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• Jorge Corcha

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FRENOS DE TAMBOR............................................................................................................................... 2 TAMBOR............................................................................................................................................................................ 2 PLATO DE FRENO............................................................................................................................................................. 3 FRENO DE TAMBOR SIMPLEX........................................................................................................................................ 4 FRENO DE TAMBOR DUPLEX......................................................................................................................................... 5 FRENO DE TAMBOR DUO-SERVO...................................................................................................................................6 FRENOS DE CINTA.................................................................................................................................... 7 FRENOS Y EMBRAGUES DE DISCO....................................................................................................... 8 FRENO DE DISCO:............................................................................................................................................................ 8 EMBRAGUE DE DISCOS....................................................................................................................................................9 EMBRAGUES CONICOS.......................................................................................................................... 10 EMBRAGUE CENTRIFUGO................................................................................................................... 11 MATERIALES UTILIZADOS.................................................................................................................. 12 PROBLEMAS RESUELTOS..................................................................................................................... 14 BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................................................ 21

FRENOS DE TAMBOR Este tipo de freno esta constituido por un tambor, que es el elemento móvil, montado sobre el buje de la rueda por medio de unos tornillos o espárragos y tuercas, del cual recibe movimiento, y un plato de freno, elemento fijo sujeto al puente o la mangueta. En este plato van instalados los elementos de fricción, llamados ferodos, y los mecanismos de accionamiento para el desplazamiento de las zapatas.

                Tambor El tambor es la pieza que constituye la parte giratoria del freno y que recibe la casi totalidad del calor desarrollado en el frenado.Se fabrica en fundición gris perlitica con grafito esferoidal, material que se ha impuesto por su elevada resistencia al desgaste y menor costo de fabricación y que absorbe bien el calor producido por el rozamiento en el frenado. Cabe destacar también, para ciertas aplicaciones, las fundiciones aleadas, de gran dureza y capaces de soportar cargas térmicas muy elevadas.

                           

El tambor va torneado interior y exteriormente para obtener un equilibrado dinámico del mismo, con un mecanizado fino en su zona interior o de fricción para facilitar el acoplamiento con los ferodos sin que se produzcan agarrotamientos. En la zona central lleva practicados unos taladros donde se acoplan los espárragos de sujeción a la rueda y otros orificios que sirven de guía para el centrado de la rueda al buje.El diámetro de los tambores, según las características del vehículo, esta normalizado según la norma UNE 26 019.

            Plato de freno El plato de freno esta constituido por un plato portafrenos o soporte de chapa embutida y troquelada, sobre el que se monta el bombín o bombines de accionamiento hidráulico y las zapatas de freno y demás elementos de fijación y regulación.Las zapatas se unen por un extremo al bombín y por el otro a un soporte fijo o regulable; a su vez, se mantienen unidas al plato por medio de un sistema elástico de pasador y muelle, que permite un desplazamiento de aproximación al tambor y las mantiene fijas en su desplazamiento axial. El muelle, que une las dos zapatas, permite el retroceso de las mismas a su posición de reposo cuando cesa la fuerza de desplazamiento efectuada por el bombín.

Tipos de freno de tambor Según la forma de acoplamiento de las zapatas al tambor para ejercer el frenado, los frenos de tambor se clasifican en los siguiente tipos:

Freno de tambor Simplex En este tipo de freno las zapatas van montadas en el plato, fijas por un lado al soporte de articulación y accionadas por medio de un solo bombín de doble pistón. Este tipo de frenos de tambor es de los mas utilizados sobre todo en las ruedas traseras.

                  

Con esta disposición, durante el frenado, una de las zapatas llamada primaria se apoya sobre el tambor en contra del giro del mismo y efectúa una fuerte presión 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 presión de frenado en esta zapata sea inferior a la primaria.

                  

Invirtiendo el sentido de giro, se produce el fenómeno 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 mas 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 tambor.

Freno de tambor Duplex En este freno, y con el fin de obtener una mayor fuerza de frenado, se disponen las zapatas en forma que ambas resulten primarias. Para ello se acopla un doble bombín de pistón único e independiente para cada zapata, los cuales reparten por igual las presiones en ambos lados del tambor.Estos frenos provistos de bastidores con efecto unilateral son muy eficaces pero sensibles a las variaciones del coeficiente de rozamiento. Presentan la ventaja de que, con su empleo, no se ponen de manifiesto reacciones sobre los rodamientos del buje.

                     

                        Freno de tambor Twinplex Este tipo de freno de tambor es muy similar al Duplex salvo que los puntos de apoyo de las zapatas en vez de ir fijos se montan flotantes. En este freno las dos zapatas son secundarias, pero por un sistema de articulaciones, trabajando en posición flotante, se acoplan al tambor en toda su superficie, evitando el acuñamiento y ejerciendo una presión uniforme sobre el tambor. En un sentido de giro las dos zapatas actuarían como zapatas primarias y en el otro sentido como zapatas secundarias.

Freno de tambor Duo-servo Está constituido por dos zapatas primarias en serie, con lo cual se aumenta el efecto de autobloqueo. En este freno, una zapata empuja a la otra mediante una biela de acoplamiento. Es un freno altamente eficaz, pero muy sensible a las variaciones del coeficiente de rozamiento. Se consiguen esfuerzos mas elevados de frenado y las zapatas ejercen en cada sentido de giro igual esfuerzo. Este tipo de freno se emplea mucho en frenos americanos.

                                

                          

FRENOS DE CINTA   La forma exterior del árbol es similar a la de un tambor de freno. Como elemento de freno, una cinta de acero abraza estrechamente ese tambor de freno, el cual se mueve libremente en estado inactivo. La cinta de freno se apoya en un extremo contra la caja del cambio. Al tener lugar la activación hidráulica, en el otro extremo actúa la fuerza del émbolo y frena el tambor hasta la parada. Una desventaja del freno de cinta es que sobre la caja del cambio actúan grandes fuerzas radiales.

 

FRENOS Y EMBRAGUES DE DISCO Los frenos y embragues constituyen una parte fundamental del diseño de elementos de máquinas, es común ver estos dispositivos en cualquier tipo de automóviles. Son también componentes fundamentales en máquinas-herramientas, mecanismos móviles, aparatos elevadores, turbinas, etc.

Definiciones: Freno: Un freno es un dispositivo que se usa para llevar al reposo un sistema en movimiento, para bajar su velocidad o para controlar su velocidad hasta un cierto valor en condiciones cambiantes.

Embrague: Son acoplamientos temporales, utilizados para solidarizar dos piezas que se encuentran en ejes coaxiales, para transmitir a una de ellas el movimiento de rotación de la otra a voluntad.

Freno de disco: Los frenos de disco no tienen una aplicación tan universal como los de zapata y de banda. Su principal campo de aplicación es en frenos de automóviles.Este tipo de frenos necesita una mayor fuerza de accionamiento para obtener la misma fuerza de frenado, comparada con los otros tipos de frenos, por esta razón es muy poco utilizado en la industria.

Ventajas: -

Cuando el disco se calienta y se dilata, se hace más grueso, aumentando la presión contra las pastillas. Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor desecha agua y el polvo por acción centrífuga. Disipan más calor que los de tambor, pues los discos pueden ser ventilados.

Desventajas: -

No poseen la acción autoenergizante. Las pastillas son más pequeñas y se desgastan más rápido que las de los frenos de tambor.

Embrague de discos Cada marcha posee un elemento del cambio, como mínimo, el cual establece el flujo de fuerza mediante fricción. Se utilizan embragues de discos para establecer el flujo de fuerza del eje de turbina al tren epicicloidal. Poseen discos interiores y exteriores, ambos unidos con piezas rotatorias. Están encajados unos con otros. Sin accionamiento, hay entre ellos un intersticio y están llenos de aceite, de modo que puedan girar libremente. El conjunto de discos es comprimido por un émbolo hidráulico, que gira simultáneamente junto con su llenado de aceite, el cual actúa por detrás sobre el émbolo. Por ello, la alimentación de aceite se efectúa mediante un árbol hueco. Al desembragar, se descarga el embrague de discos mediante resortes (muelles de compresión, también muelles de platillo). Unas válvulas de bola (en parte en el émbolo, y en parte en el portadiscos) se encargan de que, sin accionamiento, se elimine rápidamente la presión y pueda salir el aceite. Los portadiscos, tanto en el elemento interior como en el exterior, alojan los discos mediante salientes, resultando una unión en arrastre de forma.

        

Los discos exteriores son de acero. Los discos interiores son de plástico altamente resistente. Cumplen al mismo tiempo la función del forro de fricción. La armazón de apoyo es de celulosa. La resistencia a temperaturas elevadas se consigue mediante un aditamento de fibras de aramida (material plástico de alta resistencia). A fin de influir sobre el valor de fricción se añaden minerales para unir la resistencia fenólica. El número de discos varía mucho según la ejecución del cambio. El juego entre los discos es de importancia para el funcionamiento del acoplamiento automático de las marchas y está predeterminado en el diseño. Se ajusta por separado al efectuar el montaje.

EMBRAGUES CONICOS Un embrague cónico debe su eficiencia a la acción de la cuña de la parte cónica en la parte receptora. El embrague cónico consiste en un platillo montado con cuña o par unión ranurada, en uno de los ejes; un cono que debe- deslizarse axialmente sobre ranuras o chavetas en el eje compañero y un resorte helicoidal que mantiene la conexión del embrague. El ángulo de cono así como el diámetro y el ancho de cara del mismo, son los parámetros geométricos importantes del diseño. Si el ángulo es demasiado pequeño por ejemplo menor de 8º la fuerza necesaria para abrir el embrague puede ser bastante grande y el efecto de cufia o acufíamiento disminuye rápida mente, cuando se usan ángulos de cono mayores. Dependiendo de las características del material de fricción, puede lograrse un buen resultado de un embrague utilizando valores entre 10° y 15º

Embrague cónico. Para hallar una relación entre la fuerza de trabajo P y el momento de rotación trasmitido, se designan las dimensiones del cono como se indica en la figura anterior. Como en el caso de embrague axial, es posible obtener un conjunto de relaciones para una hipótesis de desgaste uniforme y otro para presión uniforme.

EMBRAGUE CENTRIFUGO

Es usado generalmente en los ciclomotores , consiste en un rotor que va unido al cigüeñal el cual gira junto con el, mientras va dentro de una campana la cual no tiene movimiento, que por medio de una serie de engranajes transmite el movimiento a la rueda. Este rotor cuenta con unas pastillas unidas por resortes que se expanden al haber movimiento , adhiriéndose a la campana y de esta forma se transmite la potencia a la rueda. Al dejar de acelerar, estas pastillas vuelven a su posición original despegándose de la campana.

MATERIALES UTILIZADOS Las propiedades de un material de fricción para freno o embrague deben ser las siguientes: 

Coeficiente de fricción alto y uniforme.



Propiedades poco dependientes de condiciones externas (p.ej. Humedad).



Buena conductividad térmica y capacidad de resistir altas temperaturas.



Alta resistencia al desgaste, rayado y raspadura.

Algunos materiales de base de asbesto, son utilizados- generalmente por su alta resistencia a las altas temperaturas. - Los valores típicos de factores de operación y algunos materia— les de fricción así como sus características, son expuestos en - la tabla 8.1. Las presiones de diseño en los platos secos de 10^ K/m2 y el coeficiente de fricción está situado probablemente entre 0.25 y 0.30 Los resortes aue mantienen unidos a los platos, deben- ejercer una presión mayor que la permisible, porque deben vencer la fricción en la cuña* Los forros de los embragues son afectados por la temp¿ rotura. Cuando ésta alcanza límites excesivos, el coeficiente de fricción puede elevarse o caer rápidamente dependiendo del mate- rial; dando como resultado una deficiencia en el control» Las ~ temperaturas excesivamente altas, pueden también dañar el mate- rial y destruir su resistencia mecánica. Al seleccionar un coeficiente de fricción para diseñó- se deben usar valores de sólo la mitad a los tres cuartos de los indicados* Ssto proporcionará un margen de seguridad contra des- gaste, suciedad y otras condiciones desfavorables* Algunos materiales se pueden trabajar en condiciones - no secas, pues se pueden sumergir en aceite, o bien rociarlos* - Esto reduoe algo el rozamiento, pero elimina más el calor y per- mite el uso de presiones más altas«

PROBLEMAS RESUELTOS

1.Un automóvil, cuya masa es 1 500 Kg, se mueve a 144 km/h. Se le aplican los frenos y, cuando ha recorrido 80 m, su velocidad es de 21,6 km/h. Hallar: a) La fuerza de ejercida por los frenos. b) El tiempo durante el que actúan.

SOLUCIÓN La aceleración se puede calcular a partir de la expresión:

Pero antes de aplicar la ecuación debemos expresar la velocidad en unidades SI para que el problema sea coherente:

Despejando y sustituyendo en la ecuación:

La fuerza de frenado será:

Para determinar el tiempo durante el que actúa empleamos la expresión:

2.-

Considérense los forros de un embrague Sea r el radio interior del forro y R el radio exterior. Sea p la presión ejercida sobre el disco por los muelles que por ser a través del plato opresor (se puede suponer constante en toda la superficie del forro). En una corona circular diferencial la fuerza que actúa:

Siendo μ el coeficiente de rozamiento forrovolante, la fuerza de rozamiento originada por dF es:

Como el disco de embrague actúa sobre el volante por una cara y sobre la campana a través del plato opresor:

Ecuación que determina la fuerza que tienen que ejercer los muelles sobre el plato opresor para transmitir con un embrague de dimensiones r, R, un par motor M. En tractores el par motor de cálculo se cuantifica 2-3 .M.Y para un embrague de amianto p debe ser de 5 a 7 Kg/cm2.

3.Calcule el torque que debe transmitir un embrague para acelerar la polea de la figura del estado de reposo hasta 550 rpm en 2.50 segundos. Siendo la polea de acero para banda plana.

SOLUCIÓN Es posible considerar que la polea consta de tres componentes cada uno de los cuales es un disco hueco. para la polea total es la suma de de cada componente. Parte 1 〖Wk〗^2=63.70 lb.pie^2 〖Wk〗^2=((〖10.0〗^4-〖9.0〗^4 )×6.0)/323.9 lb.pie^2

Parte 2 〖Wk〗^2=((〖9.0〗^4-〖3.0〗^4 )×0.75)/323.9 lb.pie^2

Parte 3

〖Wk〗^2=15.00 lb.pie^2

〖Wk〗^2=((〖3.0〗^4-〖1.5〗^4 )×4.0)/323.9 lb.pie^2 〖Wk〗^2=0.94 lb.pie^2

Sumatoria

〖Wk〗^2 total=36.70+15.00+0.94 lb.pie^2

〖Wk〗^2=79.64 lb.pie^2

Calculando el torque T: T= (Wk^2 (∆n))/308t lb.pie

T= 79.64(550)/(308×2.5) lb.pie

T=56.9lb.pie

En resumen, si un embrague que es capaz de ejercer cuando menos 56.9 lb-pie de torque se enlaza con una flecha que soporta la polea que se muestra en la figura, la polea podría acelerarse a partir del estado de reposo hasta 550 rpm, en 2.50 segundos o menos.

4.Calcule la fuerza axial que requiere un freno de cono si tiene que ejercer un torque de frenado de 50 lb.pie El radio medio del cono es 5.0 pulg. Utilice f= 0.25 pulg. Haga la prueba con ángulos de cono de 10º, 12º y 15º. Solución: Se puede despejar la ecuación 19 para la fuerza axial Fa

F_a=(T_f×(sen∝+fcos∝))/(f×R_m )= (50×(sen∝+0.25cos∝))/ (0.25×5.0/12)=480×(sen∝+0.25cos∝)

Así los valores de Fa como una función del ángulo de cono son: Para: Para: Para:

∝=10º

∝=12º

∝=15º

F_a=202 lb

F_a=217 lb

F_a=240 lb

5.La figura muestra un freno de tambor interno que tiene un diámetro en el interior de 12 in y un radio R = 5 in. Las zapatas tienen un ancho de cara de 1 ½ in y son accionados por una fuerza de 500 libras. El coeficiente de fricción es de 0,28. A. Determinar la presión máxima e indicar la zapata en el que ocurre. B. Calcular el par de frenado efectuada por cada uno de las zapatas, y encontrar el par de torsión total de frenado.

A.

θ_1=0°, θ_2=120°, θ_a=90°, sen θ_a=1, a=5 in

Momento de la fuerza de fricción:

M_f= (μp_max br)/(senθ_a ) ∫_(θ_1)^(θ_2)▒(r-acosθ)senθdθ M_f= (0.28p_max (1.5)(6))/1 ∫_(0°)^(120°)▒(6-5cosθ)senθdθ

M_f=17.96p_max lbf.in

Momento de la fuerza normal: M_N= (p_max bra)/(senθ_a ) ∫_(θ_1)^(θ_2)▒〖〖senθ〗^2 dθ〗

M_N= (p_max (1.5)(6)(5))/1 ∫_(0°)^(120°)▒〖〖senθ〗^2 dθ〗

Calculo de c:

c=2asenθ=2×5×sen60=8.66 in

La fuerza de accionamiento para zapatas des-energizante: F=(M_N+M_f)/c

M_N=56.87p_max lbf.in

500=(56.87p_max+17.96p_max)/8.66

p_max=57.86 psi

La fuerza de accionamiento para zapatas auto-energizante: F=(M_N-M_f)/c

p_max=111.28 psi

500=(56.87p_max-17.96p_max)/8.66

La presión máxima p_max=111.28 psi autoenergizante

se produce en la zapata de la derecha que es

B. Par de torsión de frenado para zapata autoenergizante: T_s=(μp_max br^2 (cosθ_1-cosθ_2))/(senθ_a ) T_s=2530 lbf.in T_s=(0.28×111.4×1.5×6^2 (cos0°-cos120°))/1

Par de torsión de frenado para zapata desenergizante: T_d=(μp_max br^2 (cosθ_1-cosθ_2))/(senθ_a )

T_d=(0.28×57.9×1.5×6^2 (cos0°-cos120°))/1

T_d=1310 lbf.in

El par de torsión de frenado total de las dos zapatas, es: T_total=2530+1310

BIBLIOGRAFÍA · UNIVERSIDAD AUTONOMA DENUEVO LEON

T_total=3840 lbf.in

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FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA “ANALISIS DE EMBRAGUES” TESIS

· CAMPUS TECNOLÓGICO UNIVERSIDAD DE NAVARRA 

FRENOS Y EMBRAGUES

· TÉCNICAS DE TRANSMISIONES AUTOMÁTICAS , S.L. 

FRENOS Y EMBRAGUES

·http://es.scribd.com/doc/20350111/FRENOS-Y-EMBRAGUES#

·http://www.sabelotodo.org/automovil/frenobanda.html ·http://www.sabelotodo.org/automovil/frenodisco.html