Diseo Mecnico II

Diseo Mecnico IIUNIDAD 5

Ing. Mecnica

TECNOLOGICO NACIONAL DE MXICOINSTITUTO TECNOLGICO DE VERACRUZ

Semestre Ene/Jun 2015

Unidad 5Embragues y FrenosPRESENTA:Torres Grajeda Patricia Monserrat

H. Veracruz Ver 19 de mayo 2015

Ing. Josu Nieto Metzger

Diseo Mecnico II

ContenidoFRENOS Y EMBRAGUES3INTRODUCCIN3SISTEMAS DE FRENOS4TIPOS DE FRENOS4FRENO DE TAMBOR4Tipos de freno de tambor.5FRENO DE DISCOS6FRENO DE CINTA7FRENOS HIDRAULICOS8FRENOS MOTORES8LOS FRENOS DE ZAPARA EXTERNA O DE BLOQUE9LOS FRENOS DE ZAPATA DOBLE9LOS FRENOS DE BANDA10EJEMPLO10EMBRAGUE12Embrague Mecnico:13Embrague Hidrulico:13Embrague autoajustable:14Embrague de friccin:14Embrague pilotado:15Embragues electromagnticos:15Embragues dentados:15Embragues unidireccionales:16Embragues centrfugos:16Embragues de discos o laminas16Embragues Cnicos17Acoplamiento de embragues Cnicos17EMBRAGUES CENTRFUGOS18EMBRAGUES DE UN SOLO SENTIDO19CONVERTIDOR DE PAR19MATERIALES DE FRICCIN20FRICCIN Y TEMPERATURA22REFERENCIAS23 FRENOS Y EMBRAGUESINTRODUCCINLos frenos y embragues constituyen una parte fundamental del diseo de elementos de mquinas, actualmente es comn ver estos dispositivos principalmente en cualquier tipo de automviles, incluso su simple mencin est relacionada con ellos. Sin embargo, cabe mencionar que a pesar de la enorme aplicacin que tienen en la industria automotriz, los frenos y los embragues son tambin componentes fundamentales en partes de mquinas herramientas, mecanismos mviles, aparatos elevadores, turbinas, etc. En este trabajo de investigacin se mencionaran los tipos de frenos y embragues en la actualidad, as como lo ms reciente en diseo y la tecnologa de materiales en la fabricacin de estos.Embrague: Son acoplamientos temporales, utilizados 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.Freno: Se llama freno a todo dispositivo capaz de modificar el estado de movimiento de un sistema mecnico mediante friccin, pudiendo incluso detenerlo completamente, absorbiendo la energa cintica de sus componentes y transformndola en energa trmica. El freno est revestido con un material resistente al calor que no se desgasta con facilidad, no se alisa y no se vuelve resbaladizo.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, ya que existen innumerables factores que actan en contra del comportamiento de estos, como las altas temperaturas, desgaste de los materiales, fallas en el material, etc. No obstante con los avances en la tecnologa se ha podido reducir el riesgo de falla y se ha logrado optimizar el funcionamiento, tomando en cuenta que ambos dispositivos representan una gran parte del factor de seguridad del conjunto completo.

SISTEMAS DE FRENOSCuando se presiona el pedal de freno, se transmite una fuerza desde el pie hasta los frenos. En la actualidad la fuerza para frenar requerida es mucho mayor de lo que se puede aplicar con la pierna por lo que el sistema de frenado debe incrementar la fuerza aplicada por el pie, esto se logra por medio de dos formas:

FIGURA 1

Para que se pueda frenar es necesario pisar el pedal de los frenos. Este, mediante el principio de palanca acciona una bomba de frenos, tcnicamente conocida como cilindro maestro. El cilindro maestro enva el fluido conocido como liga de frenos, desde su depsito hasta cada una de las ruedas. Por razones de seguridad, existen dos lneas o circuitos que distribuyen la liga a las ruedas. Por eso se llaman frenos de doble circuito.TIPOS DE FRENOSFRENO DE TAMBOREstos dispositivos estn constituidos por una zapata que obliga a entrar en contacto con un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende controlar, la zapata se construye de forma tal que su superficie til, recubierta de un material de friccin, calza perfectamente sobre el tambor. Una vez ms, al forzarse el contacto entre zapata y tambor, las fuerzas de friccin generadas por el deslizamiento entre ambas superficies producen el par de frenado.FIGURA 2

Zapatas: Son bloques de madera o metal que presiona contra la llanta de una rueda mediante un sistema de palancas, existen dos tipos que son:a) De fundicinb) CompuestasEste tipo de freno consta de un tambor, por lo general realizado en hierro fundido, solidario al cubo de la rueda, en cuyo interior, al pisar los frenos, se expanden unas zapatas de friccin en forma de "C" que presionan contra la superficie interna del tambor. Ya no se utilizan en el tren delantero de los coches modernos, que es el que soporta el mayor esfuerzo en la frenada, porque presentan desventajas a la hora de disipar el calor, y porque al ser ms pesados que los frenos de disco pueden producir efectos negativos en la direccin del vehculo. S se utilizan con frecuencia en el eje posterior de muchos vehculos, combinados con discos delanteros.Tipos de freno de tambor.Segn la forma de acoplamiento de las zapatas al tambor para ejercer el frenado, los frenos de tambor se clasifican en los siguientes tipos:

Freno de tambor SimplexEn este tipo de freno las zapatas van montadas en el plato, fijas por un lado al soporte de articulacin y accionadas por medio de un solo bombn de doble pistn. Este tipo de frenos de tambor es de los ms utilizados sobre todo en las ruedas traserasFIGURA 3

Con esta disposicin, durante el frenado, una de las zapatas llamada primaria se apoya sobre el tambor en contra del giro del mismo y efecta una fuerte presin sobre la superficie del tambor. La otra zapata, llamada zapata secundaria, que apoya a favor del giro de la rueda, tiende a ser rechazada por efecto del giro del tambor, lo que hace que la presin de frenado en esta zapata sea inferior a la primaria.FIGURA 4

Invirtiendo el sentido de giro, se produce el fenmeno contrario: la zapata primaria se convierte en secundaria y la secundaria en primaria.

Este tipo de freno de tambor se caracteriza por no ser el ms eficaz a la hora de frenar, debido a que las zapatas no apoyan en toda su superficie sobre el tambor, pero destaca por su estabilidad en el coeficiente de rozamiento, es decir, la temperatura que alcanza los frenos en su funcionamiento le afectan menos que a los otros frenos de tamborFIGURA 5

FRENO DE DISCOSSe componen de un disco montado sobre el cubo de la rueda, y una mordaza colocada en la parte externa con pastillas de friccin en su interior, de forma que, al aplicar los frenos, las pastillas presionan ambas caras del disco a causa de la presin ejercida por una serie de pistones deslizantes situados en el interior de la mordaza. La mordaza puede ser fija y con dos pistones, uno por cada cara del disco. Pero tambin existen mordazas mviles, que pueden ser oscilantes, flotantes o deslizantes, aunque en los tres casos funcionan de la misma manera: FIGURA 6

la mordaza se mueve o pivota de forma que la accin de los pistones, colocados slo a un lado, desplaza tanto la mordaza como la pastilla. Son ms ligeros que los frenos de tambor y disipan mejor el calor, pues los discos pueden ser ventilados, bien formados por dos discos unidos entre s dejando en su interior tabiques de refrigeracin, bien con taladros transversales o incluso ambas cosas.La imagen muestra un freno de disco el cual funciona a base de friccin por lo que su fabricacin debe ser de alta calidad y los materiales deben tener determinadas caractersticas lo que ms adelante se analizaraFIGURA 7

Este sistema de frenado tiene las siguientes ventajas1. No se cristalizan, ya que se enfran rpidamente.2. Cuando el rotor se calienta y se dilata, se hace ms grueso, aumentando la presin contra las pastillas.3. Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor desecha agua y el polvo por accin centrfuga.Por otra parte, las desventajas de los frenos de disco, comparados con los de tambor, son que no tienen la llamada accin de servo o de aumento de potencia, y sus pastillas son ms pequeas que las zapatas de los frenos de tambor, y se gastan ms pronto.Frenos de disco cerradoEl disco se aloja se aloja en un crter solidario a la rueda. El apriete se efecta sobre varios sectores regularmente repartidos sobre la periferia, el frenado se obtiene por la separacin de dos discos, cada uno de los cuales se aplica contra la cara interna correspondiente del crter giratorio.Freno de disco exteriorEl disco es solidario del rbol o de la rueda. El apriete se efecta mediante un sector limitado y rodeado por unos estribos, en el interior de los cuales se desplazan unos topes de friccin.

FIGURA 8

FRENO DE CINTAPosiblemente el dispositivo de freno ms sencillo de concebir es el llamado freno de cinta o freno de banda, el cual consiste fundamentalmente de una cinta flexible, estacionaria, que se tensa alrededor de un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende modificar, la friccin existente entre la cinta y el tambor es responsable de la accin del frenado.Se usa en las mquinas de vapor, en los vehculos a motor y en algunos tipos de bicicletas, pero sobre todo en aparatos elevadores.

FIGURA 9

FRENOS HIDRAULICOSEl sistema de frenos hidrulicos usado en el automvil es un sistema de mltiple sesin de pistones. Ya que este sistema permite que se transmitan fuerzas hacia dos o ms pistones en la manera indicada en la figura.El sistema de frenado hidrulico desde el cilindro maestro hasta los cilindros de las llantas en la mayora de los automviles opera de manera similar al sistema ilustrado en la figura.Cuando el pedal del freno es accionado, la presin del pedal de freno mueve el pistn dentro del cilindro maestro, forzando el fluido del freno desde el cilindro maestro por medio del tubo y la manguera flexible del cilindro de las llantas. El cilindro de las llantas contiene dos pistones colocados de forma opuesta y desconectados, cada uno de ellos sostiene la zapata de frenado ajustada dentro del tambor. Cada uno de los pistones presiona la zapata contra la pared del tambor provocando el frenado de la rotacin de la llanta. Cuando la presin en el pedal es liberada, el resorte en la zapata de frenado regresa los pistones en los cilindros de las llantas a su posicin liberada. Esta accin fuerza el desplazamiento del lquido de frenos de vuelta por medio de la manguera al cilindro maestro.

FIGURA 10

FRENOS MOTORESElectrodinmicos: Cuyo fundamento es hacer que el motor trabaje como generador. Slo se aplican a ejes motores. Estos a su vez pueden ser:1. Reostticos: Se aplican en locomotoras elctricas. Se basa en que la inercia del motor, una vez desconectado de la red, hace que ste siga girando, pasando a funcionar como generador y de este modo la energa mecnica acumulada se va disipando en unas resistencias en forma de energa elctrica, creando a su vez las corrientes circulantes por los devanados un par contrario al de giro, que hace que disminuya la velocidad del motor hasta valores en que los frenos de friccin puedan actuar y detener la mquina.

1. De recuperacin: Se basa en conseguir transformar la energa cintica del tren en energa elctrica reenvindola a la red. Se suele aplicar en el caso de trenes de cercanas y con grandes pendientes.

1. Frenos aerodinmicos: En un avin en vuelo, disminuyen rpidamente la velocidad por un fuerte aumento de la resistencia al avance, dispuestos en las alas o a lo largo del fuselaje, estn constituidos por elementos mviles, que se pueden levantar en el aumento deseado, se utilizan sobre todo durante los picados y en ciertas acrobacias.

1. Frenos neumticos: Su funcionamiento se basa en que el esfuerzo de frenado aplicado por las zapatas o discos proviene indirectamente del hecho de mover el pistn de un cilindro. Su esquema es el siguiente:

LOS FRENOS DE ZAPARA EXTERNA O DE BLOQUE Constan de zapatas o de bloques presionados contra la superficie de un cilindro giratorio llamado tambor de freno. La palanca puede estar rgidamente montada sobre una palanca articulada, como muestra la figura 1, o puede estar articulada a la palanca.LOS FRENOS DE ZAPATA DOBLE Se utilizan comnmente para reducir las cargas en el eje y en los cojinetes, para obtener mayor capacidad y para reducir la cantidad de calor generado por pulgada cuadrada, la fuerza normal NL que acta sobre la zapata izquierda no es necesariamente igual a la fuerza normal NR que acta sobre la zapata derecha. Para frenos de doble bloque, cuyas zapatas tengan ngulos de contacto pequeos, digamos que menos de 60, el momento de frenado puede aproximarse por si el ngulo de contacto de la zapata es mayor a 60, se requiere una evaluacin ms precisa del momento de frenado para las zapatas articuladas, el cual est dado entonces porFIGURA 11

LOS FRENOS DE BANDA Constan de una banda flexible enrollada parcialmente alrededor del tambor, se accionan halando la banda fuertemente contra el tambor. La capacidad del freno depende del ngulo de abrazamiento, del coeficiente de rozamiento y de las tensiones en la banda. Para este tipo de freno el sentido de rotacin del tambor es tal que la banda anclada al marco constituye el ramal tenso F1, como se muestraEn cuanto a correas con velocidad cero, la relacin entre el ramal tirante y el ramal flojo de la banda es:Donde1. F1 = Tensin en el ramal tirante de la banda en Lb1. F2 = Tensin en el ramal flojo de la banda en Lb1. e = base de los logaritmos naturales1. f = coeficiente de rozamiento1. Angulo de abrazamiento en radianes1. La capacidad del momento de frenado T es: Lb-PlgDonde r = radio del tambor de freno en plg. Este tipo de freno de banda no tiene propiedades autocerrantes.EJEMPLOUn ascensor de 250 Kg desciende a una velocidad constante de 3 m/s merced a la accin de un freno-motor. En caso de fallo del freno-motor, existe un sensor de velocidad que lo detecta, y da la orden de entrar en funcionamiento a plena capacidad al freno de emergencia de doble zapata interior representado en la figura, que detiene al ascensor. El tiempo que transcurre desde que se produce el fallo hasta que entra en accin el freno de emergencia es de un segundo. El eje en que se encuentran el freno motor y el freno de emergencia tiene una masa de 140 Kg y un radio de giro de 180 mm. El freno de emergencia posee zapatas con revestimiento moldeado y tiene un radio de tambor de 400mm.Suponiendo que la articulacin de cada zapata (taln) se va a situar en un extremo de la misma, indicar cul es el extremo adecuado en cada una para lograr la mxima capacidad de frenado con el mnimo esfuerzo. Determinar el ancho de zapata necesario para que el freno de emergencia sea capaz de detener el ascensor en medio segundo.

La presin de las articulaciones que da lugar a un mayor par de frenado en relacin al esfuerzo requerido es la que hace que ambas zapatas sean autoaplicantesEn el momento de producirse un fallo la velocidad del ascensor, la relacin entre la coordenada Y que acta en el ascensor y la coordenada P que indica el giro del eje es el ascensor y la coordenada P que indica el giro del eje esRo= 7.5 m/sPor tanto mientras hasta que comienza a actuar el freno de emergencia la situacin es as:1. 250 g - T = 250 T x 0.4 =(140 x 0.182) 1. 250 x 9.8 - T = 250 x 0.44 2450 - T =100 1. T x 0.4 =(140 x 0.182) T = 11.34 1. 2450 - 11.34 = 100p p = 22 r/s p = 7.5 + 22 tEntonces = 0.4(7.5 + 22t) = 3 + 8.8 tTomando 1 Seg de cada libre del ascensor las velocidades son:= 11.8 m/seg p = 22.5 r/sY en este momento empieza a actuar el freno de emergencia1. 250 g -T =y1. T x 0.4 - p = (140 x 0.182)1. 2450 - T = 250 x 0.4 T = 2450 - 100 1. 0.4 T - P = 4536 p1. 0.4(2450 - 100 ) - P = 4539 p1. 980 - p - P = 4536 y = 22 - 0.0225 P1. P = (22 - 0.0225P)t + 29.5Dado que se desea para el ascensor para 0.5 segundos1. 0 = (22 - 0.0225P) 0.5 + 29.51. 40.5=0.01125P P = 3600 NmEsto es por lo tanto el par que debe aplicar el freno. Como son dos zapatas, El valor de p se dividir entre 2:P = 1800 N mComo nos dicen que el revestimiento es moldeado pu = 690 Kpa, u = 0.471. Entonces 1800 = b = 0.023 m = 23 cm1. Este es el ancho de zapata necesario.EMBRAGUE

Un Embrague es un sistema que permite controlar el acoplamiento mecnico entre el motor y la caja de cambios. El embrague permite que se puedan insertar las diferentes marchas o interrumpir la transmisin entre el motor y las ruedas. Los embragues 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. El disco se coloca entre la maza y el volante de inercia y el presionado por un resorte llamado diafragma. Cuando el embrague est sin accionar (motor embragado) el disco tiene un gran rozamiento con la maza y transmite toda la fuerza generada en el motor. Cuando se acciona el embrague (motor desembragado) el diafragma es comprimido por el conductor y el disco queda suelto, siendo incapaz de transmitir la fuerza del motor a la caja de cambios. Segn la posicin del pedal del embrague se puede conseguir un acoplamiento total (pedal suelto) o acoplamientos parciales (pedal a medio pisar) que nos permiten variar la fuerza transmitida por el motor a la transmisin.El embrague transmite la potencia del motor a la transmisin manual mediante su acoplamiento o desacoplamiento. Tambin, hace la salida ms suave, hace posible detener el vehculo sin parar el motor y facilita las operaciones del mismo.Un mecanismo de embrague tiene que ser resistente, rpido y seguro. Resistente debido a que por l pasa todo el par motor. Rpido y seguro para poder aprovechar al mximo dicho par, en todo el abanico de revoluciones del motorColocacin de un Embrague en un Automvil moderno:1. Embrague Mecnico1. Sistema de Embrague1. Embrague HidrulicoEmbrague Mecnico: Los movimientos del pedal del embrague son transmitidos al embrague usando un cable. Este mecanismo se basa en el accionamiento del sistema de embrague, mediante un cable de acero, unido por uno de sus extremos al pedal de embrague, y por el otro a una horquilla de embrague, unida sta a su vez con el cojinete de embrague.Al pisar el pedal, el cable tira de la horquilla, aplicndole un esfuerzo capaz de desplazar al cojinete de embrague, deformando a su vez el diafragma del mecanismo de embrague, con el consiguiente desembragado del sistema. Al soltar el pedal, la fuerza de dicho diafragma, hace desplazar al cojinete en sentido contrario, y sta a su vez al cable, con el consiguiente retorno del pedal de embrague a su estado de reposo.En el sistema de accionamiento del embrague por cable, encontramos bsicamente dos variedades:Por una parte tenemos el sistema en el que el cojinete de embrague, en posicin de reposo, est en constante contacto con el diafragma, o con las patillas de accionamiento, segn proceda. Y por otra, est el sistema en el que el cojinete de embrague y el diafragma, en posicin de reposo, tienen una separacin denominada guarda. Esta separacin, se obtiene gracias a un muelle situado en la horquilla del embrague. La separacin guarda, es ajustable por el extremo del cable.En la actualidad, en los sistemas en los que el cojinete est siempre en contacto con el diafragma, para absorber de manera automtica el juego entre el cojinete de embrague y el diafragma, existen dispositivos como cables auto-regulables, o pedales dotados de unas serretas que, a medida que se va gastando el disco, regulan la posicin del cable.FIGURA 12

Embrague Hidrulico: Los movimientos del pedal del embrague son transmitidos al embrague por presin hidrulica. Una varilla de empuje conectada al pedal de embrague genera presin hidrulica en el cilindro maestro cuando el pedal es presionado y esa presin hidrulica desconecta el embrague.En este sistema se utiliza, para desplazar al cojinete de embrague y en consecuencia al mecanismo de embrague, un cilindro emisor (o bomba), y un cilindro receptor (o bombn). Estn comunicados entre s, a travs de una tubera, el sistema funciona por medio del movimiento de unos mbolos situados dentro de los cilindros, dicho movimiento se efecta a travs de un lquido (el mismo que es utilizado en los sistemas de frenado).Cuando presionamos el pedal de embrague, este acta directamente sobre el cilindro emisor, desplazando su mbolo, ste a su vez ejerce una presin sobre el lquido, que desplaza al mbolo del cilindro receptor.El cilindro receptor (o bombn), se comunica con el cojinete de embrague (en la mayora de los casos), por medio de una horquilla. Esta est accionada por el cilindro receptor, por medio de un vstago, que permanece en contacto con el mbolo de dicho cilindro. Al desplazarse el mbolo por la fuerza del lquido, se desplaza el vstago y acciona la horquilla. Otra variedad con la que nos podemos encontrar es que el cilindro receptor y el cojinete de embrague, sean una misma pieza. Con lo que el desplazamiento axial del cojinete de embrague, es aplicado del cilindro receptor directamente a dicho cojinete. Los dimetros de los dos cilindros, (emisor y receptor) son diferentes, por lo que la fuerza ejercida por el conductor sobre el pedal de embrague (aplicada directamente sobre el cilindro emisor), se multiplica, permitiendo al conductor un esfuerzo menos para el desembragado.Embrague autoajustable: Embrague que incorpora entre su carcasa y diafragma cuas de ajuste que le permiten ir auto ajustndose conforme va desgastndose el disco.Embrague de friccin: Los embragues de friccin basados en la unin de dos piezas que al adherirse forman el efecto de una sola. Son aquellos caracterizados porque el mecanismo de transmisin de movimiento, y en consecuencia de potencia, se logra mediante el contacto entre dos superficies rugosas, una solidaria al eje conductor, la otra al conducido. Existen dos configuraciones comunes en los embragues de friccin, los embragues de disco y los cnicos, en el primero, las superficies de contacto entre los ejes a acoplarse corresponden a sendos anillos circulares y en el segundo, la accin de contacto entre los ejes conductor y conducido se logra a travs de un par de superficies cnicas rugosas, esta disposicin permite incrementar la fuerza normal entre las superficies de contacto, con el consiguiente aumento de la capacidad de transmisin de momento entre los ejes conductor y conducido.FIGURA 13

Embrague pilotado: Dispositivo que elimina el accionamiento del embrague por parte del conductor. El control del embrague lo realiza una centralita electrnica en funcin de las acciones del conductor. El embrague pilotado permite realizar los cambios de marcha de forma manual pero sin necesidad de accionar el embrague. Por medio de sensores se conoce el accionamiento de la caja de cambios, la velocidad del vehculo, la forma de accionar el acelerador, las revoluciones del motor y con todos los datos, la centralita acciona una bomba hidrulica que acta sobre el embrague. Tambin se determina la rapidez de actuacin sobre el embrague y el deslizamiento necesario para evitar que se produzcan brusquedades durante el cambio de marchas.Embragues electromagnticos: Embragues que basan su funcionamiento en el principio de los efectos de la accin de los campos magnticos.Estn formados por un elemento conductor fijado al volante de inercia en el que se encuentra polvo metlico, un elemento conducido ensamblado sobre el primario de la caja de cambios con una bobina que es alimentada a travs de unas escobillas y un calculador electrnico, que recibe informacin de la posicin de la palanca de cambios, del rgimen del motor, de la velocidad del vehculo, y de la posicin del pedal del acelerador. El embrague es gestionado por corrientes de intensidad variable.FIGURA 14

En otras ocasiones, el calculador es gestionado por un grupo hidrulico el cual proporciona, mediante un cilindro receptor, la fuerza necesaria para desplazar la horquilla de embrague y el cojinete de embrague, y en consecuencia el mecanismo de embrague. Una de las marcas que actualmente montan un mecanismo de embrague pilotado electrnicamente, es SAAB, el sistema se denomina SENSONIC. Embragues dentados: Estn caracterizados porque la conexin entre los ejes conductor y conducido se logran mediante dos miembros dentados que giran solidariamente con cada eje, de manera que los dientes de uno calcen en los huecos del otro.Existen dos tipos comunes de embragues de dientes, embragues de dientes cuadrados y de dientes en espiral, el segundo capaz de transmitir momento, y en consecuencia movimientos en dos sentidos, mientras que el primero en un solo sentido. Este tipo de embragues se pude observar en la figura. FIGURA 15

Embragues unidireccionales: Son aquellos embragues diseados para transmitir movimiento, y consecuentemente potencia, cuando el eje conductor gira en un solo sentido. Al invertir el sentido de rotacin del eje conductor, los ejes de la transmisin se comportan como si no estuvieran acoplados.Embragues centrfugos: Consiste en un cierto nmero de zapatas, distribuidas simtricamente, en capacidad de deslizar radialmente a lo largo de guas solidarias al eje conductor, y as de entrar en contacto con la cara interior de un tambor solidario al eje conducido.Un compresor de aire acondicionado en un carro tiene un embrague magntico. Esto permite que el compresor cierre mientras el motor esta encendido. Cuando la corriente fluye a travs de un anillo magntico, el embrague embona. Tan pronto como la corriente para, tal como cuando apagas el interruptor de un aire acondicionado el embrague desembona. Este tipo de embrague esta ventilado contra las altas temperaturas de friccin que provoca el rozamiento, este sistema es utilizado en varios modelos de automviles nuevos.Como un embrague es un implemento de rozamiento que permite la conexin y la desconexin de ejes. El diseo de los embragues y los frenos es comparable en muchos aspectos. Esto se ilustra bien mediante un embrague de mltiples discos, el cual se usa tambin como freno. Un problema de diseo ms evidente en el diseo de frenos comparado con del diseo de embragues es el de la generacin y la disipacin del calor. En el anlisis de un embrague es muy frecuente imaginar que las partes no se mueven entre s, aun cuando no se debe pasar por alto el hecho que la transmisin de potencia por rozamiento generalmente envuelve algn deslizamiento. Por esta razn, cuando se necesita tener transmisin positiva de potencia debe apelarse a un implemento positivo tal como un embrague de mandbulas.Embragues de discos o laminasUn embrague de mltiples discos se muestra en la figura, las lminas A son generalmente de acero y estn colocadas sobre estras en el eje C, para permitir el movimiento axial (excepto para el ltimo disco). Las lminas B son generalmente de bronce y estn colocadas en estras del elemento D. El nmero de parejas de superficies que transmiten podenca es uno menos que la suma de los discos de acero y bronce, y es adems un nmero par si el diseo es tal que no se requiere cojinetes axiales.FIGURA 16

n = nacero + nBronce - 1Para el sistema mostrado, n = 5 + 4 - 1 = 8 parejas de superficies en contactoLa capacidad del momento de torsin est dada por:Dnde:1. Capacidad de momento, Lb-Plg1. Carga axial, Lb1. Coeficiente de rozamientoEmbragues CnicosUn embrague Cnico debe su eficiencia a la seccin de cua de la parte cnica en la parte receptora. La capacidad de momento de torsin de un embrague cnico con sus partes ajustadas con base en presin uniforme es:Dnde:1. T = Momento. Lb-Plg1. F = Fuerza Axial, Lb1. f = Coeficiente de rozamiento1. R0= Radio exterior de contacto1. Ri = Radio interior de contacto, Plg 1. Rm = Radio MedioFIGURA 17

1. b = Ancho de caraAcoplamiento de embragues CnicosUn problema que se presenta con los embragues cnicos y no ocurre con los embragues de mltiples discos es la posibilidad de que se necesite una fuerza mayor para acoplar el embrague que la que se requiere durante la operacin cuando el receptor y el cono giran a la misma velocidad. El anlisis se complica por el hecho que la direccin de las fuerzas de rozamiento depende de la forma de acoplamiento, esto es, de la relacin entre el movimiento rotatorio relativo y el movimiento axial relativo del receptor y el cono. Un procedimiento conservador consiste en suponer que no se presenta movimiento rotatorio relativo durante el acoplamiento, para la cual la fuerza axial mxima, Fe necesaria para acoplar el receptor y el cono es:Esta fuerza es la mxima requerida para obtener la fuerza normal deseada Fn, la cual a su vez desarrolla la fuerza de rozamiento que produce el momento de rozamiento deseado.EMBRAGUES CENTRFUGOS

Un embrague centrfugo es un embrague que utiliza la fuerza centrfuga para conectar dos ejes concntricos, con el eje de accionamiento anidado dentro del eje accionado.La entrada del embrague est conectada al cigeal del motor, mientras que la salida puede conducir un eje, cadena, o correa. Como revoluciones por minuto aumento, brazos ponderados en el columpio del embrague hacia fuera y forzar el embrague se compromete. Los tipos ms comunes tienen almohadillas de friccin o zapatos montados radialmente que se acoplan al interior de la llanta de una carcasa. En el eje de centro hay un nmero variado de muelles de extensin, que se conectan a una zapata de embrague. Cuando el eje central de gira lo suficientemente rpido, los muelles se extienden haciendo que las zapatas del embrague a comprometerse ante la friccin. Se puede comparar a un freno de tambor en sentido inverso. Este tipo se puede encontrar en la mayora de karts caseros construidos, equipos de jardinera, coches en miniatura combustible de baja calidad y sierras de baja potencia. Otro tipo de las utilizadas en carreras de karts tiene friccin y discos de embrague apilados juntos como un embrague de la motocicleta. Los brazos ponderados obligan estos discos juntos y accionar el embrague.Cuando el motor alcanza una cierta velocidad, se activa el embrague, de trabajo algo as como una transmisin continuamente variable. A medida que aumenta la carga, la velocidad cae, desacoplando el embrague, dejando que el aumento de velocidad de nuevo y el retorno automtico del embrague. Si sintonizado correctamente, el embrague tender a mantener la velocidad en o cerca del pico de par de torsin del motor. Esto se traduce en un poco de calor residual, pero en un amplio rango de velocidades que es mucho ms til que un accionamiento directo en muchas aplicaciones.

Ventajas 1. Ningn tipo de mecanismo de control es necesario1. Es ms barato que otras garras.1. Evita que el motor de combustin interna se cale cuando el eje de salida se ralentiza o se detiene bruscamente por lo tanto, disminuye la fuerza de frenado del motor.

FIGURA 18

EMBRAGUES DE UN SOLO SENTIDOEs un componente diseado para permitir la rotacin en una direccin e impedir que rote en la direccin opuesta y se utiliza para cambiar la direccin de rotacin o bien sea para variar la velocidad de rotacin de otros componentes.Aplicaciones.Son utilizados en gras para impedir que la carga se caiga si, por ejemplo, se interrumpe la potencia en el eje.Otra aplicacin comn de estos embragues es la masa trasera de una bicicleta.1. Transportadores inclinados1. Ventiladores.1. Bombas.CONVERTIDOR DE PAREl convertidor de par es un componente formado por una carcasa redonda en el interior de la cual se encuentran dos turbinas, una est conectada al motor y la otra con la caja de velocidades. Acta tanto como multiplicador de par como acoplamiento hidrulico. Va atornillado al volante del motor, normalmente conocido como disco flexible, y gira al mismo rgimen que el motor. Dentro de la estructura del convertidor, hay tres elementos bsicos con paletas: el impulsor o bomba, la turbina y el estator. El impulsor forma parte del crter de convertidor y da la energa o el impulso hidrulico al lquido que acciona el elemento de salida (la turbina). El estator, montado sobre un embrague de rodillos unidireccional (rueda libre), est sujeto a un eje de reaccin (estacionario) durante la fase de multiplicacin de par y marcha desembragado durante la fase de acoplamiento.FIGURA 19

El funcionamiento consiste en que cuando el motor gira, el aceite que se encuentra en el interior de la carcasa es impulsado por una bomba, proyectndose por su periferia hacia la turbina incidiendo paralelamente en los alabes. El aceite es arrastrado por la propia rotacin de la bomba o rotor conductor. La energa cintica del aceite acta sobre la turbina hacindola girar.Cuando el motor funciona a ralent, la energa cintica que produce el aceite es pequea y la fuerza transmitida es insuficiente para vencer la resistencia del par, se produce un resbalamiento total entre la bomba y la turbina con lo que la turbina permanece inmvil. A medida que aumentan las revoluciones del motor la fuerza del aceite va aumentando e incide con ms fuerza sobre la turbina hasta que vence el par resistente y empieza a girar la turbina, mientras se verifica un resbalamiento de aceite entre la bomba y turbina lo que supone un acoplamiento progresivo del embrague.FIGURA 20

Beneficios del convertidor de par: - Absorbe la carga de choque.- Evita que el motor se cale por sobrecarga del motor.- Se utilizan menos cambios de velocidad.- Se elimina la necesidad de embrague.- La carga de trabajo va tomndose de forma gradual.MATERIALES DE FRICCIN

En la actualidad existen diferentes tipos de materiales de friccin para la fabricacin de balatas. La base principal puede estar compuesta de materiales semimetlicos,cermicos ocarbnicos,la mayora de los fabricantes de materiales de friccin emplean en mayor o menor medida la base que a continuacin escriben.Las FibrasLas fibras son elementos encargados de aglutinar y ligar el resto de los elementos. Es decir, las fibras son el "armazn" de las pastillas de freno, a travs de sus mltiples ramificaciones van uniendo el resto de los elementos. Existen dos tipos principales de fibras las sintticas y las minerales. Las ms usuales en el campo de friccin son: fibras de vidrio, fibras de aramida, lana de roca, entre otras.Las Cargas MineralesEstas son las encargadas de dar consistencia mecnica al conjunto, es decir, le aportan resistencia a la abrasin. Estn encargadas tambin, de aportar resistencia a las altas temperaturas. Las ms usuales son: barita, magnesita, talco, mica, carbonato, feldespato, entre otros.Componentes MetlicosSe aaden en forma de polvo o viruta para conseguir homogenizar el coeficiente de friccin as como la transferencia de calor de la pastilla al caliper. Los ms usuales son, latn, cobre, bronce, entre otros.

Lubricantes o Modificadores de CoeficienteSon los encargados de hacer variar el coeficiente de friccin normalmente baja, dependiendo del rango de temperatura de funcionamiento. Son empleados en forma de polvo suelen ser grafitos, coque, sulfuros, antracitas, etc.

Los Materiales OrgnicosSon los encargados de aglomerar el resto de los materiales. Cuando alcanzan una determinada temperatura fluyen y ligan el resto de los componentes, hasta que se polimerizan. Las ms importantes son las resinas fenlicas termoendurecibles.

Los AbrasivosCumplen principalmente la misin de incrementar el coeficiente de friccin y tambin renuevan y limpian la superficie del disco permitiendo la formacin de la capa intermedia o tambin conocida como tercera capa.Hoy en da se busca remplazar los materiales metlicos por otros materiales con mejores caractersticas, tanto mecnicas como fsicas, un ejemplo de estos materiales son losmateriales cermicos.Los materiales cermicos son compuestos inorgnicos no metlicos con amplias propiedades mecnicas y fsicas. Son duros, frgiles, con un alto punto de fusin, baja conductividad elctrica y trmica, buena estabilidad qumica y resistencia a la compresin. En la tecnologa espacial se utilizan unos materiales cermicos llamados cermets para fabricar la parte delantera de los cohetes, las placas resistentes al calor de los transbordadores espaciales y otros muchos componentes.Los requerimientos bsicos del material de friccin (balatas) son los que establece la propia aplicacin del producto. Los ms relevantes son:1. Presentar un coeficiente de friccin adecuado y estable a cualquier rango de temperatura y presin.1. Mantener un equilibrio entre abrasin y resistencia al desgaste.1. Una cierta compresibilidad, tanto en frio como en caliente, que haga que el material absorba vibraciones e irregularidades de la otra superficie con la que entra en contacto.1. Una buena resistencia al choque y al cizallamiento.El parmetro bsico que define cualquier material de friccin es su coeficiente de friccin (). Durante el desarrollo de nuevas formulaciones, el coeficiente de friccin es ensayado en los dinammetros de inercia, as como en la maquina de presin constante. Una vez pasada esta fase se ensayan directamente en vehculos equipados para la adquisicin de los datos que el ensayo produzca.

FRICCIN Y TEMPERATURA

La capacidad de un freno o de un engrane para absorber potencia es determinada principalmente por su capacidad de desprenderse del calor producto de la friccin. La propiedad de disipar calor es determinada por factores como el tamao, forma y la condicin de la superficie de las diversas partes. Si el embrague o freno no est encerrado en una caja o si el aire circundante est en movimiento, el freno puede ser enfriado ms fcilmente. La construccin del tambor y las partes adyacentes, el tiempo que el freno esta aplicado y el tiempo entre las aplicaciones son tambin factores que afectan la temperatura.La potencia por pulgada cuadrada puede servir como una gua aproximada para la elevacin de la temperatura del tambor.

TABLA 1

El aumento de temperatura del conjunto de embrague o de freno se puede aproximar por la clsica expresin:

1. T = aumento de temperatura, F1. Cp = calor especfico, Btu/(lbm F); use 0.12 para hierro o acero fundido1. W = masa de partes de embrague o freno, lbmUna ecuacin similar que se puede escribir para las unidades del SI. Es: 1. T = aumento de temperatura, C1. Cp = calor especfico; use 500 J/kg C use 0.12 para hierro o acero fundido 1. m = masa de partes de embrague o freno, kg REFERENCIAShttp://html.rincondelvago.com/frenos-y-embragues.htmlhttp://www.buenastareas.com/materias/embragues-conicos/0http://www.sabelotodo.org/automovil/frenos.htmlhttp://centrodeartigo.com/articulos-noticias-consejos/article_147985.htmlhttp://www.cajadecambio.es/convertidor_de_par.html2

Torres Grajeda Patricia Monserrat