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| Conjunto embrague |
La II parte la dedico a explicar como se realiza el diseño preliminar de un embrague, los materiales utilizados en su fabricación con especial atención al material del componente principal, el disco de fricción.
Espero sea de utilidad este artículo.
DISEÑO DE UN EMBRAGUE
La carcasa, los discos y el volante motor se modelan mediante programas de
diseño CAD. Los componentes diseñados son ensayados mediante programas de
elementos finitos para perfeccionar el diseño.
En primer lugar se dimensiona el disco/s de embrague puesto que de ese dato
depende el diseño de todo el conjunto. Los datos principales a tener en cuenta
para el diseño son el par a transmitir y también la MMA (peso máximo
autorizado)
Imagínese el lector comparando el embrague de fricción en seco de su
tractor frente al de su turismo. No son comparables ni los tamaños ni tampoco
el peso pero es que tampoco lo es la presión ejercida y si la comparación es
con un coche de competición entonces tampoco lo son los materiales empleados o
los tiempos de respuesta.
En el caso de un tractor donde el espacio disponible no suele ser factor
limitante lo habitual es que el diseñador se decida para embrague principal por
un embrague de fricción en seco (monodisco o dual) pero si se considera el tipo
de embrague para la TDF o la DT o incluso para una caja bajo carga (powershift)
entonces seguro que optará por multidisco húmedo.
Materiales para las partes estructurales: El volante motor
se suele fabricar con acero y algunas aleaciones especiales aunque si hablamos
de automóviles entonces es habitual el uso del aluminio.
El plato de presión sobre el que fricciona el material del disco también se
fabrica en acero. Mientras la carcasa se fabrica con fundición de acero gris dejando
los materiales más “nobles” como el titanio y el carbono para el mundo de la
alta competición.
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| Embrague Ferrari F1: multidisco seco |
Al disco de embrague le dedicaré un apartado aparte.
Una vez diseñado
“virtualmente” el conjunto se opta por fabricar unos prototipos.
Con los prototipos se llevan a cabo multitud de ensayos que simulan las
condiciones reales. El proceso de mejora en el diseño original es un continuo
para lograr reducir los desgastes y evitar las vibraciones y el ruido así como
tener una buena progresividad de respuesta en la entrega del par…
Una vez que el diseño tiene el VºBº se procede a la fabricación donde intervienen
grandes prensas de estampación y procesos de cortar y moldear otras piezas que
acaban en secciones de mecanizado por control numérico (CNC) Otras piezas requieren
de tratamientos térmicos en atmósferas ricas en carbono y de esta forma
conseguir la dureza superficial y templado necesario.
MATERIALES UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE LOS DISCOS DE EMBRAGUE
Sobre todo se debe elegir un material con alto coeficiente de rozamiento ya
que a mayor coeficiente menor debe ser la presión para transmitir el par exigido.
Además se debe pedir que ese coeficiente de fricción no varíe en el rango de temperatura
de trabajo del embrague, amén de ser capaz de trabajar en atmósferas
pulverulentas.
El material elegido también debe poseer buena resistencia al esfuerzo
cortante y a la compresión (las dos fuerzas dominantes durante la vida del
embrague) y, no menos importante, debe ser seguro para el medio ambiente
(recordemos los antiguos discos con asbestos)
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| Discos de Kvlar en paquete multidiscos |
En la actualidad los materiales más comunes son los denominados “orgánicos”
aunque hay otros:
Orgánicos: Un tejido de fibras de
metal (cobre o latón) con una poliamida (aramida) o bien fibra de vidrio con
resinas. Se comportan muy bien salvo en un uso abusivo que lo recalienta (aunque
recupera sus propiedades al retornar a su temperatura de trabajo)
Últimamente se usan mucho los discos que incorporan material orgánico por
una cara y cerámico o carbono por la otra (el orgánico tiene unas propiedades
mejores en el proceso inicial y el carbono/cerámico más rapidez en la respuesta)
Carbocerámicos: Es una simbiosis que
mejora la durabilidad y aguanta temperaturas más altas. También se tienden a
usar en sistemas multidisco pues es ahí donde más deslizamiento
se produce con la consiguiente subida de temperaturas.
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| Cerametálico |
Kevlar: ¡La fibra de moda! En
realidad Kevlar es marca comercial de DuPont pero el uso de la palabra se ha
generalizado. El Kevlar tiene mucha más resistencia a la cizalladura que el
forro orgánico, aunque el inconveniente es que si se recalienta no se recupera
y queda inutilizado. Se usa mucho en embragues multidisco. Una solución muy
utilizada es poner el Kevlar segmentado en bloques para disipar mejor el calor
aunque esta solución por supuesto lo hace inservible para el embrague
multidisco por las enormes vibraciones que provocaría.
Metal sinterizado: La sinterización consiste en la fabricación mediante compresión en prensa
de polvo de metales (usualmente el hierro y el latón) en moldes con la forma
adecuada y posterior tratamiento en horno. También se suele añadir aditivos
mejorantes como los polvos de zinc o cerámicos. Son los mejores en su capacidad
de transmitir par por lo que se usan mucho en competición pero son
excesivamente caros para el mundo agrícola.
Algo más sobre los materiales vanguardistas: Los fabricantes se cuidan mucho de mostrar por donde van sus líneas de
investigación pero lo que queda claro es que todas las evoluciones caminan
hacia la mezcla de varios componentes para que el sumatorio de cualidades
particulares doten al forro de las mejores características hacia el desgaste,
resistencia a la presión y térmica.
Si decimos que el
Kevlar es el material más vanguardista (entre otras cosas porque es el que
utiliza el mundo de la F1) no significa que los discos sean 100% Kevlar si no
que se entremezclan con otros componentes “secretos” como puede ser el Nomex
Lo mismo se puede
afirmar del sinterizado de metales que presenta ventajas incuestionables pero
que entregan la potencia de forma muy brusca y eso no es deseable por lo que se
mezclan con componentes para conseguir cierta capacidad de deslizamiento.
Ídem con los cerametálicos
que si bien son inigualables en resistencia térmica se les mezcla con fibras
como el vidrio o el propio Kevlar.
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| Discos de carbono |
¿QUÉ
LE OCURRE A MI EMBRAGUE?
- Embrague quemado: El problema que con mayor frecuencia se nos presenta. Sucede si de forma habitual mantenemos el pedal intermedia y el disco no está totalmente presionado entre el volante y el plato de presión. El disco se sobrecalienta y se quema con ese olor que todos conocemos. Otras veces no es por el mal hábito de tener el pedal a medio pisar si no porque se ha desgastado el plato de presión y no hace buen contacto
- El embrague patina: Ocurre cuando no se aplica suficiente presión al disco bien porque el muelle de diafragma haya perdido fuerza o bien por desgaste del mismo disco. Se nota perfectamente debido a que observamos que no somos capaces de transmitir toda la potencia del motor a las ruedas
- Problemas mecánicos: Se engloban aquí todos aquellos
fallos por rotura del algún componente como puede ser el estriado de la maza de
presión o algún muelle (o lengüeta en el caso del diafragma) o algún
rodamiento
Multidiscos hasta 1600000 Nm (Ortlinghaus)
Bibliografía:
- Ingeniería del automóvil. Sistemas y comportamiento dinámico. P. Luque, D. Álvarez, C. Vera. Ed: Thomson
- Tractores. M. Arias-Paz; Ed. Dossat 2000
- http://www.lukclutch.com
- http://www.motorera.com
