Embrague

Un embrague seco utiliza la fricción seca para transferir potencia del eje de entrada al eje de salida; por ejemplo, un disco de fricción presiona contra el volante de inercia del motor de un automóvil mediante un mecanismo de resorte. Las ruedas del vehículo solo reciben potencia cuando el volante de inercia está en contacto con el disco de fricción. Para detener la transferencia de potencia, el disco de fricción se separa del volante de inercia mediante un mecanismo de palanca. La mayoría de los embragues automotrices en transmisiones manuales son embragues secos. ^{[ 3 ]} A veces se requiere cierto deslizamiento en un embrague de fricción (donde el embrague está parcialmente acoplado pero los ejes giran a velocidades diferentes), como cuando un vehículo acelera desde parado; sin embargo, el deslizamiento debe minimizarse para evitar un mayor desgaste.

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

Un embrague multidisco consta de varios discos de fricción dispuestos concéntricamente. 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 durante la aceleración desde parado.

Algunos discos de embrague incorporan muelles diseñados para modificar su frecuencia natural , con el fin de reducir el ruido, la vibración y la aspereza (NVH) dentro del vehículo. Asimismo, algunos embragues para coches con transmisión manual utilizan una válvula de retardo para evitar acoplamientos bruscos.

En un embrague húmedo , el material de fricción se encuentra sumergido en aceite (o con aceite circulante) que lo enfría y lubrica. Esto proporciona un acoplamiento más suave y una mayor vida útil; sin embargo, los embragues húmedos pueden tener una menor eficiencia debido a la transferencia de energía al aceite. Dado que las superficies de un embrague húmedo pueden ser resbaladizas (como en el caso de un embrague de motocicleta sumergido en aceite de motor), la superposición de varios discos de embrague puede compensar el menor coeficiente de fricción y, por lo tanto, eliminar el deslizamiento durante la transmisión cuando el embrague está completamente acoplado.

Los embragues húmedos suelen utilizar un material compuesto de papel.

Un embrague centrífugo se acopla automáticamente al aumentar la velocidad del eje de entrada y se desacopla al disminuirla. Sus aplicaciones incluyen motocicletas pequeñas , scooters , motosierras y algunos automóviles antiguos .

Un embrague cónico es similar a un embrague de discos de fricción en seco, con la diferencia de que el material de fricción se aplica en la parte exterior de un objeto de forma cónica. Esta forma cónica permite que se produzca un efecto de acuñamiento durante el acoplamiento. Una aplicación común de los embragues cónicos es el anillo sincronizador en las transmisiones manuales.

Un embrague de garras es un tipo de embrague antideslizante que se utiliza en transmisiones no síncronas .

El embrague de una sola revolución se desarrolló en el siglo XIX para accionar maquinaria como cizallas o prensas, donde un solo tirón de la palanca de operación o (posteriormente) la pulsación de un botón activaba 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 accionado permanece inmóvil. Los primeros diseños solían ser embragues de garras con una leva en el elemento accionado que se utilizaba para desacoplar las garras en el punto adecuado. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

En el siglo XX se desarrollaron embragues de una sola revolución muy simplificados, que requerían fuerzas de operación mucho menores y, en algunas variantes, permitían una fracción fija de revolución por operación. ^{[ 6 ]} En algunas aplicaciones, los embragues de fricción de acción rápida reemplazaron a los embragues de garras, eliminando el problema de la carga de impacto sobre las garras cada vez que el embrague se acoplaba. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Además de su uso en maquinaria pesada, los embragues de una sola revolución se aplicaron a numerosas máquinas pequeñas. En las máquinas tabuladoras , por ejemplo, al presionar la tecla de operación se activaba un embrague de una sola revolución para procesar el último número introducido. ^{[ 9 ]} En las máquinas de composición tipográfica , al presionar cualquier tecla se seleccionaba un carácter específico y también se activaba un embrague de una sola revolución para hacer funcionar el mecanismo y componer ese carácter. ^{[ 10 ]} De manera similar, en los teletipos , la recepción de cada carácter activaba un embrague de una sola revolución para hacer funcionar un ciclo del mecanismo de impresión. ^{[ 11 ]}

En 1928, Frederick G. Creed desarrolló un embrague de resorte de una sola vuelta que era particularmente adecuado para la acción repetitiva de arranque y parada requerida en los teletipos . ^{[ 12 ]} En 1942, dos empleados de Pitney Bowes Postage Meter Company desarrollaron un embrague de resorte de una sola vuelta mejorado. ^{[ 13 ]} En estos embragues, un resorte helicoidal se enrolla alrededor del eje accionado 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 reiniciado, atrapa el extremo del resorte (o un trinquete unido a él), y el momento angular del elemento accionado libera la tensión del 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 trinquetes en cascada reemplazaron a los embragues de una sola revolución con resortes envolventes en las impresoras de páginas, como las teleimpresoras , incluyendo el Teletype Modelo 28 y sus sucesoras, utilizando los mismos principios de diseño. Las máquinas de escribir IBM Selectric también los utilizaban. Estos son conjuntos típicamente en forma de disco montados en el eje de transmisión. Dentro del tambor de transmisión hueco en forma de disco hay dos o tres trinquetes flotantes dispuestos de manera que, cuando se acciona el embrague, los trinquetes se desplazan hacia afuera de forma similar a las zapatas de un freno de tambor . Cuando se acoplan, el par de carga en cada trinquete se transfiere a los demás para mantenerlos acoplados. Estos embragues no patinan una vez bloqueados y se acoplan muy rápidamente, en el orden de milisegundos. Una proyección de disparo se extiende desde el conjunto. Si la palanca de disparo acciona esta proyección, el embrague se desacopla. Cuando la palanca de disparo libera esta proyección, los resortes internos y la fricción acoplan el embrague. El embrague entonces gira una o más vueltas, deteniéndose cuando la palanca de disparo vuelve a accionar la proyección de disparo.

• Embragues-frenos de retroceso : Presentes en algunos tipos de relojes eléctricos con motor síncrono fabricados antes de la década de 1940, para evitar que el reloj funcionara en sentido inverso. El embrague consistía en un embrague-freno de resorte helicoidal acoplado al rotor mediante uno o dos engranajes reductores. El embrague-freno se bloqueaba al girar en sentido inverso, pero también tenía cierta acción elástica. La inercia del rotor al girar en sentido inverso activaba el embrague y tensaba el resorte. Al desenrollarse, reiniciaba el motor en la dirección correcta.
• Embrague de correa : se utiliza en maquinaria agrícola, cortacéspedes, cultivadoras y sopladoras de nieve. La potencia del motor se transmite mediante un conjunto de correas que están flojas cuando el motor está al ralentí, pero una polea tensora puede tensarlas para aumentar la fricción entre las correas y las poleas.
• Embrague BMA : Inventado por Waldo J Kelleigh en 1949, ^{[ 14 ]} utilizado para transmitir par entre dos ejes que consisten en un miembro de accionamiento fijo asegurado a uno de dichos ejes y un miembro de accionamiento móvil, que tiene una superficie de contacto con una pluralidad de hendiduras.
• Embrague electromagnético : generalmente se acciona mediante un electroimán integrado en el conjunto del embrague. Otro tipo, el embrague de partículas magnéticas , contiene partículas con propiedades magnéticas en una cámara entre los elementos motriz y accionado. La aplicación de corriente continua provoca que las partículas se agrupen y se adhieran a las superficies de contacto. El acoplamiento y el deslizamiento son notablemente suaves.
• Embrague de resorte helicoidal : tiene un resorte helicoidal, generalmente enrollado con alambre de sección cuadrada. Estos se desarrollaron a finales del siglo XIX y principios del XX. ^{[ 15 ] [ 16 ]} En su forma simple, el resorte está sujeto en un extremo al elemento accionado; su otro extremo está libre. El resorte se ajusta firmemente alrededor de un elemento de accionamiento cilíndrico. Si el elemento de accionamiento gira en la dirección que desenrollaría el resorte, este se expande mínimamente y se desliza, aunque con cierta resistencia. Debido a esto, los embragues de resorte generalmente deben lubricarse con aceite ligero. Al girar el elemento de accionamiento en la dirección opuesta, el resorte se enrolla firmemente alrededor de la superficie de accionamiento y el embrague se bloquea muy rápidamente. El par requerido para hacer que un embrague de resorte se deslice crece exponencialmente con el número de vueltas del resorte, obedeciendo la ecuación del cabrestante .

La mayoría de los automóviles y camiones con transmisión manual utilizan un embrague seco, que el conductor acciona mediante el pedal situado más a la izquierda. El movimiento del pedal se transmite al embrague mediante un sistema mecánico, hidráulico (cilindros maestro y esclavo) o por cable. El embrague solo se desacopla cuando el conductor presiona el pedal, por lo que, por defecto, la transmisión está conectada al motor. Existe una posición de "punto muerto" que permite soltar el pedal del embrague con el vehículo detenido.

El embrague es necesario para arrancar desde parado y en vehículos cuyas transmisiones carecen de medios de sincronización para ayudar a igualar las velocidades del motor y la transmisión durante los cambios de marcha y evitar así el "choque" de las marchas, 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 proporciona un disco de acero de gran diámetro que actúa como una de las placas motrices. Algunos embragues de competición utilizan pequeños conjuntos de discos multidisco que no forman parte del volante. Tanto el embrague como el volante están alojados 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 de compuesto orgánico con un revestimiento de alambre de cobre o un material cerámico . ^{[ 17 ]}

En una transmisión automática , la función del embrague la realiza 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 consumo de combustible. ^{[ 18 ]}

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

El compresor del aire acondicionado de un vehículo suele utilizar embragues magnéticos para activarlo según sea necesario.