• Author / Uploaded
• EmiliaMatus

Citation preview

Acoplamientos temporarios Javier Benasayag 2008

Acoplamientos temporarios €

Tipos y Embrague y freno a fricción y Embrague y freno de tambor con zapatas

internas expansibles y Embrague y freno de tambor con zapatas externas expansibles

Javier Benasayag 2008

Javier Benasayag 2008

¿Qué 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 rotación 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 mecánico o térmico y el órgano de utilización, a fin de poder parar este último sin que deje de funcionar el motor.

Javier Benasayag 2008

Embrague

Javier Benasayag 2008

Embrague Disco de embrague

Plato opresor

Javier Benasayag 2008

Embrague €

Un Embrague es un sistema que permite controlar el acoplamiento mecánico entre el motor y la caja de cambios. El embrague permite que se puedan insertar las diferentes marchas o interrumpir la transmisión entre el motor y las ruedas. Los embragues utilizados en los automóviles son por fricción entre un disco solidario con la caja de cambios y de una maza solidaria al cigüeñal del motor

Javier Benasayag 2008

Ubicación del embrague

Javier Benasayag 2008

Partes del embrague

Volante de inercia Disco de embrague

Pedal

Campana

Diafragma Horquilla

Crapodina

Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento €

Existen dos formas de dimensionar un embrague: y Desgate uniforme y Presión uniforme

Javier Benasayag 2008

Elementos considerados en un disco de embrague dr

r d

D

Javier Benasayag 2008

Desgate uniforme Considerando un desgaste uniforme

d p.r = pa 2

d p = pa 2.r Javier Benasayag 2008

Desgaste uniforme Se tiene un elemento de área de radio r y espesor d/2. el área d este elemento es 2.π.r.dr, de manera que la fuerza normal que actúa en este elemento es dF= 2.π.p.r.dr Se determina la fuerza normal total haciendo que r varíe de d/2 a D/2 en integrando.

F=

D/2

D/2

d /2

d /2

∫ 2.π . p.r.dr = π . p ∫ dr =

π . p.d 2

(D − d )

El momento de torsión de determina integrando el producto de la fuerza friccional y el del radio:

D/2

M=

∫ 2.π . p. f .r .dr = π . pm . f 2

d /2

D/2

∫ r.dr =

d /2

π . pm .d 8

(

. D2 − d 2

Javier Benasayag 2008

)

Desgaste uniforme Sustituyendo el valor de F de la ecuación 1 se obtiene:

F. f (D + d ) M= 4

Javier Benasayag 2008

Presión uniforme Cuando se puede suponer presión uniforme sobre el área del disco, la fuerza de accionamiento F es simplemente el producto de la presión y el área:

F=

π . pm

(

. D −d

4

2

2

)

Igual que antes, el momento de torsión de determina integrando el producto de la fuerza friccional y el radio :

2.π . p.d M = 2.π . f . p ∫ r .dr = . D3 − d 3 24 d /2 D/2

2

(

)

Javier Benasayag 2008

Presión uniforme Como p=pm la ecuación puede escribirse:

( (

F. f D − d . 2 M= 3 D −d2 3

3

) )

Se debe observar que para ambas ecuaciones el momento de torsión es para un solo par de superficies en contacto. Por lo tanto, el valor se debe multiplicar por el número de pares de superficies en contacto.

Javier Benasayag 2008

Materiales de fricción €

Características: y Coeficiente de fricción alto y uniforme y Inalterabilidad por las condiciones y y y y

ambientales (humedad) Resistencia a altas temperaturas Buena conductividad térmica Resilencia suficiente Resistencia al desgaste, rayado o raspadura

Javier Benasayag 2008

Selección del material €

La selección implica considerar las características antes mencionadas, junto con la disponibilidades y tamaños disponibles.

Javier Benasayag 2008

Coeficiente de fricción en seco

Temperatura máxima ºC

Presión máxima kPa

Hierro 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 hierro fundido

0.30 – 0.50

175 – 260

350 – 700

Asbesto moldeado sobre acero o hierro fundido

0.20 – 0.50

260

350 – 1000

Asbesto impregnado sobre acero o hierro fundido

0.32

260 – 400

1000

Grafito sobre acero

0.25

370 - 540

2100

Materiales

Elevación de la temperatura €

La elevación de la temperatura del conjunto de un embrague puede evaluarse aproximadamente por la expresión:

H ∆T = C.m €

∆T= Elevación de la temperatura, ºC

€

C= Calor específico, utilícese 500J/KgºC para acero o hierro fundido

€

m= Masa de todas las piezas del embrague, Kg Javier Benasayag 2008

Elevación de la temperatura €

Las ecuaciones anteriores pueden utilizarse para explicar que sucede cuando funciona un embrague, sin embargo intervienen tantas variables que sería poco improbable que tal análisis se aproximara a la realidad.

€

Por lo tanto dichos análisis son de los mas útiles en caso de ciclos repetitivos para señalar que parámetros de diseño tienen el mayor efecto en el funcionamiento.

Javier Benasayag 2008

Elevación de la temperatura €

Un embrague calentado hasta una temperatura T1 se enfría hasta una temperatura ambiente Ta de acuerdo a la siguiente relación:

T1 − Ta = (T1 − Ta )e

( A.U / C.m)t

T1= Temperatura instantánea en el tiempo t, ºC € A= Área de transferencia del calor, m2 € U= Coeficiente de transmisión térmica superficial, Kcal /m2 h ºC €

Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Asentamiento irregular del disco de embrague, lado volante motor Causas No hubo reemplazo del volante El volante no fue rectificado El volante fue mal rectificado Disco de embrague contaminado con aceite Causas Reten trasero del cigüeñal con filtración Reten delantero de la caja de cambios con filtración

Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Disco de embrague contaminado con grasa Causas Exceso de grasa en eje piloto Manipulación en el montaje con suciedad

Lengüetas del diafragma de la prensa desgastadas Causas Rodamiento embrague de tope Horquilla desgastada o rota Buje o rodamiento del eje piloto, en mal estado

Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Plato opresor de la prensa, rayado Causas Rodamiento embrague de tope Horquilla desgastada o rota Buje o rodamiento del eje piloto, en mal estado Plato parcialmente sobrecalentado Causas Disco, contaminado con grasa o aceite Rodamiento embrague de tope, fuera de norma especificada por el fabricante del vehículo. Mecanismo de embrague con defectos Vicio al conducir con el pie sobre el pedal del embrague El embrague fue forzado a patinar durante mucho tiempo

Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Disco de embrague totalmente desgastadas Causas Mecanismo de desembrague defectuoso. Vicio al conducir con el pie sobre el pedal del embrague. Presión del plato de la prensa, muy baja al ser accionada. Por uso indebido o por desgaste natural de la superficie. Funda y/o piola defectuosos Causas Piola embrague rota parcialmente Piola embrague desgastada Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Disco de embrague, rayada por el lado volante motor Causas No hubo reemplazo del volante motor El volante motor no fue rectificado El volante motor mal rectificado Lengüetas del diafragma de la prensa deformadas Causas Fallas de montaje del embrague. Lengüetas deformadas al introducir el eje piloto. Se dejo colgar transmisión y/o motor

Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Lengüetas del diafragma de la prensa excéntricamente desgastadas Causas Rodamiento embrague descentrado. Guía y/o punta eje piloto desgastadas. Falta de guías en el volante del motor Guía, punta eje piloto, desgastadas o perforada Causas Horquilla desgastada o deformada. Buje punta eje piloto roto o desgastado. Horquilla desalineada.

Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Disco de embrague, totalmente desgastado Causas Mecanismo de desembrague defectuoso. Vicio al conducir con el pie sobre el pedal.

Disco con excesiva comba (alabeo), en superficie de apoyo Causas Mal almacenamiento (alabeo máximo de 0,5 a 1,0 mm.). Manipulación del material sin cuidado. Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Muelle de la prensa embrague deformada Causas Juntas homocinéticas y/o tren motriz con juego excesivo. Prensa embrague no corresponde a la aplicación. Aplicación errónea, de velocidades durante la conducción Almacenaje y manipulación inadecuada. Apretar pernos de fijación incorrectamente. Masa de núcleo del disco embrague, desgastada en el borde exterior Causas Montaje del disco embrague invertido Disco embrague incorrecto, no corresponde a la aplicación. Error de montaje, el disco no fue montado en posición correcta. Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Disco de embrague desprendido Causas Conducción incorrecta (abuso del embrague o velocidad errónea). Daños por golpe. Disco incorrecto, mal aplicado. Estriado del núcleo del disco de embrague dañado Causas No se centró el disco El eje piloto se introdujo a la fuerza o bruscamente.

Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Masa del disco de embrague oxidada Causas No se lubricó el eje piloto con grasa Vehículo estacionado por largo tiempo

Masa con desgaste cónico y resortes del amortiguador destruidos Causas Buje piloto y/o rodamiento piloto desgastado o roto Desalineamiento entre el motor y la transmisión

Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Disco de embrague quemado Causas Disco de embrague contaminado con aceite y/o grasa. Retenes de motor y transmisión con filtración. Volante mal rectificado. Excesivo rectificado del volante motor. Segmentos del disco embrague rotos Causas Rodamiento y/o buje piloto desgastados o rotos. Desalineamiento entre transmisión y/o motor. Error al conducir, motor pasado en RPM, el disco alcanza una rotación por encima de la rotación de ruptura del disco.

Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Lengüetas del diafragma de la prensa embrague quebradas Causas Error de montaje, daños por golpe brusco sobre diafragma de material templado. Se introdujo a la fuerza punta eje piloto.

Plato de la prensa embrague quebrado Causas Recalentamiento del plato, por patinaje forzado. Revestimiento del disco desgastado. Disco de embrague sucio con aceite por filtración de retenes. Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Carcasa de la prensa embrague deformada Causas Error de montaje, los pernos de fijación no fueron apretados alternadamente. No fue observada la posición de los pasadores de las guías del volante motor. Rodamiento Embrague con poca presión sobre el diafragma de la prensa Causas Resorte tensor vencido. (Presión: 80-100 NM.).

Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Rodamiento embrague destruido Causas Horquilla descentrada. Faltó precarga en el rodamiento embrague 880-100 NM).

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 o desgastado. Rodamiento embrague fue sometido a recalentamiento por exceso de RPM, perdiendo la grasa lubricante. Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Lengüetas del diafragma de la prensa embrague desgastada Causas Rodamiento embrague de tope. Rodamiento embrague agrupado o bloqueado.

Estriado del núcleo del disco de embrague destruido Causas Desalineamiento entre motor y transmisión. Estriado de punta eje piloto dañado. Rodamiento y/o buje piloto desgastado o dañado. Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Contradisco o amortiguador de torsión roto, rondana destruida Causas Conducción inadecuada, bajas RPM y altas velocidades (3ª, 4ª y 5ª). Punta eje piloto descentrada.

Resortes del amortiguador rotos o demasiado comprimidos Causas Sistema de desembrague defectuoso. Desajuste en motor por RPM y tiempo de encendido.

Javier Benasayag 2008

Fallas de embrague Marcas de desgaste en resortes y amortiguador Causas Fallas de montaje. Disco invertido. Disco y embrague incorrectos. Excesivo rectificado del volante motor.

Causas Disco de embrague contaminado con grasa y/o aceite. Cable acelerador dañado. Sistema desembrague dañado Soportes de motor rotos o vencidos. Soportes de transmisión rotos o vencidos. Juntas homocinéticas y/o tren motriz con juego excesivo. Desajuste en motor por rpm y tiempo de encendido (fuera de punto).

Javier Benasayag 2008

Huellas de vibración en el plato de la prensa embrague

Javier Benasayag 2008

Embrague y freno de tambor con zapatas internas expansibles

Funcionamiento Javier Benasayag 2008

Embrague y freno de tambor con zapatas internas expansibles €

Este tipo de embrague contiene la esencia de 3 elementos: y Las superficies friccionantes que entrarán

en contacto. y El medio de transmisión del momento de torsión hacia y desde las superficies. y El mecanismo de accionamiento.

Javier Benasayag 2008

Usos frecuentes Este tipo de embrague se emplea en maquinaria textil, excavadoras y maquinas herramientas donde el embrague puede ubicarse dentro de la polea de impulsión. € Ventaja: €

y Transmisión de momento de torsión elevado

(inclusive a bajas velocidades)

Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento €

Por deducciones matemáticas y geométricas se trabajará con la siguiente expresión de la presión actuante:

pm p= .sen.θ sen.θm

Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento f.dN cosӨ f.dN senӨ

dN f.dN

FX F

a.senӨ dN.senӨ dN.cosӨ

Ө2

FY

Ө Ө1 r

c

Rx

r-a.cosӨ Ry

a

Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento €

Siendo: y dN: Fuerza normal diferencial y f.dN: Fuerza friccional y F: Fuerza de accionamiento y Rx,y: Reacciones en el pasador de la articulación

dN = p.b.r.dθ pm.b.r.sen.θ dN = sen.θm Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento Se determinará la fuerza de accionamiento F mediante la condición de que la suma de momentos respecto al pasador de la articulación sea cero. Se calcula el momento de las fuerzas friccionales respecto al brazo r-a.cosӨ

f . pm .b.r θ 2 M f = ∫ fdN (r − a. cosθ ) = senθ .(r − a cosθ )dθ ∫ senθ m θ 1 Se calcula el momento de las fuerzas normales respecto al pasador a.senӨ

MN = ∫

f . p m .b.r fdN ( a.sen θ ) = sen θ m

θ2

∫θ

1

sen θ .dθ 2

Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento La fuerza de accionamiento F debe equilibrar estos momentos:

F=

MN − M f c

Debe existir una condición para la fuerza de accionamiento sea igual a cero Si MN=Mf se logra el autobloqueo y no requiere fuerza de accionamiento. De esta manera, la dimensión de a debe ser tal que MN›Mf Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento El momento de torsión aplicado al tambor por la zapata de frenado es la suma de las fuerzas friccionales fdN multiplicada por el radio del tambor:

f . pm.b.r 2 (cosθ1 − cosθ2 ) f . pm.b.r 2 θ 2 senθ .dθ = T = ∫ fdN = ∫ senθm senθm θ1

Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento Las reacciones del pasador de la articulación se determinan tomando la suma de las fuerzas horizontales y verticales. θ2 pm .b.r ⎛ θ 2 2 Rx = ∫ dN cosθ − ∫ f .dNsenθ − Fx = ⎜ ∫θ 1 senθ cosθ .dθ − f ∫θ 1 sen θ .dθ ⎞⎟ − Fx ⎠ senθ m ⎝

θ2 pm .b.r ⎛ θ 2 2 Ry = ∫ dNsenθ + ∫ f .dN cosθ − Fy = ⎜ ∫θ 1 sen θ .dθ + f ∫θ 1 senθ cosθ .dθ ⎞⎟ − Fy ⎠ senθ m ⎝

Javier Benasayag 2008

Javier Benasayag 2008

FX Fy

F

f.dN senӨ f.dN cosӨ f.dN

c

dN dN senӨ dN cosӨ Ө

Ө1 Ө2 r

Rx Ry

a

Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento €

Siendo: y dN: Fuerza normal diferencial y f.dN: Fuerza friccional y F: Fuerza de accionamiento y Rx,y: Reacciones en el pasador de la

articulación

dN = p.b.r.dθ pm.b.r.sen.θ dN = sen.θm

Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento Se determinará la fuerza de accionamiento F mediante la condición de que la suma de momentos respecto al pasador de la articulación sea cero. Se calcula el momento de las fuerzas friccionales respecto al brazo r-a.cosӨ

f . pm .b.r θ 2 M f = ∫ fdN (r − a. cosθ ) = senθ .(r − a cosθ )dθ ∫ senθ m θ 1 Se calcula el momento de las fuerzas normales respecto al pasador a.senӨ

MN = ∫

f . p m .b.r fdN ( a.sen θ ) = sen θ m

θ2

∫θ

1

sen θ .dθ 2

Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento La fuerza de accionamiento F debe equilibrar estos momentos:

F=

MN + M f c

Debe existir una condición para la fuerza de accionamiento sea igual a cero Si MN=Mf se logra el autobloqueo y no requiere fuerza de accionamiento. De esta manera, la dimensión de a debe ser tal que MN›Mf Javier Benasayag 2008

Dimensionamiento Las reacciones del pasador de la articulación se determinan tomando la suma de las fuerzas horizontales y verticales. θ2 pm .b.r ⎛ θ 2 2 Rx = ∫ dN cosθ + ∫ f .dNsenθ − Fx = ⎜ ∫θ 1 senθ cosθ .dθ + f ∫θ 1 sen θ .dθ ⎞⎟ − Fx ⎠ senθ m ⎝

θ2 pm .b.r ⎛ θ 2 2 Ry = ∫ dNsenθ − ∫ f .dN cosθ + Fy = ⎜ ∫θ 1 sen θ .dθ − f ∫θ 1 senθ cosθ .dθ ⎞⎟ + Fy ⎠ senθ m ⎝

Javier Benasayag 2008

Bibliografía € €

Diseño en Ingeniería Mecánica, E. Shigley, R. Mischke,Mc Graw Hill, VI ED. Internet: http://www.noriega.cl/ficha%20embrague.htm

Javier Benasayag 2008