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    Acoplamientos temporariosJavier Benasayag 2008

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    Acoplamientos temporarios Tipos Embrague y freno a friccin Embrague y freno de tambor con zapatas

    internas expansibles

    Embrague y freno de tambor con zapatasexternas expansibles

    Javier Benasayag 2008

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    Qu es un embrague?Es un acoplamiento temporal, utilizado para solidarizar

    dos piezas que se encuentran en un mismo eje, para

    transmitir a una de ellas el movimiento de rotacin de la

    otra, y desacoplarlas a voluntad de un operario externo,

    cuando se desea modificar el movimiento de una sin

    necesidad de parar la otra. se halla siempre

    intercalado entre un motor mecnico o trmico y el

    rgano de utilizacin, a fin de poder parar este ltimo

    sin que deje de funcionar el motor.

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    Embrague

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    Embrague

    Disco de embragueDisco de embrague

    Plato opresorPlato opresor

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    Un Embrague es un sistema que permite controlar

    el acoplamiento mecnico entre el motor y la caja decambios. El embrague permite que se puedan

    insertar las diferentes marchas o interrumpir la

    transmisin entre el motor y las ruedas. Losembragues utilizados en los automviles son por

    friccin entre un disco solidario con la caja de

    cambios y de una maza solidaria al cigeal del

    motor

    Embrague

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    Ubicacin del embrague

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    Volante de

    inercia

    Disco de

    embrague

    Campana

    Diafragma

    CrapodinaHorquilla

    Pedal

    Partes del embrague

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    Dimensionamiento Existen dos formas de dimensionar un

    embrague: Desgate uniforme

    Presin uniforme

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    Elementos considerados en un disco de embrague

    r

    dr

    d D

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    Desgate uniforme

    Considerando un desgaste uniforme

    2

    . dparp =

    r

    dpap

    .2

    =

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    Desgaste uniformeSe tiene un elemento de rea de radio r y espesor d/2. el rea d esteelemento es 2..r.dr, de manera que la fuerza normal que acta eneste elemento es dF= 2..p.r.drSe determina la fuerza normal total haciendo que r vare de d/2 a D/2en integrando.

    ( )dDdp

    drpdrrpF

    D

    d

    D

    d

    ===

    2..

    .....2

    2/

    2/

    2/

    2/

    ( )222/

    2/

    2/

    2/

    2 .

    8

    ..........2 dD

    dpdrrfpdrrfpM m

    D

    d

    D

    d

    m ===

    El momento de torsin de determina integrando el producto de lafuerza friccional y el del radio:

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    Desgaste uniforme

    Sustituyendo el valor de F de la ecuacin 1 se obtiene:

    ( )dDfFM +=

    4

    .

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    Presin uniforme

    Cuando se puede suponer presiCuando se puede suponer presin uniforme sobre eln uniforme sobre el rea del disco, larea del disco, la

    fuerza de accionamiento F es simplemente el producto de la presifuerza de accionamiento F es simplemente el producto de la presin y eln y elrea:rea:

    ( )22.4

    .dD

    pF m =

    Igual que antes, el momento de torsiIgual que antes, el momento de torsin de determina integrando el producton de determina integrando el producto

    de la fuerzade la fuerza friccionalfriccional y el radio :y el radio :

    ( )332/

    2/

    2 .24

    ...2....2 dD

    dpdrrpfM

    D

    d

    ==

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    Como p=pm la ecuacin puede escribirse:

    Se debe observar que para ambas ecuaciones elmomento de torsin es para un solo par de superficiesen contacto. Por lo tanto, el valor se debe multiplicar

    por el nmero de pares de superficies en contacto.

    ( )( )22

    33

    .3

    .

    dD

    dDfFM=

    Presin uniforme

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    Materiales de friccin Caractersticas:

    Coeficiente de friccin alto y uniforme Inalterabilidad por las condiciones

    ambientales (humedad)

    Resistencia a altas temperaturas Buena conductividad trmica

    Resilencia suficiente

    Resistencia al desgaste, rayado o raspadura

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    Seleccin del material La seleccin implica considerar las caractersticas

    antes mencionadas, junto con la disponibilidades

    y tamaos disponibles.

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    Materiales

    Coeficiente

    de friccin

    en seco

    Temperatura

    mxima C

    Presin

    mxima

    kPaHierro fundido sobre hierro fundido 0.15 0.20 320 1000 1750

    Metal pulverizado sobre hierro fundido 0.10 0.40 540 1000

    Metal pulverizado sobre acero duro 0.10 0.30 540 2100

    Madera sobre acero o hierro fundido 0.20 0.35 150 400 620

    Cuero sobre acero o hierro fundido 0.30 0.50 100 70 280

    Cocho sobre acero o hierro fundido 0.30 0.50 100 50 100

    Fieltro sobre acero o hierro fundido 0.22 140 35 70

    Asbesto tramado sobre acero o hierrofundido

    0.30 0.50 175 260 350 700

    Asbesto moldeado sobre acero o hierrofundido

    0.20 0.50 260 350 1000

    Asbesto impregnado sobre acero o hierrofundido

    0.32 260 400 1000

    Grafito sobre acero 0.25 370 - 540 2100

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    Elevacin de la temperatura La elevacin de la temperatura del conjunto de un embrague

    puede evaluarse aproximadamente por la expresin:

    mC

    H

    T .= T= Elevacin de la temperatura, C

    C= Calor especfico, utilcese 500J/KgC para acero o hierro

    fundido

    m= Masa de todas las piezas del embrague, Kg

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    Elevacin de la temperatura Las ecuaciones anteriores pueden utilizarse para explicar

    que sucede cuando funciona un embrague, sin embargointervienen tantas variables que sera poco improbable que

    tal anlisis se aproximara a la realidad.

    Por lo tanto dichos anlisis son de los mas tiles en caso de

    ciclos repetitivos para sealar que parmetros de diseo

    tienen el mayor efecto en el funcionamiento.

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    Elevacin de la temperatura Un embrague calentado hasta una temperatura T1

    se enfra hasta una temperatura ambiente Ta de

    acuerdo a la siguiente relacin:

    tmCUAaa eTTTT

    )./.(11 )( =

    T1= Temperatura instantnea en el tiempo t, C

    A= rea de transferencia del calor, m2

    U= Coeficiente de transmisin trmica superficial, Kcal /m2 h C

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    Fallas de embragueAsentamiento irregular del disco de embrague,

    lado volante motor

    Causas

    No hubo reemplazo del volanteEl volante no fue rectificadoEl volante fue mal rectificado

    Disco de embrague contaminado con aceite

    Causas

    Reten trasero del cigeal con filtracinReten delantero de la caja de cambios con filtracin

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    Fallas de embragueDisco de embrague contaminado con grasa

    Causas

    Exceso de grasa en eje pilotoManipulacin en el montaje con suciedad

    Lengetas del diafragma de la prensa

    desgastadas

    Causas

    Rodamiento embrague de topeHorquilla desgastada o rotaBuje o rodamiento del eje piloto, en mal estado

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    Fallas de embraguePlato opresor de la prensa, rayado

    Causas

    Rodamiento embrague de topeHorquilla desgastada o rotaBuje o rodamiento del eje piloto, en mal estado

    Plato parcialmente sobrecalentado

    Causas

    Disco, contaminado con grasa o aceite

    Rodamiento embrague de tope, fuera de normaespecificada por el fabricante del vehculo.Mecanismo de embrague con defectosVicio al conducir con el pie sobre el pedal del

    embrague

    El embrague fue forzado a patinar durante muchotiempo Javier Benasayag 2008

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    Fallas de embragueDisco de embrague totalmente desgastadas

    Causas

    Mecanismo de desembrague defectuoso.Vicio al conducir con el pie sobre el pedal delembrague.Presin del plato de la prensa, muy baja al ser

    accionada.Por uso indebido o por desgaste natural de lasuperficie.

    Funda y/o piola defectuosos

    Causas

    Piola embrague rota parcialmentePiola embrague desgastada

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    Fallas de embragueDisco de embrague, rayada por el lado volante

    motor

    Causas

    No hubo reemplazo del volante motorEl volante motor no fue rectificadoEl volante motor mal rectificado

    Lengetas del diafragma de la prensa deformadas

    Causas

    Fallas de montaje del embrague.Lengetas deformadas al introducir el eje piloto.Se dejo colgar transmisin y/o motor

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    Fallas de embragueLengetas del diafragma de la prensa

    excntr icamente desgastadas

    Causas

    Rodamiento embrague descentrado.Gua y/o punta eje piloto desgastadas.Falta de guas en el volante del motor

    Gua, punta eje piloto, desgastadas o perforada

    Causas

    Horquilla desgastada o deformada.Buje punta eje piloto roto o desgastado.Horquilla desalineada.

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    Fallas de embrague

    Disco con excesiva comba (alabeo), en superficie

    de apoyo

    Causas

    Mal almacenamiento (alabeo mximo de 0,5 a 1,0mm.).Manipulacin del material sin cuidado.

    Disco de embrague, totalmente desgastado

    Causas

    Mecanismo de desembrague defectuoso.Vicio al conducir con el pie sobre el pedal.

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    Fallas de embrague

    Masa de ncleo del disco embrague, desgastada en el

    borde exterior

    Causas

    Montaje del disco embrague invertidoDisco embrague incorrecto, no corresponde a la aplicacin.Error de montaje, el disco no fue montado en posicin

    correcta.

    Muelle de la prensa embrague deformada

    Causas

    Juntas homocinticas y/o tren motriz con juego excesivo.Prensa embrague no corresponde a la aplicacin.Aplicacin errnea, de velocidades durante la conduccin

    Almacenaje y manipulacin inadecuada.Apretar pernos de fijacin incorrectamente.

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    Fallas de embrague

    Estriado del ncleo del disco de embrague daado

    Causas

    No se centr el discoEl eje piloto se introdujo a la fuerza o bruscamente.

    Disco de embrague desprendido

    Causas

    Conduccin incorrecta (abuso del embrague o

    velocidad errnea).

    Daos por golpe.

    Disco incorrecto, mal aplicado.

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    Fallas de embrague

    Masa con desgaste cnico y resortes del amortiguador

    destruidos

    Causas

    Buje piloto y/o rodamiento piloto desgastado o rotoDesalineamiento entre el motor y la transmisin

    Masa del disco de embrague oxidada

    Causas

    No se lubric el eje piloto con grasaVehculo estacionado por largo tiempo

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    Fallas de embrague

    Segmentos del disco embrague rotos

    CausasRodamiento y/o buje piloto desgastados o rotos.Desalineamiento entre transmisin y/o motor.Error al conducir, motor pasado en RPM, el disco

    alcanza una rotacin por encima de la rotacin de

    ruptura del disco.

    Disco de embrague quemado

    Causas

    Disco de embrague contaminado con aceite y/o grasa.Retenes de motor y transmisin con filtracin.Volante mal rectificado.

    Excesivo rectificado del volante motor.

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    Fallas de embragueLengetas del diafragma de la prensa embrague

    quebradas

    Causas

    Error de montaje, daos por golpe brusco sobre diafragmade material templado.Se introdujo a la fuerza punta eje piloto.

    Plato de la prensa embrague quebrado

    CausasRecalentamiento del plato, por patinaje forzado.Revestimiento del disco desgastado.Disco de embrague sucio con aceite por filtracin deretenes.

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    Fallas de embragueCarcasa de la prensa embrague deformada

    Causas

    Error de montaje, los pernos de fijacin no fueronapretados alternadamente.No fue observada la posicin de los pasadores de las guas

    del volante motor.

    Rodamiento Embrague con poca presin sobre el

    diafragma de la prensa

    Causas

    Resorte tensor vencido. (Presin: 80-100 NM.).

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    Fallas de embrague

    Tapa, buje o porta rodamiento embrague, destruido

    Causas

    Rodamiento embrague de tope.Rodamiento embrague instalado fuera de su centro.Horquilla rota o desgastada. Buje eje piloto, roto odesgastado.Rodamiento embrague fue sometido a recalentamiento

    por exceso de RPM, perdiendo la grasa lubricante.

    Rodamiento embrague destruido

    Causas

    Horquilla descentrada.Falt precarga en el rodamiento embrague 880-100 NM).

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    Fallas de embrague

    Estriado del ncleo del disco de embrague destruido

    CausasDesalineamiento entre motor y transmisin.Estriado de punta eje piloto daado.Rodamiento y/o buje piloto desgastado o daado.

    Lengetas del diafragma de la prensa embrague

    desgastada

    Causas

    Rodamiento embrague de tope.Rodamiento embrague agrupado o bloqueado.

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    Fallas de embrague

    Resortes del amortiguador rotos o demasiado

    comprimidos

    CausasSistema de desembrague defectuoso.Desajuste en motor por RPM y tiempo de encendido.

    Contradisco o amortiguador de torsin roto, rondana

    destruida

    Causas

    Conduccin inadecuada, bajas RPM y altas velocidades(3, 4 y 5).Punta eje piloto descentrada.

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    Fallas de embragueMarcas de desgaste en resortes y amortiguador

    CausasFallas de montaje. Disco invertido.Disco y embrague incorrectos.Excesivo rectificado del volante motor.

    Huellas de vibracin en el plato de la prensaembrague

    Causas

    Disco de embrague contaminado con grasa y/o aceite.

    Cable acelerador daado. Sistema desembrague daadoSoportes de motor rotos o vencidos. Soportes detransmisin rotos o vencidos.Juntas homocinticas y/o tren motriz con juego excesivo.Desajuste en motor por rpm y tiempo de encendido(fuera de punto).

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    2008

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    Embrague y freno de tambor con

    zapatas internas expansibles

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    Funcionamiento

    f

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    Embrague y freno de tambor con

    zapatas internas expansibles

    Este tipo de embrague contiene la

    esencia de 3 elementos: Las superficies friccionantes que entrarn

    en contacto.

    El medio de transmisin del momento detorsin hacia y desde las superficies.

    El mecanismo de accionamiento.

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    Usos frecuentes Este tipo de embrague se emplea en

    maquinaria textil, excavadoras ymaquinas herramientas donde elembrague puede ubicarse dentro de la

    polea de impulsin. Ventaja: Transmisin de momento de torsin elevado

    (inclusive a bajas velocidades)

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    Dimensionamiento Por deducciones matemticas y geomtricas

    se trabajar con la siguiente expresin de lapresin actuante:

    ... sensen

    pp

    m

    m=

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    Dimensionamiento

    2

    1

    Rx

    F

    Ry

    FX

    FY

    dNf.dN cos

    f.dN

    dN.cos

    f.dN sen

    r-a.cos

    a.sen

    c

    dN.sen

    a

    r

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    Dimensionamiento Siendo:

    dN: Fuerza normal diferencial f.dN: Fuerza friccional

    F: Fuerza de accionamiento

    Rx,y: Reacciones en el pasador de la articulacin

    drbpdN ...=

    m

    m

    sensenrbpdN

    .....=

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    DimensionamientoSe determinar la fuerza de accionamiento F mediante lacondicin de que la suma de momentos respecto al

    pasador de la articulacin sea cero.

    == 2

    1)cos.(

    ...)cos.(

    darsensen

    rbpfarfdNM

    m

    mf

    Se calcula el momento de las fuerzas friccionalesrespecto al brazo r-a.cos

    Se calcula el momento de las fuerzas normales respecto

    al pasador a.sen

    == 2

    1

    2 ....

    ).(

    dsen

    sen

    rbpfsenafdNM

    m

    mN

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    DimensionamientoLa fuerza de accionamiento F debe equilibrar estos

    momentos:

    c

    MMF

    fN=

    Debe existir una condicin para la fuerza de

    accionamiento sea igual a cero

    Si MN=Mfse logra el autobloqueo y no requiere fuerza deaccionamiento.

    De esta manera, la dimensin de a debe ser tal que MNMf

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    Dimensionamiento

    El momento de torsin aplicado al tambor por la zapata

    de frenado es la suma de las fuerzas friccionales fdNmultiplicada por el radio del tambor:

    m

    m

    m

    m

    sen

    rbpfdsen

    sen

    rbpffdNT

    )cos(cos....

    ... 212

    2

    1

    2 ===

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    Dimensionamiento

    x

    m

    mxx Fdsenfdsensen

    rbpFsendNfdNR ==

    2

    1

    22

    1 ..cos..

    .cos

    Las reacciones del pasador de la articulacin sedeterminan tomando la suma de las fuerzas horizontalesy verticales.

    ym

    m

    yy Fdsenfdsensen

    rbp

    FdNfdNsenR

    +=+=

    2

    1

    2

    1

    2

    .cos.

    ..

    cos.

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    Javier Benasayag 2008

    FX

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    f.dN sen

    f.dN cos

    dN sen

    dN cos

    dN

    f.dN

    a

    Ry

    Rx

    c

    r

    FyF

    1

    2

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    Dimensionamiento Siendo:

    dN: Fuerza normal diferencial f.dN: Fuerza friccional

    F: Fuerza de accionamiento

    Rx,y: Reacciones en el pasador de laarticulacin

    drbpdN ...=

    m

    m

    sen

    senrbpdN

    .

    ....=

    Javier Benasayag 2008

  • 5/28/2018 acoplamientos temporarios

    55/58

    DimensionamientoSe determinar la fuerza de accionamiento F mediante lacondicin de que la suma de momentos respecto al

    pasador de la articulacin sea cero.

    == 2

    1)cos.(

    ...)cos.(

    darsensen

    rbpfarfdNM

    m

    mf

    Se calcula el momento de las fuerzas friccionalesrespecto al brazo r-a.cos

    Se calcula el momento de las fuerzas normales respecto

    al pasador a.sen

    == 2

    1

    2 ....

    ).(

    dsen

    sen

    rbpfsenafdNM

    m

    mN

    Javier Benasayag 2008

  • 5/28/2018 acoplamientos temporarios

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    DimensionamientoLa fuerza de accionamiento F debe equilibrar estos

    momentos:

    c

    MMF

    fN+=

    Debe existir una condicin para la fuerza de

    accionamiento sea igual a cero

    Si MN=Mfse logra el autobloqueo y no requiere fuerza deaccionamiento.

    De esta manera, la dimensin de a debe ser tal que MNMf

    Javier Benasayag 2008

  • 5/28/2018 acoplamientos temporarios

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    Dimensionamiento

    x

    m

    mxx Fdsenfdsensen

    rbp

    FsendNfdNR

    +=+=

    2

    1

    22

    1 ..cos

    ..

    .cos

    Las reacciones del pasador de la articulacin sedeterminan tomando la suma de las fuerzas horizontalesy verticales.

    ym

    m

    yy Fdsenfdsen

    sen

    rbpFdNfdNsenR +

    =+=

    2

    1

    2

    1

    2 .cos...

    cos.

    Javier Benasayag 2008

  • 5/28/2018 acoplamientos temporarios

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    Bibliografa Diseo en Ingeniera Mecnica, E. Shigley, R.

    Mischke,Mc Graw Hill, VI ED.

    Internet: http://www.noriega.cl/ficha%20embrague.htm

    Javier Benasayag 2008