Embrague

Un embrague es un dispositivo mecánico que activa y desactiva la transmisión de potencia, especialmente de un eje impulsor a un eje impulsado. En la aplicación más simple, los embragues conectan y desconectan dos ejes giratorios (ejes de transmisión o ejes de línea). En estos dispositivos, un eje generalmente se conecta a un motor u otra unidad de potencia (el miembro impulsor), mientras que el otro eje (el miembro impulsado) proporciona potencia de salida para el trabajo. Por lo general, los movimientos involucrados son giratorios, pero también existen embragues lineales.

En un vehículo de motor, el embrague actúa como un enlace mecánico entre el motor y la transmisión, y desconecta o separa brevemente el motor del sistema de transmisión. Esto desconecta las ruedas motrices cada vez que se pisa el pedal del embrague, lo que permite al conductor cambiar de marcha sin problemas.

En un taladro controlado por par, por ejemplo, un eje es accionado por un motor y el otro acciona un portabrocas. El embrague conecta los dos ejes para que puedan bloquearse y girar a la misma velocidad (activado), bloqueados pero girando a diferentes velocidades (deslizamiento) o desbloqueados y girando a diferentes velocidades (desactivado).

Diseño

Embrague seco

Un embrague seco usa fricción seca para transferir potencia desde el eje de entrada al eje de salida. La mayoría de los embragues son embragues secos. A veces se requiere el deslizamiento de un embrague de fricción (donde el embrague está parcialmente acoplado pero los ejes giran a diferentes velocidades), como cuando un vehículo de motor acelera desde parado; sin embargo, el deslizamiento debe minimizarse para evitar mayores índices de desgaste.

En un embrague de tracción, al presionar el pedal se tira del cojinete de liberación para desacoplar el embrague. En un embrague de empuje, al presionar el pedal se empuja el cojinete de liberación para desacoplar el embrague.

Un embrague multidisco consta de varias placas de fricción dispuestas concéntricamente y, a veces, se utiliza para reducir el diámetro del embrague o para proporcionar diferentes "etapas" de deslizamiento (por ejemplo, en un coche de carreras) para controlar la velocidad a la que el El par del motor se transfiere a las ruedas durante la aceleración desde un arranque parado.

Materiales

Un material de fricción común es una resina compuesta orgánica con un revestimiento de alambre de cobre o un material cerámico. Los materiales cerámicos a menudo pueden transmitir cargas de torque más altas, pero pueden causar mayores tasas de desgaste del volante. Hasta mediados de la década de 1990, el asbesto también se usaba en los discos de embrague.

Centros de resorte y amortiguadores de embrague

Un disco de embrague puede incluir resortes que están diseñados para cambiar la frecuencia natural del disco de embrague, a fin de reducir la vibración o el traqueteo audible de la caja de cambios cuando el motor está al ralentí en punto muerto.

Un amortiguador de embrague es un dispositivo que suaviza la respuesta del acoplamiento/desacoplamiento del embrague. En aplicaciones automotrices, esto a menudo lo proporciona un mecanismo en el centro del disco de embrague.

Embrague mojado

En un embrague húmedo, el material de fricción se asienta en un baño de aceite (o tiene un flujo de aceite) que enfría y lubrica el embrague. Esto puede proporcionar un enganche más suave y una vida útil más larga del embrague; sin embargo, los embragues húmedos pueden tener una eficiencia más baja debido a que se transfiere algo de energía al aceite. Dado que las superficies de un embrague húmedo pueden ser resbaladizas (como con un embrague de motocicleta bañado en aceite de motor), apilar varios discos de embrague puede compensar el menor coeficiente de fricción y así eliminar el deslizamiento bajo potencia cuando está completamente acoplado.

Los embragues húmedos suelen utilizar un material de papel compuesto.

Embrague centrífugo

Un embrague centrífugo se acopla automáticamente a medida que aumenta la velocidad del eje de entrada y se desacopla a medida que disminuye la velocidad del eje de entrada. Las aplicaciones incluyen motocicletas pequeñas, scooters, motosierras y algunos automóviles más antiguos.

Embrague de cono

Un embrague de cono es similar al embrague de placa de fricción seca, excepto que el material de fricción se aplica al exterior de un objeto de forma cónica. Una aplicación común para los embragues de cono es el anillo sincronizador en una transmisión manual.

Embrague de perro

Un embrague de garras es un diseño antideslizante de embrague que se utiliza en transmisiones no síncronas.

Embrague de una revolución

El embrague de una sola revolución se desarrolló en el siglo XIX para accionar maquinaria como cizallas o prensas en las que un solo tirón de la palanca de operación o (posteriormente) la presión de un botón dispararía el mecanismo, enganchando el embrague entre la fuente de energía y la máquina. cigüeñal exactamente una revolución antes de desacoplar el embrague. Cuando el embrague está desacoplado y el miembro impulsado está estacionario. Los primeros diseños eran típicamente embragues de perros con una leva en el miembro impulsado que se usaba para desenganchar los perros en el punto apropiado.

En el siglo XX se desarrollaron embragues de revolución única muy simplificados, que requerían fuerzas operativas mucho más pequeñas y, en algunas variaciones, permitían una fracción fija de revolución por operación. Los embragues de fricción de acción rápida reemplazaron a los embragues de garras en algunas aplicaciones, eliminando el problema de la carga de impacto en las garras cada vez que se engrana el embrague.

Además de su uso en equipos de fabricación pesados, los embragues de una sola revolución se aplicaron a numerosas máquinas pequeñas. En las máquinas tabuladoras, por ejemplo, al presionar la tecla Operar se activaría un embrague de una sola revolución para procesar el número ingresado más recientemente. En las máquinas de composición tipográfica, al presionar cualquier tecla se seleccionaba un carácter en particular y también se activaba un embrague de rotación única para hacer funcionar el mecanismo para escribir ese carácter. De manera similar, en las teleimpresoras, la recepción de cada carácter disparaba un embrague de una sola revolución para operar un ciclo del mecanismo de impresión.

En 1928, Frederick G. Creed desarrolló un embrague de resorte de una sola vuelta (ver arriba) que se adaptaba particularmente bien a la acción repetitiva de arranque y parada requerida en las teleimpresoras. En 1942, dos empleados de Pitney Bowes Postage Meter Company desarrollaron un embrague de resorte de una sola vuelta mejorado.En estos embragues, un resorte helicoidal se envuelve alrededor del eje impulsado y se mantiene en una configuración expandida por la palanca de disparo. Cuando se dispara, el resorte se contrae rápidamente alrededor del eje de potencia y acciona el embrague. Al final de una revolución, si la palanca de disparo se ha reiniciado, atrapa el extremo del resorte (o un trinquete unido a él) y el momento angular del elemento accionado libera la tensión del resorte. Estos embragues tienen una vida útil prolongada: muchos han realizado decenas y quizás cientos de millones de ciclos sin necesidad de mantenimiento, salvo una lubricación ocasional.

Embragues de revolución simple con trinquete en cascadaReemplazó a los embragues de revolución simple de resorte enrollado en impresoras de páginas, como las teleimpresoras, incluido el Teletype Model 28 y sus sucesores, utilizando los mismos principios de diseño. Las máquinas de escribir IBM Selectric también las utilizaron. Por lo general, estos son conjuntos en forma de disco montados en el eje impulsado. Dentro del tambor impulsor hueco en forma de disco hay dos o tres trinquetes que flotan libremente dispuestos de manera que cuando se dispara el embrague, los trinquetes saltan hacia afuera de manera muy similar a las zapatas en un freno de tambor. Cuando está enganchado, el par de carga en cada trinquete se transfiere a los demás para mantenerlos enganchados. Estos embragues no patinan una vez bloqueados y se acoplan muy rápidamente, del orden de milisegundos. Una proyección de viaje se extiende desde el conjunto. Si la palanca de viaje enganchó esta proyección, el embrague estaba desenganchado. Cuando la palanca de viaje libera esta proyección, los resortes internos y la fricción activan el embrague. Luego, el embrague gira una o más vueltas y se detiene cuando la palanca de disparo vuelve a acoplarse en la proyección de disparo.

Embrague-freno de contragolpe

Estos mecanismos se encontraron en algunos tipos de relojes eléctricos impulsados ​​por motores síncronos. Se utilizaron muchos tipos diferentes de motores de reloj síncronos, incluidos los relojes de arranque manual Hammond anteriores a la Segunda Guerra Mundial. Algunos tipos de motores síncronos de arranque automático siempre arrancaban cuando se aplicaba energía, pero en detalle, su comportamiento era caótico y era igualmente probable que comenzaran a girar en la dirección equivocada. Acoplado al rotor por una (o posiblemente dos) etapas de engranajes reductores había un embrague-freno de resorte enrollado. El resorte no giró. Se fijó un extremo; el otro era gratis. Cabalgaba libremente pero pegado al elemento giratorio, parte del tren de engranajes del reloj. El embrague-freno se bloqueó cuando se giró hacia atrás, pero también tuvo algo de acción de resorte. La inercia del rotor al retroceder enganchó el embrague y enrolló el resorte. Mientras se desenrollaba, reinició el motor en la dirección correcta. Algunos diseños no tenían un resorte explícito como tal, sino que eran simplemente mecanismos compatibles. El mecanismo estaba lubricado y el desgaste no presentaba problema.

Otros diseños

• Embrague de correa: utilizado en equipos agrícolas, cortadoras de césped, cultivadores y quitanieves. La potencia del motor se transmite a través de un conjunto de correas que están flojas cuando el motor está al ralentí, pero una polea loca puede tensar las correas para aumentar la fricción entre las correas y las poleas.
• Embrague BMA: Inventado por Waldo J Kelleigh en 1949, utilizado para transmitir par entre dos ejes que consta de un miembro de transmisión fijo asegurado a uno de dichos ejes y un miembro de transmisión móvil, que tiene una superficie de contacto con una pluralidad de muescas.
• Embrague electromagnético: generalmente acoplado por un electroimán que es una parte integral del conjunto del embrague. Otro tipo, el embrague de partículas magnéticas, contiene partículas influenciadas magnéticamente en una cámara entre los miembros impulsores e impulsados; la aplicación de corriente continua hace que las partículas se agrupen y se adhieran a las superficies operativas. El acoplamiento y el deslizamiento son notablemente suaves.
• Embrague de resorte envolvente: tiene un resorte helicoidal, típicamente enrollado con alambre de sección transversal cuadrada. Estos se desarrollaron a finales del siglo XIX y principios del XX. En forma simple, el resorte se sujeta en un extremo al miembro accionado; su otro extremo está suelto. El resorte se ajusta estrechamente alrededor de un elemento impulsor cilíndrico. Si el miembro impulsor gira en la dirección en la que se desenrollaría, el resorte se expande minuciosamente y se desliza, aunque con algo de resistencia. Debido a esto, los embragues de resorte generalmente deben lubricarse con aceite liviano. Girar el miembro impulsor hacia el otro lado hace que el resorte se envuelva firmemente alrededor de la superficie impulsora y el embrague se traba muy rápidamente. El par requerido para hacer patinar un embrague de resorte crece exponencialmente con el número de vueltas en el resorte, obedeciendo la ecuación del cabrestante.

Uso

Transmisiones automotrices

Transmisiones manuales

La mayoría de los automóviles y camiones con transmisión manual tienen un embrague que consta de disco(s) de fricción que se opera usando el pedal más a la izquierda y el movimiento se transfiere al embrague usando el sistema hidráulico (cilindros maestro y esclavo) o un cable. El embrague solo se desacopla en momentos en que el conductor presiona el pedal del embrague hacia el piso, por lo tanto, el estado predeterminado es que la transmisión esté conectada al motor. Se proporciona una posición de marcha "neutral", de modo que el pedal del embrague se puede soltar con el vehículo parado.

Además de los arranques parados, el embrague suele ser necesario para los cambios de marcha. Aunque la caja de cambios no deja de girar durante un cambio de marcha, no se transmite par a través de ella, por lo que hay menos fricción entre las marchas y sus dientes de engranaje. El eje de salida de la caja de cambios está permanentemente conectado a la transmisión final, luego a las ruedas, por lo que ambas siempre giran juntas, a una relación de velocidad fija. Con el embrague desacoplado, el eje de entrada de la caja de cambios es libre de cambiar su velocidad a medida que cambia la relación interna. Cualquier diferencia de velocidad resultante entre el motor y la caja de cambios se equilibra cuando el embrague se desliza ligeramente durante el reenganche.

El embrague generalmente se monta directamente en la cara del volante del motor, ya que esto ya proporciona un conveniente disco de acero de gran diámetro que puede actuar como una placa impulsora del embrague. Algunos embragues de carreras utilizan pequeños paquetes de discos de placas múltiples que no forman parte del volante. Tanto el embrague como el volante están encerrados en una campana cónica para la caja de cambios. Una pequeña cantidad de automóviles con motor delantero y tracción trasera (como el Alfa Romeo Alfetta, el Porsche 924 y el Chevrolet Corvette C5) utilizan un diseño de transeje con la transmisión ubicada cerca de la parte trasera del automóvil; en este caso, el embrague está montado con el transeje (por lo tanto, el eje de transmisión gira continuamente con el motor, incluso cuando el embrague está desacoplado).Transmisiones automáticas

Algunas transmisiones automáticas utilizan un embrague de bloqueo para evitar el deslizamiento del convertidor de par cuando se navega a velocidades más altas. El propósito del embrague de traba es mejorar la economía de combustible al minimizar las pérdidas de energía causadas por el deslizamiento del convertidor de par.

Otros usos automotrices

Los automóviles usan embragues en lugares distintos al tren de transmisión. Por ejemplo, un ventilador de enfriamiento del motor accionado por correa puede tener un embrague activado por calor. Los miembros impulsor e impulsado están separados por un fluido a base de silicona y una válvula controlada por un resorte bimetálico. Cuando la temperatura es baja, el resorte se enrolla y cierra la válvula, lo que permite que el ventilador gire entre un 20 % y un 30 % de la velocidad del eje. A medida que aumenta la temperatura del resorte, se desenrolla y abre la válvula, lo que permite que el fluido pase por la válvula y hace que el ventilador gire entre el 60 % y el 90 % de la velocidad del eje.

Otros embragues, como los de un compresor de aire acondicionado, acoplan embragues electrónicamente usando fuerza magnética para acoplar el elemento impulsor al elemento accionado.

Motocicletas

Las motocicletas suelen emplear un embrague húmedo con el embrague montado en el mismo aceite que la transmisión. Estos embragues generalmente se componen de una pila de placas de fricción y placas de acero alternas. Las placas de fricción tienen orejetas en sus diámetros exteriores que las bloquean en una canasta que gira el cigüeñal. Las placas de acero tienen orejetas en sus diámetros internos que las fijan al eje de entrada de la transmisión. Un conjunto de resortes helicoidales o una placa de resorte de diafragma unen las placas cuando se acopla el embrague.

En las motocicletas, el embrague se acciona mediante una palanca manual en el manillar izquierdo. Si no se ejerce presión sobre la palanca, significa que las placas del embrague están acopladas (conduciendo), mientras que al tirar de la palanca hacia el conductor, las placas del embrague se desconectan a través del accionamiento por cable o hidráulico, lo que permite que el conductor cambie de marcha o se deslice. Las motocicletas de carreras a menudo usan embragues antirrebote para eliminar los efectos del freno motor que, al aplicarse solo a la rueda trasera, puede causar inestabilidad.