1.- Introducción
En este artículo
intentaré exponer de forma somera cómo funciona un embrague de motocicleta.
El embrague se puede definir como aquel mecanismo por
el cual se puede romper la conducción de potencia que va del motor a la caja de
cambios, a voluntad del conductor (en los manuales).
El
embrague tiene su función en dos momentos de la conducción: Al iniciar la
marcha, para no sea de forma brusca (a quien se le haya roto el cable del
embrague, y haya tenido q meter marchas a capón, ya sabe de lo q hablo: o se te
cala el motor, o sales haciendo un precioso caballito de cada semáforo en el q
tengas que parar). La otra función es dejar de transmitir potencia a la caja de
cambios cuando vayamos a cambiar de marcha. Sino fuera así, la presión que
existe entre los dientes de los engranajes del cambio haría q la costase salir
de la marcha, y una vez quitada, costaría meter la siguiente, todo ello con
gran perjuicio para el cambio (al subir marchas, se puede lograr el mismo
efecto que desembragando, si soltamos el acelerador un momento, para así
reducir la presión en los dientes al iniciar el cambio).
2.- Algo de
matemáticas
Si no te gustan, te
puedes saltar este epígrafe y leer directamente las conclusiones...
El
embrague más simple, sería un par de discos con un coeficiente de rozamiento µ,
cada uno unido a un eje (conductor y conducido). Al unir ambos con una presión
p, son capaces de transmitir un par motor M. Esa presión está provocada por una
fuerza F que generalmente viene de los muelles del embrague, aunque puede ser
por la fuerza centrífuga de unas masas, por electroimanes, etc, etc.
Supongamos que los
discos no son macizos, sino en forma de anillo, como efectivamente es así.
Siendo:
Supongamos
que la superficie A es perfecta, y que la presión es uniforme en todos los
puntos de contacto:
p = F / A
Así, el par motor que se logrará transmitir será de:
M = ∫∫ dM = ∫∫ r * dFroz = ∫∫ r * µ * p * r * dθ * *dr = ..... --->
M = 2/3 * µ * p * π * (R13 – R23)
Y la fuerza de compresión que hay que aplicar a los discos para conseguir
ese par:
F = ∫∫ p * r * dθ * dr F = π * p * (R12 – R22)
Ahora sí, los que estaban
saltando por encima de las cifras, ya pueden volver a leer. Vemos que la
capacidad que tiene el embrague de transmitir el momento (o par) que viene del
motor, será mayor cuanto:
a) mayor sea el
coeficiente de fricción de las superficies de ambos discos (en la realidad son
valores muy altos, alcanzados por compuestos de tipo “ferodo” similares a los
frenos, y que también aguanten las altas temperaturas y abrasión a que se ven
sometidos
b) mayor sea el diámetro
exterior del disco, y menor su diámetro interior (notamos q aumenta más la
capacidad de transmitir potencia que la superficie –radio al cuadrado-, así
pues en principio es mejor poner pocos discos grandes que no muchos pequeños.
c)mayor sea la presión a
la que le sometemos. Esto parece intuitivo, unos muelles muy firmes, lograrán
un contacto más intimo entre los dos forros, y podrán transmitir más par motor.
Por el contrario, cuando actuamos sobre la maneta del embrague, actuamos en
contra de los muelles y reducimos el par máximo que es capaz de transmitir. Si
éste es menor que el par que en ese momento está generando el motor, el
embrague patinará: los dos ejes no estarán unidos solidariamente, sino que el
eje conducido (el primario del cambio) irá más lento y recibirá menos par. Esta
pérdida de potencia se transforma en calor y desgaste del embrague, así que es
evidente que esta situación sólo puede ser transitoria para no destruirlo en
poco tiempo.
La otra expresión nos
relaciona la presión con la fuerza que hemos de aplicar (con los muelles) para
generarla. La relación depende, como es obvio, de la superficie del disco. Y
como hemos visto, a igualdad de superficie, y por lo tanto de esfuerzo sobre la
maneta, el par transmitido será mayor cuanto mayor sea el diámetro externo del
disco.
3.- Tipos de
embrague
Por
existir, existen multitud de tipos. Desde el conversor hidráulico de par,
utilizado en camiones o barcos (ni siquiera las H&D lo llevan), a los
electromagnéticos. Pero como ni el espacio, ni mi sabiduría, ni mi paciencia
llegan a tanto, aquí sólo trataremos de los embrague de fricción ( adiós
camiones), entre éstos los manuales (adiós scooters), entre éstos a los
multidisco. Los embragues monodisco en seco que utilizan algunas marcas
(BMW,Guzzi...), son similares a los de automoción, y no dejan de ser similares
a las expuestas, sólo que con un disco, y con un resorte de diafragma en lugar
de muelles helicoidales (los de toda la vida). Los embragues monodisco son más
agrios en el funcionamiento, y por eso suelen llevar amortiguadores de acoplamiento
para que su uso no se vea empañado por incómodos tirones.
Funcionamiento del
embrague multidisco:
El embrague
multidisco no es más que la aplicación del principio general antes expuesto a
las características especiales de una moto, en que el volumen de un embrague
monodisco (especialmente en aquellos motores de cigüeñal transversal) puede
resultar excesivo. Si por limitaciones de espacio no podemos hacer más grande
el disco...aumentamos la superficie de fricción poniendo muchos!!!! Así podemos
aprovechar el mismo esfuerzo de compresión para generar presión en todos ellos,
con lo ganamos en mejor tacto en la maneta de embrague.
Repito brevemente el
concepto para los más despistados (o para los que directamente hayan saltado
hasta aquí). Hemos de unir dos ejes, uno que viene del motor y es el que nos
suministra la potencia, y otro que va al cambio y de ahí a las ruedas con un
acoplamiento que transmita la potencia sin pérdidas de uno a otro, pero que se
pueda desacoplar a voluntad (y a ser posible, suavemente, que no es plan de ir
haciendo caballitos en todos los semáforos).
En el diagrama
tenemos dos grandes bloques que giran solidarios:
En rojo, está la
parte del embrague que gira con el motor, que es la maza M, con un dentado en
su perímetro para recibir la potencia del cigüeñal (o de un eje intermedio, o
del volante de inercia). La maza posee unas almenas con una forma tal que
acoplan perfectamente en ellas las lengüetas de los discos conductores A.
En
azul, es la parte del embrague conducida, es decir, es la que va a dar al
cambio de marchas. En primer lugar es el propio eje primario del cambio E, que
es solidario mediante un estriado al tambor O. Esta es la pieza análoga a la
maza, que agarra a la otra clase de discos, los discos conducidos B, gracias al
estriado que éstos tienen en su diámetro interno, y que coincide con el del
tambor.
Como vemos en el
esquema, los discos conductores (en rojo) y conducidos (en azul) forman un
curioso bocata de ferodo. Pero con estar próximos no es suficiente, si queremos
que transmitan potencia, hemos de aplicar una fuerza que los presione. Para
ello utilizamos el plato de presión P, que va atornillado al tambor con unos
tornillos T, entre los cuales insertamos los muelles H. Estos muelles serán los
que me darán la fuerza F necesaria para que los discos, así espachurrados,
puedan transmitir la potencia de tu burra sin deslizar.
Ahora
mismo ya tenemos conectado el motor y la caja de cambios, el cigüeñal gira como
un todo solidario sin (casi) pérdidas de potencia. El esquema del flujo de la
potencia sería:
Pero el cigüeñal hay
que desacoplarlo (desembragar) cuando queremos cambiar de marcha. Para ello
apretamos la maneta de embrague, que mediante un cable, o un circuito
hidráulico (similar al de freno), tiramos de unempujador J. Éste hará fuerza
contra el plato de presión P, luchando contra la fuerza que ejercían los
muelles para apretar los discos.
Como ya dijimos antes
(ves ahora el porqué del rollo matemático?), cuanto menor fuese la fuerza (y
por tanto la presión) a que estaban sometidos los discos, menor capacidad de
transmitir par tendrían. Al estar oponiéndonos en parte a la fuerza de los
resortes, los discos no estarán tan firmemente unidos y empezarán a deslizar
(lo que sucede cuando picamos embrague).
En último caso,
cuando apretamos totalmente la maneta de embrague, los discos no recibirán
ninguna presión y la parte conducida (azul) dejará de recibir potencia del motor.
Para terminar de
explicar el esquema, sólo me queda mencionar los cojinetes, tanto axiales, como
radiales y de empuje, que sirven para que no exista rozamiento directo entre
ciertas piezas: la maza y el conjunto tambor-eje primario no deben estar en contacto
directo, así les interponemos un cojinete axial F, un cojinete radial C y un
casquillo antifricción Q. Por la misma razón se instala un rodamiento de empuje
U entre el empujador J (sin rotación) y el plato de presión P (que sí la
tiene).
Por supuesto que cada
cambio tiene sus variantes. Así, por ejemplo, el empujador puede ser externo en
lugar de interno....Pero vamos, que el principio es el mismo en todos, y la
diferencia es la forma de solucionar los detalles.
Espero haber sido
claro, ya que no escueto.
No quiero despedirme sin ofrecer a los bemeuveros un
esquemita del embrague de su moto. Notar el resorte de diafragma y el único
disco atacado por ambos lados por los forros.
Y un útil esquema de
su funcionamiento.
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