U5 Frenos Y Embragues..docx

DISEÑO MECANICO II

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE ALVARADO

ING. MECANICA

Materia: DISEÑO MECANICO II.

Semestre-Grupo: 7 Semestre

Producto Académico: UNIDAD 5 FRENOS Y EMBRAGUES.

Presenta: CARLOS OSWALDO AGUIRRE CRUZ 156Z0825

Docente: Ing. RICARDO HERNANDEZ MENDEZ.

Fecha: 27 NOVIEMBRE 2018 H. Y G. ALVARADO, VER. AGOSTO-DICIEMBRE 2018

CARLOS OSWALDO AGUIRRE CRUZ.

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FRENOS Y EMBRAGUES INTRODUCCION. Los sistemas mecánicos necesitan controlarse siempre que exista la necesidad de cambiar el sentido del movimiento de uno o más de sus componentes. Los elementos mecánicos que más se utilizan para controlar el movimiento son el embrague y el freno. Los embragues y los frenos son en esencia un mismo dispositivo. Cualquiera de ellos permite una conexión por fricción, magnética, hidráulica o mecánica entre dos elementos de máquina. Si ambos elementos conectados giran, entonces el dispositivo se conoce como embrague. Si uno de los elementos gira y el otro queda fijo, se conoce como freno. Un embrague es un dispositivo que se emplea para conectar o desconectar un componente que es impulsado, de la planta motriz principal del sistema. Un freno es un dispositivo que se utiliza para llevar al estado de reposo a un sistema que se encuentra en movimiento, para disminuir su velocidad, o bien, para controlar su velocidad hasta un cierto valor bajo condiciones variables.

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5.1 FRENOS DE TAMBOR. 5.1.1 Zapata interna. Este tipo de freno es muy utilizado en aplicaciones automotrices. El método de análisis y ecuaciones resultantes es semejante al que se utilizó para el freno de tambor con zapata externa larga. De acuerdo con el freno que se muestra en la figura (5.13), la fuerza de impulsión para el tambor está dada por:

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5.1.2 Zapata externa. Cuando el ángulo de contacto Ѳ es mayor de 50 o 60°, la suposición de la distribución uniforme de la presión y fuerzas normales y de fricción actuando en el centro de la zapata Puede conducir a errores de consideración. Debido a que la zapata no es rígida, se deformará, y éste efecto sumado al de la carga Aplicada será lo que probablemente cause que la distribución de la presión sea diferente a la supuesta. Suponiendo que la presión varía directamente con el sen Ѳ, entonces p=ksen Ѳ y

En la figura (5.12) se muestra un freno de bloque de zapata larga, en el cual se deben tomar en cuenta lo siguiente:

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DISEÑO MECANICO II Un freno de las características anteriores se diseña por lo general para Ѳ1> 10°

La máxima presión se obtiene para Ѳ2 = 90° y si es mayor, disminuye la magnitud de la presión.

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5.2 FRENOS Y EMBRAGUES DE DISCO. Los frenos de disco como el mostrado en la figura (5.15), son muy parecidos a los embragues de disco vistos anteriormente, de hecho, su análisis es exactamente el mismo, por lo que no será necesario analizarlos en detalle. Los frenos de disco se usan en aplicaciones industriales de servicio pesado porque pueden diseñarse para disipar con rapidez el calor y por lo tanto, tienen relativamente pocos problemas debido a su cambio de intensidad. Este tipo de freno se utiliza en grado limitado en aplicaciones automotrices, la razón de ello es que el par del frenado es para cualquier rotación.

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DISEÑO MECANICO II Los embragues multidisco funcionan según el mismo principio, solo que se utiliza un "paquete" de discos, unos con dentado externo engrana con el cigüeñal mediante el "tambor”; los otros, intercalados con los anteriores, con dentado interno engranan con el cambio mediante el "buje". Este paquete de discos en reposo está presionado por una serie de muelles helicoidales, con lo que el tambor y el buje giran solidarios. Su uso está limitado a las motocicletas, ya que el par que transmiten hacia el cambio es mucho más elevado que el que produce el cigüeñal debido a la desmultiplicación primaria, inexistente en el automóvil. Por tanto el acoplamiento ha de ser mucho más progresivo, mejorándose el proceso al estar sumergido en baño de aceite, que absorbe el calentamiento originado por el rozamiento, que se reparte además entre varios discos. Solo las máquinas de competición poseen embrague en seco, de tacto mucho más brusco.

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5.3 EMBRAGUES CENTRIFUGOS. Los embragues y frenos centrífugos se valen de fuerzas centrífugas para transmitir energía (embragues) o para limitar velocidades (frenos). Como los frenos se basan en un principio físico, los embragues y frenos centrífugos no requieren ninguna fuente de alimentación externa adicional, lo que los convierte en la solución perfecta para las aplicaciones de seguridad. Los embragues y frenos centrífugos están compuestos por un eje motriz con pesos centrífugos colocados a su alrededor. Los pesos centrífugos se mantienen en los ejes mediante resortes. En la parte externa de los pesos centrífugos hay almohadillas de fricción. Los embragues centrífugos se emplean principalmente como embrague de arranque. Los embragues centrífugos permiten el empleo de motores más pequeños, ya que el motor puede arrancar libre de carga hasta que alcanza su velocidad óptima de funcionamiento, a la cual el embrague centrífugo añade suavemente la carga.

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5.4 EMBRAGUES Y FRENOS DE PARTICULAS MAGNETICAS, CORRIENTES PARASITAS Y DE HISTERESIS.

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.

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5.5 CONVERTIDOR DE PAR. El convertidor de par tiene un funcionamiento que se asemeja al de un embrague hidráulico pero posee una diferencia fundamental, y es que el convertidor es capaz de aumentar por sí sólo el par del motor y transmitirlo. En la figura inferior vemos el principio de funcionamiento tanto del embrague hidráulico y del convertidor. En a tenemos una rueda con unas cazoletas como si se tratara una rueda de noria de las utilizadas para sacar agua de los pozos. Hacemos incidir un chorro de aceite a presión sobre la cazoleta, esta es empujada moviendo la rueda. Vemos que la fuerza de empuje no es grande ya que con un dedo de la mano paramos la rueda. En b hemos añadido una placa deflectora entre el chorro de aceite y la cazoleta: Ahora el chorro de aceite empuja la cazoleta pero en vez de perderse rebota en la placa deflector que lo dirige otra vez contra la cazoleta por lo que se refuerza el empuje del chorro contra la cazoleta. Vemos ahora que el empuje del chorro sobre la cazoleta es mayor y necesitamos más fuerza en la mano para evitar que gire la rueda.

En la figura inferior se muestra un esquema de los componentes del convertidor hidráulico. Además de la bomba y de la turbina característica de un embrague hidráulico, el convertidor de par dispone de un elemento intermedio denominado reactor. La rueda de la bomba está accionada directamente por el motor mientras que la turbina acciona el eje primario de la caja de velocidades. El reactor tiene un funcionamiento de rueda libre y está apoyado en un árbol hueco unido a la

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carcasa de la caja de cambios.

DISEÑO MECANICO II Tanto la bomba como la turbina y el reactor tienen alabes curvados que se encargan de conducir el aceite de forma adecuada. Al girar la bomba accionada directamente por el movimiento del cigüeñal, el aceite se impulsa desde la rueda de bomba hasta la rueda turbina. A la salida de ésta el aceite tropieza con los alabes del reactor que tienen una curvatura opuesta a los de las ruedas de bomba y turbina. Esta corriente de aceite empuja al reactor en un giro de sentido contrario al de la bomba y la turbina. Como el reactor no puede realizar ese giro ya que está retenido por la rueda libre, el aceite se frena y el empuje se transmite a través del aceite sobre la bomba. De esta forma mientras exista diferencia de velocidad de giro entre la bomba y la turbina el momento de giro (par) será mayor en la turbina que en la bomba. El par cedido por la turbina será pues la suma del transmitido por la bomba a través del aceite y del par adicional que se produce por reacción desde el reactor sobre la bomba y que a su vez es transmitido de nuevo sobre la turbina. Cuanto mayor sea la diferencia de giro entre turbina y bomba mayor será la diferencia de par entre la entrada y la salida del convertidor, llegando a ser a la salida hasta tres veces superior.

Conforme disminuye la diferencia de velocidad va disminuyendo la desviación de la corriente de aceite y por lo tanto el empuje adicional sobre la turbina con lo que la relación de par entre salida y entrada va disminuyendo progresivamente. Cuando las velocidades de giro de turbina e impulsor se igualan, el reactor gira incluso en su mismo sentido sin producirse ningún empuje adicional de forma que la transmisión de par no se ve aumentada comportándose el convertidor como un embrague hidráulico convencional. A esta situación se le llama "punto de embrague" La ventaja fundamental del convertidor hidráulico de par sobre el embrague hidráulico es que el primero permite, en situaciones donde se necesita mayor tracción como subida de pendientes o arranques, el movimiento del reactor con lo que el par transmitido se ve aumentado respecto al proporcionado por el motor en caso de necesidad. Además el convertidor hidráulico amortigua a través del aceite cualquier vibración del motor antes de que pase a cualquier parte de la transmisión.

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DISEÑO MECANICO II A pesar de ser el convertidor hidráulico un transformador de par, no es posible su utilización de forma directa sobre un vehículo ya que en determinadas circunstancias de bajos regímenes de giro tendría un rendimiento muy bajo. Además no podría aumentar el par más del triple. Todo esto obliga a equipar a los vehículos, además de con un convertidor, con un mecanismo de engranajes planetarios que permitan un cambio casi progresivo de par.

5.6 MATERIALES DE FRICCION. Los materiales para las partes estructurales de los frenos y de los embragues, como los discos o tambores, se suelen fabricar de acero o en fundición de hierro gris. Las superficies de fricción, por lo general, están recubiertas de un material con un buen coeficiente de fricción y con resistencias a compresión y a la temperatura suficiente para la aplicación. Los recubrimientos pueden ser moldeados, tejidos, sinterizados o de algún material sólido. La tabla (5.1) muestra algunas propiedades a la fricción, térmicas y mecánicas de algunos materiales para recubrimientos a la fricción.

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5.7 CONSIDERACIONES DE ENERGIA, FRICCION Y TEMPERATURA. Cuando se detiene el movimiento de elementos rotatorios de una máquina mediante un freno, éste absorbe energía cinética de la rotación. Tal energía aparece en el freno en forma de calor. De igual manera ocurre en los embragues. Se absorbe energía cinética durante el resbalamiento y dicha energía se transforma en calor. Consideremos la siguiente figura:

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DISEÑO MECANICO II Conociendo el calor generado, podemos determinar la elevación de temperatura mediante las siguientes expresiones:

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BIBLIOGRAFIA.

www.motorecambiosvferrer.es www.automobileneeds.wordpress.com

http://eprints.uanl.mx/5982/1/1020070351.PDF

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