frenos y embragues

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República Bolivariana de Venezuela. La Universidad del Zulia. Núcleo Costa Oriental del Lago. Programa de Ingeniería. Escuela: Mecánica. Unidad Curricular: Elementos de Maquinas II Integrantes: Cardozo David. C.I.: 21.188.019 Molleja Elaine. C.I.: 21.359.362 Nava Gilberto. C.I.: 19.748.902 Gutierrez Luis C.I.: 23.457.383 Smith Michael C.I.:21.187.867 Profesor(a): Ing. Denisse Silva. Cabimas, 2014.

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trabajo con relacion de frenos y embragues un enfoque integrado

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  • Repblica Bolivariana de Venezuela.

    La Universidad del Zulia.

    Ncleo Costa Oriental del Lago.

    Programa de Ingeniera.

    Escuela: Mecnica.

    Unidad Curricular: Elementos de Maquinas II

    Integrantes:

    Cardozo David. C.I.: 21.188.019

    Molleja Elaine. C.I.: 21.359.362

    Nava Gilberto. C.I.: 19.748.902

    Gutierrez Luis C.I.: 23.457.383

    Smith Michael C.I.:21.187.867

    Profesor(a): Ing. Denisse Silva.

    Cabimas, 2014.

  • Frenos y Embragues

    ESQUEMA

    1. Descripcin.

    2. Tipos de Frenos y Embragues.

    3. Seleccin y Especificacin.

    4. Materiales para su Fabricacin.

    5. Parmetros de Funcionamiento.

    6. Embragues de Disco.

    7. Frenos de Disco.

    8. Frenos de Tambor.

    8.1. Frenos de Tambor con Zapata Externa.

    8.2. Frenos de Tambor Externos con Zapata Larga.

    8.3. Frenos de Tambor con Zapata Interna Larga.

  • Frenos y Embragues

    1. DESCRIPCIN

    Los embragues y los frenos bsicamente son el mismo dispositivo. Ambos

    brindan una conexin, entre dos elementos, ya sea de friccin, magntica,

    hidrulica o mecnica. Si los elementos conectados pueden girar, entonces se

    llama embrague. Si uno de los elementos gira y el otro est fijo, entonces se trata

    de un freno. Por lo tanto, un embrague proporciona una conexin, que puede ser

    temporal, entre dos ejes giratorios; por ejemplo, el cigeal de un motor automotriz

    y el eje de entrada de su transmisin. Un freno ofrece una conexin, que puede

    ser temporal, entre un elemento giratorio y una estructura plana sin rotacin; por

    ejemplo, la rueda de un automvil y su chasis. Se puede usar el mismo dispositivo

    como embrague o freno fijando el elemento de salida a un eje giratorio, o bien,

    fijndolo a una estructura.

    Los frenos y los embragues se utilizan exhaustivamente en maquinaria de

    produccin de todos los tipos, no slo en aplicaciones vehiculares, donde se

    necesita detener el movimiento y permitir, al mismo tiempo, que el motor de

    combustin interna contine girando (marcha en vaco) cuando el vehculo est

    detenido. Los embragues tambin permiten el arranque con una carga inercial

    grande, suministrada por un motor elctrico ms pequeo de lo que se requerira

    si estuviera conectado de manera directa. Los embragues se emplean

    comnmente para mantener un torque constante sobre un eje y someter a tensin

    membranas o filamentos. Un embrague tambin sirve como un dispositivo de

    desconexin de emergencia, cuya finalidad es desacoplar el eje del motor, en

    caso de bloqueo de una mquina. En dichos casos, tambin se debe incorporar un

    freno para detener rpidamente el eje (y la mquina) en una emergencia. Para

    minimizarlos daos, muchos fabricantes en Estados Unidos exigen que su

    maquinaria de produccin se detenga en una o menos revoluciones del eje

    impulsor principal, si uno de sus trabajadores acciona la palanca de pnico, que

    normalmente abarca la longitud de la mquina. sta puede ser una especificacin

    difcil de lograr en mquinas grandes (10 a100 pies de largo), impulsadas por

    motores elctricos de muchos caballos de potencia.

    Para dichas modalidades, los fabricantes ofrecen combinaciones

    embrague-freno en el mismo paquete. Cuando se aplica la potencia, se libera el

    freno y se conecta el embrague, adems de que se logra un sistema de falla

    controlada para evitar daos a la maquinaria. Los frenos de falla controlada

    siempre estn activados (normalmente con resortes internos), a menos que se

    aplique la potencia para liberarlos. Por con siguiente, son seguros contra falla, ya

    que detienen la carga si la potencia falla. Los frenos de aire en camiones pesados

  • Frenos y Embragues

    y vagones de ferrocarril son de este tipo. La presin del aire libera el freno, el cual

    est normalmente activado. Si los frenos del vagn de ferrocarril o camin se

    aflojan y se corta la unin de la manguera de aire del motor o del carro, los frenos

    se activan de manera automtica.

    Entra las variables que se utilizaran, tenemos:

  • Frenos y Embragues

    2. TIPOS DE FRENOS Y EMBRAGUES

    Los frenos y los embragues se pueden clasificar de diferentes formas, ya

    sea por la manera de funcionar, la manera en que transfieren la energa entre sus

    elementos ola naturaleza de su instalacin. La siguiente figura muestra un

    diagrama de flujo que ilustra tales caractersticas. La manera de funcionar puede

    ser mecnica, como al oprimir el pedal del embrague de un automvil; neumtica

    o hidrulica, donde la presin de un fluido impulsa un pistn que activa o

    desactiva un dispositivo, como en los frenos de un automvil; elctrica, que se

    usa generalmente para excitar una bobina magntica; o bien, automtica, como

    en un freno antimovimiento que se activa por el movimiento relativo entre los

    elementos.

  • Frenos y Embragues

    Embragues de contacto positivo

    Las maneras de transferir energa pueden ser de contacto mecnico

    positivo como en un embrague dentado, el cual se activa por interferencia

    mecnica.

    La naturaleza de su contacto es interferencia mecnica, que se obtiene con

    mordazas dentadas de perfiles cuadrados o de sierra, o bien, con dientes de

    perfiles diversos. Estos dispositivos no son tiles para frenos (excepto como

    dispositivos de sujecin), debido a que no pueden disipar cantidades grandes de

    energa, como en el caso de un freno de friccin, mientras como embragues slo

    se activan a velocidades relativamente bajas (aproximadamente 60 rpm como

    mximo para embragues de mordazas y 300 rpm como mximo para embragues

    dentados). Su ventaja es el engranado positivo; una vez acoplados, son capaces

    de transmitir grandes torques sin deslizamiento. Algunas veces se combinan con

    embragues de friccin, los cuales arrastran los dos elementos hasta

    aproximadamente la misma velocidad, antes de que se engranen las mordazas o

    los dientes. ste es el principio del embrague sincronizador de una transmisin

    automotriz manual.

    Embragues y frenos de friccin

    Son los tipos ms comnmente usados. Se presionan juntas dos o ms

    superficies con una fuerza normal para crear un torque por la friccin. Las

  • Frenos y Embragues

    superficies de friccin deben ser planas y perpendiculares al eje de giro, como las

    mostradas en la figura.

    En cuyo caso la fuerza normal es axial (frenos o embragues de disco) o

    pueden ser cilndricas, con la fuerza normal en direccin radial (frenos o

    embragues de tambor), o cnicas (frenos o embragues cnicos). Los embragues

    cnicos tienden a agarrar o negarse a liberarse, ahora ya no se usan mucho en

    Estados Unidos, aunque son populares en Europa.

    Generalmente, por lo menos una de las superficies de friccin es metlica

    (hierro fundido o acero); la otra suele ser de un material de alta friccin y se

    conoce como recubrimiento. Si tan slo existen dos elementos, habr una o dos

    superficies de friccin para transmitir el torque. Una configuracin cilndrica (frenos

    o embragues de tambor) tiene una superficie de friccin, as como una

    configuracin axial (frenos o embragues de disco) tienen una o dos superficies de

    friccin, dependiendo de si el disco est emparedado o no entre dos superficies

    del otro elemento. Para las mayores capacidades de torque, los frenos y

    embragues de disco se fabrican a menudo con varios discos para incrementar el

    nmero de superficies de friccin. La capacidad de un embrague o freno para

    disipar el calor generado por la friccin se puede volver el factor limitante de su

    capacidad. Los embragues de discos mltiples son ms difciles de enfriar, de

    modo que resultan ms adecuados para aplicaciones con cargas altas, pero baja

    velocidad. Para cargas dinmicas de alta velocidad, se recomiendan menos

    superficies de friccin.

  • Frenos y Embragues

    Los embragues de friccin se operan en seco o con humedad; estos ltimos

    funcionan en un bao de aceite. Mientras que el aceite reduce drsticamente el

    coeficiente de friccin, incrementa de manera significativa la transferencia de

    calor. Los coeficientes de friccin de las combinaciones de materiales de

    embragues/frenos suelen encontrar en el intervalo de 0.05 para el aceite, a 0.60

    para los secos. Los embragues hmedos tienen con frecuencia varios discos para

    compensar el coeficiente de friccin ms bajo. Las transmisiones automticas de

    automviles y camiones tienen muchos embragues y frenos que operan en un

    aceite, que circula fuera de la transmisin para efectos de enfriamiento. Las

    transmisiones manuales en vehculos todo terreno, como motocicletas, utilizan

    embragues hmedos de discos mltiples rellenos de aceite, con sellos, para

    proteger las superficies en friccin del polvo, el agua y la suciedad. Las

    transmisiones manuales de automviles y camiones generalmente usan

    embragues secos, de un solo disco.

    Embragues de sobremarcha

    Tambin llamados embragues de una sola va, operan automticamente

    con base en la velocidad relativa de los dos elementos. Actan sobre la

    circunferencia y permiten rotacin relativa slo en una direccin. Si la rotacin

    intenta invertirse, la geometra interna del mecanismo del embrague apresa el eje

    y lo bloquea. Estos embragues de bloqueo del retorno se utilizan en un

    montacargas, con la finalidad de evitar que la carga caiga si se interrumpe la

    potencia del eje, por ejemplo. Tales embragues tambin se usan como

    mecanismos de indizacin. El eje de entrada puede oscilar hacia atrs y hacia

    delante; no obstante, la salida gira intermitentemente slo en una direccin. Otra

    aplicacin comn de un embrague de sobremarcha es el cubo trasero de una

    bicicleta, que permite el libre rodamiento, cuando la velocidad de la rueda excede

    la de la rueda dentada impulsora.

    Se usan varios mecanismos diferentes en embragues unidireccionales. La

    figura (a) ilustra un embrague de zapata, el cual tiene una carrera interior y una

    carrera exterior como un cojinete de bolas. Sin embargo, en vez de bolas, el

    espacio entre las carreras est lleno de zapatas de retencin de forma irregular,

    las cuales permiten el movimiento en una direccin, pero se traban y bloquean las

    carreras en la otra, transmitiendo as un torque unidireccional. Se obtiene un

    resultado similar con bolas o rodillos atrapados en cmaras de forma cnica entre

    las carreras; por consiguiente, se conoce como embrague de rodillos. La figura (b)

    presenta otro tipo de embrague unidireccional o de rueda libre, llamado embrague

  • Frenos y Embragues

    de resorte, que emplea un resorte enrollado apretadamente alrededor del eje. El

    giro en una direccin enrolla al resorte apretadamente en el eje y transmite el

    torque. El giro en sentido contrario desenrolla ligeramente el resorte y le permite

    deslizarse.

    Embragues centrfugos

    Se activan automticamente cuando la velocidad del eje excede cierta

    magnitud. Los elementos de friccin son impulsados radialmente hacia afuera,

    contra el interior de un tambor cilndrico, para activar el embrague. Algunas veces,

    los embragues centrfugos se utilizan para acoplar un motor de combustin interna

    con la transmisin. El motor puede funcionar en neutral (punto muerto)

    desacoplado de las ruedas y, cuando el acelerador se abre, el incremento de la

    velocidad activa automticamente el embrague. Dichos embragues son comunes

    en los gokarts. Se usan en las sierras de cadena con el mismo propsito, pero

    tambin sirven para eliminar sobrecargas que se deslizan para permitir que el

    motor contine funcionando si la cadena se atasca en la madera.

    Embragues y frenos magnticos

    Son de diferentes tipos. Los embragues de friccin se operan por lo general

    magnticamente. Tienen muchas ventajas, como tiempos de respuesta rpidos y

    fciles de controlar, as como arranque y detencin suaves; estn disponibles con

    motor prendido o apagado (falla controlada). Ambas versiones de embragues y

    frenos se suministran tambin como mdulos de embrague-freno combinados.

  • Frenos y Embragues

    Los embragues y frenos de partculas magnticas (no se muestran) no

    tienen friccin de contacto directo entre el disco del embrague y la carcasa, ni

    friccin por desgaste del material. El espacio entre las superficies est lleno con

    un polvo ferroso fino. Cuando se energiza la bobina, las partculas de polvo forman

    cadenas a lo largo de lneas de flujo del campo magntico y acoplan el disco sin

    deslizamiento en la carcasa. El torque se controla mediante la variacin de la

    corriente hacia la bobina y el dispositivo se deslizar cuando el torque aplicado

    exceda el valor de la corriente de la bobina, lo cual proporciona una tensin

    constante.

    Los embragues y frenos de histresis magntica no tienen contacto

    mecnico entre los elementos giratorios; por lo tanto, su friccin es igual a cero

    cuando se desactivan. El rotor, llamado tambin taza de arrastre, se impulsa (o

    frena) a lo largo del campo magntico creado por el campo de la bobina (o un

    imn permanente).Estos dispositivos sirven para controlar el torque sobre los ejes

    en aplicaciones como tejedoras, donde se debe aplicar una fuerza constante a una

    membrana o un filamento del material conforme se enrolla. El torque en un

    embrague de histresis se controla independientemente de la velocidad. Se trata

    de dispositivos extremadamente suaves, silenciosos y de larga vida, ya que no

    tienen contacto mecnico en el interior del embrague, salvo en sus cojinetes.

    Los embragues de remolino de corriente (no se muestran) son similares

    en su construccin a los dispositivos de histresis, en que no tienen contacto

    mecnico entre el rotor y el polo. La bobina crea un remolino de corrientes, que

    acoplan magnticamente el embrague. Siempre hay algn tipo de deslizamiento

    en dicho embrague, ya que debe haber movimiento relativo entre el rotor y el polo

    para generar el remolino de corrientes que suministran la fuerza de acoplamiento,

  • Frenos y Embragues

    de modo que un freno de remolino-corriente no puede mantener una carga

    constante, tan slo la reduce de una velocidad a otra. No obstante, tienen ventajas

    similares a los dispositivos de histresis y se utilizan en aplicaciones parecidas,

    tales como devanadoras de bobinas o filamentos, etctera.

    Acoplamientos de fluido

    Transmiten torque a travs de un fluido, generalmente un aceite. Un

    impulsor con un conjunto de aspas gira con el eje de entrada e imparte un

    momento angular al aceite que lo rodea. Una turbina (o rodete) con aspas

    similares se coloca en el eje de salida y gira por el impulso del aceite que se

    mueve sobre ella. El principio de operacin es similar a colocar frente a frente dos

    ventiladores elctricos y hacer funcionar slo uno, cuyo flujo de aire causar que

    las aspas transmitan potencia a las aspas de enfrente, sin que haya contacto

    mecnico. Es mucho ms eficiente usar aceite incompresible en un espacio

    confinado que los dos ventiladores en un espacio abierto, sobre todo cuando las

    aspas del propulsor y de la turbina tienen el perfil optimizado para bombear el

    aceite. Un acoplamiento por fluido ofrece arranques demasiado suaves y absorbe

    choques, pues el fluido simplemente se corta cuando hay una velocidad

    diferencial; luego, acelera (o desacelera) de forma gradual la turbina de salida

    para intentar igualar la velocidad del impulsor. Siempre habr un poco de

    deslizamiento, lo cual significa que la turbina nunca alcanzar el 100% de la

    velocidad del propulsor (0%de deslizamiento); sin embargo, ste puede operar con

    100% de deslizamiento cuando la turbina se atasca. Entonces, toda la energa de

    entrada se convertir en calor que corta el aceite. La transferencia de calor es un

    punto importante cuando se disean acoplamientos con fluido. En los casos no

    confinados, a menudo se instalan aletas para mejorarla transferencia trmica. Un

    acoplamiento por fluido transmite el torque de entrada aleje de salida, a cualquier

    velocidad, incluso en modo de atascamiento, de manera que nunca estar

    totalmente desacoplado como en un embrague de friccin. Se tiene que detener la

    salida para mantenerla estacionaria cuando el eje de entrada est girando. El

    intervalo de potencia de un acoplamiento con fluido vara de acuerdo con la quinta

    potencia de su dimetro. Un incremento del 15% de su dimetro duplica su

    capacidad de potencia. Si se usa como freno, un acoplamiento con fluido slo dar

    un arrastre para disminuir la velocidad de un dispositivo, como en un

    dinammetro, aunque no mantiene una carga estacionaria.

    Si un tercer elemento, estacionario, con un conjunto de aspas curvas,

    llamado reactor o estator, se coloca entre el propulsor y la turbina se transmite al

  • Frenos y Embragues

    fluido un momento angular adicional; por ende, el dispositivo recibe el nombre de

    convertidor de torque, como se indica en la siguiente figura. Los convertidores de

    torque se utilizan en los vehculos para acoplar el motor a una transmisin

    automtica. El motor puede estar en neutral con el vehculo detenido (turbina

    atascada, 100% de deslizamiento). En modo de atascamiento, las aspas del

    propulsor y del reactor multiplican el torque en aproximadamente2:1, del cual se

    dispone para acelerar el vehculo cuando se liberan los frenos y se incrementa la

    velocidad del motor. Conforme aumenta la velocidad del vehculo (y consiguiente

    la de la turbina), la turbina se aproximar a la velocidad del propulsor y la

    multiplicacin del torque disminuir a bsicamente cero, con un bajo porcentaje de

    deslizamiento. Si por un momento se necesita ms torque (como en un rebase), el

    deslizamiento entre el propulsor y la turbina se incrementar automticamente

    cuando se aumenta la velocidad del motor, con la finalidad de suministrar ms

    torque y potencia para acelerar el vehculo.

    3. SELECCIN Y ESPECIFICACIN

    Los fabricantes de embragues y frenos especializados, ofrecen informacin

    exhaustiva sobre las capacidades de torque y potencia para sus modelos en

    catlogos, muchos de los cuales incluyen tanta informacin como un libro de texto.

    Tambin definen procedimientos de seleccin y especificacin, basados

  • Frenos y Embragues

    generalmente en el torque y la potencia esperados de la aplicacin, ms factores

    de servicio sugeridos que intentan tomar en cuenta cargas, instalacin o factores

    ambientales diferentes de aquellos con que se probaron los productos.

    Por ejemplo, la capacidad nominal estndar de un fabricante, para un

    modelo de embrague, podra basarse en un impulsor suave como un motor

    elctrico. Si la aplicacin particular utiliza un motor de combustin interna de la

    misma potencia, habr cargas de impulso, por lo que se necesitar elegir un

    embrague o freno de mayor capacidad que la dictada por la potencia media.

    Lo anterior se conoce algunas veces como desclasificacin del embrague (o

    freno), lo cual significa que su capacidad real en las condiciones solicitadas se

    considera menor que la capacidad sealada del dispositivo seleccionado.

    Factores de Servicio:

    De acuerdo con muchos fabricantes de embragues, una causa comn de

    problemas en los embragues es la falla del diseador para aplicar adecuadamente

    los factores de servicio para tomar en cuenta las condiciones especficas de la

    aplicacin. Ello quiz se deba, en parte, a la confusin generada por la falta de

    estandarizacin en las definiciones de los factores de servicio.

    Un fabricante puede recomendar un factor de servicio de 1.5 para cierta

    condicin, mientras otro recomienda3.0 para la misma condicin. Ambos factores

    son correctos para su diseo particular del embrague porque, en un caso, el

    fabricante ya podra tener un factor de seguridad intrnseco, en tanto que, en el

    otro, lo est incluyendo en el factor de servicio. El diseador experimentado

    debera aplicar cuidadosamente los procedimientos de seleccin recomendados

    por cada fabricante para sus productos, tomando en cuenta que, por lo general, se

    basan en programas de pruebas exhaustivos (y costosos), as como en

    experiencias de servicio de campo con ese producto especfico.

    Un embrague ligeramente pequeo para la carga aplicada se deslizar y se

    sobrecalentar. Un embrague demasiado grande para la carga tambin es

    perjudicial, ya que agrega inercia innecesaria y puede sobrecargar el motor que

    debe acelerarlo. La mayora de los fabricantes de piezas de mquinas son

    generosos en la provisin de servicios de ingeniera, para ayudar a dimensionar y

    especificar sus productos adecuadamente con cualquier aplicacin. La

    preocupacin fundamental del diseador de mquinas se convierte entonces en la

    definicin precisa de la carga y las condiciones ambientales que el dispositivo

  • Frenos y Embragues

    debe satisfacer, lo que podra requerir clculos extensos y tediosos de cuestiones

    como los momentos de inercia de todos los elementos del tren impulsor accionado

    por el embrague o el freno.

    Ubicacin del Embrague:

    Cuando una mquina tiene ejes, tanto de alta como de baja velocidad, la

    pregunta que surge inmediatamente es si se debera colocar el embrague sobre

    el lado de baja o de alta velocidad en el reductor de engranes? Algunas veces, la

    respuesta debe ver con la funcin.

    Por ejemplo, hara poco sentido colocar el embrague de un automvil en el

    eje de salida de la transmisin, en vez del lado de la entrada, puesto que en este

    ejemplo la finalidad principal del embrague es interrumpirla conexin entre el

    motor y la transmisin; por lo tanto, debe ir en el lado de alta velocidad.

    El torque (y cualquier carga de choque) es ms grande en el eje de baja

    velocidad que en el eje de alta velocidad por la razn de engrane. La potencia es,

    en esencia, la misma en ambas ubicaciones (despreciando las prdidas en el tren

    de engranes), perola energa cintica en el eje de alta velocidad es ms grande

    por el cuadrado de la razn de engrane.

    Un embrague en el lado de baja velocidad debe ser ms grande (por ende,

    ms costoso) para manejar un torque mayor. Sin embargo, un embrague ms

    pequeo y menos costoso sobre el lado de alta velocidad tiene que disipar una

    energa cintica mayor en esa ubicacin; por lo tanto, se sobrecalienta ms

    fcilmente. Algunos fabricantes recomiendan utilizar siempre el lado de alta

    velocidad para la ubicacin del embrague, si la funcin lo permite, en vista del

    ahorro inicial. Otros fabricantes de embragues sugieren que el mayor costo inicial

    del embrague ms grande de baja velocidad se compensara, a largo plazo, por el

    menor costo de mantenimiento. El equilibrio de la opinin de los expertos parece

    inclinarse hacia la ubicacin de alta velocidad, con la advertencia de que se

    deberan evaluar individualmente los pormenores de cada situacin.

    4. MATERIALES PARA SU FABRICACIN

    Los materiales para las piezas estructurales de embragues y frenos (como

    los discos o tambores) generalmente estn hechos de Hierro o Acero fundido. Las

    superficies de friccin normalmente estn recubiertas con un material que tiene un

  • Frenos y Embragues

    buen coeficiente de friccin, as como suficiente resistencia a la compresin y

    resistencia a la temperatura para la aplicacin.

    La Fibra de Asbesto alguna vez fue el ingrediente ms comn en los

    recubrimientos de embragues o frenos, pero en muchas aplicaciones ya no se

    usan debido al riesgo que representa como cancergeno.

    Los forros son de materiales moldeados, tejidos, sinterizados o slidos. Los

    recubrimientos moldeados, por lo general, llevan resinas de polmeros para unir

    una variedad de rellenos de materiales en polvo o fibrosos. Algunas veces se

    agregan pedazos de latn o de zinc, con la finalidad de mejorar la conduccin del

    calor y la resistencia al desgaste, as como para reducirla estriacin de tambores y

    discos. Los materiales tejidos utilizan a menudo fibras de asbesto. Los metales

    sinterizados proporcionan mayores resistencias a la temperatura ya la compresin

    que los materiales moldeados o tejidos. Materiales como corcho, madera y hierro

    fundido, tambin se emplean en ocasiones como recubrimientos.

    La tabla mostrada en la clasificacin de los Frenos y Embragues muestra

    algunas propiedades de friccin, trmicas y mecnicas de unos cuantos materiales

    de recubrimiento para friccin.

    5. PARMETROS DE FUNCIONAMIENTO DE EMBRAGUES Y FRENOS

    Los frenos y embragues estn completamente relacionados ya que ambos

    utilizan la friccin como medio de funcionamiento, en teora existen clculos y

    normas con las que se pueden disear y dar mantenimiento a estos dispositivos.

    Sin embargo en la prctica es difcil prevenir su comportamiento de estos, como

    las altas temperaturas, desgaste de los materiales, fallas en el material, etc.

    Los frenos y embragues constituyen una parte fundamental del diseo de

    elementos de maquinas, actualmente es comn ver estos dispositivos

    principalmente en cualquier tipo de automviles, incluso su simple mencin est

    relacionada con ellos, los frenos y los embragues son tambin componentes

    fundamentales en partes de maquinas, herramientas, mecanismos mviles,

    aparatos elevadores, turbinas, etc.

    La funcin del embrague permite acoplar o desacoplar la saludad del par

    motor (cigeal) con la entrada de la caja mecnica de velocidades (primario).

  • Frenos y Embragues

    la funcin principal del embrague seria de reducir o aumentar la marcha del

    vehculo , pero la del freno solo seria para disminuir la velocidad del vehculo sin

    bajar la marcha de la caja de cambios.

    El disco de embrague ha de adoptar tambin la funcin de amortiguador,

    para as reducir los ruidos generados y el desgaste de la caja de cambios.

    6. EMBRAGUES DE DISCO

    Embragues de disco doble:

    Cuando la potencia del motor de un tractor se utiliza para rodadura y

    simultneamente para tirar y accionar desde la toma de fuerza una mquina,

    ocurre que al pisar el embrague, si el accionamiento de la toma de fuerza se hace

    desde el eje primario, se detienen a la vez la mquina y el tractor. Esto, adems

    de hacer incmoda la conduccin del conjunto, puede provocar atascos y mal

    funcionamiento en la mquina. Pinsese en una empacadora que es una mquina

    a la vez arrastrada y accionada por la toma de fuerza. Hasta hace pocos aos, en

    la mayora de los tractores, la toma de fuerza era accionada por el eje primario de

    la caja de cambios, lo que tena como consecuencia que, al pisar el pedal del

    embrague, se detena el movimiento del tractor y de la toma de fuerza, con el

    consiguiente peligro, como se ha expuesto, de atascos y alteraciones en el trabajo

    de la mquina tirada y accionada por el tractor. Para evitar este inconveniente se

    independizaron el movimiento de la caja de cambios y el movimiento de la toma de

    fuerza gracias al denominado embrague de doble disco.

    Embrague de disco simple:

    El embrague de friccin disco simple o monodisco consta de las siguientes

    partes:

    - Una tapa metlica unida al volante de inercia del motor mediante tornillos

    denominada campana, que gira solidaria con l, y encierra entre ella y el volante al

    resto de las piezas.

    - Un disco de embrague, formado por una placa circular metlica sobre la

    cual, en su parte perifrica, van unidas mediante remaches dos coronas circulares

    denominadas forros de embrague, constituidos por amianto, aglutinado con

    resinas sintticas y dotado de una estructura a base de hilos de cobre o latn. En

    su parte central lleva un manguito estriado en su parte interior, dentro del cual se

    aloja un extremo del eje primario, que est estriado exteriormente y se acopla al

    manguito del disco, con lo que entre ambos hay un grado de libertad.

  • Frenos y Embragues

    - Un plato opresor metlico, con forma de corona circular de gran espesor,

    del mismo tamao que los forros de embrague, construido de acero de gran

    espesor y que lleva unos soportes sobre los cuales actan, como se explicar ms

    adelante, las patillas.

    - Unos muelles que se apoyan por uno de sus extremos sobre la campana,

    y por el otro sobre el plato opresor. Hay modelos que en lugar de muelles llevan

    un diafragma de acero.

    - Unas palancas de primer gnero denominadas patillas, generalmente 3

    4, que tienen su punto de apoyo unido a la campana. Por uno de sus extremos las

    patillas actan sobre los soportes del plato opresor y por el otro se apoyan sobre

    el anillo de patillas.

    - Un collarn de empuje, formado por un rodamiento axial por cuyo orificio

    central pasa el eje primario, que apoya por una cara en el anillo de patillas y por la

    otra recibe el empuje de una horquilla. el eje primario, y en la de desembragado no

    se movern estos ltimos, girando, en cambio, el rodamiento axial del collarn. El

    eje primario se apoya en el cigeal por medio de un cojinete de bronce. Un breve

    anlisis de los componentes ms importantes es til para un mejor conocimiento

    del embrague.

    El disco de embrague est formado por un disco de acero con unos

    cortes radiales en su periferia que forman una especie de lengetas o segmentos

    circulares dobladas en dos sentidos, que mejoran la progresividad. Va unido a un

    platillo y entre ambos se colocan muelles que le confieren la deseable elasticidad.

    El platillo lleva el referido manguito estriado para su acoplamiento al rbol

    primario. Al disco, por medio de remaches o bien pegados, van sujetos los forros.

    Las cabezas de los remaches, para evitar que rocen contra la superficie del

    volante y plato del de presin, van embutidas en los forros.

    7. FRENOS DE DISCO

    Es el tipo de frenos ms moderno y, gracias a una ventilacin ms eficaz

    debido a su estructura, tienen una mayor eficacia para transformar la energa

    cintica del vehculo en calor. Los frenos de disco tienen menor mantenimiento q

    los frenos de tambor y sustituir las pastillas porta forro es mucho ms sencillo que

    cambiar las a patas de los frenos de tambor; estos dos factores tambin influyen

    decisivamente a favor de la adopcin de frenos de disco en los sistemas de freno

    de automviles.

  • Frenos y Embragues

    Este tipo de freno adoptado en la mayora de los vehculos de turismo, tiene

    la ventaja sobre el freno de tambor de que su accin se frenado es ms enrgica,

    obteniendo, por tanto, un menor tiempo de frenado que se traduce en una menor

    distancia de parada. Ello es debido a que elementos de friccin van montados al

    aire, al disponer de una mejor refrigeracin, la absorcin de energa y

    transformacin en calor se puede realizar ms rpidamente.

    El freno de disco est formado por un disco que se une al buje de la rueda o forma

    parte de l, girando con la rueda y constituyendo el elemento mvil de frenado.

    Sobre este disco, abarcando aproximadamente la quinta parte de la superficie del

    mismo, va montada una mordaza sujeta al puente o mangueta en cuyo interior se

    forman los cilindros por los que se desplazan los pistones. A estos pistones se

    unen las pastillas de freno de un material similar a los ferodos de las zapatas

    utilizadas en los frenos de tambor.

    Por el interior de la mordaza (2) van situados los conductos por donde se

    comunica el liquido de freno a los cilindros (3), acoplando en (A) el latiguillo de

    freno y en (B) el purgador. El lquido a presin, procedente del circuito de frenos y

  • Frenos y Embragues

    que entra por (A), desplaza a los pistones (4) hacia el interior, aplicando las

    pastillas de freno (5) sobre el disco (1), las cuales, por friccin, detienen el giro del

    mismo.

    El material para fabricar los discos de freno es la fundicin gris nodular de

    grafito laminar, ya que garantiza una estabilidad de las prestaciones durante el

    periodo de vida de los discos. El disco puede ser macizo o con huecos

    (autoventilado), por donde circula el aire en forma de ventilador centrfugo

    Los discos de freno pueden ser:

    Clsicos (macizos)

    Ventilados

    Taladrados o perforados

    Estriados

    cermicos

    Discos clsicos o macizos

    Estos discos poseen una superficie de friccin solida y lisa, no poseen ningn tipo

    de ventilacin y son muy propensos a acumular calor, suciedad y tienden a

    cristalizar las pastillas. Tienen la ventaja de ser econmicos de fabricar y como

    desventaja es que tienden a recalentarse impidiendo una frenada efectiva y a

    cristalizar las pastillas. Se doblan bajo el estrs continuo.

    Discos ventilados

    Los discos ventilados son como si se juntasen dos discos, pero dejando una

    separacin entre ellos, de modo que circule aire a travs de ellos, del centro hacia

    afuera, debido a la fuerza centrpeta. Con ello se consigue un mayor flujo de aire

    sobre los discos y por lo tanto ms evacuacin de calor.

    Discos perforados

    Los discos perforados aumentan la superficie del disco con las perforaciones y

    adems llevan aire fresco a la pastilla del freno. Una perforacin es como un

    pequeo tnel, las paredes del tnel seria el aumento de superficie capaz de

    disipar calor, adems de cuando la perforacin llega a la zona de las pastillas,

    llega con aire fresco que las refresca evitando el calentamiento en exceso.

  • Frenos y Embragues

    Normalmente se usan discos ventilados en vehculos de serie de media

    potencia. Para altas potencias se utilizan los perforados.

    Discos estriados

    Estos discos se podran clasificar dentro de los "perforados" ya que la finalidad del

    estriado o rayado es mejorar la refrigeracin de los mismos. El estriado tiene la

    funcin principal de remover el aire caliente y de limpiar la pastilla de polvo y crear

    una superficie idnea para el frenado, con la nica desventaja que desgasta ms

    rpido la pastilla en pro de una mejor y ms efectiva frenada.

    Discos cermicos

    Los discos de frenos Carbo-Ceramicos, tienen sus orgenes en la industria de la

    aviacin, mas tarde a principio de la dcada de los 80 se utilizaron en las

    competiciones de F1, actualmente algunos automviles muy exclusivos y de altas

    prestaciones tambin los utilizan como el Porche 911 Turbo.

    Estn hechos de compuesto de Carbono en una base Cermica para darle la

    resistencia tan alta a las temperaturas que estos operan..

    Los discos son de color negro (por el carbono) y cermica como compuesto base,

    por eso a medida que se desgastan se desprende un polvo negro. Las pastillas

    que usan estos discos son tambin de carbo-ceramica o de carbono.

    La principal ventaja de estos frenos es su bajsimo peso, su altsimo poder de

    frenado por la alta friccin y su gran poder estructural que evita roturas grietas y

    fallas a altsimas temperaturas. Pueden detener un vehculo de 320 Kms/h a 0 en

    menos de 30 metros. Su desventaja es su alto precio.

    8. FRENOS DE TAMBOR.

    Los frenos de tambor, hasta el presente, no se utilizan en los vehculos que

    montan sistemas de freno antibloqueo de ruedas. A pesar de esta circunstancia,

    resulta de inters, como punto de referencia, conocer sus caractersticas

    constructivas y las de su funcionamiento.

    El mecanismo de freno denominado de tambor es el sistema ms antiguo.

    Se utiliza en los frenos de bastantes vehculos automviles por razn de las

    diferentes exigencias de fuerza de frenado entre dos ejes del vehculo y por su

    eficacia se usa en vehculos de transporte de mercanca.

  • Frenos y Embragues

    Los frenos de tambor permiten multiplicar la fuerza de frenado generado por

    los bombines; a pesar de esta ventaja los inconvenientes derivados de las

    dificultades en evacuar el calor generado al frenar, convierten a los frenos de

    tambor en el sistema de frenos ms sensibles al fading y a las dilataciones. El

    tambor de freno es la pieza ms afectada por la dilatacin que puede ocasionar,

    en los tambores de mayores dimensiones, deformaciones y grietas. Estos

    inconvenientes hacen que los proyectistas de vehculos prefieran los frenos de

    disco para los nuevos modelos.

    El freno de tambor est formado por un plato cuyo borde se a doblado

    perpendicularmente al fondo, llamado tambor. El tambor va unido a la rueda

    mediante 3 o 6 pernos de madera que gira solidariamente con ella. Una placa,

    llamada portafreno, va sujeta al chasis del diferencial, a la mangueta o al soporte

    del eje de la rueda, segn la rueda de que se trate, del tipo de traccin y de la

    suspensin del coche; la placa portafreno protege el espacio interior del tambor,

    actuando de cierre, del polvo y del agua, y es el soporte de los componentes fijos

    del freno de tambor.

    Un cilindro hidrulico llamado bombn de freno, y dos zapatas basculantes

    son el elemento fijo del tambor.

  • Frenos y Embragues

    8.1.- Frenos de Tambor con Zapata Externa.

    Si el ngulo subtendido por el arco de contacto entre la apata y el tambor

    es pequeo (< 45, aproximadamente), entonces se considera que la fuerza

    distribuida entre la zapata y el tambor es uniforme, por lo que se puede

    reemplazar por una fuerza concentrada en el centro del rea de contacto. Para

    cualquier presin mxima permisible del recubrimiento, la fuerza se

    estima como:

    =

    Donde w es el ancho de la zapata del freno en la direccin z y es el ngulo

    subtendido en radianes. La fuerza de friccin es

    =

    Donde es el coeficiente de friccin del material del recubrimiento de los frenos.

    Entonces, el torque sobre el tambor del freno es

    = =

    Sumando los momentos en relacin con el punto O

    = 0 = +

    =

    =

    =

    Las fuerzas de reaccin en el pivote se calculan sumando las fuerzas.

    =

    =

  • Frenos y Embragues

    8.2.-Frenos de Tambor Externos con Zapata Larga.

    Si el ngulo de contacto , excede aproximadamente 45, entonces la suposicin

    de la distribucin uniforme de presin en la superficie de la zapata es errnea. La

    mayora de los frenos de tambor tienen ngulos de contacto de 90 o mayores, de

    modo que se necesita un anlisis ms preciso que la suposicin de la zapata

    corta. Como la zapata real de un freno no es infinitamente rgida, sus deflexiones

    afectan la distribucin de la presin.

    8.3.-Frenos de Tambor con Zapata Interna Larga

    La mayora de los frenos de tambor (y prcticamente todos los automotrices)

    llevan zapatas internas que se expanden contra el interior del tambor. Por lo

    general, se utilizan dos zapatas, que se pivotan contra los extremos de un tornillo

    ajustado y forzado contra el tambor por los dos extremos de un cilindro hidrulico

    de doble actuacin. Unos resortes ligeros mantienen las zapatas contra los

    pistones del cilindro de las ruedas y jalan las zapatas para alejarlas del tambor

    cuando no estn activadas. Generalmente, una zapata es autoenergizante en la

    direccin de avance, mientras la otra es autoenergizante en la direccin de

    reversa del giro del tambor. Las ruedas del automvil sujetan directamente al

    tambor del freno. El anlisis de un freno de zapata interna es el mismo que el de la

    zapata externa.

  • Frenos y Embragues

    BIBLIOGRAFA

    Referencias Impresas

    Diseo de mquinas: Un enfoque integrado, 4ta Edicin Robert L. Norton

    Otras referencias

    Material proporcionado por la docente