Embreagem

Disco de fricção para uma embreagem seca

Uma embreagem é um dispositivo mecânico que permite que o eixo de saída seja desconectado do eixo de entrada rotativo. O eixo de entrada da embreagem normalmente é conectado a um motor, enquanto o eixo de saída da embreagem é conectado ao mecanismo que faz o trabalho.

Em um veículo motorizado, a embreagem atua como uma ligação mecânica entre o motor e a transmissão. Ao desengatar a embreagem, a rotação do motor (RPM) não é mais determinada pela rotação das rodas motrizes.

Outro exemplo de uso de embreagem é em furadeiras elétricas. O eixo de entrada da embreagem é acionado por um motor e o eixo de saída é conectado à broca (através de vários componentes intermediários). A embreagem permite que a broca gire na mesma velocidade que o motor (embreagem engatada), gire em uma velocidade menor que o motor (embreagem patinando) ou permaneça estacionária enquanto o motor está girando (embreagem desengatada).

Tipos

Embreagem seca

Diagrama de uma embreagem seca

Uma embreagem seca usa fricção seca para transferir potência do eixo de entrada para o eixo de saída, por exemplo, um disco de fricção pressionando o volante do motor de um carro. A maioria das embreagens são embreagens secas, especialmente em veículos com transmissão manual. O deslizamento de uma embreagem de fricção (onde a embreagem está parcialmente engatada, mas os eixos giram em velocidades diferentes) às vezes é necessário, como quando um veículo a motor acelera a partir de uma paralisação; no entanto, o deslizamento deve ser minimizado para evitar o aumento das taxas de desgaste.

Em uma embreagem tipo pull, pressionar o pedal puxa o rolamento de liberação para desengatar a embreagem. Em uma embreagem push, pressionar o pedal empurra o rolamento de liberação para desengatar a embreagem.

Uma embreagem multidisco consiste em várias placas de fricção dispostas concentricamente. Em alguns casos, é usado em vez de uma embreagem de diâmetro maior. Os carros de corrida de arrancada usam embreagens multidisco para controlar a taxa de transferência de potência para as rodas à medida que o veículo acelera desde o início.

Alguns discos de embreagem incluem molas projetadas para alterar a frequência natural do disco de embreagem, a fim de reduzir o NVH dentro do veículo. Além disso, algumas embreagens para carros de transmissão manual usam uma válvula de atraso de embreagem para evitar engates abruptos da embreagem.

Embreagem molhada

Em uma embreagem úmida, o material de fricção fica em um banho de óleo (ou tem fluxo de óleo) que esfria e lubrifica a embreagem. Isso pode proporcionar um engate mais suave e uma vida útil mais longa da embreagem; no entanto, as embreagens úmidas podem ter uma eficiência menor devido à transferência de energia para o óleo. Como as superfícies de uma embreagem molhada podem ser escorregadias (como em uma embreagem de motocicleta banhada em óleo de motor), o empilhamento de vários discos de embreagem pode compensar o menor coeficiente de atrito e, assim, eliminar o deslizamento sob potência quando totalmente engatado.

As embreagens úmidas geralmente usam um material de papel composto.

Embreagem centrífuga

Uma embreagem centrífuga engata automaticamente conforme a velocidade do eixo de entrada aumenta e desengata quando a velocidade do eixo de entrada diminui. As aplicações incluem pequenas motocicletas, motonetas, motosserras e alguns automóveis mais antigos.

Embreagem cônica

Uma embreagem de cone é semelhante à embreagem de placa de fricção seca, exceto que o material de fricção é aplicado na parte externa de um objeto de formato cônico. Uma aplicação comum para embreagens cônicas é o anel sincronizador em uma transmissão manual.

Adereço de cachorro

Uma embreagem dog é um design antiderrapante de embreagem que é usado em transmissões não síncronas.

Embreagem de revolução única

Cascaded-pawl single-revolution embreagem em um teleprinter

A embreagem de revolução única foi desenvolvida no século 19 para alimentar máquinas como tesouras ou prensas, onde um único puxão da alavanca de operação ou (posteriormente) o pressionamento de um botão acionaria o mecanismo, engatando a embreagem entre a fonte de energia e o virabrequim da máquina por exatamente uma revolução antes de desengatar a embreagem. Quando a embreagem é desengatada, o membro acionado fica estacionário. Os primeiros projetos eram tipicamente embreagens para cães com uma came no membro acionado usado para desengatar os cães no ponto apropriado.

As embreagens de revolução única bastante simplificadas foram desenvolvidas no século 20, exigindo forças operacionais muito menores e, em algumas variações, permitindo uma fração fixa de revolução por operação. As embreagens de fricção de ação rápida substituíram as garras de travamento em algumas aplicações, eliminando o problema de carga de impacto nas travas toda vez que a embreagem era engatada.

Além de seu uso em equipamentos de fabricação pesada, as embreagens de revolução única foram aplicadas a várias máquinas pequenas. Em máquinas de tabulação, por exemplo, pressionar a tecla de operação acionaria uma embreagem de revolução única para processar o número inserido mais recentemente. Nas máquinas de composição, pressionar qualquer tecla selecionava um caractere específico e também acionava uma única embreagem de rotação para alternar o mecanismo para compor esse caractere. Da mesma forma, nos teleimpressores, o recebimento de cada caractere acionava uma embreagem de revolução única para operar um ciclo do mecanismo de impressão.

Em 1928, Frederick G. Creed desenvolveu uma embreagem de mola de volta única (veja acima) que era particularmente adequada para a ação repetitiva start-stop exigida em teleimpressores. Em 1942, dois funcionários da Pitney Bowes Postage Meter Company desenvolveram uma embreagem de mola de volta única aprimorada. Nessas embreagens, uma mola helicoidal é enrolada em torno do eixo acionado e mantida em uma configuração expandida pela alavanca de acionamento. Quando acionada, a mola se contrai rapidamente em torno do eixo de força engatando a embreagem. No final de uma revolução, se a alavanca de desarme tiver sido redefinida, ela prende a extremidade da mola (ou uma lingueta presa a ela) e o momento angular do membro acionado libera a tensão na mola. Essas embreagens têm longa vida operacional - muitas realizaram dezenas e talvez centenas de milhões de ciclos sem a necessidade de manutenção além de lubrificação ocasional.

Embreagens de revolução única com linguetas em cascata substituíram as embreagens de revolução única com mola enrolada em impressoras de página, como teleimpressoras, incluindo o Teletype Model 28 e seus sucessores, usando os mesmos princípios de design. As máquinas de escrever IBM Selectric também as usavam. Estes são tipicamente conjuntos em forma de disco montados no eixo acionado. Dentro do tambor de acionamento em forma de disco oco, há duas ou três lingüetas flutuantes dispostas de modo que, quando a embreagem é acionada, as lingüetas saltam para fora, como as sapatas de um freio a tambor. Quando engatado, o torque de carga em cada lingueta é transferido para os outros para mantê-los engatados. Essas garras não escorregam depois de travadas e se encaixam muito rapidamente, na ordem de milissegundos. Uma projeção de viagem se estende para fora da montagem. Se a alavanca de deslocamento engatou essa projeção, a embreagem foi desengatada. Quando a alavanca de deslocamento libera essa projeção, as molas internas e a fricção acionam a embreagem. A embreagem então gira uma ou mais voltas, parando quando a alavanca de desarme engata novamente na projeção de desarme.

Outros designs

• Kickback embreagem: Encontrado em alguns tipos de relógios elétricos conduzidos por motor síncrono construídos antes da década de 1940, para evitar que o relógio corra para trás. A embreagem consistia de um embrulho de embreagem que foi acoplado ao rotor por um ou dois estágios de redução de engrenagem. O freio de embreagem travado quando girado para trás, mas também teve alguma ação de mola. A inércia do rotor indo para trás envolveu a embreagem e feriu a mola. À medida que desvia, ele reiniciou o motor na direção correta.
• Embreagem de cinto: usado em equipamentos agrícolas, cortadores de grama, lavradores e sopradores de neve. A potência do motor é transmitida através de um conjunto de correias que são folgadas quando o motor está aceso, mas uma polia idler pode apertar as correias para aumentar o atrito entre as correias e as polias.
• Embraiagem BMA: Inventado por Waldo J Kelleigh em 1949, usado para transmitir torque entre dois eixos que consistem em um membro de condução fixo seguro para um dos eixos ditos, e um membro de condução móvel, tendo uma superfície de contato com uma pluralidade de indentações.
• Embraiagem eletromagnética: tipicamente envolvida por um eletroíman que é uma parte integrante da montagem da embreagem. Outro tipo, o embreagem de partículas magnéticas, contém partículas magnéticamente influenciadas em uma câmara entre dirigir e membros acionados - a aplicação da corrente direta faz com que as partículas se unam e aderam às superfícies operacionais. Engajamento e deslizamento são notavelmente suaves.
• Embreagem de molas: tem uma mola helicoidal, tipicamente ferida com fio de secção transversal quadrada. Estes foram desenvolvidos no final do século XIX e início do século XX. Na forma simples a mola é fixada em uma extremidade ao membro conduzido; sua outra extremidade é unttached. A primavera se encaixa de perto em torno de um membro de condução cilíndrica. Se o membro de condução girar na direção que iria desenrolar a mola se expande minuciosamente e desliza embora com algum arrasto. Por causa disso, as embreagens de mola devem ser normalmente lubrificadas com óleo leve. Girar o membro de condução da outra maneira faz com que a mola se enrole firmemente em torno da superfície de condução e a embreagem bloqueia muito rapidamente. O torque necessário para fazer um deslizamento de embreagem de mola cresce exponencialmente com o número de voltas na primavera, obedecendo à equação do capstão.

Uso em automóveis

Transmissões manuais

A maioria dos carros e caminhões com transmissão manual usa uma embreagem seca, que é operada pelo motorista usando o pedal mais à esquerda. O movimento do pedal é transferido para a embreagem usando o sistema hidráulico (cilindros mestre e escravo) ou um cabo. A embreagem só é desengatada nos momentos em que o motorista pressiona o pedal da embreagem, portanto, o estado padrão é que a transmissão esteja conectada ao motor. Um "neutro" posição de marcha é fornecida, para que o pedal da embreagem possa ser liberado com o veículo parado.

A embreagem é necessária para partidas estacionárias e geralmente (mas nem sempre) é usada para ajudar a sincronizar as velocidades do motor e da transmissão durante as mudanças de marcha, ou seja, enquanto reduz a rotação do motor (RPM) durante as mudanças superiores e aumenta a rotação do motor durante as reduções de marcha.

A embreagem geralmente é montada diretamente na face do volante do motor, pois isso já fornece um conveniente disco de aço de grande diâmetro que pode atuar como uma placa de acionamento da embreagem. Algumas embreagens de corrida usam pequenos pacotes de discos multiplacas que não fazem parte do volante. Tanto a embreagem quanto o volante são colocados em uma carcaça cônica para a caixa de câmbio. O material de fricção usado para o disco de embreagem varia, sendo um material comum uma resina composta orgânica com revestimento de fio de cobre ou um material cerâmico.

Transmissões automáticas

Em uma transmissão automática, o papel da embreagem é desempenhado por um conversor de torque. No entanto, a própria transmissão geralmente inclui embreagens internas, como uma embreagem de bloqueio para evitar o deslizamento do conversor de torque, a fim de reduzir a perda de energia através da transmissão e, portanto, melhorar a economia de combustível.

Ventiladores e compressores

Os ventiladores de arrefecimento do motor acionados por correia mais antigos geralmente usam uma embreagem ativada por calor, na forma de uma tira bimetálica. Quando a temperatura está baixa, a mola enrola e fecha a válvula, o que permite que o ventilador gire em torno de 20% a 30% da rotação do virabrequim. À medida que a temperatura da mola aumenta, ela se desenrola e abre a válvula, permitindo que o fluido passe pela válvula, fazendo o ventilador girar a cerca de 60% a 90% da velocidade do virabrequim.

O compressor de ar condicionado de um veículo geralmente usa embreagens magnéticas para engatar o compressor conforme necessário.

Uso em motocicletas

Uma embraiagem de cesta

As motocicletas normalmente empregam uma embreagem úmida com a embreagem movida no mesmo óleo da transmissão. Essas embreagens geralmente são compostas por uma pilha de placas de fricção alternadas e placas de aço. As placas de fricção têm saliências em seus diâmetros externos que as prendem em uma cesta que é girada pelo virabrequim. As chapas de aço possuem ressaltos em seus diâmetros internos que as prendem ao eixo de entrada da transmissão. Um conjunto de molas helicoidais ou uma placa de mola de diafragma força as placas juntas quando a embreagem é engatada.

Nas motocicletas, a embreagem é operada por uma alavanca manual no guidão esquerdo. Nenhuma pressão na alavanca significa que as placas da embreagem estão engatadas (dirigindo), enquanto puxar a alavanca de volta para o motociclista desengata as placas da embreagem por meio de cabo ou atuação hidráulica, permitindo que o motociclista mude de marcha ou desacelere. As motocicletas de corrida costumam usar embreagens deslizantes para eliminar os efeitos do freio-motor, que, sendo aplicado apenas na roda traseira, pode causar instabilidade.