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EMBRAGUES Y FRENOS DE BANDA El embrague es un sistema que permite transmitir o interrumpir la potencia mecánica a su acción final de manera voluntaria. Su diseño debe permitir que su trabajo sea progresivo y elástico, para que el movimiento no se transmita bruscamente o a tirones, absorbiendo las vibraciones de par del motor. Los embragues se clasifican de diversas formas, tales como: Su forma de accionamiento    

Mecánico Neumático o Hidráulico Eléctrico Automático

Su forma de transferencia de energía     

Embragues de contacto positivo Embragues de fricción Sobremarcha o de una vía Magnético Acoplamiento base fluido

EMBRAGUES DE CONTACTO POSITIVO El acoplamiento es una interferencia mecánica que se obtiene con quijadas de forma cuadrada o de diente de sierra, o con dientes de formas diversas. Estos dispositivos no son útiles como frenos, porque no es capaz de disipar grandes cantidades de energía. EMBRAGUES Y FRENOS DE FRICCIÓN Son los de uso más común. Dos o más superficies son oprimidas entre si mediante una fuerza perpendicular o normal, para crear un par de torsión por fricción. Las superficies de fricción suelen ser planas y perpendiculares al eje de rotación, en cuyo caso la fuerza normal es axial (freno o embrague de disco), o cilíndricas, con la fuerza normal en dirección radial (freno o embrague de tambor), o cónicas (freno o embrague cónico). EMBRAGUES DE SOBREMARCHA También conocidos como embragues de una vía. Operan automáticamente con base en la velocidad relativa entre los dos elementos, permiten la rotación relativa solo en una dirección. Si se intenta invertir el giro, la composición interna del mecanismo del embrague lo bloquea. En este tipo de embragues se utilizan en varios mecanismos distintos como son los embragues de uñas, los embragues de rodillos y los embragues de resorte.

EMBRAGUES CENTRÍFUGOS Se acoplan automáticamente cuando la velocidad a la que están sometidos excede cierta magnitud. Para acoplar el embrague los elementos de fricción son impulsados radialmente hacia fuera, contra el interior de un tambor cilíndrico. EMBRAGUES Y FRENOS MAGNÉTICOS Embragues y frenos de partículas magnéticas: No tienen un contacto de fricción directo entre disco y carcasa. El espacio entre superficies está lleno de un fino polvo ferroso. Al energizarse la bobina, las partículas de polvo forman cadenas a lo largo de las líneas de flujo del campo magnético, acoplando el disco a la carcasa. Embragues y frenos de histéresis magnética: No tiene un contacto mecánico entre los elementos en rotación. El rotor que también se conoce como taza de arrastre, es arrastrado por el campo magnético establecido por la bobina de campo (o imán permanente). Embragues de corrientes parásitas: Son similares en construcción a los dispositivos de histéresis, en el hecho que no tienen un contacto mecánico entre rotor y polos. La bobina establece corrientes parásitas, que acoplan de manera magnética el embrague. ACOPLAMIENTOS FLUIDOS Transmiten par de torsión a través de un fluido (casi siempre aceite). Un impulsor con un juego de aspas se hace girar, e imparte un momento angular al aceite que lo rodea. Una turbina (o rodete), con aspas similares se hace girar por el aceite en movimiento que lo golpea.

Los frenos son elementos de máquinas que absorben toda la energía cinética y potencial en un proceso de frenado, dando como resultado la detención de las partes en movimiento. La energía absorbida es disipada como calor y su capacidad de frenado está ligada a la fuera o presión entre el freno y la superficie a frenar, del coeficiente de fricción y de la facilidad que tengo el freno de disipar el calor equivalente a la energía absorbida. Los tipos de frenos más comunes usados en aplicaciones prácticas.    

De banda De tambor de zapata externa De tambor de zapata interna larga De zapata con pivote cargados simétricamente

Frenos de banda: El elemento de trabajo de trabajo de una banda metálica elástica, generalmente de acero, que rodea el tambor. Esta banda está recubierta con un material especial con alto coeficiente de fricción para aumentar la fuerza de frenado. El material más utilizado suele ser de amianto (Asbesto). Cuando se aplica una fuera P a la palanca, esta tenderá a girar en el pivote, y apretará la banda fuertemente contra el tambor para frenarlo.

Debido a la fricción y rotación del tambor, la fuerza de accionamiento 𝑃2 es menor que la reacción del pasador 𝑃1 . Cualquier elemento de la banda, de longitud angular 𝑑𝜃, estará en equilibrio ante la acción de las fuerzas presentes en la figura. Al sumar dichas fuerzas verticalmente, obtendremos. 𝑑𝜃 𝑑𝜃 (𝑃 + 𝑑𝑃) ∗ 𝑠𝑒𝑛 ( ) + 𝑃 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ( ) − 𝑑𝑁 = 0 2 2 𝑑𝑁 = 𝑃𝑑𝜃

𝑑𝜃 2

(1)

(2)

𝑑𝜃 2

Puesto que, en el caso de ángulos pequeños 𝑠𝑒𝑛 ( ) = ( ). Al sumar estas fuerzas en dirección horizontal, se tiene que. 𝑑𝜃 𝑑𝜃 (𝑃 + 𝑑𝑃) ∗ 𝑐𝑜𝑠 ( ) − 𝑃 ∗ 𝑐𝑜𝑠 ( ) − 𝑓 ∗ 𝑑𝑁 = 0 2 2 𝑑𝑃 − 𝑓 ∗ 𝑑𝑁 = 0

(3)

(4)

𝑑𝜃

Ya que para ángulos pequeños 𝑐𝑜𝑠 ( 2 ) = 1. Al sustituir el valor de 𝑑𝑁 de la ecuación (1) en (4) y efectuar la integración se obtiene.

𝑃1 ∅ 𝑑𝑃 ∫ ( ) = 𝑓 ∗ ∫ (𝑑𝜃) 𝑃 𝑃2 0

ó

𝑃1 ln ( ) = 𝑓 ∗ ∅ 𝑃2

y 𝑃1 ( ) = 𝑒 (𝑓∗∅) 𝑃2 Donde 𝑃1 es la fuerza en el lado tenso. 𝑃2 es la fuerza en el lado flojo. 𝑓 es el coeficiente de fricción. ∅ es el ángulo de contacto entre la banda y el tambor. El par de torsión puede obtenerse de la ecuación 𝐷 𝑇 = (𝑃1 − 𝑃2 ) ∗ ( ) 2 La fuerza normal 𝑑𝑁 que actúa sobre un elemento de área de anchura 𝑏 y longitud 𝑟 ∗ 𝑑𝜃 es 𝑑𝑁 = 𝑝 ∗ 𝑏 ∗ 𝑟 ∗ 𝑑𝜃

(5)

Donde 𝑝 es la presión. La sustitución del valor de 𝑑𝑁 de la ecuación (2) da. 𝑃 ∗ 𝑑𝜃 = 𝑝 ∗ 𝑏 ∗ 𝑟 ∗ 𝑑𝜃 Por consiguiente

𝑝=

𝑃 2∗𝑃 = 𝑏∗𝑟 𝑏∗𝐷

Por lo tanto, la presión es proporcional a la tensión en la banda. La presión máxima 𝑝𝑎 se presentará en la punta y tiene el siguiente valor.

𝑝𝑎 =

2 ∗ 𝑃1 𝑏∗𝐷

Ejercicio 16-11 La presión máxima en la interfaz de la banda del freno de la figura es de 620 kPa. Utilice un tambor de 350 mm de diámetro, un ancho de banda de 25 mm, un coeficiente de fricción de 0.30 y un ángulo de cobertura de 270°. Encuentre las tensiones de la banda y la capacidad del par de torsión.

Datos

Incógnitas

𝑝𝑎 = 620 𝑘𝑃𝑎

𝑃1 ; 𝑃2 ; 𝑇

𝐷 = 350 𝑚𝑚 𝑏 = 25 𝑚𝑚 𝑓 = 0.30 ∅ = 270°

Ecuación 16-22

𝑝𝑎 =

2 ∗ 𝑃1 𝑏∗𝐷

Despejando 𝑃1 tenemos que

𝑝1 =

(0.025 𝑚) ∗ (0.35 𝑚) ∗ (620 𝑘𝑃𝑎) 𝑏 ∗ 𝐷 ∗ 𝑃𝑎 = = 2.71 𝐾𝑁 2 2

Ecuación 16-19 𝑃1 ( ) = 𝑒 (𝑓∗∅) 𝑃2

Despejando 𝑃2 tenemos que 𝑃1 2.71 𝐾𝑁 𝑃2 = ( (𝑓∗∅) ) = ( 𝜋 ) = 0.66 𝐾𝑁 (0.30∗270°∗ ) 𝑒 180 𝑒

Ecuación 16-20 𝐷 0.35 𝑚 𝑇 = (𝑃1 − 𝑃2 ) ∗ ( ) = (2.71 𝐾𝑁 − 0.66 𝐾𝑁) ∗ ( ) = 0.36 𝐾𝑁 ∗ 𝑚 2 2

Ejercicio 16-13 El freno de la figura tiene un coeficiente de fricción de 0.30 y funcionará con una fuerza máxima F de 400 N. Si el ancho de la banda es de 50 mm, calcule las tensiones en la banda y el par de torsión de frenado.

Datos

Incógnitas

𝑓 = 0.30

𝑃1 ; 𝑃2 ; 𝑇

𝑏 = 50 𝑚𝑚 𝐷 = 200 𝑚𝑚 𝐹𝑚𝑎𝑥 = 400 𝑁

Diagrama de cuerpo libre

𝑀𝐴 = 0 𝑀𝐴 = (𝑃2 ) ∗ (100 𝑚𝑚) − (400 𝑁) ∗ (325 𝑚𝑚) = 0 𝑃2 = 1300 𝑁

𝑐𝑎 𝐶𝑜𝑠(𝜃) = ( ) ℎ 𝑐𝑎 100 𝑚𝑚 𝜃 = cos−1 ( ) = cos −1 ( ) = 51.32° ℎ 160 𝑚𝑚 Entonces ∅ = 270° − 51.32° = 218.68°

Ecuación 16-19 𝑃1 ( ) = 𝑒 (𝑓∗∅) 𝑃2

Despejando 𝑃1 tenemos que

𝑃1 = 𝑃1 ∗ 𝑒 (𝑓∗∅) = (1300 𝑁) ∗ 𝑒

𝜋 (0.30∗218.68°∗ ) 180

= 4085.2 𝑁

Ecuación 16-20 𝐷 0.2 𝑚 𝑇 = (𝑃1 − 𝑃2 ) ∗ ( ) = (4085.2 𝑁 − 1300 𝑁) ∗ ( ) = 278.52 𝑁 ∗ 𝑚 2 2

TRABAJO DE EMBRAGUE Y FRENO DE BANDA

JUAN HUMBERTO SOTTER JAIME JUNIOR PALMETT DÍAZ DAIRO JESÚS BELTRÁN OVANDO

Ing. VALERY JOSÉ LANCHEROS SUÁREZ

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA MONTERÍA - CÓRDOBA 2019