Get Adobe Flash player

El disco de embrague - El Disco con Forma

Si bien a primera vista pareciera haber pocos secretos en un disco de embrague, en realidad se trata de una pieza que es el resultado de años de desarrollo en la industria automotriz. En los próximos párrafos, daremos una introducción a la técnica detrás de este elemento.

El disco es el componente central en un sistema formado junto con el volante y la placa de presión del embrague. Su función principal es la de transmitir el par entregado por el motor a la transmisión y hacia las ruedas; aunque en las últimas décadas, ha adquirido enorme importancia la amortiguación de vibraciones torsionales generadas por el motor. En estado normal, el disco está presionado entre el volante y la placa de presión del embrague transmitiendo torque, por fricción, al árbol de entrada de la transmisión.

La complejidad de requerimientos a los que debe atender un disco de embrague para satisfacer al usuario hacen que cada aplicación requiera una solución diferente. El disco de embrague debe hacer posible una operación suave de arranque y posibilitar el cambio de marchas rápido y preciso, debe mantener las vibraciones del motor lejos de la caja. Esto se traduce en una enorme variedad de configuraciones, que se corresponden con la enorme variedad de vehículos en el mercado. Sin embargo, es posible generalizar, con fines didácticos, en los conceptos y la técnica utilizados. Los automóviles modernos están exclusivamente equipados con discos de embrague con amortiguador de torsión y amortiguación del revestimiento, y se utilizan, prácticamente sin excepción, materiales de fricción orgánicos. Sólo para vehículos especiales y tractores se emplean también revestimientos sinterizados cerametálicos.

El gráfico de la izquierda muestra  la  configuración  de  un disco de embrague típico, con amortiguador de torsión, pre- amortiguador integrado y dispositivo de fricción variable.

Está compuesto por: los revestimientos de fricción(1), unidos por remaches (2) a los segmentos elásticos, o amortiguadores del revestimiento (3). Estos segmentos elásticos están a su vez remachados al disco de arrastre (17). Los pernos o remaches tope (6) unen al disco de arrastre con el contradisco (18). Todo este conjunto se centra sobre el buje (15), pero gira libremente.

Entre disco de arrastre y contradisco se ubica la brida (19), que si está unida al buje (15). De esta manera, el torque es transmitido desde los revestimientos al disco de arrastre y contradisco, y a través de los resortes del amortiguador principal (12 y 13) y los del pre- amortiguador(10 y 11) a la brida, que está unida al buje, y así llega a la transmisión.

Amortiguadores de torsión

Anteriormente dijimos que en sus inicios, el disco de embrague tenía la sola función de transmitir el par del motor a la caja, al estar presionado entre placa y volante, pero que hoy endía, y como consecuencia del desarrollo de la tecnología automotriz, el embrague había sumado la importantísima función de amortiguar las vibraciones torsionales generadas en el motor entre otras.

Los  motores  de explosión, a diferencia de los motores eléctricos o las turbinas, no entregan un par de giro constante. La velocidad angular del cigüeñal, que cambia   constantemente, genera vibraciones, que se transmiten  a  la  caja  de cambios a través del embrague y     del     eje     de     directa produciendo   ruidos desagradables  y  aceleran  el desgaste. Los amortiguadores de torsión deben entonces reducir las vibraciones entre el motor y la transmisión.

Las  masas  del  volante  cada  vez  más  pequeñas  y  la  construcción  ligera  de  vehículos modernos amplían estos efectos no deseados. Otros factores que influyen negativamente en la generación de vibraciones torsionales son la construcción de transmisiones cada vez más livianas, de motores de menor cilindrada y mayor compresión, y el uso de la inyección electrónica. Así, en la actualidad hay que realizar un ajuste especial para cada vehículo, lo que ha conducido a una gran variedad de amortiguadores y tipos de construcción.
Para explicar el funcionamiento de un amortiguador de torsión de configuración simple, recurriremos a la figura de la derecha.

Tenemos a las tres capas mencionadas en párrafos anteriores. En primer plano podemos ver al perno o remache tope que une solidariamente al disco de arrastre con el contradisco. Todo el paquete es arrastrado por el torque del motor sobre los revestimientos de fricción, pero gira independiente del buje. En medio de éstas, pero girando concéntricamente, se ubica la brida, unida al buje.

Al recibir torque desde el motor, el paquete de disco de arrastre y contradisco, intentará girar sobre el buje. Pero los resortes, ubicados entre éstos por un lado, y la brida por el otro, se comprimirán bajo la fuerza del motor. A mayores torques del motor, los resortes se comprimirán más, y a torques bajos, apenas lo harán (respondiendo a la Ley de Hooke). Recién una vez que se haya alcanzado un equilibrio de fuerzas entre el resorte comprimido y el par entregado en ese instante por el motor se moverá la brida, y con ésta el buje, que transmitirá el movimiento a la directa.

Como el par entregado por el motor no es constante sino que varía instante a instante, también lo hará la longitud del resorte, que irá comprimiéndose y expandiéndose continuamente frente a estas variaciones. Ello se reflejará en un giro relativo del paquete disco de arrastre- contradisco respecto de la brida, según las variaciones de par del motor.

De esta forma, al someter al giro del volante a la acción de los resortes, obtendremos en el buje un giro más parejo, es decir, amortiguado respecto del que entrega el motor.

En realidad, nuestro amortiguador torsional no está aún completo. Sabemos que si a un atomóvil le dejamos los espirales, o elásticos, pero removemos los amortiguadores, tendremos un interminable rebote de la carrocería. De la misma manera, en nuestro amortiguador torsional, necesitamos un elemento que frene ese rebote. Tal función la cumple lo que denominamos paquete de fricción. Este consiste, al menos en las versiones más simples, de un pequeño diafragma ubicado dentro del disco, y que, apoyado sobre el contradisco, presiona una arandela plástica o metálica sobre la brida. Esta arandela no tiene otra función que la de frenar la brida, y la acción de los resortes, creando lo que se conoce como histéresis del disco.

Estos dispositivos de fricción, pueden dar un valor de fricción constante, o, como el amortiguador, tener etapas. En este último caso se conocen como dispositivos de fricción variable.

Curvas características

Para responder a las muy variadas exigencias del mercado automotriz, se han desarrollado diferentes amortiguadores, basados en el concepto explicado anteriormente. La forma de representar las características de un amortiguador es justamente a través de su curva característica. Cada punto de esta curva nos indica qué ángulo de giro relativo entre brida y disco de arrastre-contradisco se corresponde con un determinado par motor. Esta correspondencia dependerá de la constante elástica de los resortes utlizados, y de la cantidad que coloquemos.

La mayoría de los discos de embrague tienen curvas con más de una etapa. Cada etapa, es producto de un juego de resortes diferentes, de diferente constante. Al progresar el giro relativo del disco, van entrando en juego diferentes pares de resortes, dibujando las variaciones de pendiente que vemos en la curva representada en la figura. La coordinación de la acción de los resortes se logra mediante el diseño apropiado de las ventanas del disco, que permitirán la compresión sucesiva de los diferentes juegos de resortes.

Mirando la curva de ejemplo vemos que está dividida en dos cuadrantes. Arriba y a la derecha está el de la etapa de aceleración, y abajo a la izquierda el de retención. Las curvas para una y otra sección suelen ser diferentes, en respuesta a la diferencia de las condiciones mencionadas.

La  curva  representada  corresponde  a  un  disco  con  preamortiguador,  y  amortiguador principal de dos etapas en la parte de aceleración y una sola en la de retención.

El pre amortiguador, es una etapa cuya función es la de amortiguar las vibraciones en ralenti. Por eso se resuelve con resortes muy pequeños, que en algunos casos podemos vencer con la mano. En los discos más modernos, el preamortiguador está ubicado dentro del disco, y no se lo puede ver. Se habla en ese caso de un preamortiguador integrado.

Las 1ra y 2da etapa del amortiguador principal, deben amortiguar las vibraciones durante la marcha, así que soportan mayores torques, como se ve en la curva. Por lo tanto se resuelven con los resortes mayores, que generalmente vemos a simple vista. Los resortes del amortiguador principal resisten un torque superior al máximo que entrega el motor para el que fue diseñado el disco.

La amortiguación de los revestimientos

Entre los dos anillos de material de fricción tenemos a la amortiguación del revestimiento. Consiste en unas láminas de acero dobladas de forma que al presionarse el disco entre plato de presión y volante se enderezan. Se encargan de proporcionar un desembrague blando, por tanto, de un arranque sin tirones. La placa de presión del embrague debe mover el disco hacia el volante en contra de la presión de la amortiguación del revestimiento. De esta manera se prolonga la operación de embragado, y es posible, mediante la fricción del disco, ajustar el régimen de revoluciones de la transmisión al del motor.

Otras ventajas de la amortiguación de los revestimientos son, además   del   arranque sin tirones, un comportamiento de desgaste favorable, un mejor acople y, en relación con ello, una distribución más uniforme del calor.

Se diferencian, fundamentalmente, cuatro tipos de construcciones para la amortiguación del revestimiento. La más común es la de segmento simple, que se ilustra en la figura. En este caso los revestimientos se remachan, a ambos lados, sobre segmentos delgados y bombeados, que se remachan a su vez con el disco de arrastre. Las ventajas son el momento de inercia másica pequeño del disco de embrague, facilitándo el cambio rápido de marchas y la dosificación más fácil de la amortiguación.

Los otros tres tipos van incrementando la solidez del resorte, pero como contrapartida aumenta su costo, y su peso, influyendo negativamente en la velocidad de pasaje de cambios.