbina con lo que la relación de par entre salida y entrada va disminuyendo progresivamente. SISTEMAS DE tRANSMISiÓN

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Figura 4.67. Ubicación habitual del convertidor de par en el sistema de transmisión.

4. fmbrague

••

4.7.1. fmbrague anulador

El embrague anulador cierra de forma regulada por la unidad de control.

Partiendo de los principios hidrodinámicos, el convertidorhidráulico solo puede transferir el par cuando existe una diferencia de velocidad entre la bomba y la turbina. Por ello, cuando durante la conducción, la velocidad entre la bomba y la turbina tiende a igualarse, algunos sistemas disponen deun embrague anulador que a regímenes altos transmite el pardel motor directamente al árbol primario del cambio.

Guarnición friccionante embrague anulador

Carcasa del convertidor

del

Bomba Turbina

Eje primario

= Figura 4.68. Convertidor hidráulico de par con embrague anulador.

Asimismo, algunos tipos de embragues anuladores disponen de amortiguadores de torsión integrados, para reducirlas oscilaciones torsionales cuando está cerrado (acoplado) el embrague anulador. Esto permite ampliar de forma considerable el margen dentro del cual se mantiene cerrado elembrague anulador del convertidor hidráulico de par.

En su funcionamiento, se distinguen básicamente los siguientes estados operativos: • Abierto. • En modo de regulación. • Cerrado. Estando el vehículo en circulación normal suele ser posible cerrar el embrague anulador en cualquiera de las marchas. El embrague anulador se hace funcionar de forma regulada, primero con un patinaje de baja magnitud y luego cerrado por completo, independientemente de las gamas de marchas, de la carga del motor y de la velocidad del vehículo. En comparación con el modo operativo en el que el embrague anulador se encuentra abierto, durante el funcionamiento regulado se reduce el consumo de combustible y, en comparación con el funcionamiento cerrado, el confort de la conducción aumenta. Cuando el fluido hidráulico tiene una temperatura a partir de los 130°C se deja de hacer funcionar de modo regulado el embrague anulador y se lo cierra prematuramente. De esa forma se somete al fluido a unas cargas térmicas menos intensas, con lo cual se enfría. Tomando como base el régimen y el par del motor, si la unidad de control del cambio decide que resulta más económico cerrar el embrague anulador, lo efectúa excitando la electroválvula de la Figura 4.70, que abre la cámara de aceite ante el embrague anulador, de modo que se pueda descargar la presión del aceite. Debido a ello predomina la presión de aceite detrás del embrague, haciendo que este cierre. De esta forma se consigue transmitir íntegramente el par motor sobre la turbina, anulándose el convertidor hidráulico. __

Embrague convertidor

anulador

del

de par cerrado

Alimentación de aceite por la parte posterior del embrague anulador. Unidad de control

Figura 4.69. Embrague anulador con doble amortiguador de torsión.

Figura 4.70. Fase de funcionamiento

SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

con embrague anulador cerrado.

DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE

4. fmbrague Si la electroválvula cierra de nuevo el caudal de paso, se vuelve a presurizar el aceite ante el embrague anulador, haciendo que este abra. __

Embrague convertidor

anulador

del

de par abierto

Alimentación de aceite por la parte anterior del embrague anulador

•

4.8.2. Presión superficial

El dato correspondiente a la presión que pueden soportar los diferentes materiales con los que se fabrican los forros de los discos, lo suelen facilitar los fabricantes. Este valor indica la carga que deben soportar los forros del disco, y depende de la fuerza que ejerce el plato de presión (fuerza de contacto) y de la superficie de contacto.

De esta expresión se deduce que la fuerza de contacto es directamente proporcional a la presión superficial y a la superficie de contacto. Tabla 4.2. Presión máxima que pueden soportar algunos materiales de los forros con una eficacia apropiada.

Unidad de control

Figura 4.71. Fase de funcionamiento con embrague anulador abierto.

Material Material

11 4.8. Cálculos básicos en el conjunto del embrague Para conocer la efectividad de un sistema de embrague es necesario conocer los datos funcionales, características y esfuerzos a los que se encuentra sometido. Entre todos estos aspectos cabe destacar los siguientes:

•

4.8.1. Coeficiente de adherencia

Este valor depende de los materiales utilizados en las superficies de contacto. En la Tabla 4.1 se muestran los coeficientes de rozamiento de algunos materiales. Tabla 4.1. Coeficientes de rozamiento de algunos materiales.

. I Mat ena

I

Coeficiente de rozamiento (en seco)

Acero Amianto

Kevlar

180 psi

Carbocerámico

150 psi

Metal sinterizado

185 psi

•

4.8.3. Par motor

El par motor puede definirse como el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia. Este dato es muy importante para conocer los esfuerzos que debe soportar el embrague. Por otro lado, una de las formas para definir la potencia al freno de un motor es expresándola como el resultado de multiplicar el par motor por las revoluciones a las que se desarrolla y por un factor de conversión que depende de las unidades que estemos usando. Este factor, para pasar de HP a Kgm, es de 716. M=716

w n

0,30-0,60

Fieltro

0,22

Grafito

0,25

Metal sinterizado (latón con polvo cerámico)

0,40-0,50

Kevlar

0,40-0,60

Material carbocerámico

0,30-0,45

SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

Presión máxima 180 psi

orgánico

0,15-0,20 (asbesto)

:

DE fUERZAS Y TRENES DE RDDAJE

Donde: M

Par motor. Potencia al freno n = r.p.m. del motor. =

W =

.2 e

'c

!!

Para calcular la curva de potencia al freno en un banco, ~ lo que se hace es calcular el par motor a carga máxima para 8 ü cada régimen de giro, y a continuación multiplicar ambas ~ magnitudes para obtener la curva de potencia. Q

4. fmbrague Tabla4.3. Materiales combinados. Valores de coeficientes de fricción, temperatura o presión máxima.

Material/combinación

I

Coeficiente de fricción

L..

--

---

-

Húmedo Hierro fundido/Hierro

fundido

Hierro fundido/Acero Acero duro/Acero Madera/Hierro Cuero/Hierro

duro

fundido-Acero fundido-Acero

Corcho/Hierro Fieltro/Hierro

fundido-Acero fundido-Acero

Amianto tejido/Hierro

fundido-Acero

Amianto moldeado/Hierro

fundido-Acero

Amianto impregnado/Hierro Carbón-grafito/Hierro Kevlar/Hierro

•

fundido-Acero

fundido-Acero

fundido-Acero

4.8.4.

La fuerza de rozamiento total

(R)

.

I Temp. max. ' Presión max. ---

--

.--

--

---

-~------

Seco

°C

MPa

0,05

0,15-0,20

300

0,80

0,06

0,15-0,20

300

0,80-1,3

0,05

0,15-0,20

300

0,70

0,16

0,20-0,35

150

0,60

0,12-0,15

0,30-0,50

100

0,25

0,15-0,25

0,30-0,50

100

0,10

0,18

0,22

140

0,06

0,10-0,20

0,30-0,60

250

0,70

0,08-1,12

0,20-0,50

250

1,00

0,12

0,32

350

1,00

0,05-0,10

0,25

500

2,10

0,05-0,10

0,35

325

3,00

•

la fuerza de rozamiento

----

4.8.5.

fuerza de transmisión

Esta fuerza es directamente proporcional a la fuerza de contacto, al coeficiente de rozamiento y al número de superficies de fricción.

será:

Donde: p J1

R r INm)

la presión ejercida sobre el disco por los muelles (plato de presión). coeficiente de rozamiento del disco. radio exterior del forro. radio interior del forro. Par y potencia

-:

-

[kW)

500

200

/ 400

)

/

300

/

/ /! I J

200 o

e

I

II 2.000

Curva de potencia

150 I

I

I

:

I

I

/

~ 100

Curva de par

_

"\

V !

_

4.000

100

Figura 4.73. Radio exterior (R), radio interior (r) y radio medio (Rm) de un disco de embrague.

Como la fuerza de apriete es igual a la fuerza que ejerce un muelle multiplicada por el número de muelles, la fuerza de transmisión será:

50

I

6.000

1/min

~I------------------------------------------~ figura4.72. Curvas de potencia y de par de un motor W8 de 4.000 crrr', ~ Comoejemplos, la potencia a 6.000 r.p.m. es de 202 kW (o 275 CV). y ~ elpar máximo a 2.750 r.p.m. es de 370 Nm.

Donde: Fa ¡..¡.

n SISTEMAS

Fuerza de apriete. Coeficiente de rozamiento. Número de caras o superficies. DE TRANSMISiÓN

DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE

4. fmbrague Sustituyendo Fa por su valor, tenemos que: F( = P • S . JL • n

•

4.8.6. Par de giro transmisible

El par de giro transmisible de un embrague monodisco se calcula de la forma siguiente:

11 4.9. Operaciones básicas en el embrague •

4.9.1. Desmontaje y montaje del embrague

1. Para el desmontaje del conjunto del embrague es necesario en primer lugar proceder a la extracción de la caja de cambios, realizando todas las operaciones necesarias para ello. 2. Después del desmontaje de la caja de cambios, resulta conveniente realizar las siguientes comprobaciones:

Como valor usual del coeficiente de rozamiento para materiales orgánicos se suele considerar 0,27-0,32, Y 0,50 para materiales cerametálicos. Asimismo, de la Figura 4.73 se deduce que el par transmisible es el resultado de aplicar la fuerza de transmisión por la distancia equivalente al radio medio:

M=F

(

·R

a) Comprobación del retén del cigüeñal. Verificar que no existen fugas de aceite por el retén del cigüeñal que pudieran contaminar el volante motor y el disco de embrague. En caso de la presencia del aceite, sustituir el retén del cigüeñal. b) Comprobación del eje primario de la caja de cambios. Verificar que el estriado del eje primario no presenta oxidación, daños, ni holguras.

m

El par transmisible por un embrague debe ser siempre mayor que el par motor máximo. Otra forma de expresar el par transmitido por una cara del disco es:

e) Comprobar el retén del eje primario de la caja de cambios. Verificar que no existen fugas de aceite por el retén del primario de la caja de cambios, que pudieran contaminar el volante motor y el disco de embrague. En caso de presencia de aceite, reparar la caja de cambios y cambiar el retén. d) Comprobar que el embrague presenta un movimiento correcto:

Como el disco de embrague actúa sobre el volante por una cara y sobre el plato de presión por la otra, el par total transmitido será:

Por otro lado, la fuerza que tienen que ejercer los muelles sobre el plato de presión para transmitir un par motor M, con un embrague de dimensiones (r) y (R), será:

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DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE

Comprobar que en la superficie del eje del collarín (tubo guía del collarín) no existen marcas, holguras ni óxido. Comprobar que el collarín se desplaza correctamente en el tubo guía del primario. Comprobar la horquilla de embrague. No deben existir marcas, holguras ni óxido. Comprobar que el desplazamiento de la horquilla es correcto (sin saltos ni durezas). Comprobar los puntos de anclaje de la horquilla. Comprobar el movimiento del cilindro receptor (en su caso). Debe moverse libremente (sin saltos ni durezas) y no deben existir fugas de aceite. 3. A continuación se prepara el embrague para el montaje, aplicando una pequeña cantidad de grasa en la superficie interna del collarín y en las superficies de contacto con la horquilla de embrague, así como en los puntos de fricción y rozamiento de la horquilla.

4. fmbrague 4. Para el montaje del embrague se realizan las siguientes operaciones: a)

Situar el kit de embrague sobre el volante motor mediante las espigas de centrado, colocándolo con el útil centrador.

b) Apretar tres de los tornillos de la carcasa, desfasa-

dos 120° y comprobar que el disco de embrague permanece estable y perfectamente centrado. Verificar que «el centrador» entra y sale del disco sin dureza. e) Apretar suavemente los tomillos de la carcasa respe-

tando la secuencia de apriete en estrella. Los dedos del diafragma tienen que moverse de forma uniforme, hasta quedar en una posición prácticamente horizontal después de haber repetido la secuencia completa de apriete aproximadamente 3 veces. d) Colocar el collarín en el tubo guía comprobando el

correcto desplazamiento. 5. En el montaje de la caja de cambios es recomendable observar las siguientes precauciones: a) Comprobar que los casquillos de centrado entre mo-

tor y caja de cambios existen y se encuentran en perfecto estado. b)

Colocar la caja de cambios, apoyando su peso en el instrumento apropiado (gato hidráulico), con el fin de que el peso nunca sea soportado por el cubo del disco de embrague.

e) Introducir el eje primario de la caja de cambios en el

estriado del cubo del disco de embrague. d) Tener especial cuidado para que el eje primario de

la caja de cambios no choque sobre el cubo del disco de embrague. Si fuera necesario haga girar el cigüeñal para que resulte más fácil el montaje. Evitar que el peso de la caja de cambios sea soportado por el cubo del disco de embrague durante el proceso de montaje. e) Comprobar que la caja de cambios está perfectamen-

te alineada con el bloque motor y que están bien colocados todos los casquillos guía. t) Finalmente apretar todos los tomillos de sujeción del

motor a la caja de cambios con el par de apriete adee e cuado. ~ ~ ¡. Porúltimo, después del montaje es recomendable: o

e o

:2 a) Comprobar el funcionamiento correcto del embra-

~ Q

gue.

Figura 4.74. Diferentes útiles para el centrado del embrague.

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J

DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE

4. fmbrague b) Comprobar que el cambio de marchas se realiza de forma correcta, incluida la marcha atrás. e) Comprobar que no hay ruidos anormales durante el funcionamiento. d) En punto muerto, hacer funcionar al motor a 4.000 r.p.m. y comprobar que no hay vibraciones anormales o ruidos. e) Comprobar que el sistema funciona realizando una prueba de conducción. Como ejemplo, a continuación se describe un proceso de montaje de un embrague SAC (auto-ajustable) de LUK con herramienta especial de centrado. 1. Centrar el disco de embrague con un útil de centraje especial, situando el plato de presión en el volante (observando las espigas de centraje). A continuación fijar 3 pernos a una distancia entre sí de 120 grados.

3. A continuación girar el soporte de fijación de 3 brazos hasta que se accione el diafragma.

4. Una vez se haya accionado el diafragma, enroscar los tomillos de la tapa y apretarlos.

2. A través de los pernos situar el soporte de fijación de 3 brazos sobre el plato de presión del embrague y fijarlo en los pernos con la ayuda de tuercas moleteadas. SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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"

4. fmbrague 5. Liberar el soporte de fijación de 3 brazos. Sacar el perno de centrado, aflojar los pernos y apretar los 3 últimos tornillos de sujeción de la tapa.

•

4.9.2. Verificación de los componentes del embrague

Tomando como referencia la Figura 4.75, en el cambio de embrague deberán tenerse en cuenta los siguientes aspectos: 1. Funcionamiento correcto del rodamiento del volante. Ante la duda, cambiarlo.

o casquillo

Figura 4.75. A) Carcasa, B) Disco de embrague, C) Rodamiento de desembrague, D) Volante de inercia, E) Eje de la caja de cambios, F) Cigüeñal.

2. Estado de los retenes de cigüeñal y caja. 3. Superficies de fricción sin surcos ni deformaciones. caso de ser necesario rectificar las superficies, hay tener en cuenta las tolerancias especificadas. Las perficies de fijación deben rectificarse en la misma dida que las de fricción.

En que sume-

4. El alabeo máximo del disco debe ser de 0,5 mm. 5. Desplazamiento del disco sobre el estriado del eje sin dificultad. Engrasar el estriado con grasa de larga duración, eliminando los excesos. Introducir el eje horizontalmente cuidando de no dañar el estriado. Para ello, utilizar un dispositivo de centrado. 6. Posición correcta de montaje del disco mediante las marcas existentes (identificación «lado volante»). En cualquier caso, el lado del disco en el que sobresale más el cubo de arrastre, debe quedar del lado del plato de presión. 7. Paralelismo y funcionamiento suave del casquillo guía del rodamiento de empuje. Reemplazar el casquillo en caso de desgaste. 8. Atornillar la carcasa del embrague dispositivo de centrado.

en cruz. Utilizar un

Figura 4.76. Verificación de la superficie de fricción de un volante (de copa).

9. Tener en cuenta el centrado bre el volante.

10. Inclinación toajustarán rodaje.

correcto de la carcasa so-

de las lengüetas del diafragma. Se aupor sí mismas después de poco tiempo de

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4. tmbraguB 11. Verificar desgaste y funcionamiento del accionamiento de embrague, particularmente del cable. 12. Verificar el recorrido del rodamiento de empuje, comprobando que retorna a su posición inicial. 13. Centrado correcto entre el envolvente del embrague y el bloque motor, prestando atención a las guías de posicionamiento. 14. Ajustar el juego del rodamiento de desembrague (2-3 mm). Para rodamiento s de contacto permanente deberá tenerse en cuenta la precarga correcta (entre 8 y 10 kg). Asimismo, deberán realizarse otra serie de verificaciones como: a) Comprobar que los muelles del disco no estén rotos o deformados. b) Comprobar el estado y la altura de los extremos (puntas) del diafragma.

la maza de embrague en una posición que resulte «ideal» para la conducción del vehículo y para el correcto mantenimiento de los elementos que lo componen. En determinadas ocasiones, el ajuste del embrague lo realiza un sistema automático, por lo que no es necesario intervenir en el sistema para que el conjunto del embrague se encuentre situado en su posición óptima; en otras, el sistema de ajuste es manual, por lo que en este caso sí es necesario intervenir en él periódicamente para compensar los desgastes de los elementos y obtener así el máximo rendimiento. El ajuste manual se realiza dotando al pedal de embrague de un recorrido libre de 5 a 7 centímetros (dependiendo del vehículo), hasta que el collarín comience a liberar el diafragma y, por tanto, el disco comience a dar movimiento al eje primario de la caja de cambios. Para comprobar este recorrido, es necesario poner el motor en marcha, pisar el embrague e insertar una velocidad, posteriormente pisar el freno e ir soltando el embrague poco a poco hasta que se note (por el cambio de revoluciones del motor) que el embrague comienza a acoplarse. La distancia que existe desde la posición de pedal pisado, hasta que empiece a acoplar el embrague es el recorrido libre que se debe comprobar.

Figura 4.77. Verificación de la altura de los extremos del diafragma.

e) Estado del revestimiento del disco. Sustituirlo cuando el espesor no sea el adecuado (los remaches están cerca de la superficie) o cuando presenta un desgaste irregular. Sustituirlo igualmente cuando estuviese engrasado o cristalizado.

•

4.9.3. Ajuste del embrague

Los embragues de fricción deben tener un ajuste correcto para obtener un buen funcionamiento del conjunto. Dicho ajuste consiste en situar el collarín con respecto a SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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Figura 4.78. Regulación del embrague. hay que aflojar la tuerca con respecto a si se pretende tensar (aproximación del apretar la tuerca o de lo contrario aflojar contratuerca a la tuerca.

Para ajustarlo en primer lugar la contratuerca, a continuación collarín a la maza) es necesario la tuerca, posteriormente fijar la

También se puede comprobar la regulación del embrague con el motor parado. Para ello hay que elevar el vehí- e culo por una de las ruedas motrices, posteriormente insertar una velocidad y una persona debe girar la rueda mientras ~ que otra se sitúa en el puesto del conductor, comprobando el recorrido libre del embrague que vendrá determinado por~ el momento en que la rueda al girar arrastre al motor. ~

I

I

4. fmbrague Para regular esta distancia hay que actuar sobre el tomillo dereglaje, situado normalmente en el extremo del cable, y enalgunos accionamientos hidráulicos en el bombín de embrague.A medida que se aprieta el tomillo del cable, se va aproximandoel collarín a la maza, por tanto, aumenta la distanciade acoplamiento (tensado) y viceversa (destensado). En los embragues hidráulicos deberá comprobarse el recorridode la palanca de desembrague. A veces puede ser necesariorellenar el nivel de fluido en el depósito o bien realizarun purgado del sistema para extraer el aire que puedacontener. Esta operación se realiza abriendo el tomillo depurga del cilindro receptor mientras se mantiene pisado el pedal de embrague, para dejar salir las burbujas de aire. El proceso finaliza cuando se aprecia que solamente sale aire.El cambio del fluido hidráulico en el sistema del embraguedebe realizarse cuando se sustituye el fluido de los frenos,aunque suele ser bastante común que los dos sistemasusen el mismo fluido.

I 4.10. Diagnosis del embrague Las averías más frecuentes en el conjunto del embraguepueden ser: a) El embrague patina

Las causas probables son: - Valores de fricción demasiado bajos. Normalmente este efecto es debido al desgaste de los forros del disco o a que el disco esté engrasado (carbonizado) ya que pueden existir fugas en el retén de cierre del cigüeñal o en el retén del eje primario de la caja de cambios. También puede influir el estado de la superficie del volante de inercia y del plato de presión, y el estado del cojinete axial. - Inadecuada regulación del pedal de embrague. En este caso la causa puede ser el mal tensado del cable de accionamiento de la horquilla y cojinete axial, ya que el cojinete debe estar a una distancia aproximada de i a 3 mm en el momento en que se pisa el pedal hasta llegar al diafragma (el llamado recorrido libre del pedal). - Fuerza de presión demasiado baja (la maza no ejerce suficiente presión sobre el disco). Habitualmente la causa probable estará en el circuito hidráulico, mecanismos del pedal o mecanismos correctores de aproximación (ajustes automáticos). Para poner de manifiesto esta anomalía puede hacerse unaprueba que consiste en poner el motor en marcha y

accionar el freno de mano. A continuación seleccionar la 4." velocidad, acelerar y soltar el embrague lentamente, ¿se para el motor? Puede realizarse otra prueba en carretera que consiste en desembragar en 4." o 5." velocidad, acelerar y soltar el embrague lentamente, ¿se revoluciona el motor? Cuando el embrague patina, la velocidad del vehículo es menor en relación al giro del motor. b) El embrague da tirones (vibraciones) Este efecto se pone de manifiesto en situaciones como cuando se desplaza el vehículo en pendiente ascendente con la marcha atrás insertada. Las causas probables son: - Valores de fricción muy bajos. - Giro irregular del cigüeñal o del primario del cambio. Debido a desequilibrio s u otros defectos. - El plato de presión no asienta paralelamente. Normalmente debido a deformaciones en ballestines, lengüetas del diafragma o en la carcasa. La fuerza de presión aumenta de forma irregular. Además de lo anteriormente relacionado, puede influir el estado del collarín y el casquillo guía. Disco de embrague engrasado. Como no presenta el mismo coeficiente de fricción en toda su periferia, da tirones al arrancar. Los tirones pueden deberse también a defectos localizados en el conjunto de la transmisión, soportes de motor o de la caja de cambios, etc. e) Dureza del embrague Las causas probables que origina este efecto suelen estar asociadas a defectos en el sistema de accionamiento: mecanismo del pedal, cable del embrague, cilindro hidráulico transmisor/receptor, tuberías/manguitos, collarín y el casquillo guía, etc. Asimismo, resulta habitual que con el tiempo las mazas se «gripen» y suponga mucho esfuerzo accionar el pedal de embrague; de hecho, cuando se cambia el embrague (sin tocar el sistema de accionamiento) el pedal va mucho más suave. d) Ruidos en el embrague Los ruidos se producen habitualmente por el roce entre piezas que giran o por la existencia de piezas sueltas (o flojas). Las causas probables son: Desperfectos en los muelles de torsión del disco. Defectos en el sistema de accionamiento. SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

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4. fmbrague - Desperfectos en el estriado del buje, collarín o casquillo guía.

- El primario no llega a detenerse. A veces sucede que «rascan» las velocidades de un vehículo, incluso nada más cambiar el embrague; estando este bien regulado y liberando de forma adecuada. Este efecto suele causarlo el casquillo guía del cigüeñal (donde apoya el primario) que puede estar gripado, y aunque se pise el embrague, no llega nunca a pararse el eje primario de la caja de cambios, y por tanto las velocidades rascan.

- Lengüetas del diafragma desgastadas. e) El embrague no libera. Este efecto se pone de manifiesto al insertar las velocidades, apreciándose dureza y ruidos, como consecuencia de que la fuerza de presión permanece activa, debido a que el plato de presión no se desplaza o a que el plato de presión se desplaza, pero el disco no se libera.

Por lo que respecta al embrague hidráulico y al convertidor de par, estos sistemas suelen presentar pocas anomalías debido a la ausencia casi total de rozamiento y la constante lubricación. Las principales incidencias se centran en las fugas de aceite por el mal estado de los retenes, en la falta o exceso del nivel de líquido, o en un mal funcionamiento del sistema de gestión electrónica.

Las causas probables son: - Defectos en el sistema de accionamiento: palanca de desembrague rota, fugas en bomba, bombín o tuberías, aire en el sistema, etc. - Mal ajuste o cotas fuera de tolerancia.

A parte de ello, una de las averías más comunes del convertidor es el desgaste de los anillos de cierre de la presión del aceite hidráulico. Este al quedarse sin presión no puede arrastrar una turbina a la otra y el vehículo pierde la tracción.

- Estriado del buje oxidado, forro agarrotado por oxidación, forro suelto/roto, placa exterior portaforros deformada o rota, disco montado al revés, muelle de torsión roto, etc.

Otra de las averías es que el vehículo se quede bloqueado con algún obstáculo; al quedarse una turbina acelerada y la otra parada por el par resistente, comienza a elevarse la temperatura y se rompe la película de aceite de los componentes del convertidor. Este aumento de temperatura provoca que las turbinas se peguen entre ellas y el convertidor quede inservible. Esta avería puede llegar incluso a deteriorar por completo la caja de cambios automática.

- Plato de presión roto, ballestines deformados o rotos, lengüetas del diafragma desgastadas, carcasa deformada. - Collarín agarrotado. f) Las velocidades rascan al insertarlas con el vehícu-

lo parado Las causas probables son: - El disco no libera (por las causas relacionadas en el apartado anterior).

Para finalizar, se muestran algunas de las anomalías en los componentes del sistema de embrague.

Tabla 4.4. Anomalías en el conjunto del embrague.

Plato de presión roto, con grietas o huellas de calentamiento.

Causa: Recalentamiento del plato de presión debido a un patinaje prolongado del embrague. El embrague patina por: • El desgaste de los forros. • El sistema de desembrague

se desplaza con dificultad.

• Cilindro receptor defectuoso. • Los forros están llenos de aceite (anillo de obturación del cigüeñal defectuoso) .

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4. fmbrague Lengüetas del diafragma desgastadas

Causa: Cojinete de desembrague

bloqueado o que gira con dificultad .

. a. a... ....

Causas: • Error de montaje. • Disco incorrecto. • Disco no centrado durante el montaje (primario introducido con fuerza)

Soporte del forro roto

Causas: • Cojinete piloto del volante defectuoso. • Desalineación

entre el motor y la caja de cambios.

• Mal montaje del embrague.

Forro quemado o desintegrado

Causas: • Forros engrasados. • Fallo o deterioro en el sistema de desembrague.

(Continúa)

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4. Embrague Rodamiento

del collarín destruido

Causa: Sobrecalentamiento del collarín como consecuencia de la falta de juego en el mismo, que produce la pérdida de grasa y el agarrotamiento del rodamiento.

Superficie del forro carbonizada

Causas: • Forros engrasados. • Patinaje prolongado del embrague.

Muelle de torsión roto

Causas: • Forros engrasados. • Sistema de desembrague • Excesivo calentamiento

defectuoso. (por patinaje prolongado).

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LUfSTlONfS

-- --

4.11. Señala las ventajas que aportan los embragues con volantes bimasa.

4.1. Enumera las cualidades que debe reunir el mecanismo del embrague.

4.12. ¿Con qué otras denominaciones

4.2. Enumera los elementos constituyentes de un sistema de embrague de fricción monodisco de accionamiento manual.

4.13. El plato de presión está unido a la carcasa

4.3. Identifica los componentes la siguiente figura:

4.14. ¿De qué materiales se suelen fabricar los forros de los

del disco de embrague de

se conoce al collarín

del embrague?

del embrague a través de resortes de láminas tangenciales, ¿qué misión tienen estas láminas?

discos de fricción?

4.15. ¿Para qué suelen utilizarse los embragues bidisco? 4.16. Identifica los elementos del siguiente conjunto de embrague con sistema compensador

del desgaste.

4.17. ¿Cuál es la finalidad del embrague anulador del convertidor

hidráulico del par?

4.18. Describe las tres fases del funcionamiento convertidor

4.19. Indica los nombres de los componentes convertidor

del hidráulico de par de la siguiente figura.

4.4. Señala las funciones más importantes que desempañan los muelles torsionales de un disco de embrague. 4.5. Indica los esfuerzos o tensiones a los que se encuentran sometidos los forros del disco de fricción. 4.6. Enumera las ventajas más importantes de los embragues de diafragma frente a los embragues de resortes helicoidales. 4.7. Cita cuatro tipos diferentes de embrague. 4.8. Indica cuál es el tipo de embrague más utilizado en motocicletas. Razona la respuesta. 4.9. Enumera cuatro sistemas de accionamiento embragues de fricción.

del

hidráulico de par.

de los

4.10. Nombra tres sistemas de amortiguación del revestimiento en un sistema de embrague.

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intervenciones habituales.

4.20. Analiza la siguiente gráfica comparativa del efecto de un sistema de control de par respecto a un sistema convencional sin control de par.

4.24. Si tu centro educativo dispone de los recursos adecuados, realiza varios ejercicios de sustitución e intervenciones en el sistema de embrague, analizando:

Sin control de par Intención de cambio 400 .---------------------~--------------,

~Per¡odode desacople

300

..

~ C\I Q.

•

El desgaste del conjunto desmontado.

•

El funcionamiento correcto del rodamiento o casquillo del volante.

•

El estado de los retenes de cigüeñal y caja .

•

Las superficies de fricción.

•

El alabeo máximo del disco.

•

El desplazamiento eje sin dificultad.

•

La posición correcta de montaje del disco mediante las marcas existentes (identificación «lado volante» ).

•

El paralelismo y funcionamiento del rodamiento de empuje.

•

El centrado correcto de la carcasa sobre el volante.

•

La inclinación de las lengüetas del diafragma.

•

El desgaste y funcionamiento accionamiento de embrague.

•

El recorrido del rodamiento de empuje, comprobando que retorna a su posición inicial.

•

El centrado correcto entre el envolvente del embrague y el bloque motor.

•

El juego del rodamiento de desembrague.

•

El estado y la altura de los extremos (puntas) del diafragma.

•

Estado del revestimiento

Par transmitible / por el embrague

E 200 \

100

\

,

.. "

.. ---

--

I

, \

Par motor

O

\ \ \

-

-100

- --

4

2

O

6

8

Tiempo (s) Con control de par 400

J

Intención de cambio 300 Par transmitible por el embrague

E 200

..

C\I Q.

+ _Periodo

\ - - - '\ /"j----\

~

100

,," -

O

'

de desacople

_--::.-=:

\ \

Par motor

I

\

2

4

6

8

Tiempo (s)

fJfRCICIOS

1111

1111

4.21. Mediante el acceso a Internet, navega en páginas y foros de vehículos con diferentes tipos de embrague, para conocer en detalle las evoluciones de estos sistemas. 4.22. Mediante el acceso a Internet, navega en páginas que alojen videos y busca documentos que muestren información acerca de los sistemas de embragues relacionados en el punto anterior. 4.23. Localiza documentación técnica de vehículos con diferentes tipos de embragues, para identificar los elementos constituyentes de estos sistemas, las

SISTEMAS DE TRANSMISiÓN

del disco sobre el estriado del

del casquillo guía

del sistema de

I

••

-100

O

más frecuentes, y las comprobaciones

DE FUERZAS Y TRENES DE RODAJE

4.25.

del disco.

Realiza varios ejercicios de regulación y ajuste del sistema de embrague.

4.26. Si tu centro educativo dispone de los recursos adecuados, realiza la sustitución de componentes del sistema de accionamiento hidráulico del embrague. Realiza así mismo, el vaciado, llenado y purga del sistema, y los reglajes necesarios. 4.27. Si tu centro educativo dispone de los recursos adecuados, realiza un proceso de diagnosis de un sistema de embrague con gestión electrónica, verificando los diferentes parámetros, estados de funcionamiento, información de los sensores, errores, etc.