Universidad Autónoma Chapingo

Departamento de ingenieria mecánica agrícola.

Tractores y Automoviles.

Trabajo

extraclase: “Cálculo de embragues”.

Presenta

Aguilar Hernández

GRADO: 6° GRUPO: 1

PROFESOR: Ing. José Ramón Soca

Chapingo Estado de México, a 30 de Marzo de 1. INTRODUCCIÓN.

El embrague es el primer mecanismo que interviene en la transmisión de potencia

desde el motor hasta los neumáticos. El embrague se encuentra situado entre el

motor y la caja de cambios, formando un conjunto; motor, embrague y caja

de cambios. El embrague se encarga de acoplar y desacoplar la transmisión del

par desde el motor a la caja de cambios, el acoplamiento en todos los tipos

de

El tipo de embrague montado en el vehículo está condicionado por el modelo de

caja de cambios: los vehículos con cajas de cambios manuales obligan a montar

embragues de fricción en seco o bañados en aceite y controlados por el conductor

desde el pedal del embrague.

El embrague de fricción permite realizar el corte de la transmisión del par al

cambio y poder realizar el cambio de velocidades de forma manual;

los componentes del embrague se encuentran sometidos al desgaste propio en

cada acoplamiento, cuando el vehículo ha realizado un determinado

número de

Las cajas automatizadas, tipo DSG y Powershift, montan dos embragues de

fricción bañados en aceite en un conjunto, el accionamiento de los dos embragues

se realiza de forma independiente y automática con la gestión del módulo

del

Las cajas

embragues

automática

automáticas sin gestión electrónica (vehículos clásicos) montan

hidráulicos, la transmisión del par del motor se realiza de forma

al aumentar el número de revoluciones del motor, el vehículo nodispone de pedal de embrague.

En las cajas automáticas modernas gestionadas electrónicamente, se montan

convertidores de par con embrague anulador.

El convertidor de par es un mecanismo automático que acopla la transmisión de

forma continua y automática, al aumentar el número de revoluciones del motor, sin

la intervención directa del conductor. El embrague anulador que lleva incorporado

el convertidor es gestionado por el módulo del cambio y permite acoplar la

transmisión de forma directa del motor al cambio, anulando el resbalamiento y las

pérdidas de potencia del convertidor.

El embrague anulador es la única pieza que trabaja por fricción y es la que más

averías provoca en el convertidor.

2. OBJETIVOS.

2.1. Objetivos Generales. Realizar el cálculo del embrague del vehículo Jeep Ika.

Comprender el procedimiento para calcular el embrague de un

vehículo automotor.

2.2. Objetivo Particular. Identificar los materiales más usados para la fabricación de los embragues

según las características que resulten de los cálculos.

3. CÁLCULO DE EMBRAGUE DE UN DISCO.

Por su sencillez constructiva, fiabilidad y posibilidad de adaptarse fácilmente en

la cavidad que se encuentra libre en el volante del motor de combustión interna

(MCI) es que han tenido gran aplicación en los autos y tractores.

4. DESCRIPCIÓN.

4.1. Exigencias hacia los embragues.

Las exigencias fundamentales hacia los embragues se encuentran:

Debe transmitir todo el momento torsor máximo del MCI, sin patinaje o

resbalamiento cuando se encuentre embragado (acoplado).

Cuando se encuentre desembragado el vehículo debe desacoplar

completamente la transmisión de potencia con un mínimo recorrido del

mando, lo cual no se consigue con el embrague cónico.

Los elementos conducidos del embrague deben poseer mínimos valores de

momento de inercia, con el fin de conseguir tiempos mínimos para el

cambio de velocidades en la caja de transmisión.

La fuerza de empuje que se aplica a las superficies de fricción no se debe

transmitir a los demás elementos aledaños.

El embrague debe tener la durabilidad aceptada en las normas, elevada

4.2. Componentes de los embragues.

a) Componentes motrices

Volante. Sincronizado con el embrague para bloquear y permitir el flujo de

fuerza hacia la caja de cambios.

Plato opresor. Genera la fricción para impedir la transmisión de fuerza hacia

la caja de cambios.

Campana o cuerpo centrador.

Tornillos de fijación. Aseguran el plato opresor al sistema.

Resortes o muelles. Soportan fuerza de presión al bloqueo

fuerza.

del flujo de

b) Componentes conducidas

Disco de embrague con los forros y las estrías en el centro

c) Partes del mecanismo de mando

Palanca, palanquillas o dedos de desembrague con apoyos

Collarín

Asiento del acople de la horquilla

Base de deslizamiento del asiento (cople).

4.3. Acerca del embrague en Jeep Ika.

El conjunto del embrague se halla instalado entre el motorvelocidades, abulonado al volante del motor.

y la caja de

El "Sistema de Embrague", está formado por dos partes bien definidos como son:

a) Mecanismo de Acoplamiento y Desacoplamiento; b) Mecanismo de Mando delEmbrague. En cuanto al conjunto en sí, tiene la misión de permitir acoplar o desacoplar el motor de las ruedas motrices.

Si el embrague funciona correctamente, el vehículo se pondrá en movimiento,suave y progresivamente y los cambios de velocidades se realizarán con facilidad.

Las unidades Jeep están equipados con un conjunto de embrague marca Auburno Wobron, del tipo monodisco seco, con acoplamiento por placa de presión.

El Wobron, modelo Borg & Beck 1304, difiere del modelo 1477 en que tiene seisresortes de tensión en lugar de nueve.

Está constituido por los elementos que se muestran en la figura.

4.4. Parámetros principales del embrague.

β - Coeficiente de seguridad.Pe - Fuerza de empuje o de compresión de los resortes.de, di - Diámetros externos e internos de los forros de rozamientos del disco. S - Grosor del disco embrague.µ - Coeficiente de rozamiento de las superficies de trabajo del embrague(seleccionar de literatura especializada, siempre debe ser µ ≥ (0.3…0.4).n - Cantidad de resortes.z - Cantidad de superficies de rozamiento.q - Presión específica de las superficies en rozamiento. l1 - Desplazamiento del plato opresor.t - Cantidad de palanquillas (dedos).

5. CÁLCULOS PRINCIPALES.

5.1. Datos técnicos principales de del vehículo prototipo. Necesarios

para este cálculoJeep Ika

5.2. Coeficiente de seguridad (β).

El coeficiente de seguridad β de los embragues se debe encontrar entresiguientes intervalos según el vehículo.

los

Para autos ligeros: β = 1.2 a 1.75;

Para autos de carga: β = 1.5 a 2.2;

Para autos todoterreno: β = 1.8 a 3.0;

Para tractocamiones y tractores: β = 2.5 a 3.0.

El coeficiente de seguridad β se calcula por medio de la siguiente ecuación:

Dónde:

- Momento de rozamiento del embrague.

- Momento torsor máximo que entrega el motor.

Este coeficiente garantiza el trabajo cuando disminuye el coeficiente defricción, ; y la fuerza de presión de los muelles,desgaste de los forros o superficies de rozamiento.

; y/o cuando aumenta el

Como ejemplo se puede mencionar que durante la explotación de los vehículosel coeficiente de fricción µ disminuye en un 10-20 %, la fuerza de tensión de los resortes en un 8-10 %. El desgaste de los forros disminuye β en un 5-10 %.

Característica Valor

Momento torsor máximo al volante del motor 545 [Nm]

Frecuencia de rotación nominal del motor 3800RPM

Diámetro exterior del volante 260mm

En general el coeficiente disminuye en un 23-40 % durante la explotación.

5.3. Fuerza de presión de los resortes (Pe).

La fuerza de presión de los resortes Pe se calcula utilizando la siguiente ecuación:

De la tabla 1, tomando en cuenta el diámetro exterior deldisco es de 235mm que de acuerdo con datos técnicos.

Dónde:

- Radio medio de los forros.

El radio medio de los forros se calcula por medio de la siguiente ecuación:

La elección del de debe garantizar que la velocidad circular del plato opresor no

sobrepase los 65-70 ms-1 requeridos por los hierros fundidos (aceros grises).

El valor de µ (coeficiente de rozamiento) debe estar para los forros de base

asbestos entre 0.3 y 0.35; los valores menores deben seleccionarse para

autos pesados y tractores.Los forros pueden ser de: cartón de amianto, caucho de amianto, amianto

baquelizado, asbesto, asbesto metálico y fibra sin asbesto. Es importante recordar

que el amianto como material para forros de embragues y frenos y en

otras aplicaciones está prohibido en muchos países, pues es uno de los

agentes principales en la contaminación del aire por partículas sólidas suspendidas

PM10 y

Existen normas que establecen para diferentes radios medios , los parámetros

de momento torsor máximo , , cantidad de discos, frecuencia nominal del

motor, cantidad de palancas t, cantidad de resortes n, y la cilindrada del motor

(ejemplo: ver catálogo de Luk o de Sarch). En la tabla 1 aparecen algunos valores

recomendados.

Tabla 1. Dimensiones de algunos embragues de disco.

También existen discos de embragues ya normalizados para diferentes

aplicaciones, donde se muestra: de, di y s, con sus respectivas tolerancias.

Después de elegir un disco con dos superficies de rozamiento de acuerdo a las

dimensiones del volante y la velocidad circular, se comprueba la

presión específica de las superficies de rozamiento.

5.4. Comprobación de la presión específica (q) de las superficies defricción.

La presión específica (q) de las superficies de fricción se calcula según la

ecuación siguiente:

El valor de q debe estar entre 1.5-2.5 kgf/cm2 (0.15-0.25 MPa). Si sobrepasa este

valor entonces se debe aumentar la superficie de rozamiento y si esto no es

posible por cualquier causa, entonces se debe aumentar la cantidad de superficies

de rozamiento a z = 4.

5.5. Desplazamiento del plato opresor (∆li).

Para el desembrague completo se debe tener una holgura δ1 = 0.5-1.0 mm entre

las superficies en fricción, para ello se debe proporcionar el siguiente

desplazamiento del disco opresor durante el desembrague:

Embragues de un disco: ∆li = 1.0 – 2.0 mm.

Embragues de 2 discos: ∆li = 2.0 – 4.0 mm.

∆li = 2.0 mm.

δ1 = 1.0 mm

5.6. Otros parámetros.

5.6.1. El desacoplamiento durante el cambio de velocidad debe durar de0.15 a 0.25 s.

En este caso se tomó 0.15 s.

5.6.2. La fuerza máxima permisible [Pp] que se debe aplicar sobre elpedal del embrague no debe sobrepasar:

Para autos ligeros [Pp] ≤ 15 kgf (150 N). Para autos de carga y tractores [Pp] ≤ 20 kgf (200 N).

5.6.3. El desplazamiento del pedal [lp] y el torque aplicado [A] no debe

sobrepasar: Para autos de carga: [lp] ≤ 200 mm y [A] ≤ 3.0 kgf.m (30 Nm). Para autos ligeros: [lp] ≤ 150 - 180 mm y [A] ≤ 2.3 kgf.m (23

5.7. Calculo del mando hidromecánico.

a) Esquema general del mecanismo de mando del hidromecánicoembrague.

Se debe representar el esquema general del mecanismo de mando del embraguedel vehículo prototipo.

b) Relación de transmisión del mando hidromecánico (i).

La relación de transmisión de este tipo de mando se calcula por la ecuación

siguiente.

Dónde:

ip - Relación de los brazos de las palanquillas (dedos).

ihid - Relación de la parte hidráulica del mando, incluyendo los brazos de la

horquilla del collarín.

im - Relación de los brazos del pedal (mando).

Las anteriores relaciones se calculan por las ecuaciones siguientes:

=307.9mm/42.6mm=7.23

c) Desplazamiento total del pedal Ip.

El desplazamiento total se calcula por la ecuación:

Dónde:

Iv - Desplazamiento o juego libre, mm.

It - Desplazamiento de trabajo, mm.

d) Cálculo del juego libre Iv.

Dónde:

∆ - Juego entre el vástago y el pistón del cilindro principal, ∆ = 0.5 - 1.5 mm. Deespecificaciones técnicas ∆=1mm

e) Fuerza máxima sobre el pedal Pp.

La fuerza máxima se calcula mediante la ecuación:

La diferencia consiste en el que valor de se encuentra entre 0.8 a 0.9.

Sienergía.

, entonces será necesario introducir un corrector o acumulador de

5.8. Cálculo del disco del embrague.

El centro del disco se fabrica de acero al carbono con 0.40 a 0.45% de carbono y

al cromo con temple y revenido, de dureza HRC = 38…45. El cálculo se reduce a

la determinación de esfuerzos de aplastamiento o compresión y al corte, utilizando

las siguientes ecuaciones:

a) A compresión:

b) Al corte:

Dónde:

D y d - Diámetros externo e interno de las estrías del centro del disco.

z, b y l - Cantidad, ancho y largo de las estrías del centro del disco.

máxc) El momento máximo dinámico Md se calcula por medio de la ecuación:

d) Cálculo de comprobación.

Los esfuerzos de compresión y de corte calculados deben estar entre los valores

permisibles que a continuación se señalan:

A compresión .

Al corte: .

e) El centrado de la unión (disco-árbol primario de la caja de velocidades)debe ser por el diámetro exterior o por el ancho de las estrías .En muchos discos se colocan amortiguadores para absorber las vibraciones de la transmisión, no permitir que entren en resonancia con las ondas que se producen en el MCI (dámper) y son los resortes que secolocan en el propio disco.

f)

g) Cálculo de los forros (pastas) de los discos.

El ancho radial de las pastas h se puede determinar por la ecuación siguiente:

Esta ecuación se despeja del hecho de que el área Ar de la pasta se calcula

como:

h) Cálculo del diámetro exterior de e interior di del disco de embrague.

Dónde:

- Radio medio del forro del disco.

5.9. Cálculo de los resortes de presión.

En los embragues de disco es necesario que las superficies de contacto (volantedel motor-disco de embrague-plato opresor) sean planas-paralelas, por esto la presión ejercida sobre ellas debe ser uniformemente repartida. En la mayoría de los embragues (sobre todo de camionetas y autos pesados) se sitúan de 4 a 6

resortes, siendo en más cantidades en camiones y tractores, en dependencia de lapotencia a transmitir.

Los resortes más utilizados en los embragues, de acuerdo a sus características,son los cilíndricos y los cónicos, los últimos de secciones rectangulares y cilíndricas. Se fabrican de aceros al silicio o al manganeso, tratados con temple en aceite y a continuación un revenido. La dureza se encuentra en HRC = 38…45.

El cálculo de los resortes de los embragues se centra en la elección de susdimensiones, de tal manera que garanticen la fuerza de empuje Pe necesaria y su resistencia mecánica. El cálculo a la durabilidad no se realiza, ya que la cantidad de ciclos de carga (cantidad de acciones de desembragues) no alcanza la cantidad básica de ciclos de 106.

a) Fuerza elástica de un resorte .

La fuerza elástica que debe poseer uno de los resortes del embrague se calculapor la ecuación siguiente:

Dónde:

t - Cantidad de resortes. En este caso es de diafragma.

b) Desplazamiento o flecha máxima de cada resorte f1.

La flecha máxima debe escogerse entre 2 y 5 mm (debe

separación entre el disco y el plato opresor ∆li).

coincidir con la

∆li=3mm

5.10. Otros cálculos importantes.

a) Cálculo de la fuerza tangencial que actúa en el embrague Ft.

El cálculo de la fuerza tangencia que actúa en el embrague es necesaria

conocerla para poder hacer el cálculo del elemento que fija el forro al disco

de embrague, ya sean remaches o algún tipo de pegamento, además, que la

cantidad

vibraciones y los impactos torsionales que se producen al poner en movimiento los

vehículos o cambiar de velocidades.

La fuerza tangencial se calcula:

O bien utilizando la siguiente ecuación:

Dónde:

Ne - Potencia efectiva nominal del MCI.

Velocidad tangencial en el embrague.

Frecuencia de rotación nominal del MCI.

Para un cálculo correcto se debe escoger la fuerza Ft mayor calculadas por ambas

ecuaciones.

b) Cálculo del embrague al trabajo específico de patinaje. Calentamientodel embrague.

La durabilidad de los embragues depende de la resistencia al desgaste de las

pastas o forros de los discos de embrague, lo cual también depende de la

magnitud del trabajo de patinaje y la temperatura en las superficies en fricción.El patinaje del embrague es más probable en el momento cuando el vehículo

comienza su movimiento. En ese periodo de tiempo relativamente corto la

intensidad de crecimiento del momento Kc oscila: Kc = 10-25 kgf/cm2 para autos

ligeros, Kc = 20 75 kgf/cm2–para camiones y autobuses.

El trabajo de patinaje del embrague depende del momento de resistencia al

movimiento del vehículo, reducido al árbol primario de la caja de velocidades; así

como de los momentos de inercia del automóvil, reducido al árbol primario de la

caja de velocidades y del momento de inercia del MCI, reducido al volante.

También depende de la velocidad angular del MCI y de la intensidad

de

Según literatura especializada, el trabajo específico de patinaje de los vehículos

oscila entre 15 y 18 kgf ⋅ m/cm2.

El calentamiento del embrague, especialmente del disco de embrague depende

directamente del trabajo de patinaje o resbalamiento del mismo y del porciento de

calor que puede disipar el propio disco. La masa del embrague, relacionada con

sus dimensiones, y la capacidad calorífica específica del hierro gris, influyen

indirectamente en el aumento de la temperatura ∆t.En general se puede calcular el incremento de temperatura

siguiente:

∆t por la ecuación

Dónde:

L - Trabajo de patinaje del embrague.

γ - Fracción de calor que disipa el disco de embrague, γ = 0.5.

G - Masa del disco.

c - Capacidad calorífica específica. Para el acero gris: c = 0.115 kcal/kg°C.

El valor de ∆t no debe sobrepasar los 15 °C.

6. BIBLIOGRAFÍA. E. J. Domínguez, J. Ferrer. 2007. Sistemas de transmisión y

frenado.

Editex. España

http://www.jeep-ika.com.ar/embrague/embrague.html

http://www.jeep-ika.com.ar/tecnica/tecnica.html

http://www.jeep-ika.com.ar/especificaciones/utilitarios/utilitarios.html