embragues de competicion

Es el mecanismo encargado de transmitir el par motor proporcionado por el grupo propulsor a la caja de cambios y ésta, a su vez, a las ruedas a voluntad de conductor o automáticamente.

Su misión es desconectar el motor de las ruedas en el momento de arrancar o realizar un cambio de marcha.

El mecanismo de embrague es absolutamente necesario en los vehículos automóviles

Debido a que al iniciar la marcha del vehículo hay que transmitir el par motor de una forma progresiva por resbalamiento mecánico o viscoso, hasta conseguir un acoplamiento completo entre el motor y las ruedas

En los vehículos con cambio de velocidades mecánico es necesario disponer del mecanismo de embrague para desconectar el movimiento del motor del movimiento de las ruedas siempre que se desee cambiar de velocidad o detener el vehículo sin detener el motor.

El embrague debe cumplir una serie de

características.

• Poseer suficiente fuerza para que no patine con

el motor funcionando a pleno rendimiento.

• Proporcionar una marcha suave.

Debe ser resistente, rápido y seguro.

Resistente

• Debido a que por él pasa todo el par motor.

Rápido y seguro

• Para poder aprovechar al máximo dicho par en

todas las revoluciones del motor.

El embrague de fricción está constituido por una parte motriz, que transmite el giro a una parte conducida, utilizando para tal efecto la adherencia existente entre los dos elementos, y a los que se les aplica una determinada presión, que los une fuertemente uno contra el otro.

El embrague de fricción está compuesto por dos

partes claramente diferenciadas, el disco de embrague y el plato de presión

Los componentes del sistema:

Este dispositivo está formado por un disco de acero en el que, por medio de unos remaches, van sujetos los forros del material de fricción,.

El disco de embrague es el

elemento encargado de transmitir a la caja de cambios todo el par motor sin que se produzcan resbalamientos

El disco de embrague está forrado

de un material de fricción que se adhiere a las superficies metálicas

Este material, muy resistente al

desgaste y al calor.

El dimensionado del disco de embrague depende del par motor a transmitir y del peso del vehículo.

Se trata de un disco en cuyo centro se dispone

un cubo estriado por el que se pone en contacto con el eje primario de la caja de velocidades

El disco tiene unos muelles repartidos en toda

su circunferencia, a un plato forrado por sus dos caras con el material de fricción.

El plato de presión sirve de acoplamiento del

conjunto al volante de inercia y va montado

entre el disco de fricción y la carcasa.

Denominado también cojinete axial o collarín de embrague, es el elemento por el que se acciona el mecanismo.

Se trata de un cojinete de bolas que se desliza

sobre el tramo del eje primario situado en la campana de la caja de velocidades.

Dicho desplazamiento axial se controla por una de sus caras a la que va acoplado la horquilla, y por el otro extremo permanece en contacto con las patillas de accionamiento, en el caso de que se trate de un mecanismo de embrague por muelles, o sobre los dedos elásticos, si se trata de un mecanismo dotado de embrague por diafragma, realizando el empuje axial sobre éstos.

Los sistemas de embrague para competición

de automóviles muestran diferencias

importantes con respecto a los empleados en

automóviles convencionales.

Es importante resaltar que, en competición,

priman características como:

• La rapidez de actuación,

• Peso reducido

• Capacidad de transmisión de pares elevados frente a

otras como confort, ausencia de ruido o durabilidad.

Es por ello que, aún hoy en día, los embragues utilizados en este campo son los de fricción, frente a hidráulicos, electromagnéticos o centrífugos.

La rapidez en el proceso de desembragado y embragado necesaria ha permitido que los sistemas de embrague más utilizados sean los de pilotado electrónico.

El piloto no necesita accionar el pedal de

embrague solo en algunos casos como la aceleración para arrancar.

La gestión electrónica controla, a través de la posición de la palanca de mandos, de las revoluciones del motor y la posición del pedal de aceleración, la activación del circuito hidráulico de mando.

“La capacidad de aceleración longitudinal

depende en gran medida de la masa e

inercias de todo el sistema de

transmisión”

Por la segunda ley de Newton, F = m.a, el vehículo sufrirá una aceleración longitudinal que es función de la fuerza de tracción disponible, es decir,

• La total aportada por el motor menos la fuerza de rodadura, la

resistencia aerodinámica y el efecto de pendientes adversas.

• A su vez, ambos valores se relacionan mediante la masa equivalente del vehículo, masa en vacío multiplicada por un coeficiente, llamado factor de masa, que crece con el incremento de las inercias del sistema de tracción: motor, caja de cambios y embrague, árboles de transmisión, diferencial y ruedas.

• En vehículos de calle, esta masa equivalente puede alcanzar, en primera marcha, valores hasta tres veces superiores a la propia masa del vehículo. La capacidad de aceleración, por tanto, queda muy mermada.

Es obvio, de ese modo, que la disminución

del factor de masa es vital con vistas a

obtener las mejores prestaciones en

aceleración longitudinal del vehículo.

Ello implicará la disminución de las inercias

de las masas del sistema de tracción.

Por tanto, donde primen las altas

prestaciones, y en competición

particularmente, se busca que los

componentes del sistema de embrague

sean ligeros y del menor radio posible.

Ello da lugar a dos opciones:

El primero Es la fabricación de los componentes con

materiales ultraligeros sin que, por ello, se produzca una pérdida de capacidades resistentes.

Más bien al contrario, los pares transmitidos

en vehículos de carreras son muy elevados y el sistema de transmisión debe ser capaz de soportarlos.

Así, encontramos volantes de inercia

fabricados en titanio o acero nitrurado y aligerados, es decir con orificios practicados en zonas de mínimas tensiones con fines de reducir la masa, y carcasas fabricadas en titanio, carbono o kevlar.

• Además, es usual la división del disco de

embrague en segmentos con el consiguiente

aligeramiento y mejora en la evacuación del calor.

• La pérdida de área de rozamiento efectiva se

solventa con materiales de fricción mejorados y

mayores presiones ejercidas.

• Además, en competición los componentes son

cambiados con mucha mayor frecuencia y las

expectativas de vida útil de los componentes

son mucho menores.

El segundo Utilizado en campeonatos como los

motociclísticos y la Fórmula 1, es la inclusión de varios discos de fricción.

El sistema, así, es llamado multidisco

La inclusión de varios discos de embrague permite aumentar el área de fricción efectiva sin, por ello, aumentar el radio de los discos y, con ello, el tamaño de la carcasa, el volante motor y el plato de presión.

Además, 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.

El sistema, fabricado para la mayoría de equipos de Fórmula 1 por las empresas ZF Sachs y AP Racing, tiene un peso total que no supera los 860 gramos.

El diafragma aplica una

presión de hasta 1.6 toneladas a los tres discos de fricción de carbono.

La carcasa, fabricada en titanio y de 100

milímetros de diámetro, soporta

temperaturas que alcanzan los 700 grados

centígrados durante los 0.5 segundos en

que, como máximo, el sistema electrónico

permite deslizamiento entre los discos.

Los embragues de fricción están controlados por las cualidades del material de fricción en el disco de embrague.

Las principales características del contacto

deben ser:

Ambos materiales en contacto deben

tener un alto coeficiente de fricción.

Un elevado valor de este parámetro

permite minimizar la presión necesaria

para conseguir la transmisión de par.

Los materiales en contacto deben resistir los efectos de desgaste.

El valor del coeficiente de fricción debe

ser constante sobre un rango de temperaturas y presiones adecuado.

Los materiales deben ser resistentes a las condiciones atmosféricas y ambientales (humedad, presión, contaminación, partículas de polvo…).

Los materiales deben poseer buenas

propiedades térmicas: • Alta conductividad térmica

• Baja inercia térmica.

• Adecuada resistencia a las altas temperaturas.

Capacidad para soportar elevadas presiones

de contacto.

Buena resistencia a esfuerzos cortantes

transmitidos por la fricción de los elementos.

Materiales de fabricación y uso seguros, y aceptables para el medio ambiente (algo que cada vez cobra más importancia).

Debe tener una vida útil de miles de kilómetros.

Cuero Hacia 1920, la fabricación y difusión de

los forros de embrague de aglomerado de amianto permitió obtener elevados coeficientes de rozamiento (de más de 0.3) y alcanzar elevadas temperaturas sin perjuicio para los propios forros, lo que permitió el éxito definitivo de un tipo de embrague que había sido introducido ya a principios de siglo por De Dion Bouton.

El éxito del embrague monodisco en seco se debió, en gran parte, a la empresa británica Ferodo, que anteriormente había construido forros de rozamiento para el frenado.

Dicho material demostró su capacidad de resistencia a

elevadas temperaturas y presiones, necesarias para un embrague monodisco.

No obstante, pronto surgieron dudas acerca de la idoneidad de este material.

Ya en 1907, se había

denunciado el primer caso de asbestosis, fibrosis pulmonar o neumoconiosis producida por el amianto, y en 1931 se reconocieron a nivel médico las cualidades carcinógenas de las fibras microscópicas respirables que se producen cuando éste entra en fricción.

En la actualidad se dispone de un amplio rango de materiales de fricción disponibles en función de las necesidades específicas del vehículo por potencia y uso.

En cuanto a las partes estructurales del embrague, incluido el volante motor y el plato de presión sobre el que fricciona el material del disco de embrague, se utiliza:

Volante:

• Fundición de hierro, aluminio o acero convencionalmente,

Carcasa • Aleaciones especiales de acero, titanio o carbono

Se detallan a continuación los materiales disponibles y sus características principales

Orgánicos

Fibras de metal entre tejido compactado de aramida o fibra de vidrio y aglutinado mediante resinas poliméricas.

De accionamiento suave y progresivo, larga vida útil, amplio rango de temperaturas de trabajo y período de desgaste

Los forros con este material soportan usos intensos, si bien son intolerantes al uso abusivo repetido.

Retornan a condiciones óptimas de funcionamiento

tras sufrir sobrecalentamiento. El material es de color marrón oscuro o negro, con

las fibras de metal visibles.

El metal empleado es cobre o latón.

Coeficiente de fricción de material

orgánico.

Kevlar. El kevlar (poliparafenileno

tereftalamida) es una amida sinterizada por la empresa DuPont.

Las fibras de este compuesto

presentan altas prestaciones mecánicas por la orientación perfecta de las moléculas del polímero, destacando principalmente su resistencia a tracción y a cizalladura.

Material de elevada duración, más resistente al uso intenso.

Sus cualidades con uso moderado son similares a las de

materiales orgánicos, si bien presenta ligera facilidad a esmaltarse en tráfico con paradas continuas.

Rango de temperaturas superior en general, aunque

puede destruirse por sobrecalentamiento (no presenta capacidad de retorno a las características originales).

Presenta un período de funcionamiento irregular inicial en torno a 1000 km.

Durante este período se ha de profesar un cuidado

especial para evitar sobrecalentamientos producidos por un deslizamiento excesivo.

El material es de color homogéneo amarillo/verde.

Coeficiente de fricción kevlar

Kevlar segmentado. Es el mismo material anteriormente descrito, pero

segmentado (bloques o secciones del forro vacías) para mejor disipación del calor. Presenta menor tendencia a esmaltado y es una excelente elección para sistemas de funcionamiento progresivo en vehículos de alta potencia o equipados con transmisiones de tipo secuencial.

Carbocerámicos. Usualmente encontrados en sistemas multidisco, donde se

producen elevados deslizamientos, son capaces de soportar temperaturas muy elevadas.

Soportan potencias por encima de los 500 caballos. La conexión es más abrupta y, además, erosionan el material

del volante motor y disco de presión más rápidamente.

El carbono, formando fibras obtenidas por termólisis de fibras de poliacrilato, presenta una durabilidad ligeramente mayor, menor peso y menor capacidad de erosión, mientras que el material cerámico soporta temperaturas mayores y presenta mayor rigidez.

Ambos pueden encontrarse por separado formando las pastillas

de embrague, de carbono o cerámicos, aunque la tendencia actual es a combinarlos formando el tipo de material aquí expuesto.

El rango de colores, abarca matices claros como el gris, rosa o marrón.

Coeficiente de fricción material carbocerámico.

Metal sinterizado. Capaces de soportar temperaturas

extremadamente altas, y potencias por encima de los 700 caballos.

El funcionamiento es digital, on/off.

Requiere material especial en la superficie del volante motor.

El color es marrón o negro, en función del

metal utilizado. Los dos más usuales son el latón, y

principalmente el hierro.

Los segmentos del forro se fabrican mediante sinterización, es decir, compresión en prensa, de polvo del metal en el interior de un molde con la forma adecuada, y el posterior tratamiento en horno de la pieza generada.

Es usual añadir al polvo de metal 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 abrasión.

Los embragues de metal sinterizado y, particularmente, los carbocerámicos, se diseñaron para aplicaciones donde la calidad del desembragado y la comodidad son aspectos secundarios frente a la capacidad de transmisión de par.

Su funcionamiento extremadamente abrupto puede

dañar, además, otros componentes de la transmisión, incluyendo rodamientos y juntas.

Coeficiente de fricción metal sinterizado. Latón con polvos cerámicos

En general, todos presentan comportamientos muy lineales para su rango de temperatura útil, salvo, en todo caso, el kevlar y los metales sinterizados, que muestran menor valor de fricción para el rango inferior de temperaturas de trabajo.

El material con un comportamiento más constante es el de

tipo orgánico, si bien su valor de coeficiente de fricción es el más moderado y las temperaturas máximas que puede llegar a alcanzar son muy limitadas, del orden de los 250 ºC.

Los materiales capaces de soportar mayores temperaturas

son los metales sinterizados y los carbocerámicos, seguidos muy de cerca por el kevlar.

Este último es el que presenta, por otra parte, mayores coeficientes de fricción.

La siguiente tabla muestra los valores de coeficiente de fricción (húmedo y seco), temperatura máxima y presión máxima en la fricción combinada entre materiales típicos de los discos de embrague y volante motor-disco de presión.

1. Diseño del producto. 2. Creación de prototipos y ensayos 3. Comprobación de los prototipos. 4. Diseño y producción de las herramientas

de fabricación. 5. Estampado. 6. Mecanizado. 7. Tratamiento térmico. 8. Ensamblaje. 9. Comprobaciones finales

La selección del material de fricción adecuado para una aplicación concreta es condición crítica de un buen funcionamiento del sistema.

Algunas de las características a controlar son:

• Tacto del embrague.

• Rango de temperaturas de trabajo.

• Características de desgaste/durabilidad.

• Fuerza de actuación.

• Período inicial de funcionamiento anormal.

El primer paso en la identificación de qué

material de embrague adquirir depende de

las características del vehículo. Las

principales son: • La potencia del automóvil.

• El modo de uso: conducción urbana o competición y,

en caso de la última, de qué tipo.

Orgánicos. Su relativa tolerancia a sobrecalentamientos, su

entrega progresiva de par y un tiempo inicial de funcionamiento anormal casi nulo los hacen idóneos para vehículos urbanos de potencias elevadas, hasta 400 caballos, y competición en circuito con vehículos de similar potencia máxima en los que se busca alta durabilidad.

Kevlar. Coches de conducción urbana de hasta 500

caballos y vehículos de circuito con elevadas potencias y usos muy intensos.

Resistencia elevada a un uso intenso, (no recupera

sus características tras sobrecalentarse).

Las cualidades del kevlar lo hacen poco apto para conducción urbana en general, especialmente en aquellos casos de frecuentes paradas por tráfico intenso, donde puede aparecer esmaltado en la superficie de fricción del material y pérdida de las características friccionales.

Material muy adecuado para embragues multidisco.

Kevlar segmentado. La elevada capacidad de evacuación de calor hace

este tipo de material ideal para vehículos deportivos de hasta 650 caballos y vehículos de competición en circuito de elevadas potencias y prolongada duración de la carrera.

Ideal cuando se busca un funcionamiento suave y

progresivo en vehículos de gran potencia o aquellos equipados con cambios secuenciales.

No son aptos para embragues multidisco, pues el

choque de los segmentos produce vibraciones intolerables.

Carbocerámicos. Material idóneo para embragues en vehículos de

competición de aceleración o drag-racing y vehículos de circuito de hasta 500 caballos con altas demandas de potencia y altos pares.

Soporta un uso muy intenso, adecuado para

aplicaciones donde las presiones son extremas.

Metal sinterizado. Principalmente en el caso de embragues

de hierro sinterizado, su uso está estrictamente limitado a la competición de resistencia de vehículos de muy elevada potencia.

Con un plato de presión adecuadamente dimensionado, el sistema es capaz de soportar fuerzas de presión extraordinarias.

No funcionan bien en ambientes a baja

temperatura.

Se requiere un volante motor con una muy

elevada resistencia superficial.

Los volantes estándar se destruyen

rápidamente por la fricción con estos

discos de embrague.

Para hacer hincapié en los puntos esenciales, es importante no adquirir un embrague con capacidades muy por encima de las requeridas.

Un simple disco orgánico convencional puede

soportar gran variedad de usos, incluyendo conducción urbana, conducción deportiva severa e incluso competición en circuito, de hecho, el reglamento de muchas competiciones en circuito obliga a montar en los vehículos embragues orgánicos estándar.

Los discos de kevlar son una buena elección para deportivos radicales y competiciones en circuito de vehículos con elevada potencia y par.

Especialmente idóneos para vehículos sobrealimentados.

El material carbocerámico debería utilizarse únicamente en vehículos de muy altas prestaciones sometidos a continuas aceleraciones o en vehículos dedicados únicamente a competiciones de aceleración.

Los discos de embrague con forro de metal sinterizado tienen su uso estrictamente en pruebas de muy larga duración y potencias extremas.

Articulo realizado por: • Vicente Pechuam

El articulo lo encuentran en www.8000vueltas.com