ESCUELA SUPERIOR DE TECNOLOGA

EMBRAGUES Y FRENOS

ELEMENTOS DE TRANSMISIN

Junio 2011 Jorge E Gamarra Tolentino

INTRODUCCIN

Los frenos y embragues constituyen una

parte fundamental del diseo de elementos

de mquinas, es comn ver estos

dispositivos en cualquier tipo de mquinas,

automviles, maquinas-herramientas,

mecanismos mviles, aparatos elevadores,

turbinas, etc.

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

rotacin de la otra a voluntad.

CLASIFICACIN

DE FRENOS Y

EMBRAGUES

EMBRAGUES Y FRENOS DE

FRICCIN

Son los de uso comn. Dos o ms

superficies son oprimidas entre s

mediante una fuerza perpendicular o

normal, para crear un par de torsin por

friccin.

Estn constituidos por una parte motriz, que

transmite el giro a una parte conducida,

utilizando la adherencia entre los dos elementos

y una presin aplicada que los une fuertemente

entre si.

Est compuesto por el disco de embrague y el

plato de presin.

EMBRAGUES DE FRICCIN DE DISCO

SIMPLE O MONODISCO

Partes

Denominada campana. Unida al volante de inercia del

motor mediante tornillos, encierra entre ella y el volante al

resto de las piezas, y gira solidaria con l.

Tapa metlica

Es un disco metlico sobre el cual, en su parte perifrica, van unidas mediante

remaches dos coronas circulares denominadas forros de embrague, constituidos

por amianto, resinas sintticas e hilos de cobre o latn, que constituyen un

material altamente resistente a la friccin. En su parte central lleva un manguito

estriado en su interior, dentro del cual se aloja un extremo del eje primario de la

caja de cambios, que est estriado exteriormente con un diseo acoplable al que

el disco de embrague lleva en su interior.

Disco de embrague

Forros del embrague

61.- Disco de embrague.2.- Corte radial.3.- Platillo.4.- Muelles.5.- Manguito estriado.6.- Forro de amianto.7.- Remache.

Tipo Massey

Metlico, con forma de corona circular del mismo

tamao que los forros de embrague, lleva unos soportes

sobre los cuales actan las patillas.

Plato de presin

Embrague de muelles

En este embrague la presin se efecta por medio

de una serie de muelles repartidos uniformemente

sobre la periferia del plato opresor, para que la

presin sea igual en toda la corona circular.

Generalmente 9 12. Se apoyan por uno de sus extremos sobre la campana y por el otro

sobre el plato de presin.

Diafragma: Por su menor nmero de componentes reduce la friccin y el desgaste,

garantiza un mejor funcionamiento, buen rendimiento y aumenta la durabilidad. La fuerza

de apriete aumenta con el desgaste del disco, lo que evita que el embrague patine

prematuramente. No requiere de ningn ajuste. Su accionamiento es ms suave y fcil

montaje.

Muelles o Diafragma

Generalmente 3 4. Actan como palancas de primer

gnero y tienen un punto de apoyo y giro unido a la

campana. Por uno de sus extremos las patillas actan

sobre el soporte del plato opresor y por el otro sobre el

anillo de patillas.

Patillas

Formado por un rodamiento axial con un orificio central por el que

pasa el eje primario. Este collarn se apoya por un lado en el anillo

de patillas y por el otro recibe el empuje de la horquilla.

Collarn

1. Carcasa

2. Disco de embrague

3. Forro

4. Diafragma

5. Collarn de empuje

6. Eje primario

7. Eje intermediario

Embrague de Diafragma

FRENOS DE TAMBOR CON BANDA

Son posiblemente el dispositivode frenado ms sencillo de

concebir. Se utilizan en

aparatos elevadores, mquinasexcavadoras, en montacargas

y otra maquinaria.

Una de las desventajas quetiene este tipo de freno es el

momento flector que produce

en el eje.

FRENO DE TAMBOR CON ZAPATAS

INTERNAS EXPANSIBLES

Estos dispositivos estn constituidos por una zapata, la cual esta recubierta de un material de friccin que calza perfectamente sobre el tambor y es empujada por un cilindro contra el tambor para crear el par de torsin por friccin.

Se utilizan en automviles, maquinaria textil, excavadoras y mquinas herramientas.

Transmiten un torque elevado, a un a bajas velocidades y requieren fuerzas de conexin y desconexin intensas.

DISEO DE FRENOS Y EMBRAGUES DE

FRICCIN

1. Estimar o determinar la distribucin de la presin sobre las superficies de friccin.

2. Hallar una relacin entre la presin mxima y la

presin en un punto cualquiera.

3. Aplicar condiciones de equilibrio esttico para

determinar la fuerza, el torque y las reacciones en los apoyos.

En el anlisis de todos los tipos de frenos y embragues de friccin se emplea el mismo procedimiento general:

FRENO DE CINTA

Geometra y fuerzas que actan en un

freno de cinta.

Debido al sentido de giro mostrado

en la figura P1>P2.

Planteando el equilibrio de un

diferencial de cinta, F=0:

De las ecuaciones anteriores se deduce:

Sustituyendo el valor de dN e integrando se tiene:

Expresin para el par de frenado:

La presin que acta sobre la cinta, p, puede deducirse del supuesto

que sobre el diferencial de longitud rd y ancho b acta una fuerzadN:

Por lo tanto:

De la ecuacin anterior se deduce directamente que el punto en el

que la presin es mxima es:

EMBRAGUE CNICO

EMBRAGUE DE DISCO

El embrague cnico es uno de los tipos de

embrague ms antiguo, tan slo se

emplea en aplicaciones sencillas, es

simple y eficaz.

En muchas aplicaciones los embragues

de disco han desplazado a los cnicos,

debido a que presentan una gran

superficie de friccin en un espacio

reducido, adems la superficie disipadora

de calor es ms efectiva.

Embrague de cnico.

Embrague de disco.

Una desventaja que presenta es que tiende a bloquearse.

DISEO

Distribucin de presin uniforme (embrague nuevo). Desgaste uniforme (embrague usado).

Para hallar una relacin entre la fuerza de trabajo F y el

momento de torsin transmitido, dos hiptesis son posibles

segn se considere el embrague nuevo o usado:

CONSIDERACIONES ENERGETICAS

Expresando la ecuacin de movimiento para la inercia 1 y 2 se tiene:

Tiempo total para la

operacin de embragado.

Energa total disipada.

Velocidad relativa.

Rapidez o intensidad

de disipacin de calor.

Representacin dinmica de

un embrague o freno.

MATERIALES DE FRICCIN

Coeficiente de friccin alto y uniforme.

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

Buena conductividad trmica y capacidad de resistir altas temperaturas.

Alta resistencia al desgaste, rayado y raspadura.

Las propiedades de un material de friccin para

freno o embrague deben ser las siguientes:

Materiales de friccin para embragues.

Algunas propiedades de revestimientos para frenos.

FRENO DE DISCO

Ventajas:

Cuando el disco se calienta y se dilata, se hace ms grueso, aumentando la presin contra las

pastillas.

Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor desecha agua y el polvo por accin

centrfuga.

Disipan mas calor que los de tambor, pues los discos pueden ser ventilados,

Desventajas:

No poseen la accin autoenergizante. Las pastillas son mas pequeas y se desgastan

mas rpido que las de los frenos de tambor.

Freno de disco.

EMBRAGUES HIDRULICOS

Es un embrague automtico que permite que el motor transmita el par cuando

llega a un determinado rgimen de giro.

Se basa en la transmisin de energa de una bomba centrfuga a una turbina por

medio de un aceite.

Est constituido por dos coronas giratorias, que tienen forma de semitoroide,

provistas de unos tabiques planos llamados labes. La corona motriz va unida al

rbol motor y constituye la bomba centrfuga, la otra, unida al primario de la caja

constituye la turbina o corona arrastrada.

Ambas coronas van alojadas en una carcasa estanca y estn separadas por un

pequeo espacio para que no se produzca rozamiento entre ellas.

1. Eje Motriz

2. Volante de Inercia

3. Turbina

4. Alabes

5. Rotor

6. Deflector

7. Eje Primario

Ventajas

Ausencia de desgaste.

Gran duracin.

Es muy elstico.

Es muy progresivo.

Bajo coste de mantenimiento, no exigiendo ms

atencin que el cambio peridico del aceite.

La capacidad de transmisin de potencia de estos

embragues es directamente proporcional al cubo de la

velocidad de giro y a la quinta potencia de su dimetro.

EMBRAGUES DE CONTACTO POSITIVO

Embrague de quijadas cuadradas.

Embrague de dientes de sierra.

Entre sus caractersticas se distinguen:

No tienen deslizamiento.

Transmiten grandes torques.

Son acoplados a velocidades relativamente bajas (60 rpm mximo para embragues de

quijada y 300 rpm mximo para embragues de

dientes).

Su conexin es ruidosa.

Estos embragues se acoplan mediante

interferencia mecnica, y este acoplamiento se

obtiene con quijadas de forma cuadrada o de

dientes de sierra, o con dientes de formas

diversas.

Mr

F

F

F1

F1

=Mr

Embrague de dientes de sierra.

OTROS TIPOS DE EMBRAGUES DE INTERS EN AGRICULTURA.

Clculo de un embrague de garras

El embrague de garras es usado en mecanizacin agraria como elemento de seguridad de las

transmisiones.

Calcular un embrague de garras supone calcular la fuerza F1 necesaria para transmitir un par

M.

Sea el ngulo del diente, si suponemos que empuja un slo diente la accin F1 debida al par

M ser:

F

F1

F1

=Mr

Las componentes normal y tangencial al diente de F y F1 son:

Normal: F1.cos + F sen

Tangencial: F1.sen - F cos

Siendo = tg ( ngulo de rozamiento) el coeficiente de rozamiento, habr deslizamiento de

un diente sobre otro cuando:

cosF- senF=) senF+ cos(F 11

Dividiendo por cos :

) tg- (tgF=) tg tg+(1F

F- tgF= tg tgF+ tgF

F- tgF= tg) tgF+(F

1

11

11

)-tg(= tg tg+1

tg- tg=

F

F

1

Como:

rF=M 1 )-tg(

rF=M

De donde la fuerza de empuje F para transmitir un par M viene dada por:

r

)-tg(M=F

cdg

r

M

m/2

m/2R

K

EMBRAGUE CENTRIFUGO.

Clculo de un embrague centrfugo

cdg

r

M

m/2

m/2R

K

Sea r el c.d.g. de los contrapesos y R el radio interno de la carcasa.

senxKrm=F 2

La fuerza tangencial que origina:

FFt

senxKrmF 21

El par motor transmitido es:

senxKrmR=RF=M 21t

Ecuacin que permite calcular en funcin de las caractersticas de los contrapesos m, R y r la

mnima necesaria para transmitir un par motor M.

EMBRAGUES UNIDIRECCIONALES

Operan automticamente con base en la

velocidad relativa entre los dos elementos.

Actan sobre la circunferencia y permiten la

rotacin relativa slo en una direccin.

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.

Transportadores inclinados. Ventiladores. Bombas.

Embrague de rampa y bolas.

Embrague de resorte

Contiene un resorte enrollado con firmeza

alrededor del eje. La rotacin en una direccin

aprieta el resorte con ms fuerza sobre el eje,

para transmitir el par de torsin. La rotacin

contraria afloja ligeramente el resorte, lo que

provoca que se deslice.

Embrague de uas

Consta de una pista interior y una exterior, el

espacio entre las pistas est lleno con uas de

forma rara, que permiten el movimiento en una

sola direccin pero en la otra se traban y

bloquean las pistas.

Embrague de resorte [2].

Embrague de uas [3].

EMBRAGUES Y FRENOS MAGNTICOS

El espacio o entrehierro entre superficies esta lleno de un fino polvo

ferroso. Al energizarse la bobina, las partculas de polvo forman

cadenas a lo largo de las lneas de flujo del campo magntico,

acoplando el disco a la carcaza, sin deslizamiento.

Partculas magnticas

Embrague de partculas magnticas.

Corrientes parsitas (o de eddy)

Son similares a los dispositivos de histresis, en el

hecho que no tienen un contacto mecnico entre

rotor y polos. La bobina establece corrientes

parsitas o de eddy, que acoplan de manera

magntica el embrague.

Embrague de corrientes de eddy.

Histresis magntica

No tienen un contacto mecnico entre los elementos en

rotacin y, por lo tanto, al desacoplarse tiene una friccin

cero. El rotor es arrastrado (o frenado) por el campo

magntico establecido por la bobina de campo.

Embrague de histresis magntica [5].

Embrague de friccin de operacin magntica [4].

VENTAJAS DE LOS EMBRAGUES Y FRENOS

MAGNTICOS

Permiten un control preciso del torque.

Respuesta rpida.

Vida til bastante prolongada.

Son silenciosos y suaves.

Aplicacin

Estos dispositivos se utilizan para controlar el par de torsinen ejes, en aplicaciones como mquinas bobinadoras, donde

deba aplicarse una fuerza constante a una trama o hilo de

material, conforme se va embobinando.

Nunca consideres el estudio como una

obligacin, sino como una oportunidad

para penetrar en el bello y maravilloso

mundo del saber.- Albert Einstein

El cerebro no es un vaso por llenar, sino

una lmpara por encender.- Plutarco