Embrague

Un embrague es un dispositivo mecánico que permite desconectar un eje de salida de un eje de entrada giratorio. ^[1] El eje de entrada del embrague normalmente está conectado a un motor , mientras que el eje de salida del embrague está conectado al mecanismo que realiza el trabajo .

En un vehículo motorizado , el embrague actúa como un enlace mecánico entre el motor y la transmisión . Al desacoplar el embrague, la velocidad del motor (RPM) ya no está determinada por la velocidad de las ruedas motrices.

Otro ejemplo de uso del embrague es en los taladros eléctricos . ^[2] El eje de entrada del embrague es accionado por un motor y el eje de salida está conectado a la broca (a través de varios componentes intermedios). El embrague permite que la broca gire a la misma velocidad que el motor (embrague acoplado), gire a una velocidad menor que el motor (embrague patinando) o permanezca estacionaria mientras el motor gira (embrague desacoplado).

Un embrague seco utiliza fricción seca para transferir potencia del eje de entrada al eje de salida, por ejemplo, un disco de fricción presiona contra el volante del motor de un automóvil mediante un mecanismo de resorte. Las ruedas del vehículo solo giran cuando el volante está en contacto con el disco de fricción. Para detener la transferencia de potencia, el disco de fricción se aleja del volante mediante un mecanismo de palanca. La mayoría de los embragues automotrices en transmisiones manuales son embragues secos. ^{[ cita requerida ]} El deslizamiento de un embrague de fricción (donde el embrague está parcialmente acoplado pero los ejes giran a diferentes velocidades) a veces es necesario, como cuando un vehículo de motor acelera desde parado; sin embargo, el deslizamiento debe minimizarse para evitar un aumento en las tasas de desgaste.

En un embrague de tracción , al presionar el pedal se tira del cojinete de liberación para desacoplar el embrague. En un embrague de empuje , al presionar el pedal se empuja el cojinete de liberación para desacoplar el embrague.

Un embrague multidisco consta de varias placas de fricción dispuestas de forma concéntrica. En algunos casos, se utiliza en lugar de un embrague de mayor diámetro. Los coches de carreras de aceleración utilizan embragues multidisco para controlar la velocidad de transferencia de potencia a las ruedas cuando el vehículo acelera desde parado.

Algunos discos de embrague incluyen resortes diseñados para cambiar la frecuencia natural del disco de embrague, con el fin de reducir el ruido, la vibración y la aspereza (NVH) dentro del vehículo. Además, algunos embragues para automóviles con transmisión manual utilizan una válvula de retardo de embrague para evitar acoplamientos abruptos del embrague.

En un embrague húmedo , el material de fricción se encuentra en un baño de aceite (o tiene aceite que fluye a través de él) que enfría y lubrica el embrague. Esto puede proporcionar un acoplamiento más suave y una vida útil más larga del embrague, sin embargo, los embragues húmedos pueden tener una menor eficiencia debido a que parte de la energía se transfiere al aceite. Dado que las superficies de un embrague húmedo pueden ser resbaladizas (como en el caso de un embrague de motocicleta bañado en aceite de motor), apilar varios discos de embrague puede compensar el menor coeficiente de fricción y, por lo tanto, eliminar el deslizamiento bajo potencia cuando se acopla por completo.

Los embragues húmedos suelen utilizar un material de papel compuesto. ^{[ cita requerida ]}

Un embrague centrífugo se activa automáticamente cuando aumenta la velocidad del eje de entrada y se desactiva cuando disminuye. Las aplicaciones incluyen motocicletas pequeñas , ciclomotores , motosierras y algunos automóviles más antiguos .

Un embrague cónico es similar a un embrague de disco de fricción seca, excepto que el material de fricción se aplica al exterior de un objeto con forma cónica. Esta forma cónica permite que se produzca una acción de cuña durante el acoplamiento. Una aplicación común de los embragues cónicos es el anillo sincronizador en una transmisión manual.

Un embrague de garras es un diseño de embrague antideslizante que se utiliza en transmisiones no sincrónicas .

El embrague de una sola revolución se desarrolló en el siglo XIX para accionar maquinaria como cizallas o prensas , en las que un solo tirón de la palanca de accionamiento o (posteriormente) la pulsación de un botón activaban el mecanismo, acoplando el embrague entre la fuente de energía y el cigüeñal de la máquina durante exactamente una revolución antes de desacoplarlo. Cuando el embrague está desacoplado, el elemento impulsado permanece estacionario. Los primeros diseños eran típicamente embragues de garras con una leva en el elemento impulsado que se utilizaba para desacoplar las garras en el punto apropiado. ^{[3] [4]}

En el siglo XX se desarrollaron embragues de una sola revolución muy simplificados, que requieren fuerzas operativas mucho menores y, en algunas variaciones, permiten una fracción fija de una revolución por operación. ^[5] Los embragues de fricción de acción rápida reemplazaron a los embragues de garras en algunas aplicaciones, eliminando el problema de la carga de impacto en las garras cada vez que se activaba el embrague. ^{[6] [7]}

Además de su uso en equipos de fabricación pesada, los embragues de una sola revolución se aplicaron a numerosas máquinas pequeñas. En las máquinas de tabulación , por ejemplo, al presionar la tecla de funcionamiento se activaba un embrague de una sola revolución para procesar el número ingresado más recientemente. ^[8] En las máquinas de composición tipográfica , al presionar cualquier tecla se seleccionaba un carácter en particular y también se activaba un embrague de una sola rotación para hacer funcionar el mecanismo para componer ese carácter. ^[9] De manera similar, en las teleimpresoras , la recepción de cada carácter activaba un embrague de una sola revolución para operar un ciclo del mecanismo de impresión. ^[10]

En 1928, Frederick G. Creed desarrolló un embrague de resorte envolvente de una sola vuelta que era particularmente adecuado para la acción repetitiva de arranque y parada requerida en los teleimpresores . ^[11] En 1942, dos empleados de Pitney Bowes Postage Meter Company desarrollaron un embrague de resorte de una sola vuelta mejorado. ^[12] En estos embragues, un resorte helicoidal se enrolla alrededor del eje impulsado y se mantiene en una configuración expandida por la palanca de disparo. Cuando se dispara, el resorte se contrae rápidamente alrededor del eje de potencia acoplando el embrague. Al final de una revolución, si la palanca de disparo se ha restablecido, atrapa el extremo del resorte (o un trinquete unido a él), y el momento angular del miembro impulsado libera la tensión en el resorte. Estos embragues tienen una larga vida útil: muchos han realizado decenas y quizás cientos de millones de ciclos sin necesidad de mantenimiento más allá de la lubricación ocasional.

Los embragues de una sola revolución con trinquete en cascada reemplazaron a los embragues de una sola revolución con resorte envolvente en las impresoras de páginas, como las teleimpresoras , incluido el Teletype Model 28 y sus sucesores, utilizando los mismos principios de diseño. Las máquinas de escribir IBM Selectric también los usaban. Estos son conjuntos típicamente en forma de disco montados en el eje impulsado. Dentro del tambor de transmisión hueco en forma de disco hay dos o tres trinquetes que flotan libremente dispuestos de manera que cuando se dispara el embrague, los trinquetes saltan hacia afuera de manera muy similar a las zapatas de un freno de tambor . Cuando se activa, el par de carga en cada trinquete se transfiere a los demás para mantenerlos activados. Estos embragues no se deslizan una vez bloqueados y se activan muy rápidamente, del orden de milisegundos. Una proyección de activación se extiende desde el conjunto. Si la palanca de activación activa esta proyección, el embrague se desacopla. Cuando la palanca de activación libera esta proyección, los resortes internos y la fricción activan el embrague. Luego, el embrague gira una o más vueltas y se detiene cuando la palanca de activación vuelve a activar la proyección de activación.

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• Frenos-embrague de retroceso : se encuentran en algunos tipos de relojes eléctricos accionados por motor síncrono fabricados antes de la década de 1940, para evitar que el reloj funcionara al revés. El embrague consistía en un freno-embrague con resorte envolvente que estaba acoplado al rotor mediante una o dos etapas de engranajes reductores. El freno-embrague se bloqueaba cuando giraba hacia atrás, pero también tenía cierta acción de resorte. La inercia del rotor al retroceder activaba el embrague y daba cuerda al resorte. A medida que se desenrollaba, reiniciaba el motor en la dirección correcta.
• Embrague de correa : se utiliza en equipos agrícolas, cortadoras de césped, cultivadores y quitanieves. La potencia del motor se transmite a través de un conjunto de correas que están flojas cuando el motor está en ralentí, pero una polea tensora puede tensar las correas para aumentar la fricción entre las correas y las poleas.
• Embrague BMA : Inventado por Waldo J Kelleigh en 1949, ^[13] utilizado para transmitir par entre dos ejes constituido por un elemento de accionamiento fijo fijado a uno de dichos ejes, y un elemento de accionamiento móvil, que tiene una superficie de contacto con una pluralidad de hendiduras.
• Embrague electromagnético : normalmente se activa mediante un electroimán que forma parte integral del conjunto del embrague. Otro tipo, el embrague de partículas magnéticas , contiene partículas influidas magnéticamente en una cámara entre los miembros impulsor y accionado; la aplicación de corriente continua hace que las partículas se aglomeren y se adhieran a las superficies operativas. El acoplamiento y el deslizamiento son notablemente suaves.
• Embrague de resorte envolvente : tiene un resorte helicoidal, generalmente enrollado con alambre de sección transversal cuadrada. Estos se desarrollaron a fines del siglo XIX y principios del XX. ^{[14] [15]} En su forma simple, el resorte está sujeto en un extremo al miembro impulsado; su otro extremo está suelto. El resorte se ajusta estrechamente alrededor de un miembro impulsor cilíndrico. Si el miembro impulsor gira en la dirección en la que se desenrollaría, el resorte se expande minuciosamente y se desliza aunque con algo de arrastre. Debido a esto, los embragues de resorte generalmente deben lubricarse con aceite ligero. Girar el miembro impulsor en el otro sentido hace que el resorte se enrolle firmemente alrededor de la superficie impulsora y el embrague se bloquea muy rápidamente. El torque requerido para hacer que un embrague de resorte se deslice crece exponencialmente con el número de vueltas en el resorte, obedeciendo la ecuación del cabrestante .

La mayoría de los automóviles y camiones con transmisión manual utilizan un embrague seco, que es accionado por el conductor mediante el pedal que se encuentra más a la izquierda. El movimiento del pedal se transfiere al embrague mediante un varillaje mecánico, un sistema hidráulico (cilindro maestro y esclavo) o un cable. El embrague solo se desacopla en los momentos en que el conductor presiona el pedal del embrague, por lo que el estado predeterminado es que la transmisión esté conectada al motor. Se proporciona una posición de marcha "neutral", de modo que se puede soltar el pedal del embrague con el vehículo parado.

El embrague es necesario para arranques desde parado y en vehículos cuyas transmisiones carecen de medios de sincronización, se utiliza para ayudar a igualar las velocidades del motor y la transmisión durante los cambios de marcha para evitar “choques” de marchas, lo que puede causar daños graves a los dientes de los engranajes.

El embrague suele montarse directamente en la cara del volante del motor , ya que esto ya proporciona un disco de acero de gran diámetro que puede actuar como una de las placas de accionamiento del embrague. Algunos embragues de carreras utilizan pequeños paquetes de discos multidisco que no forman parte del volante. Tanto el embrague como el volante están encerrados en una carcasa cónica para la caja de cambios. El material de fricción utilizado para el disco de embrague varía, siendo un material común una resina compuesta orgánica con un revestimiento de alambre de cobre o un material cerámico . ^[16]

En una transmisión automática , la función del embrague la desempeña un convertidor de par . Sin embargo, la propia transmisión suele incluir embragues internos, como un embrague de bloqueo para evitar el deslizamiento del convertidor de par, con el fin de reducir la pérdida de energía a través de la transmisión y, por lo tanto, mejorar el ahorro de combustible. ^[17]

Los ventiladores de refrigeración de motor accionados por correa más antiguos suelen utilizar un embrague activado por calor, en forma de una tira bimetálica . Cuando la temperatura es baja, el resorte se enrolla y cierra la válvula, lo que permite que el ventilador gire a aproximadamente el 20 % al 30 % de la velocidad del cigüeñal . A medida que aumenta la temperatura del resorte, se desenrolla y abre la válvula, lo que permite que el fluido pase por la válvula, lo que hace que el ventilador gire a aproximadamente el 60 % al 90 % de la velocidad del cigüeñal.

El compresor de aire acondicionado de un vehículo a menudo utiliza embragues magnéticos para activar el compresor según sea necesario.

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Las motocicletas suelen utilizar un embrague húmedo en el que el embrague se desplaza por el mismo aceite que la transmisión. Estos embragues suelen estar formados por una pila de placas de fricción y placas de acero alternadas. Las placas de fricción tienen orejetas en sus diámetros exteriores que las bloquean en una cesta que gira el cigüeñal. Las placas de acero tienen orejetas en sus diámetros interiores que las bloquean al eje de entrada de la transmisión. Un conjunto de resortes helicoidales o una placa de resorte de diafragma fuerzan las placas a unirse cuando se acopla el embrague.

En las motocicletas, el embrague se acciona mediante una palanca manual en el manillar izquierdo. Si no se ejerce presión sobre la palanca, los discos del embrague están acoplados (conducción), mientras que si se tira de la palanca hacia el conductor, los discos del embrague se desacoplan mediante un cable o un accionamiento hidráulico, lo que permite al conductor cambiar de marcha o avanzar por inercia. Las motocicletas de competición suelen utilizar embragues antirrebote para eliminar los efectos del frenado del motor , que, al aplicarse solo a la rueda trasera, puede provocar inestabilidad.

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