MATERIA:TRACTORES Y AUTOMOVILES

REPORTE :

CALCULO DE EMBRAGUE PARA AUTOMOVIL GOLF

PROFESOR:

JOSE RAMON SOCA CABRERA

PRESENTA:

MARTÍNEZ VILLANUEVA EMANUEL

Fecha de entrega: Marzo 2014

6° “1”

INGENIERIA MECANICA AGRÌCOLA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO

CÁLCULO DE EMBRAGUE

Momento torsor máximo al volante del motor, Nm.

239

lb∗ft∗4.44 N1 lb

∗0.305m

1 ft=323.65 Nm

Frecuencia nominal de rotación del motor, min-1.

2600 RPM∗2ᴨ=16,336.32min−1

Diámetro exterior de volante, mm

335 mm

Estructura general y parámetros del kit

a) Cálculo de embragues de disco único

1. Exigencias hacia los embragues

2. Estructura de un embrague de disco único

3. Parámetros principales del embrague

4. Cálculos principales

4.1 Coeficiente de seguridad

El coeficiente de seguridad β de los embragues se debe encontrar entre los

siguientes intervalos según el vehículo:

Para autos de carga: β=1.5-2.2;

Tomando el valor de β=2

El coeficiente de seguridad β se calcula por medio de la siguiente ecuación:

β=Memb/Memáx; (4.1)

Donde:

Memb: momento de rozamiento del embrague;

Memáx: momento torsor máximo que entrega el motor;

Despejando Memb:

Memb= β* Memáx=2(751.58 Nm) =647.30 Nm= 64.730 kgf*m

4.2 fuerza de presión de los resortes, Pe

Donde:

Rm: radio medio de los forros

Rm=(de+di)/4;

de=250 mm

di=150 mm

Rm= (200+120)/4

Rm=100 mm

Velocidad circular del plato=69.1 m/s

El valor de µ (coeficiente de rozamiento) debe de estar para los forros de base de

asbestos entre 0.3 y 0.35; se tomará el de 0.35 debido a que el vehículo es de

carga.

Pe= (β* Memáx)/(Rm*z*µ)= (Memb)/(Rm*z*µ)

Pe= (64.730 kgf*m)/ (0.1 m) (4)(0.35)=577.94 kgf

Pe=462.35 kgf

4.3 Comprobación de la presión específica de las superficies de fricción

q= (4*Pe)/ (ᴨ(de2-di

2));

El valor de q debe de estar entre 1.5-2.5 kgf/cm2 (0.15-0.25 MPa);

q= (4*462.35 kgf)/(ᴨ((25 cm)2-(15 cm)2))

q=1.55 kgf

4.4 Desplazamiento del plato opresor Δli.

δ1=0.5-1.0 mm

Δli=2.0 mm

4.5 Otros parámetros

4.5.1 El desacoplamiento durante el cambio de velocidad debe durar de 0.15 a

0.25 s.

4.5.2 la fuerza máxima permisible (Pp) que se debe aplicar sobre el pedal del

embrague no debe sobrepasar:

Para autos ligeros Pp≤15 kgf (150N)

4.5.3 El desplazamiento del pedal (lp) y el torque aplicado (A) no debe sobrepasar:

Para autos ligeros: lp≤1500 mm y A≤ 2.3 kgf (23 Nm)

4.6 Mando hidromecánico

Se debe representar el esquema general del mecanismo de mando del embrague

del vehículo prototipo. A modo de ejemplo se presenta el siguiente esquema.

Relación de transmisión del mando hidromecánico.

La relación de transmisión de este tipo de mando se calcula por la ecuación

siguiente.

i=(i p)(ihid)( im)

Dónde:

ip - Relación de los brazos de las palanquillas (dedos).

ihid - Relación de la parte hidráulica del mando, incluyendo los brazos de la

horquilla del collarín.

im - Relación de los brazos del pedal (mando).

Las anteriores relaciones se calculan por las ecuaciones siguientes:

C y h se toman como uno debido a que no hay palancas que influyan entre los

cilindros hidráulicos.

i p=ef=304.8mm

152.4 mm=2

ihid=(d¿¿22)(c )

(d12)(h)

=(88.9mm)2(1)(44.45mm2)

= 7903.21975.8025

=4¿

im=ab

=307.9mm/42.6mm=7.23

i=(2 ) (4 ) (7.23 )=57.8

Desplazamiento total del pedal Ip.

El desplazamiento total se calcula por la ecuación:

I p=( I v )+( I t )≤[ Ip ]

Dónde:

Iv - Desplazamiento o juego libre, mm.

It - Desplazamiento de trabajo, mm.

Cálculo del juego libre Iv.

I v=(δ ) (ihid) (im )+(∆)(im)

I v=(0.5 ) ( 4 ) (7.23 )+(0.5)(7.23)=14.46 +3.62=18.06 mm

I t=i∗¿ Δli=57.8*3= 173.46 mm

I p=(18.06mm )+ (115.6mm )=191.53mm

Dónde:

∆ - Juego entre el vástago y el pistón del cilindro principal, ∆ = 0.5 - 1.5 mm.

a) Fuerza máxima sobre el pedal Pp.

La fuerza máxima se calcula mediante la ecuación:

Pp=(Pdes )(i)(η)

≤[Pp]

Pdes=Pe=893.62 kgf

Pp=893.62

(57.82)(0.9)=17.17 kgf

La diferencia consiste en el que valor de η se encuentra entre 0.8 a 0.9.

Si Pp > [ Pp], entonces será necesario introducir un corrector o acumulador de

energía.

4.7 Cálculo del disco del embrague.

El centro del disco se fabrica de acero al carbono con 0.40 a 0.45% de carbono y

al cromo con temple y revenido, de dureza HRC = 38…45. El cálculo se reduce a

la determinación de esfuerzos de aplastamiento o compresión y al corte, utilizando

las siguientes ecuaciones:

a) A compresión:

σ c=(8M d

max)(D2−d2)(z)(l)

b) Al corte:

τ co=(4M d

max)(D+d)(z )(b)(l)

Dónde:

D y d - Diámetros externo e interno de las estrías del centro del disco.

z, b y l - Cantidad, ancho y largo de las estrías del centro del disco.

c) El momento máximo dinámico Mdmáx se calcula por medio de la ecuación:

M dmax=(2 β)M e

max

M dmax=(2∗2 ) (75.158kgf∗m )=300.63kgf∗m=30063kgf∗cm

d) Cálculo de comprobación.

Los esfuerzos de compresión y de corte calculados deben estar entre los valores

permisibles que a continuación se señalan:

A compresión: [σc] ≤ 300-400 kgf/cm2.

Al corte: [τco] ≤ 200-300 kgf/cm2.

e) El centrado de la unión (disco-árbol primario de la caja de velocidades) debe

ser por el diámetro exterior D o por el ancho de las estrías b.

f) En muchos discos se colocan amortiguadores para absorber las vibraciones

de la transmisión, no permitir que entren en resonancia con las ondas que se

producen en el MCI (dámper) y son los resortes que se colocan en el propio

disco.

g) Cálculo de los forros (pastas) de los discos.

El ancho radial de las pastas h se puede determinar por la ecuación siguiente:

h=Pe

(2π )(Rm)(q )= 893.6kgf

(2π )(14.0175cm)(2.03kgf )=4.98cm

Esta ecuación se despeja del hecho de que el área Ar de la pasta se calcula

como:

Ar=Pe

q=(2 π ) (Rm ) (h )= (2π ) (14.0175cm ) ( 4.98cm )=439.05 cm2

h) Cálculo del diámetro exterior de e interior di del disco de embrague.

de=Rm+h2=14.0175cm+ 4.98cm

2=16.5cm

d i=Rm−h2=14.0175cm−4.98cm

2=11.52cm

Dónde:

Rm - Radio medio del forro del disco.

4.8 Cálculo de los resortes de presión.

En los embragues de disco es necesario que las superficies de contacto (volante

del motor-disco de embrague-plato opresor) sean planas-paralelas, por esto la

presión ejercida sobre ellas debe ser uniformemente repartida. En la mayoría de

los embragues (sobre todo de camionetas y autos pesados) se sitúan de 4 a 6

resortes, siendo en más cantidades en camiones y tractores, en dependencia de la

potencia a transmitir.

Los resortes más utilizados en los embragues, de acuerdo a sus características,

son los cilíndricos y los cónicos, los últimos de secciones rectangulares y

cilíndricas. Se fabrican de aceros al silicio o al manganeso, tratados con temple en

aceite y a continuación un revenido. La dureza se encuentra en HRC = 38…45.

El cálculo de los resortes de los embragues se centra en la elección de sus

dimensiones, de tal manera que garanticen la fuerza de empuje Pe necesaria y su

resistencia mecánica. El cálculo a la durabilidad no se realiza, ya que la cantidad

de ciclos de carga (cantidad de acciones de desembragues) no alcanza la

cantidad básica de ciclos de 106.

a) Fuerza elástica de un resorte Fr.

La fuerza elástica que debe poseer uno de los resortes del embrague se calcula

por la ecuación siguiente:

F r=Pe

t=893.6 kgf

18=49.6 kgf

Dónde:

t - Cantidad de resortes. En este caso es de diafragma.

b) Desplazamiento o flecha máxima de cada resorte f1.

La flecha máxima debe escogerse entre 2 y 5 mm (debe coincidir con la

separación entre el disco y el plato opresor ∆li).

∆li=3mm

4.9Otros cálculos importantes.

a) Cálculo de la fuerza tangencial que actúa en el embrague Ft.

El cálculo de la fuerza tangencia que actúa en el embrague es necesaria

conocerla para poder hacer el cálculo del elemento que fija el forro al disco de

embrague, ya sean remaches o algún tipo de pegamento, además, que la cantidad

y tipos de resortes que muchas veces se instalan en el disco para absorber las

vibraciones y los impactos torsionales que se producen al poner en movimiento los

vehículos o cambiar de velocidades.

La fuerza tangencial se calcula:

F t=(Pe) (μ )=893.6kgf (0.3 )=268.08kgf=2680 N

O bien utilizando la siguiente ecuación:

F t=N e

V t

=N e

(w t)(Rm)=

(N e )(60)(2π )(n)(Rm)

=(175.31kW ) (60 )

(2π ) (2900RPM ) (0.140175m )=4118.2N

Dónde:

Ne - Potencia efectiva nominal del MCI.

Ne=175.31kW=175000Nm/s

Vt - Velocidad tangencial en el embrague.

n - Frecuencia de rotación nominal del MCI.

Para un cálculo correcto se debe escoger la fuerza Ft mayor calculadas por ambas

ecuaciones.

b) Cálculo del embrague al trabajo específico de patinaje. Calentamiento del

embrague.

La durabilidad de los embragues depende de la resistencia al desgaste de las

pastas o forros de los discos de embrague, lo cual también depende de la

magnitud del trabajo de patinaje y la temperatura en las superficies en fricción.

El patinaje del embrague es más probable en el momento cuando el vehículo

comienza su movimiento. En ese periodo de tiempo relativamente corto la

intensidad de crecimiento del momento Kc oscila: Kc = 10-25 kgf/cm2 para autos

ligeros, Kc = 20 75 kgf/cm2–para camiones y autobuses.

El trabajo de patinaje del embrague depende del momento de resistencia al

movimiento del vehículo, reducido al árbol primario de la caja de velocidades; así

como de los momentos de inercia del automóvil, reducido al árbol primario de la

caja de velocidades y del momento de inercia del MCI, reducido al volante.

También depende de la velocidad angular del MCI y de la intensidad de

crecimiento del torque aplicado, Kc.

Según literatura especializada, el trabajo específico de patinaje de los vehículos

oscila entre 15 y 18 kgf ⋅ m/cm2.

El calentamiento del embrague, especialmente del disco de embrague depende

directamente del trabajo de patinaje o resbalamiento del mismo y del porciento de

calor que puede disipar el propio disco. La masa del embrague, relacionada con

sus dimensiones, y la capacidad calorífica específica del hierro gris, influyen

indirectamente en el aumento de la temperatura ∆t.

En general se puede calcular el incremento de temperatura ∆t por la ecuación

siguiente:

∆ t=(L)(γ )

(G)(c)(427)=

(18kgf∗m /cm2)(0.5)

(5 kg)( 0.115kcalkg°C

)(427)

Dónde:

L - Trabajo de patinaje del embrague.

γ - Fracción de calor que disipa el disco de embrague, γ = 0.5.

G - Masa del disco.

c - Capacidad calorífica específica. Para el acero gris: c = 0.115 kcal/kg°C.

El valor de ∆t no debe sobrepasar los 15 °C.