Frenos y embragues de disco-DISEÑO II

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5.1 FRENOS DE CINTA O DE BANDA

Frenos de cinta o de banda: Utilizan una bandaflexible, las mordazas o zapatas se aplican paraejercer tensión sobre un cilindro o tambor

giratorio que se encuentra solidario al eje que sepretenda controlar. La banda al ejercer presión,ejerce la fricción con la cual se disipa en calor laenergía cinética del cuerpo a regular. Se usa en

las máquinas de vapor, en los vehículos a motor yen algunos tipos de bicicletas, pero sobre todo enaparatos elevadores.

En la figura 6-8 se muestra esquemáticamente

un freno simple de banda. El croquis (b)muestra, a mayor escala, las fuerzas que

actúan sobre un elemento del forro situado

entre dos planos axiales separados solo por un

pequeño ángulo . La tensión sobre el lado

apretado es igual a la tensión T del lado flojo

mas un incremento d T. El tambor esta

presionando hacia afuera sobre elemento conuna fuerza reactiva dR. La fuerza de fricción

es igual a d T , que es la diferencia entre las

fuerzas tangenciales en la banda.

Como el ángulo es muy pequeño, la

componente hacia adentro de las fuerzas

tangenciales es , que es igual a la reacción dR.

Entonces,

La fuerza en la banda T varia de ,donde es

cero, al valor donde tiene el valor . Esta

ecuación se integra como sigue:

Entonces,

Ec. 13

En la figura 6-8 (a), el freno esta accionado por la

aplicación de la fuerzaP

en el extremo de lapalanca. Una fuerza menor P se necesita para la

operación cuando el lado tenso de la banda esta

unido al soporte estacionario y el lado flojo esta

unido a la palanca.

En el freno diferencial de banda, la fuerza de

fricción ayuda en la aplicación de la banda.Para el freno mostrado en la figura 6-9 puede

escribirse la siguiente ecuación:

Ec. 14

Si el producto es mayor que ,el freno

será autobloqueante. Se utiliza en dispositivosde topes para prevenir rotación en dirección

inversa. En la rotación antihoraria mostrada en la

figura 6-9, la fricción tiende a aflojar la banda y

el tambor gira libremente.

Si la rotación se invierte y se vuelve horaria, la

fricción aplicara el freno y, si esautobloqueante, la rotación se detendrá.

Apliquemos el análisis de la figura 6-8 (b) a la

banda en el punto de tangencia para La

reaccion R es igual a brpmax , donde pmax es la presion entre el tambor y el forro. Las

componentes internas de las fuerzas en la

banda son iguales a .

Estas 2 fuerzas son iguales entre si y dan la

siguiente ecuación útil:

Ec. 15

Ejemplo 6-4.

Un freno de banda similar al de la figura 6-8tiene un tambor de 16 in de diámetro y un

ancho de forro igual a 3 in. La velocidad es de

200 rpm, a= 10 in, m= 3 in, =270° y =0.2.Encuentre el par de torsión y la potencia si la

presión máxima en el forro es de 70 psi.

Solución. Por la ecuación (15):

Por la ecuación (13):

Fuerza:

Par de torsion:

Potencia:

Ejemplo 6-4 A

Un freno de banda similar al de la figura 6-9tiene un tambor de 400 mm de diámetro y un

ancho de forro igual a 75 mm. La velocidad es

de 200 rpm;a=

250 mm,m=

75 mm, =270°

y = 0.2. Encuentre el par de torsión y la

potencia si la presión máxima en el forro es de

0.5 Mpa.

Solución. Por la ecuación (15).

Par de torsión:

Potencia absorbida:

5.2 FRENOS Y EMBRAGUES DE

Frenos de disco: Es un dispositivo cuya función esdetener o reducir la velocidad de rotación de una

rueda. Hecho normalmente de acero, está unido a larueda o al eje.

Embragues: El embrague es un sistema que permitetanto transmitir como interrumpir la transmisión de

una energía mecánica a su acción final de maneravoluntaria. En un automóvil, por ejemplo, permite alconductor controlar la transmisión del par motordesde el motor hacia las ruedas.

� El embrague de placas mostrado, mostrado

en el diagrama de la figura 6-6, se usa tanto enel servicio automotriz como en el industrial.

Supongamos que las partes son

suficientemente rígidas para dar un desgaste

uniforme sobre el forro y que el desgaste es

proporcional al producto de la velocidad y la

presión.

Como la velocidad es proporcional al radio r del

elemento, puede escribirse la siguienteecuación:

Donde =Es el desgaste yK= Es una constante.

Como es constante para toda la cara, la

presión máxima ocurrirá en el radio menor ointerno (r i).

Por lo tanto

La eliminación de y K de estas ecuacionesda

La fuerza normal total Fn que debe ejercerse

por el resorte actuante, se encuentra

multiplicando el elemento de área

por la presión e integrando sobre la

superficie.

El par se encuentra multiplicando la fuerza

sobre el elemento por el coeficiente de friccióny el radio y se integra sobre el área.

Los embragues de discos múltiples tienen forros

de fricción sobre las caras frontales de discosalternados. Como la ecuación (7) da el par

para una sola cara, esta cantidad debe

multiplicarse por el numero de caras para

encontrar el par para todo el embrague.

Las ecuaciones (6) y (7) son aplicables solo

cuando las partes del embrague son muy

rígidas, de manera que el desgaste esuniforme sobre el forro.

Supongamos que un tipo alternativo de

construcción se usa de manera que el forrodel embrague esta unido a discos flexibles, asi

que la presión p es uniforme sobre toda la

superficie. La fuerza axial total Fn requerida

para la operación es:

El par ejercido por el embrague es:

Ejemplo 6-2.

Un embrague de discos con una sola superficietiene 10 in de diámetro exterior y 4 in de

diámetro interior.=0.2

(a) Si es valida la teoría del desgaste uniforme,

encuentre la fuerza axial requerida para

P max= 100 psi. Encuentre el par de torsión para

el embrague.(b) Haga lo mismo para un embrague similar en

el que es valida la teoría de la presión

uniforme para p= 100 psi.

(c) Si la teoría del desgaste uniforme es valida,

encuentre el par de torsión que tomara elembrague para Fn= 5,000 lb y el valor de

pmax .

(d) Haga lo mismo para un embrague en el quees valida la teoría de la presión uniforme.

Solución. (a) Por la ecuación (6):

(b) Por la ecuación (8):

(c) Por la ecuación (6):

(d) Por la ecuación (8):

Ejemplo 6-2 A

Un embrague de discos con una sola superficiede fricción tiene 250 mm de diámetro exterior

y 100 mm de diámetro interior.= 0.2

(a) Si la teoría del desgaste uniforme es valida,encuentre la fuerza axial requerida para

Pmax = 0.7 Mpa. Encuentre el par de torsión

para el embrague.(b) Haga lo mismo para un embrague similar en

el que es valida la teoría de la presión

uniforme para p= 0.7 Mpa.

(c) Si la teoría del desgaste uniforme es valida,

encuentre el par de torsión que tomara elembrague para Fn= 22,500 N y el valor de

pmax .

(d) Haga lo mismo para un embrague en el que

es valida la teoría de la presión uniforme.

Solución. (a) Por la ecuación (6):

(b) Por la ecuación (8):

(c) Por la ecuación (6):

(d) Por la ecuación (8):

FRENOS DE DISCO

Frenos de disco: Es un dispositivo cuya función

es detener o reducir la velocidad de rotación

de una rueda. Hecho normalmente de acero,

está unido a la rueda o al eje.

Un análisis detallado del freno de discos da

ecuaciones que conducen a pares que son

ligeramente mayores que los que resultan delas ecuaciones para los embragues.

Las cargas se equilibran situando cojincillos en

ambos lados del disco. Para tener un mejor

enfriamiento, el disco se hace hueco con una

corriente de aire fluyendo alrededor.

Un servofuncionamiento puede lograrse por la

adición de varias partes mecánicas.

Ejemplo 6-3.

Un freno de discos tiene 2 cojincillos conángulos incluidos de 45° cada uno. El radio

exterior es de 6 in. El radio interior e de 4 in. El

coeficiente de fricción es de 0.4. La presión

máxima en el forro es de 100 psi. Encuentre la

fuerza requerida para aplicar una zapata y

encuentre la capacidad por par de torsión

para ambas zapatas.

Solución. Por la ecuación (6):

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