Artículo Científico / Scientific Paper
DISEÑO DEL DISCO DE EMBRAGUE DE FRICCION Erick Llivisaca1
Resumen
Abstract
El disco de embrague es el elemento encargado de transmitir a la caja de velocidades todo el par motor sin que se produzcan resbalamientos. Por este motivo, el disco de embrague, está forrado de un material de fricción que se adhiere a las superficies metálicas (superficies con las que entra en contacto dicho disco); es muy resistente al desgaste y al calor.
The clutch disc is the element responsible for transmitting the engine gearbox full torque without slippage occur. Therefore, the clutch plate, is lined with a friction material which adheres to the metal surfaces (surfaces that contact the disc); It is very resistant to wear and heat. Depending on the torque to be transmitted, and the weight of the vehicle, the clutch disk sizing is calculated. This is a disc in the center a splined hub (by which it is contacted with the input shaft of the gearbox) binding, by means of springs distributed over its circumference, a plate lined is determined by their both sides with the adhesive material described above. Said springs serve to allow transmission of rotation from the stick material to splined hub (and thus the input shaft), is carried in a resilient manner (and can return to its initial position). The plate, in turn, by its external part is provided with cuts, leaving all the periphery thereof divided into several tongues, which are bent in either direction to facilitate the progressive, when the clamping of the clutch disc is against the wheel due to the flexibility that adopt these tabs.
Dependiendo del par motor a transmitir, y del peso del vehículo, se calcula el dimensionado del disco de embrague. Se trata de un disco en cuyo centro está dispuesto un cubo estriado (por el que se pone en contacto con el eje primario de la caja de velocidades) que se une, mediante unos muelles repartidos en toda su circunferencia, a un plato forrado por sus dos caras con el material adherente anteriormente descrito. Dichos muelles, sirven para que la transmisión de giro desde el material adherente al cubo estriado (y por tanto al eje primario), se realice de una manera elástica (y pueda volver a su posición inicial).
El plato, a su vez, por su parte externa está provisto de unos cortes, quedando toda la periferia de éste dividida en diferentes lengüetas, que están dobladas en uno y otro sentido facilitando la progresividad, Keywords: clutch disc, sizing, torque, transmission. cuando se realiza el apriete del disco de embrague contra el volante debido a la flexibilidad que adoptan dichas lengüetas. Palabras Clave: disco de embrague, dimensionado, par motor, transmisión. 1
Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz – Universidad Politécnica Salesiana – Sede Cuenca Autor para correspondencia:
[email protected] 1
Artículo Científico / Scientific Paper
1. Introducción
2. Fundamentación
Son acoplamientos temporales utilizados para solidarizar dos piezas que se encuentran en ejes coaxiales, para transmitir el movimiento de rotación y torque de uno (plato conductor) a otro (plato conducido), a voluntad del operador.
2.1 Cada tipo de vehículo dispone de un embrague ideal, calculado en función de:
Figura 1. Embrague. [3]
En automotriz, el tipo de embrague que más se utiliza está basado en el fenómeno físico de fricción o rozamiento. El rozamiento es la acción que se opone al desplazamiento relativo de dos cuerpos en contacto, que se hallan bajo la acción de una fuerza normal a la superficie común.
-Características del motor (potencia, torque y rpm) - Tipo de caja de velocidades (relaciones de transmisión) - PBV - Tipo de aplicación; - Relación del diferencial; Estos factores determinarán el diámetro y el peso del plato de apriete y el tipo de disco que deberá utilizarse. En la práctica se considera otro factor que influye en su valor: -La temperatura, ya que podría modificar la naturaleza de la superficie, al provocar la carbonización o la descomposición de algunos componentes que integran la fórmula del material de fricción, especialmente los de naturaleza orgánica. La temperatura tiene un efecto negativo sobre el coeficiente de fricción de algunos materiales.
2.2 Diseño del disco de embrague de fricción: 2.2.1 Partes del disco de embrague
Figura 2. Fricción o rozamiento. [3]
El coeficiente de rozamiento es la relación entre la fuerza de rozamiento y la fuerza normal a dos superficies de contacto. (1) Donde: : Fuerza rozamiento Figura 3. Partes del disco de embrague. [3]
: Fuerza normal Su valor depende de los materiales, naturaleza y estado de las superficies de contacto. Cuando el embrague no es capaz de transmitir todo el par del motor, se produce deslizamiento entre las superficies de contacto, con rozamiento y generación de calor, que deteriora rápidamente el material adherente del disco.
2.2.2 Características del comportamiento tribológico de los materiales en contacto: -Los materiales en contacto deben tener un alto coeficiente de fricción. -Resistencia al desgaste.
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-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 y 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 la salud y el medio ambiente. -Debe tener una vida útil de hasta cientos de miles de kilómetros.
2.2.3 Materiales para el disco de embrague Primeros materiales: - Cuero - Corcho - Amianto, introducido por Dion-Boutton (fibromatosis pulmonar) Nuevos materiales: -Aglomerado de resina; y moldeado bajo presión a altas temperaturas. Coeficiente de fricción: De 0,3 a 0,4 pudiendo bajar a 0,2 con el calentamiento. Se alcanzan temperaturas normales de 150º C y en casos límite hasta 300º C. -Materiales compuestos: (cerámica, cobre y estaño), Coeficiente de fricción: 0,5. -Materiales orgánicos: -Fibras de metal entre tejido compactado de aramida (poliamida aromática), con buenas propiedades mecánicas y muy tenaz. -Fibra de vidrio y aglutinado mediante resinas poliméricas. -Thermafiber;
Figura 4. Datos técnicos de Thermafiber. [3]
Kevlar: Las fibras de este compuesto presentan altas prestaciones mecánicas: resistencia a tracción y a cizalladura, por la orientación perfecta de las moléculas del polímero, rango de temperaturas superior.
Thermafiber 2020: Los forros con este material soportan usos intensos, si bien son intolerantes al uso abusivo repetido (sobrecalentamiento). Retornan a condiciones óptimas de funcionamiento tras sufrir sobrecalentamiento. 3
Figura 5. Datos técnicos de Kevlar. [3] Figura 6. Datos técnicos de Carbocerámicos. [3]
Carbocerámicos: -Usualmente encontrados en sistemas multidisco, donde se producen elevados deslizamientos. -Soportar temperaturas muy elevadas. -Soportan potencias por encima de los 500 caballos. -Erosionan el material del volante motor y disco de presión más rápidamente. -El carbono, en forma de fibras presenta una durabilidad ligeramente mayor, menor peso y menor capacidad de erosión, mientras que el material cerámico soporta temperaturas mayores y presenta mayor rigidez. -Coeficiente de rozamiento: 0,50
Material sinterizado: -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.
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Las partes genuinas están diseñadas y fabricadas usando materiales y procesos seleccionados desde la etapa de diseño de la motocicleta para ayudar a dar el máximo rendimiento, es por ello, que las piezas solamente corresponden a modelos específicos. Los discos de fricción genuinos, seleccionados para alcanzar los requerimientos de rendimiento, están hechos de resina fundida, base de papel, semimetálica, base de corcho, etc. De acuerdo al desempeño requerido.
Figura 7. Datos técnicos de materiales sinterizados. [3]
2.3 Mantenimiento El disco de fricción del clutch es un consumible y debe reemplazarse regularmente incluso cuando se utilice correctamente. Los discos de fricción viejos causan una falla del motor y otros problemas. El consumo de combustible se verá afectado también. No es posible desmontar el clutch dentro del motor para verificar directamente el disco de fricción. La condición del disco puede medirse por la distancia en el odómetro, la condición de conducción del motor y la forma de manejar del conductor. Mientras se desmonta el clutch se puede saber si el problema del clutch es causado por el calentamiento del cable del cluth (alargamiento) o por la falta de aceite.
Partes no originales En el caso de una pieza no original comprada en cualquier lado, el tamaño es casi siempre el único factor a considerar. Por ello, puede suceder que el mismo disco de fricción se venda tanto para motocicletas de alto rendimiento como para modelos de reemplazo. Un desajuste entre el disco de fricción y la motocicleta da como resultado los siguientes problemas: • Patinamiento (tirones ruidosos al encender y al circular). • Uso fuera de lo normal (el disco de fricción se calienta emanando calor) • Desempeño pobre del clutch (arranque poco suave) • Ruidoso
3. Recopilación de datos:
2.4 Comparación entre partes genuinas y partes no originales. Partes Genuinas 5
Figura 9. Catálogos/ Manual técnico Chevrolet Vitara-Lada Niva. [5]
Figura 8. Catálogos-Concesionarios. [5]
Figura 10. Coeficientes de fricción.
4. Cálculos:
Figura 11. Análisis disco fricción. [3]
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Ing. Hugo Aguero Alva “Embrague de fricción, consideraciones de diseño”, pag. 124, Octubre 28, 2014
Recursos de Internet: http://www.autocity.com/documentostecnicos/index.html%3FcodigoDoc%3D292 [3] https://es.scribd.com/doc/94907752/CV-04Diseno-de-embrague-de-friccion [4] http://www.moto-bel.com/5-10%20Discos %20de%20Friccion.pdf [5] http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/2100 0/8773/1/T-ESPEL-MAI-0465.pdf [2]
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Se supone que la resultante de las fuerzas de rozamiento está aplicada al radio medio del disco: Fuerza normal: (3) Fuerza de rozamiento o tangencial: (4)
5. Conclusiones Observamos que el diámetro obtenido excede al diámetro recomendado en la Figura 9, en lo cual deducimos que para el par motor utilizado necesitamos el diámetro del disco que obtuvimos, , en lo cual también depende mucho del coeficiente de fricción que utilizamos para los cálculos siendo hierro fundido en seco, gracias a los datos establecidos por el manual logramos también encontrar las fuerzas normal y tangencial (Figura 2.) que sirven mucho para cálculos mas avanzados.
Referencias Patentes: 7
