elem maquinas ii aula4

Disciplina: Elementos de Máquinas II

Prof. Walter dos Santos Sousa

Universidade Federal do ParáCampus Universitário de Tucuruí

Curso de Engenharia Mecânica

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Aula 4: Freios e Embreagens

Objetivo: Identificar os tipos de embreagens e freios e suas aplicações, entendendo suas diferenças e condições de projeto.

Elementos de Máquinas II - UFPA - FEM - Tucuruí

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Definição de Freio


Os freios são órgãos de máquinas que absorvem tanto energia cinética quanto potencial. A energia absorvida é dissipada sob forma de calor. A capacidade de um freio depende da pressão unitária entre as superfícies de frenagem, do coeficiente de atrito e da maior ou menor facilidade de dissipar o calor gerado pelo atrito.


4

Definição de Embreagem É um sistema que funciona a base do atrito,

permitindo a fácil conexão e desconexão entre das árvores. A embreagem destina-se a desligar o motor das rodas motrizes quando se efetua uma mudança de velocidade ou quando se arranca. Torna-se assim possível engatar suavemente uma nova engrenagem antes da transmissão voltar a ser ligada, ou quando houver um novo arranque, permitindo que o motor atinja as rotações suficientes para deslocar o automóvel.


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Diferença entre Freio e Embreagem O funcionamento dos freios é semelhante ao

das embreagens, exceto que os freios conectam duas partes: uma fixa (sem movimento) e outra móvel, enquanto as embreagens conectam duas partes móveis.


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Aplicações - Freios


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Aplicações – Embreagem


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Embreagens e Freios de Aro Interno Expansível

Tais embreagens podem ser classificadas como de anel expansível, centrífugas, magnéticas, hidráulicas e pneumáticas.

Em sistemas de frenagem, o freio de sapata interna ou tambor é usado normalmente em sistemas automotivos.


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Embreagens e Freios de Aro Interno Expansível Distribuição de pressão

a

a

pp sen

sen

• A distribuição de pressão é senoidal com respeito ao ângulo central θ.

• Se a sapata for curta, como mostrado na figura 1a, a maior pressão será pa, ocorrendo em sua extremidade θ2.

• Se a sapata for longa, como mostrado na figura 1b, a maior pressão será pa, ocorrendo em θa = 90º.

(1)


10


Figura 1 Figura 2


11


Em qualquer ângulo θ, a partir do pino de articulação, atua uma força diferencial normal dN: dN pbrd

Em que b é a largura de face do material de fricção.

Substituindo o valor da pressão da Eq. 1 na equação anterior:

a

a

p brsen ddN

sen

Figura 3


12

Embreagens e Freios de Aro Interno Expansível Encontraremos a força atuante F, utilizando a

condição conforme a qual a soma dos momentos ao redor do pino de articulação é zero.

O momento das forças de frenagem em torno do pino A é:

2

1

cos cosaf

a

fp brM fdN r a sen r a d

sen

O momento das forças normais em torno

do pino A é:

2

2

1

aN

a

p braM dN asen sen d

sen

(2)

(3)


13

Embreagens e Freios de Aro Interno Expansível A força F atuante deve equilibrar estes

momentos:

c

MMF fN

(4)

Se MN = Mf, o auto-travamento é obtido, nenhuma força externa (F) é requerida para travar o sistema. A dimensão a na Fig. 2 é tal que MN > Mf.

O torque aplicado ao tambor pela sapata é a soma das forças de frenagem pelo raio do tambor.

22 2

1 2

1

cos cosa a

a a

fp br fp brT frdN sen d

sen sen

(5)


14

Embreagens e Freios de Aro Interno Expansível As reações no pino são tomadas pela soma das

forças horizontais e verticais:2 2

2

1 1

cos cosax x x

a

p brR dN fdNsen F sen d f sen d F

sen

2 22

1 1

cos cosay y y

a

p brR dNsen fdN F sen d f sen d F

sen

A direção das forças de frenagem é revertida, se a rotação for também revertida. Então para rotação anti-horária, a força de atuação é:

c

MMF fN

(6)


15

Embreagens e Freios de Aro Interno Expansível As reações no pino A acompanham esta

mudança de sentido de rotação do disco.2 2

2

1 1

cosax x

a

p brR sen d f sen d F

sen

2 2

2

1 1

cosay y

a

p brR sen d f sen d F

sen

Para facilitar os cálculos, considera-se:

222

11

1cos

2A sen d sen

2

1

2

1

2 24

1

2

sendsenB

(7) (8)


16

Embreagens e Freios de Aro Interno Expansível Assim, para rotação horária, como mostrado

na Fig. 2, as reações do pino de articulação são:

ax x

a

p brR A fB F

sen

ay y

a

p brR B fA F

sen

E para rotação anti-horária:

ax x

a

p brR A fB F

sen

ay y

a

p brR B fA F

sen

(9)

(10)


17

Embreagens e Freios de Aro Interno Expansível Para a base deste estudo, levou-se em

consideração algumas hipóteses: a pressão em qualquer ponto da sapata é

proporcional à distância do pino A. Isso deve ser considerado na perspectiva de que pressões especificadas por fabricantes são médias, em vez de máximas;

O efeito centrífugo foi desprezado. No projeto de embreagens deve ser considerado;

A sapata é rígida não sujeita à flexão; A análise completa foi baseada em um

coeficiente de fricção que não varia com a pressão.


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Embreagens e Freios de Aro Externo Contrátil Os mecanismos de operação podem ser

classificados como:Solenóides;Alavancas, elos ou dispositivos de

travamento;Elos com carregamentos de mola;Dispositivos hidráulicos e pneumáticos.

A notação de sapatas externas contráteis é mostrada da figura a seguir.


19

Embreagens e Freios de Aro Externo Contrátil

De maneira análoga à Embreagens e Freios de Aro Interno Expansível:

2

1

cosaf

a

fp brM sen r a d

sen

22

1

aN

a

p braM sen d

sen


20

Embreagens e Freios de Aro Externo Contrátil

Sentido horário:

c

MMF fN

(11)

ax x

a

p brR A fB F

sen

ay y

a

p brR fA B F

sen

Sentido anti-horário:

(12)

N fM MF

c

(13

)

ax x

a

p brR A fB F

sen

ay y

a

p brR fA B F

sen

(14)


21

Embreagens e Freios de Aro Externo Contrátil – Sapata Pivotada Simétrica

0 cosw w

Nesse caso, o momento das forças de fricção ao redor do pivô é zero*.Equação do desgaste na direção radial:


22

Embreagens e Freios de Aro Externo Contrátil – Sapata Pivotada Simétrica

2

2

2 2

0

2 2

0

2 cos 2 22

2 cos 2 22

ax

ay

p brR dN sen

p brfR fdN sen

Observe que Rx = – N e Ry = – fN. Sendo assim, o torque será:

T afN Em que: 2

2 2

4

2 2

r sena

sen


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Embreagens Axiais de Contato Friccional Para Desgaste Uniforme

Depois que o desgaste inicial tiver ocorrido e os discos tiverem se desgastando a um ponto em que o desgaste seja uniforme seja estabelecido, o desgaste axial poderá ser expresso pela equação:

Em que somente P e V variam de lugar para lugar nas superfícies de roçamento.

1 2w f f KPVt


24

Embreagens Axiais de Contato Friccional

/2 /2

/2 /2

/2 /22 2 2

/2 /2

22

22

D Da

a

d d

D Da

a

d d

p dF pr dr p d dr D d

fp dT fpr dr fp d rdr D d

Assim, a força normal e o torque serão:

Pode-se relacionar T e F por:

4

FfT D d


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Embreagens Axiais de Contato Friccional Pressão Uniforme

Quando uma pressão uniforme pode ser assumida sobre a área do disco, a força atuante F é o produto da pressão pela área de contato:

Como antes, o torque é encontrado integrando-se o produto da força friccional pelo raio:

2 2

4ap

F D d

/2

2 3 3

/2

212

D

d

fpT fp r dr D d


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Embreagens Axiais de Contato Friccional Visto que p=pa temos a seguinte relação:

3 3

2 23

D dFfT

D d

Observe as duas equações de torque. Podemos obter as relações:

1 /

4

T d D

fFD

3

2

1 /1

31 /

d DT

fFD d D

Torque sob Desgaste Uniforme

(embreagem velha)

Torque sob Pressão uniforme

(embreagem nova)


27

Embreagens Axiais de Contato Friccional


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Freios de Disco

Distância efetiva de aplicação da força


29

Freios de Disco Desgaste Uniforme

A força atuante e o torque de fricção são:

A coordenada que localiza a atuação da força F e o raio efetivo, que é o raio de sapata equivalente de espessura radial infinitesimal, são dados por:


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Freios de Disco Pressão Uniforme


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Outros tipos de Freios e Embreagens Embreagens e freios de

Cone

Embreagens e freios de Cinta


32

Exercícios Prob. 16.1


33

Exercícios Prob. 16.7

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