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FRENOS Y EMBRAGUES

ELEMENTOS DE MAQUINAS2009

Definiciones:

• Embrague: componente cuya función es permitir el acople y desacople gradual de dos elementos que giran alrededor de un eje común

• Freno: componente de características similares a los embragues; salvo que uno de los componentes a acoplar se encuentra fijo

Frenos y embragues de tambor con zapatas internas extensibles

• Elementos que lo componen:– Superficies fricionantes

que entran en contacto– Medio de transmisión

del par de torsión– Mecanismo de

accionamiento


• Fuerzas a considerar:

– Reacciones en el pasador: Rx y Ry

– Fuerza de accionamiento: F– Fuerza de normal: N– Fuerza de fricción: fN


• Momento de fricción:

• Momento de fuerza normal:


• La fuera de accionamiento debe equilibrar estos momentos:

• La condición de autoenergizado exige que:


• Par de rozamiento transmitido:


• Reacciones sobre pasador:

Frenos y embragues de contracción externa

• Fuerzas a considerar:

– Reacciones en el pasador: Rx y Ry

– Fuerza de accionamiento: F

– Fuerza de normal: N– Fuerza de fricción: fN


• Son válidas las mismas relaciones para el caso de zapatas internas:


• Integrando las dos últimas relaciones se obtienen los momentos ejercidos, tanto por la distribución de las fuerzas normales como por las de rozamiento:


• La fuerza de aplicación se halla igualando los momentos ejercidos sobre la zapata:


• Igualando fuerzas horizontales y verticales, se obtienen las fuerza

• Siendo:


• Finalmente obtenemos el par de rozamiento proporcionado por el freno:


• Consideraciones el sentido de giro del tambor cambia:– Se invierte el signo del término de fricción en cada ecuación

– Cambio en la relación para hallar la fuerza de accionamiento:

– En este caso se puede presentar el fenómeno de autoenergizado, si se cumple que:

Frenos y embragues de contracción externa (Simétrica)

• Un caso especial de este tipo de frenos se halla cuando el pasador se ubica de manera simétrica y también de manera que el momento de las fuerzas de fricción sobre el pasador sean nulas:


• Distribución de presiones en el caso de zapata exterior simétrica:

– El desgaste es tal que el forro mantiene forma cilíndrica, por lo tanto la abscisa de la componente del desgaste es constante para cualquier ángulo que se considere:

∆x = constante

– Distribución de la presión:


• Momento respecto al pasador:– Momento debido a las fuerzas normales es nulo, debido a la simetría en su

distribución.

– Momento debido a las fuerzas de fricción:

– Por simetría los ángulos entre los que se integra son iguales y opuestos:


• Valor de la distancia de ubicación de la articulación para anular el momento:

• Reacciones en la articulación:


• Llevando a cabo las dos últimas integrales:

• Par de fricción ejercido por el freno:

Frenos y embragues de bandas• Están constituidos por una cinta

o banda flexible que recubre parcialmente a un elemento giratorio

Frenos y embragues de bandas• Como paso inicial se estudian

las fuerzas sobre un elemento diferencial de la banda:

• Simplificando:

Frenos y embragues de bandas• Se destaca que la tensión es

distinta en cada uno de los extremos de las bandas:

• Distribución de presiones:

• Presión máxima

Frenos y embragues de bandas

• Par de fricción transmitido

Frenos y embragues cónicos

• Consideraciones generales:

– Funciona acoplando en elemento en forma de copa (platillo), dentro del cual se aloja otro con forma de cuña (cono)

– Se activa forzando la cuña dentro de la copa del otro elemento.

– Material de fricción su ubica entre las superficies de contacto del platillo y el cono

Frenos y embragues cónicos

• Parámetros de diseño:

– Angulo del cono (entre 10º y 15º)– Diámetro del cono– Ancho de cara del cono

• Hipótesis de diseño:– Desgaste uniforme: embrague usado– Presión uniforme: embrague nuevo

Frenos y embragues cónicos• Presión uniforme (embrague

nuevo)

• Fuerza axial:

• Par de rozamiento:

Frenos y embragues cónicos• Desgaste uniforme (embrague usado):

– Suponemos desgaste en dirección axial constante– Desgaste radial proporcional a potencia consumida

Frenos y embragues cónicos• Sabiendo la distribución de las presiones:

– Fuerza de aplicación

– Par de rozamiento

Frenos y embragues axiales• Consideraciones generales:

– Permiten grandes superficies de fricción en reducidos espacios

– Alta eficacia al disipar el calor generado por el rozamiento

– Al igual que los cónicos, el diseño se puede basar en dos hipótesis distintas:

• Desgaste uniforme• Presión uniforme

Frenos y embragues axiales• Considerando presión uniforme (distribución de presión es igual al

caso de frenos cónicos, haciendo el ángulo del cono igual a 90°:

– Fuerza de aplicación:

– Par debido al rozamiento:

Frenos y embragues axiales• Considerando desgaste uniforme (distribución de presiones es

similar al caso cónico, haciendo el ángulo del cono igual a 90°):

– Fuerza de aplicación:

– Momento de fuerzas de fricción:

Frenos y embragues axiales

• Caso particular: unidad de freno o embrague compuesto n por múltiples discos

– Presión uniforme: – Desgaste uniforme

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