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TECSUP – PFR Sistemas de Transmisión

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UNIDAD III

EEMMBBRRAAGGUUEESS DDEE FFRRIICCCCIIÓÓNN 1. INTRODUCCIÓN

En esta lección trataremos de la función, características y funcionamiento de los embragues de fricción en la transmisión de potencia de un equipo.

2. OBJETIVOS

Al terminar esta lección el estudiante estará en capacidad de:

1. Identificar los diferentes tipos de embragues de fricción usados en la maquinaria pesada de carretera.

2. Describir el funcionamiento y características de un embrague de fricción. 3. Determinar los puntos a inspeccionar en un embrague de fricción.

Sistemas de Transmisión TECSUP – PFR

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3. EMBRAGUE – INTRODUCCIÓN

El embrague es uno de los componentes de la transmisión que permiten la aplicación y la Desaplicación de la conexión entre el par del motor y la caja de cambios. El embrague (1) va instalado entre el motor y la caja de cambios. He aquí algunas de sus funciones:

- Interrumpir la transmisión de potencia del motor a la caja de cambios al

efectuar un cambio de marcha.

Figura 1. Motor Diesel, Embrague y Caja de cambios (Fuente Volvo)

- Transmitir el par de torsión del motor a la caja de cambios y a los demás

componentes de la transmisión.

El funcionamiento del embrague permite una transmisión uniforme y progresiva del par desde el motor a la caja de cambios.


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3.1. UBICACIÓN DEL EMBRAGUE

Figura 2. Acoplamiento del motor a la caja transmisión (Fuente Volvo)

1. Embrague 2. Caja de Cambios 3. Arbol de transmisión 4. Ejes 5. Motor diesel

Figura 3. Sistema de Transmisión completa (Fuente Volvo)


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CADA TIPO DE VEHÍCULO DISPONE DE UN EMBRAGUE IDEAL, CALCULADO EN FUNCIÓN DE: - el par motor; - el peso máximo del vehículo (cargado); - la relación de transmisión; - el tipo de aplicación; - el alcance dinámico; - la relación del diferencial. Estos factores determinarán el diámetro y el peso del plato de apriete y el tipo de disco que deberá utilizarse. El embrague debe:

- trasmitir el par de torsión desde el

motor hasta la caja de cambios sin patinar.

- resistir altas velocidades y desgastes prematuros;

- eliminar asimientos al arrancar; - permitir un cambio de marchas

uniforme y rápido; - absorber las vibraciones del motor.

Figura 4. Embrague de Fricción (Fuente Volvo)

3.2. CATEGORÍAS DE EMBRAGUES

Los muchos tipos de embrague pueden dividirse en dos categorías principales: Embragues hidráulicos (1) El par de torsión se transfiere del motor a la caja de cambios por medio de un fluido hidráulico que circula entre los dos componentes principales del embrague hidráulico: el rotor de la bomba y el rotor de la turbina. Embrague mecánico (2) Los embragues mecánicos están compuestos de uno o más discos. La mayoría de estos discos están provistos de un resorte de diafragma y están regulados por vía hidráulica mediante la acción un servo hidroneumático de embrague. Un plato de apriete empuja el disco contra el volante y transfiere el par del motor a la caja de cambios.


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Figura 5. Convertidor de Par y Embrague de Fricción (Fuente Volvo)

EMBRAGUE HIDRÁULICO

- Un embrague hidráulico consta fundamentalmente de un rotor de bomba y un rotor de turbina.

- Los rotores se componen de hélices con paletas colocadas la una frente la otra. - El rotor de la bomba va instalado en el eje de salida del motor y el rotor de la

turbina en el eje de entrada o árbol primario de la caja de cambios.

Figura 6. Convertidor de Par (Fuente Volvo)


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EMBRAGUE HIDRÁULICO – FUNCIONAMIENTO El motor se pone en marcha haciendo girar el rotor de la bomba (1). El líquido hidráulico entre los dos rotores se desplaza hacia el rotor de la turbina (2). La presión del líquido incide en el rotor de la turbina haciéndola girar. Cuanto mayor sea la velocidad del motor, mayor es la presión del líquido aplicada al rotor de la turbina. Cuanto mayor sea la presión, mayor es la velocidad de giro del rotor. Mediante el giro del rotor de la turbina, se transmite el par del motor a la caja de cambios y al resto del sistema de transmisión que pone el vehículo en movimiento.

Figura 7. Funcionamiento de Convertidor de

par (Fuente Volvo)


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EMBRAGUE MECÁNICO Los embragues mecánicos disponen de un resorte de diafragma y están regulados por un cilindro servoasistido. Este tipo de embrague se compone fundamentalmente de: 1. cárter del embrague; 2. plato de apriete; 3. disco; 4. resorte de diafragma; 5. cojinete de embrague.

COMPONENTES PRINCIPALES Plato de compresión, es un componente mecánico que consta de:

1. Remaches de separación 2. Resorte de lámina 3. Plato de compresión 4. Fijación del resorte de lámina 5. anillo 6. cubierta

Figura 8. Despiece del Embrague de Fricción (Fuente Volvo)

Figura 9. Despiece del Embrague de Fricción con diafragma (Fuente Volvo)


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El plato de compresión (3) es un anillo de acero de gran dureza que va presionada contra el disco por la acción de los resortes helicoidales o resortes de diafragma. PLATOS DE COMPRESIÓN Hay dos tipos de platos de compresión: 1. Platos de compresión con resortes helicoidales

Este tipo de plato normalmente ya no se utiliza en embragues porque no tiene la suficiente resistencia para soportar las enormes velocidades de los motores actuales. Además, la presión que ejerce sobre el disco se reduce de forma dramática a medida que se va desgastando el forro de disco, lo que aumenta por tanto el esfuerzo que debe aplicarse al pedal del embrague. 2. Platos de compresión con resortes de diafragma La gran resistencia a las grandes velocidades desarrolladas por el motor junto con la compactibilidad de su construcción que permite un cárter de embrague de escaso tamaño (de gran importancia para el ahorro de espacio) son los motivos por los que el plato con resortes de diafragma es norma en todos los vehículos fabricados hoy en día. La construcción con resorte de lámina posibilita, además, que el motor trabaje con cargas iniciales más bajas y casi constantes durante la vida del plato, por lo que se reduce el esfuerzo que debe aplicarse al pedal de freno.

Figura 10. Funcionamiento del Embrague de Fricción (Fuente Volvo)


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Los embragues de fricción se diferencian de acuerdo al dispositivo empleado para generar la fuerza de acoplamiento (Fr).

Embrague de resortes helicoidales

1. Disco de embrague 2. Árbol primario caja 3. Eje estriado 4. Cigüeñal 5. Casquillo 6. Volante del motor 7. Plato de presión 8. Carcaza 9. Muelles 10. Collarín 11. Patillas (Uñas) 12. Articulación

Figura 11. Embrague de Fricción de resortes (Fuente GTZ)


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1. Carcaza 2. Palanca de desembrague, patillas,

uñas. 3. Muelles de fijación 4. Bulón de articulación 5. Muelle antivibrador 6. Placa de apoyo 7. Espárragos de reglaje 8. Placa de apoyo del collarín 9. Plato de presión

10. Muelles del plato de presión 11. Disco de embrague 12. Forros 13. Collarín 14. Rodamiento 15. Muelles de retención 16. Palanca de accionamiento 17. Guardapolvo 18. Volante del motor

Figura 12. Despiece del embrague de fricción de resortes (Fuente GTZ)

Embrague de resortes de diafragma

1. Diafragma 2. Periferia del plato de

presión 3. Anillos basculantes 4. Perno de fijación 5. Remache de

retención 6. Carcaza

Figura 11.

Figura 13. Funcionamiento del embrague de fricción de diagrama

(Fuete GTZ)


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Figura 14. Despiece del embrague de fricción de diafragma (Fuente GTZ)

1. Diafragma 2. Plato de presión 3. Carcaza 4. Pernos de fijación 5. Anillos 6. Collarín 7. Palanca de accionamiento 8. Disco de embrague 9. Volante del motor


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Hay dos tipos de resortes de lámina: de empuje y de arrastre Los vehículos pesados utilizan platos de presión de arrastre. Los platos de arrastre tienen muchas ventajas comparados con los de empuje. La diferencia principal entre estos dos tipos de embrague estriba en el movimiento del cojinete de soporte. Al aplicar el pedal del embrague, el cojinete de soporte se desplaza hacia la caja del mecanismo de la dirección y la caja de cambios. Los extremos del resorte de diafragma y el plato de apriete se separan del disco, desconectando el motor del embrague.

Figura 15. Funcionamiento del diafragma (Fuente Volvo)

EMPUJE ARRASTRE


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Figura 17. Partes del Disco de Fricción (Fuente Volvo)

3.3. DISCO DEL EMBRAGUE

El disco del embrague (1) es el elemento principal que va en contacto con el volante (2) y el plato (3). Cuando va aplicado, el disco del embrague transfiere el par del motor a la caja de cambios y, a través de los demás componentes de la transmisión, a las ruedas, haciendo posible el movimiento del vehículo.

3.4. CARACTERÍSTICAS DEL EMBRAGUE DE FRICCIÓN

El disco es de acero. Disco de embrague (1), resortes amortiguadores (2), un cubo acanalado (3), y un forro de disco (4). El disco de embrague seco lleva forros de fibra en ambas caras. Los forros son de materiales sin amianto, resistentes a las altas temperaturas que se producen cuando el disco va accionado. Se sujetan a los discos con remaches. El disco de acero va conectado al cubo por medio de un elemento de roce provisto de resortes amortiguadores. Estos resortes absorben los valores máximos del par motor y las vibraciones.

El árbol primario de la caja de cambios va encajado en el agujero estriado del cubo del disco. Al girar el cubo, gira también el árbol primario,

Figura 16. Disco de Fricción (Fuente Volvo)


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transfiriendo el par motor a la caja de cambios.

Para que la carga aplicada a los forros del disco se mantenga lo más uniforme posible, el disco está provisto de una placa corrugada. Esta construcción proporciona mayor uniformidad a la acción del embrague y reduce el peligro de sobrecalentamiento. Hay dos tipos de discos de embrague: discos rígidos y discos de amortiguación de par motor. Disco rígido Los de construcción más sencilla constan de un cubo estriado (1) que se desliza sobre el eje de avance del embrague, un disco conducido (2), dos forros (3) que se ocupan de la resistencia al roce entre el volante y el plato de apriete y los remaches de sujeción (4). En construcciones más modernas, el disco rígido dispone de resortes de segmentos que absorben el movimiento axial del disco y reducen el deslizamiento, permitiendo un funcionamiento más uniforme.

Forros de disco Los forros son componentes que hacen frente al roce entre el plato y el volante. Elaborados, en la mayoría de los casos, de materiales de base orgánica (con amianto o sin él), los forros deben presentar las siguientes características fundamentales:

un elevado coeficiente de

rozamiento;

un coeficiente de rozamiento constante, que no se vea afectado por el aumento de la temperatura;

resistencia al desgaste prematuro;

Figura 18. Partes del disco de fricción (Fuente Volvo)

Figura 19. Características del disco de fricción (Fuente Volvo)


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resistencia a temperaturas elevadas; resistencia a grandes velocidades; que no ocasione asimiento.

En los últimos modelos de vehículos se utilizan forros sin amianto debido a la gran resistencia contra el desgaste de éstos en comparación con los tradicionales forros de amianto. El uso de forros de base inorgánica (sinterizados, de cerámica) se limita a vehículos en los que no es de gran importancia la suavidad del arranque (tractores, camiones especiales, Camiones de carreras). El beneficio principal de este tipo de forros es una gran capacidad de resistencia al desgaste y a temperaturas elevadas y un alto coeficiente de rozamiento. PRECAUCIÓN: El uso de materiales que contengan amianto está prohibido actualmente en muchos países a causa de sus propiedades cancerígenas. Los embragues pueden tener uno o dos discos

Embrague de un disco Embrague de dos discos

Los embragues de dos discos funcionan del mismo modo que los de un disco, si se exceptúa la presencia de otro disco de embrague y un plato de apriete intermedio. El plato de apriete intermedio está situado entre los dos discos de embrague y se instala en un anillo intermedio que va atornillado entre el volante y el cuerpo de embrague. Un embrague de dos discos presenta un área de fricción mucho más amplia y puede transmitir un par motor más elevado que el embrague de un disco. Por este motivo, se utiliza este tipo de embragues en vehículos de gran potencia que requieren un par motor más elevado. ATENCIÓN: Al cambiar el disco de embrague, aplique a las estrías del árbol primario de la caja de cambios una fina capa de grasa resistente al calor antes de instalar otro disco.


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Figura 20. Disco Simple y Doble disco en los embragues (Fuente Volvo)

Cárter cónico del embrague (1) La función del cárter cónico del embrague es proteger el embrague de contaminaciones producidas por la humedad o impurezas. Es parte integrante de la parte delantera de la caja de cambios y está en contacto con la caja del motor. Palanquita y eje de desembrague (2) La palanquita (3) y el eje de desembrague (2) forman parte de la regulación del embrague. Se encargan de la transmisión del movimiento desde el sistema de mando del embrague al cojinete de embrague.


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Figura 21. Protección del embrague (Fuente Volvo)

Cojinete de embrague La función del cojinete de embrague (1) es transferir el movimiento del eje de desembrague al resorte de diafragma. La parte interior del cojinete va sujeta en el sentido del giro junto al eje de desembrague y el componente intermedio va sujeto en el resorte de diafragma y gira junto con el cuerpo de embrague y el motor. El cojinete de embrague está provisto de un resorte anular (2) cuya función es sujetar convenientemente el cojinete en el eje de desembrague al instalar la caja de cambios.

Figura 22. Cojineteó Collarín (Fuente Volvo)


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3.5. CARACTERÍSTICAS - ANEXOS

El embrague transmite la potencia del motor hacia la caja de cambios utilizando las fuerzas de fricción generadas en un disco de fricción o disco de embrague. El disco de embrague debe ser tal que soporte los esfuerzos originados por el par motor (Cm) para vencer el par resistente (Cr) que ofrece el resto del equipo.

Figura 23. Recorrido de la potencia del motor (Fuente GTZ)

resortesFFr #.. 1

toacoplamiendeFuerzaFr 1

)5.03.0( adherenciadeeCoeficient

)(1 KgresortedelFuerzaF

Figura 24. Fuerza de acoplamiento (Fuente GTZ)

S

resortesFp

#.1

)/(supPr 2cmKgespecíficaerficialesiónp 2/32 cmKgp

)( 2cmcontactodeSuperficieS

SpFr ..

Figura 25. Fuerza de acoplamiento

(Fuente GTZ)

1 Fuerza de acoplamiento para embrague de resortes.

CmCr


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El par generado por el motor (Cm), se obtiene a través de ensayos en un dinamómetro, obteniéndose la curva del par motor en función de las rpm del motor.

1. Potencia útil. Par motor máximo (Cm máx).

2. Potencia de mínimo consumo de combustible

3. Potencia máxima 4. Par motor

correspondiente a la potencia máxima

5. Mínimo consumo de combustible.

6. Wf = Potencia del motor o potencia al freno.

Figura 26. Gráfica de relación rpm/potencia/torque (Fuente GTZ)

Es posible calcular el par motor en función de la potencia al freno del mismo y de las rpm.

Wf = Potencia al freno en CV

n = Revoluciones por minuto del motor El embrague debe ser capaz de transmitir todo el par motor generado hacia la transmisión, por lo tanto:

Cm = Cr

Cm = Fr . Rm

4

21 ddRm

.....(cm)

Rm = Radio medio o radio eficaz

2.. RmFrCm

Para un embrague monodisco (2 caras).

n

WfCm 20.716

Figura 27. Par Motor (Fuente GTZ)

Figura 28. Dimensión del disco de fricción (Fuente GTZ)


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3.6. FUNCIONAMIENTO DEL MECANISMO DE EMBRAGUE

Accionamiento de los embragues de fricción

Accionamiento Mecánico Trabaja por medio de cables o un sistema de varillajes que transmiten la fuerza aplicada desde el pedal de embrague hacia la palanca de accionamiento que actúa sobre el collarín. La multiplicación de la fuerza de accionamiento se produce por la longitud de las palancas del varillaje.

Figura 29. Accionamiento Mecánico (Fuente GTZ)

Accionamiento Hidráulico En este caso la multiplicación de la fuerza de accionamiento se produce por una diferencia de áreas en los cilindros hidráulicos del mecanismo.

a

b

c

dFF ..2


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Figura 30. Accionamiento Hidráulico (Fuente GTZ)

Sistema operativo del embrague hidráulico: El embrague se acciona mediante un sistema denominado “sistema de accionamiento hidroneumático”. Este sistema consiste en un cilindro hidráulico maestro conectado al pedal del embrague y al cilindro hidráulico servoasistido.


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Figura 31. Accionamiento Hidroneumático (Fuente Volvo)

Los componentes del sistema de accionamiento son los siguientes: 1. depósito de líquido 2. cilindro maestro 3. tubería hidráulica 4. tubería neumática 5. servo de embrague 6. tubo contador 7. horquilla de embrague El servo del embrague aumenta la potencia hidráulica generada en el cilindro maestro y, de este modo, reduce sensiblemente el esfuerzo que debe aplicarse en el pedal de embrague.


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COMPONENTES Cilindro maestro El cilindro hidráulico maestro se instala junto al pedal de embrague y se encarga de suministrar presión al servo de embrague. El cilindro maestro se ocupa también de generar la potencia hidráulica que es transmitida al servo de embrague a través de la tubería neumática. El cilindro maestro requiere dos ajustes fundamentales para que funcione de forma apropiada el pedal de embrague. 1. El perno de ajuste en cabeza (1) sirve para ajustar el juego entre la varilla de pistón y el pistón del cilindro maestro. Este juego asegura que la junta del pistón regrese a una posición justo por encima del orificio que conecta con el depósito del líquido. Esto elimina la formación de presión residual en la tubería hidráulica. 2. El perno de ajuste en la base (2) sirve para ajustar la carrera del pedal de embrague y, por consecuencia, la carrera del pistón del servo.

Figura 32. Carrera del Pedal y Cilindro maestro (Fuente Volvo)


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Figura 33. Cilindro Maestro (Fuente Volvo)

Servo de embrague El servo de embrague está situado junto a la caja de cambios. La función del servo de embrague es convertir la presión del cilindro maestro en movimiento. Esta transformación tiene lugar cuando la presión generada por el cilindro maestro empuja hacia arriba el pistón de reacción del servo. El servo de embrague dispone también de una válvula indicadora de desgaste (1).

Funcionamiento Cuando no está aplicado el embrague, es decir, cuando se ha levantado el pie del pedal de embrague (1), el plato empuja el disco de embrague (2) y lo aprieta contra el volante. El embrague y el volante (3) quedan conectados y el embrague transfiere el par del motor al árbol primario de la caja de cambios (4).


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Figura 34. Funcionamiento del Servo embrague (Fuente Volvo)

Toda la unidad del embrague gira a la misma velocidad que el motor y transmite el par de torsión del motor a la línea motriz. El cojinete de soporte es conducido hacia atrás por el resorte de la horquilla de desembrague (5).

Ilustración que muestra todo el sistema (1) La válvula auxiliar cierra el paso de aire comprimido situado en el interior del cilindro y permite la entrada del aire por el orificio de escape. (2) El orificio de escape está abierto. La presión del sistema tiene el mismo valor que la presión atmosférica.


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Figura 35. Válvula Auxiliar (Fuente Volvo)

El pedal de embrague no está pisado. Tanto si funciona como si no funciona el motor, el vehículo no se mueve y la caja de cambios está en punto muerto. O, por otro lado, el vehículo puede estar también en movimiento con una marcha aplicada.

Figura 36. Carrera del Pedal del embrague (Fuente Volvo)

Ahora veamos qué ocurre al pisar el pedal de embrague.


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El desplazamiento del cilindro maestro provoca un aumento de la presión hidráulica del sistema. A causa de este aumento de presión, el pistón de reacción del servo de embrague comienza a desplazarse hacia arriba: (1) el pistón de reacción es empujado,… (2) se abre el paso de aire comprimido y… (3) se cierra el orificio de escape impidiendo la salida del aire.

Figura 37. Desplazamiento del cilindro maestro (Fuente Volvo)

A causa del aire comprimido de la cámara neumática (1), el pistón principal (2) empieza desplazarse hacia fuera.


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Figura 38. Desplazamiento del servo embrague

Al moverse el pistón (2) hacia fuera, el embrague comienza a desembragarse. El volante (4) continúa girando siempre que el motor esté en marcha. El resorte de lámina (5) y el plato (6) son arrastrados separándose del volante. El disco de embrague (7) deja de estar en contacto con el volante del motor (4) y con el plato (6).


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Figura 39. Desembrague (Fuente Volvo)

El espacio que queda libre cuando el pistón principal alcanza el tope de su carrera ascendente, lo ocupa el líquido hidráulico, reduciéndose la presión hidráulica del sistema (1). Recuerde: Al pistón lo desplaza la presión del aire comprimido, no la presión hidráulica. El embrague ahora está completamente desembragado (2). Al estar desembragado el embrague, se puede arrancar del motor. La rotación del motor no se transmite al árbol primario de la caja de cambios porque el disco de embrague va loco, libre de presión. De este modo, no se transmite el par del motor a la línea motriz. El conductor puede cambiar de marcha con entera libertad.


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Figura 40. Problemas en el desembrague (Fuente Volvo)

Al levantarse el pie del pedal del embrague, la presión hidráulica desciende hasta adoptar un valor casi similar a la presión atmosférica. El resorte de empuje (4) ejerce presión sobre el pistón de reacción (1) y lo obliga a bajar a su posición original, lo que permite que la válvula auxiliar (2) cierre el paso del aire comprimido y, al mismo tiempo, que se ponga en marcha la circulación de aire por el orificio de escape (3).

Figura 41. Carrera final del brazo de la horquilla (Fuente Volvo)

De esta manera, el aire abandona la cámara neumática (5) y el pistón principal (6) comienza a bajar accionado por el resorte (7) de la horquilla de embrague.


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Figura 42. Transferencia del par motor (Fuente Volvo)

El embrague ahora vuelve a conectarse con el volante. El plato presiona el disco contra el volante. El par motor se transmite al sistema de transmisión.


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Identificación y clasificación de las unidades de embrague El tipo de embrague utilizado en un vehículo se indica en la placa de identificación adherida en el cárter del embrague. (Ejemplo: para un vehículo Volvo). Los embragues se clasifican del siguiente modo: Versión, Diámetro exterior del disco (pulgadas), Embrague de arrastre/ de empuje, Fabricante.

Figura 43. Identificación de la placa (Fuente Volvo)

Los embragues se clasifican de acuerdo con la dirección de accionamiento del cojinete: de arrastre o de empuje. AJUSTES E INSPECCIONES Se puede efectuar algunos ajustes en los embragues: - (1) válvula libre de pedal (pedal de embrague) - (2) carrera operativa (servo de embrague) Deben inspeccionarse con regularidad: - el sistema hidráulico del embrague - el sistema neumático del embrague - el (los) disco(s) de embrague - el volante - el plato de apriete


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Siga las instrucciones del manual de servicio de embragues que se ajuste al modelo de vehículo y al tipo de embrague correspondiente.

Figura 44. Ajuste e Inspección (Fuente Volvo)

INSPECCIÓN Para un correcto funcionamiento del embrague es necesario inspeccionar los siguientes puntos. Desviación del disco Instalando el disco tal como se muestra y utilizando un reloj comparador, se debe medir la desviación máxima del disco.

Figura 45. Medición de la desviación del disco (Fuente GTZ)


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Desgaste del forro Utilizando un calibrador vernier se debe medir la profundidad del remache y comparar con los valores dados por el fabricante.

Figura 46. Medición del desgaste del forro (Fuente GTZ)

Alineamiento de puntas de diafragma o de palancas de desembrague Esta verificación es importante para el correcto desacople del disco de embrague.

Figura 47. Medición del alineamiento de la puntas del diafragma (Fuente GTZ)

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