calculo de embragues NIssan B13.docx

8/15/2019 calculo de embragues NIssan B13.docx

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MATERIA:TRACTORES Y AUTOMÓVILES

TAREA

CÁLCULO DE EMBRAGUES

PROFESOR:

José Ramón Soca Cabrera

PRESENTA:

Martíne Com!e"n José A#berto

6° “3”

C$a!%n&o' Te(coco' Esta)o )e Mé(%co' a *ebrero

)e# +,-.


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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 embragues se realiza de forma progresiva y sin tirones.

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

ba!ados 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 n"mero

de #ilómetros, es necesario cambiar los componentes desgastados.


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uando 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.

$os 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.

$a fuerza de empuje que se aplica a las superficies de fricción no se debe transmitir a los

demás elementos aleda!os.

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

sencillez en el mantenimiento y ajuste, entre otras.

*. Estr%$t%ra !e %n e)bra'%e !e !is$o +ni$o.


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/%&0 -0 Estr1ct1ra )e 1n embra&1e )e )%sco 2n%co

*.1 Co),onentes !e los e)bra'%es.a- Co),onentes )otri$es

2 3olante. &incronizado con el embrague para bloquear y permitir el flujo de fuerza hacia la caja de

cambios.4 (lato opresor. 'enera la fricción para impedir la transmisión de fuerza hacia la caja de cambios.

5 ampana o cuerpo centrador.6 7ornillos de fijación. 8seguran el plato opresor al sistema.9 -esortes o muelles. &oportan fuerza de presión al bloqueo del flujo de fuerza.

b- Co),onentes $on!%$i!as

4 %isco de embrague con los forros y las estrías en el centro

$- #artes !el )e$anis)o !e )an!o

: (alanca, palanquillas o dedos de desembrague con apoyos ollarín< 8siento del acople de la horquilla2= >ase de deslizamiento del asiento *cople+.

. /$er$a !el e)bra'%e !e )i )otor ,rototi,o Nissan V1

El embrague que tiene mi prototipo es del tipo mecánico conocido tambin embrague de fricción el

cual se e0plicara a continuación como es su funcionamiento


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El embrague de fricción está formado por una parte motriz *volante motor+, que transmite el giro a la

parte conducida, usando el efecto de adherencia de ambos componentes, a los cuales se les aplica

una fuerte presión que los acopla fuertemente.

El eje primario de la caja de velocidades se apoya en el volante de inercia del motor por medio de un

casquillo de bronce. &obre este eje se monta el disco de embrague que es aplicado fuertemente

contra el volante motor por el palto de presión, tambin conocido como maza de embrague. $a maza

de embrague es empujada por los muelles que van repartidos por toda su superficie. 8l pisar econductor el pedal de embrague, un mecanismo de palanca articulada desplaza el cojinete de

embrague que mueve unas patillas que, basculando sobre su eje, tiran de la maza de embrague que

libera al disco impidiendo que el motor le transmita movimiento, haciendo que tampoco llegue a la

caja de velocidades aunque el motor est en funcionamiento.

omo el disco de embrague debe transmitir a la caja de cambios y a las ruedas todo el esfuerzo de

rotación del motor sin que se produzcan resbalamientos. &e intuye que sus forros deban de ser de

un material que se adhiera fácilmente a las superficies metálicas y que sea muy resistente a

desgaste y al calor. El más empleado es el formado en base de amianto impregnado de resina

sinttica y prensado en armazón de hilos de cobre, a este material se le llama ferodo. $os forros de

ferodo se sujetan al disco mediante remaches, cuyas cabezas quedan incrustadas en el mismo

ferodo por medio de avellanados practicados en l, ya que si rozasen con el volante motor y con el

plato de presión, podrían da!arlos.

El dimensionado del disco de embrague es un factor primordial que va en función del par a transmitir

y del esfuerzo resistente, es decir, del peso del vehículo en cuestión. En este dimensionado se

mencionan los valores del diámetro e0terior y del espesor del conjunto de guarniciones.

8demás, los discos de ferodo se unen al plato, que se enlaza con el cubo por medio de los muelles

que están repartidos por toda la circunferencia de unión. %e esta forma, la transmisión del giro desde

el ferodo al n"cleo se realiza de forma elástica, mediante los muelles.


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&in embargo, a pesar de este dispositivo de elasticidad del disco, se debe embragar

progresivamente y con lentitud, para que e0ista resbalamiento al principio con el fin de que e

movimiento del motor se transmita progresivamente a las ruedas. ?a que si se pretende acoplar

bruscamente dicho movimiento se produciría el calado del motor, debido a que es mucha la potencia

que debe de desarrollar para vencer la inercia y poner en marcha el vehículo.

El disco de embrague debe girar cada vez más rápido hasta alcanzar la velocidad de giro del motor.

&i al terminar la maniobra de embraga y al soltar el pedal el disco sigue patinando se quemaría por elcalor producido en el rozamiento, dicindose entonces que el embrague patina.

$a figura 4 muestra cómo es que está compuesto el embrague de mi prototipo.


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/%&0 +0 S%stema )e embra&1e t%!o mec"n%co

. #ar0)etros ,rin$i,ales !el e)bra'%e. @ A oeficiente de seguridad. (e A Buerza de empuje o de compresión de los resortes. de, di A %iámetros e0ternos e internos de los forros de rozamientos del disco.

& A 'rosor del disco embrague. C A oeficiente de rozamiento de las superficies de trabajo del embrague *seleccionar de

literatura especializada, siempre debe ser C D *=.6=.9+. n A antidad de resortes. z A antidad de superficies de rozamiento. q A (resión específica de las superficies en rozamiento. l2 A %esplazamiento del plato opresor. t A antidad de palanquillas *dedos+.

. C0l$%los ,rin$i,ales.

%atos tcnicos principales del vehículo prototipo, necesarios para este cálculo

Cara$tersti$a Valor 1omento torsor má0imo al volante del motor 29=.49 FGmH

Brecuencia de rotación nominal del motor 5===-(1

%iámetro e0terior del volante 69=mm

.1Coe3i$iente !e se'%ri!a! *@+.

El coeficiente de seguridad @ de los embragues se debe encontrar entre los siguientes intervalos

seg"n el vehículo.

(ara autos ligeros @ I 2.4 a 2.:J;

(ara autos de carga @ I 2.J a 4.4;

Para autos ligeros: β = 1.2 a 1.75 4

(ara tractoAcamiones y tractores @ I 4.J a 6.=.

El coeficiente de seguridad @ se calcula por medio de la siguiente ecuación

β= Memb

Memáx =1.5(coeficiente seleccionado)

%ónde

Memb A 1omento de rozamiento del embrague.


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M emáx

A 1omento torsor má0imo que entrega el motor.

Este coeficiente garantiza el trabajo cuando disminuye el coeficiente de fricción, µ ; y la fuerza

de presión de los muelles, Pe ; yKo cuando aumenta el desgaste de los forros o superficies de

rozamiento.

omo ejemplo se puede mencionar que durante la e0plotación de los vehículos el coeficiente de

fricción C disminuye en un 2=A4= L, la fuerza de tensión de los resortes en un A2= L. E

desgaste de los forros disminuye @ en un JA2= L.

En general el coeficiente β disminuye en un 46A9= L durante la e0plotación.

.25%er6a !e ,resi7n !e los resortes 8#e-.

$a fuerza de presión de los resortes (e se calcula utilizando la siguiente ecuación

Pe=( Memáx)( β )( Rm)( z)( μ)

= Memb

( Rm)( z)( μ)

Memáx=15 kgf ∙ m De la tabla 19 to)an!o en $%enta el !i0)etro e&terior !el !is$o es !e 2::;

22))


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Rm=(225mm+152.4mm)

4=94.35mm

Pe= (15kgf ∙ m)(1.5)(0.09435m)(2)(0.3)

=397.45 kgf

$a elección del de debe garantizar que la velocidad circular del plato opresor no sobrepase los 5JA

:= msA2 requeridos por los hierros fundidos *aceros grises+.

El valor de C *coeficiente de rozamiento+ debe estar para los forros de base asbestos entre =.6 y

=.6J; los valores menores deben seleccionarse para autos pesados y tractores.

$os 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 (1 2= y

(14.J.

E0isten normas que establecen para diferentes radios medios Rm , los parámetros de momento

torsor má0imo M emáx

, β , cantidad de discos, frecuencia nominal del motor, cantidad de

palancas t, cantidad de resortes n, y la cilindrada del motor *ejemplo ver catálogo de $u# o de

&arch+. En la tabla 2 aparecen algunos valores recomendados.

Tabla 1. Di)ensiones !e al'%nos e)bra'%es !e !is$o.

7ambin e0isten discos de embragues ya normalizados para diferentes aplicaciones, donde se

muestra de, di y s, con sus respectivas tolerancias.

%espus 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.


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."Co),roba$i7n !e la ,resi7n es,e$3i$a 8


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.Cal$%lo !el )an!o )e$0ni$o.a- Es


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Big. 6. Esquema del embrague del motor '825%GE, Gissan >26


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b- Rela$i7n !e bra6os !e ,alan$a 'eneral 8i-.

$a relación de transmisión de este tipo de mando se calcula por la ecuación siguiente.

i=(i p)(im)

%ónde

i p A -elación de los brazos de las palancas *palanquillas o dedos+.

i m A -elación del mando.

$as anteriores relaciones se calculan por las ecuaciones siguientes

alculo de la relación del mandoim

im= (a . c)(b . d )

%onde

a, b, c y d A longitud de los brazos del mando, mm.

im= (307.9mm)(43mm)(42.6mm)(42.6mm)

=7.29mm

alculo de la relación de los brazos de las palanquillasi p

i p=e

f

%onde

e, f O longitud de los brazos de las palanquillas, mm.


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i p=e

f =

315.12mm

156.98mm=2

i=(4 ) (7.29 )=36 .45 ))

$- Des,la6a)iento total !el ,e!al

El desplazamiento total del pedal es la suma del juego *desplazamiento u holgura+ libre y del

desplazamiento de trabajo del pedal.

I p=( I v )+( I t )

%onde I v A Es el desplazamiento o juego libre, mm

I t A Es el desplazamiento de trabajo, mm

El desplazamiento libre tiene su origen en los juegos que presentan las uniones y rotulas del

mecanismo de mando y entre el collarín y las palancas del embrague.

I v=im ( + 1 )

%onde

A holgura entre los dedos y el collarín, 4A6 mm

1

A holgura total entre las uniones de los brazos del mando

I v=7.29mm (2+31 )=36.45mm

%esplazamiento de trabajo I t

Este desplazamiento se determina considerando el desplazamiento del disco opresor que garantice

el desbloqueo total del embrague


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i

(¿¿m) (i p ) (! li )= (36.45 ) (3 )=109.35mm It =i∗ "l i=¿

%esplazamiento total del pedal, I p

I p=(36.45mm)+(109.35mm )=145 .8mm

!- 5%er6a )0&i)a a,li$a!a al ,e!al #,

$a fuerza má0ima aplicada al pedal (p en la posición de desembrague se determina a partir de la

fuerza má0ima necesaria para separar el disco opresor (des.

Es necesario se!alar que la fuerza má0ima necesaria para separar el disco opresor es igual a la

fuerza de presión de los resortes, por tanto (desI(e.

Entonces

P p= ( Pdes)(i)(#)

$ [ P p ]

Pdes= Pe=kgf

P p= 397.45kgf

(36.45)(0.8)=13.62kgf

%onde

# A es el rendimiento mecánico del mando. (ara mando mecánico, #=0.7−0.8.

P p A es la fuerza permisible sobre el pedal del embrague

&i Pp>[ Pp]

, entonces será necesario introducir un corrector o acumulador de energía.

e- Trabajo a en !esblo


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%=( Pdes+ P &2# ) "li $ [ % ]

%=( 397.45kgf +397.45kgf 2 (0.8 ) )0.003m=1.49kgf .m

%onde

P & A fuerza de los resortes al desbloquear el embrague.

[A] – trabajo permisible y en autos ligeros [A] ≤ .! "g#.m

F C0l$%lo !el !is$o !el e)bra'%e.

El centro del disco se fabrica de acero al carbono con =.9= a =.9JL de carbono y al cromo con

temple y revenido, de dureza Q- I 69J. El cálculo se reduce a la determinación de esfuerzos

de aplastamiento o compresión y al corte, utilizando las siguientes ecuaciones

a- / $o),resi7n

' c= (8 M d

max)

( (2−d2)( z )(l)

b- /l $orte

) co= (4 M d

max)( (+d )( z)(b)(l)

%ónde

% y d A %iámetros e0terno e interno de las estrías del centro del disco.


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z, b y l A antidad, ancho y largo de las estrías del centro del disco.

$- El )o)ento )0&i)o !in0)i$o !)0& se $al$%la ,or )e!io !e la e$%a$i7n

M dmax=(2 β) M e

max

M dmax

= (2∗2) (75.158 kgf ∗m )=300.63 kgf ∗m=30063kgf ∙cm

' c= 8(30063kgf ∗cm)

(4.7645 cm2−3.4925 cm2)(14)(5.08 cm)=375.63 kgf /cm2

) co= 4 (30063kgf ∗cm)

(4.7645+3.4925)(14 )(9.525)(50.8)=214.98 kgf /cm2

!- C0l$%lo !e $o),roba$i7n.

$os esfuerzos de compresión y de corte calculados deben estar entre los valores permisibles que a

continuación se se!alan

8 compresión :[' c ]$300−400kgf /cm2

8l corte [) co]$200−300kgf /cm2

e- El $entra!o !e la %ni7n 8!is$o;0rbol ,ri)ario !e la $aja !e velo$i!a!es- !ebe ser ,or el

!i0)etro e&terior ( o ,or el an$(o !e las estras b .

3- En )%$(os !is$os se $olo$an a)orti'%a!ores ,ara absorber las vibra$iones !e la

trans)isi7n9 no ,er)itir


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Esta ecuación se despeja del hecho de que el área 8r de la pasta se calcula como

% += Pe

q =(2π ) ( R m )( * )=(2π ) (9.435m ) (3.63 cm)=215 .19cm

2

(- C0l$%lo !el !i0)etro e&terior !e e interior !i !el !is$o !e e)bra'%e.

de= Rm+*

2=9.435 cm+

3.63 cm

2=11.25cm

di= Rm−*

2=9.435cm−

3.63 cm

2=7.62cm

%ónde

Rm A -adio medio del forro del disco.

H C0l$%lo !e los resortes !e ,resi7n.

En los embragues de disco es necesario que las superficies de contacto *volante del motorAdisco de

embragueAplato opresor+ sean planasAparalelas, 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 sit"an de 9 a 5 resortes, siendo en más cantidades en camiones y tractores, en

dependencia de la potencia a transmitir.

$os resortes más utilizados en los embragues, de acuerdo a sus características, son los cilíndricos ylos cónicos, los "ltimos de secciones rectangulares y cilíndricas. &e fabrican de aceros al silicio o al

manganeso, tratados con temple en aceite y a continuación un revenido. $a dureza se encuentra en

Q- I 69J.

El cálculo de los resortes de los embragues se centra en la elección de sus dimensiones, de tal

manera que garanticen la fuerza de empuje (e 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 2= 5.

a- 5%er6a el0sti$a !e %n resorte ,+ .

$a fuerza elástica que debe poseer uno de los resortes del embrague se calcula por la ecuación

siguiente

, += Pe

t =

397.45 kgf

6=66.24 kgf

%ónde


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t A antidad de resortes.

b- Des,la6a)iento o 3le$(a )0&i)a !e $a!a resorte 3 1.

$a flecha má0ima debe escogerse entre 4 y J mm *debe coincidir con la separación entre el disco y

el plato opresor Nli+.

NliI"))

H.1Otros $0l$%los i),ortantes.

a- C0l$%lo !e la 3%er6a tan'en$ial


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n−¿ Brecuencia de rotación nominal del 1/.

(ara un cálculo correcto se debe escoger la fuerza Bt mayor calculadas por ambas ecuaciones.

b- C0l$%lo !el e)bra'%e al trabajo es,e$3i$o !e ,atinaje. Calenta)iento !el e)bra'%e.

$a durabilidad de los embragues depende de la resistencia al desgaste de las pastas o forros de los

discos de embrague, lo cual tambin 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

Sc oscila Sc I 2=A4J #gfKcm4 para autos ligeros, Sc I 4= :J #gfKcm4 Opara 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 1/,

reducido al volante. 7ambin depende de la velocidad angular del 1/ y de la intensidad de

crecimiento del torque aplicado, Sc.

&eg"n literatura especializada, el trabajo específico de patinaje de los vehículos oscila entre 2J y 2

#gf 3 mKcm4.

El calentamiento del embrague, especialmente del disco de embrague depende directamente deltrabajo de patinaje o resbalamiento del mismo y del porciento de calor que puede disipar el propio

disco. $a masa del embrague, relacionada con sus dimensiones, y la capacidad calorífica específica

del hierro gris, influyen indirectamente en el aumento de la temperatura Nt.

En general se puede calcular el incremento de temperatura Nt por la ecuación siguiente

! t = ( 1)(2 )(3)(c )(427)

= (18kgf ∗m/cm2)(0.5)

(5kg)(0.115kcal

kg45 )(427)

=9.34 5

%ónde

$ A 7rabajo de patinaje del embrague.

T A Bracción de calor que disipa el disco de embrague, T I =.J.

' A 1asa del disco.


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c A apacidad calorífica específica. (ara el acero gris c I =.22J #calK#gU.

El valor de Nt no debe sobrepasar los 2J U.

1: Biblio'ra3a

httpKKhtml.rincondelvago.comKelAembrague.html

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