Frenos y embragues de disco-DISEÑO II

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    06-Jul-2015
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5.1 FRENOS DE CINTA O DE BANDAFrenos de cinta o de banda: Utilizan una banda flexible, las mordazas o zapatas se aplican para ejercer tensin sobre un cilindro o tambor giratorio que se encuentra solidario al eje que se pretenda controlar. La banda al ejercer presin, ejerce la friccin con la cual se disipa en calor la energa cintica del cuerpo a regular. Se usa en las mquinas de vapor, en los vehculos a motor y en algunos tipos de bicicletas, pero sobre todo en aparatos elevadores.

En la figura 6-8 se muestra esquemticamente un freno simple de banda. El croquis (b) muestra, a mayor escala, las fuerzas que actan sobre un elemento del forro situado entre dos planos axiales separados solo por un pequeo ngulo . La tensin sobre el lado apretado es igual a la tensin T del lado flojo mas un incremento dT. El tambor esta presionando hacia afuera sobre elemento con una fuerza reactiva dR. La fuerza de friccin es igual a dT, que es la diferencia entre las fuerzas tangenciales en la banda.

As, Como el ngulo es muy pequeo, la componente hacia adentro de las fuerzas tangenciales es , que es igual a la reaccin dR.

Entonces,

o

La fuerza en la banda T varia de ,donde es cero, al valor donde tiene el valor . Esta ecuacin se integra como sigue:

Entonces,

Ec. 13

En la figura 6-8 (a), el freno esta accionado por la aplicacin de la fuerza P en el extremo de la palanca. Una fuerza menor P se necesita para la operacin 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 friccin ayuda en la aplicacin de la banda. Para el freno mostrado en la figura 6-9 puede escribirse la siguiente ecuacin: Ec. 14 Si el producto es mayor que ,el freno ser autobloqueante. Se utiliza en dispositivos de topes para prevenir rotacin en direccin inversa. En la rotacin antihoraria mostrada en la figura 6-9, la friccin tiende a aflojar la banda y el tambor gira libremente.

Si la rotacin se invierte y se vuelve horaria, la friccin aplicara el freno y, si es autobloqueante, la rotacin se detendr.

Apliquemos el anlisis 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 ecuacin til:

Ec. 15

Ejemplo 6-4. Un freno de banda similar al de la figura 6-8 tiene un tambor de 16 in de dimetro 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 torsin y la potencia si la presin mxima en el forro es de 70 psi.

Solucin. Por la ecuacin (15):

Por la ecuacin (13):

Fuerza:

Par de torsion:

Potencia:

Ejemplo 6-4 A Un freno de banda similar al de la figura 6-9 tiene un tambor de 400 mm de dimetro 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 torsin y la potencia si la presin mxima en el forro es de 0.5 Mpa.

Solucin. Por la ecuacin (15).

Por la ecuacin (13):

Par de torsin:

Potencia absorbida:

5.2 FRENOS Y EMBRAGUES DE DISCOFrenos de disco: Es un dispositivo cuya funcin es detener o reducir la velocidad de rotacin de una rueda. Hecho normalmente de acero, est unido a la rueda o al eje. Embragues: El embrague es un sistema que permite tanto transmitir como interrumpir la transmisin de una energa mecnica a su accin final de manera voluntaria. En un automvil, por ejemplo, permite al conductor controlar la transmisin del par motor desde el motor hacia las ruedas.

El embrague de placas mostrado, mostrado en el diagrama de la figura 6-6, se usa tanto en el servicio automotriz como en el industrial. Supongamos que las partes son suficientemente rgidas para dar un desgaste uniforme sobre el forro y que el desgaste es proporcional al producto de la velocidad y la presin.

Como la velocidad es proporcional al radio r del elemento, puede escribirse la siguiente ecuacin: =Es el desgaste y K= Es una constante. Como es constante para toda la cara, la presin mxima ocurrir en el radio menor o interno (r i). Donde

Por lo tanto

La eliminacin de da

y K de estas ecuaciones

La fuerza normal total Fn que debe ejercerse por el resorte actuante, se encuentra multiplicando el elemento de rea por la presin e integrando sobre la superficie.

Ec. 6 El par se encuentra multiplicando la fuerza sobre el elemento por el coeficiente de friccin y el radio y se integra sobre el rea.

Ec. 7

Los embragues de discos mltiples tienen forros de friccin sobre las caras frontales de discos alternados. Como la ecuacin (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 rgidas, de manera que el desgaste es uniforme sobre el forro.

Supongamos que un tipo alternativo de construccin se usa de manera que el forro del embrague esta unido a discos flexibles, asi que la presin p es uniforme sobre toda la superficie. La fuerza axial total Fn requerida para la operacin es: Ec. 8 El par ejercido por el embrague es:

Ec. 9

Ejemplo 6-2. Un embrague de discos con una sola superficie tiene 10 in de dimetro exterior y 4 in de dimetro interior. =0.2 (a) Si es valida la teora del desgaste uniforme, encuentre la fuerza axial requerida para Pmax= 100 psi. Encuentre el par de torsin para el embrague. (b) Haga lo mismo para un embrague similar en el que es valida la teora de la presin uniforme para p= 100 psi.

(c) Si la teora del desgaste uniforme es valida, encuentre el par de torsin que tomara el embrague para Fn= 5,000 lb y el valor de pmax. (d) Haga lo mismo para un embrague en el que es valida la teora de la presin uniforme.

Solucin. (a) Por la ecuacin (6):

(b) Por la ecuacin (8): Por la ecuacin (9):

(c) Por la ecuacin (6):

Por la ecuacin (7):

(d) Por la ecuacin (8): Por la ecuacin (9):

Ejemplo 6-2 A Un embrague de discos con una sola superficie de friccin tiene 250 mm de dimetro exterior y 100 mm de dimetro interior. = 0.2 (a) Si la teora del desgaste uniforme es valida, encuentre la fuerza axial requerida para Pmax = 0.7 Mpa. Encuentre el par de torsin para el embrague. (b) Haga lo mismo para un embrague similar en el que es valida la teora de la presin uniforme para p= 0.7 Mpa.

(c) Si la teora del desgaste uniforme es valida, encuentre el par de torsin que tomara el embrague para Fn= 22,500 N y el valor de pmax. (d) Haga lo mismo para un embrague en el que es valida la teora de la presin uniforme.

Solucin. (a) Por la ecuacin (6):

Por la ecuacin (7): (b) Por la ecuacin (8): Por la ecuacin (9):

(c) Por la ecuacin (6):

Por la ecuacin (7):

(d) Por la ecuacin (8):

Por la ecuacin (9):

FRENOS DE DISCOFrenos de disco: Es un dispositivo cuya funcin es detener o reducir la velocidad de rotacin de una rueda. Hecho normalmente de acero, est unido a la rueda o al eje. Un anlisis detallado del freno de discos da ecuaciones que conducen a pares que son ligeramente mayores que los que resultan de las 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 adicin de varias partes mecnicas.

Ejemplo 6-3. Un freno de discos tiene 2 cojincillos con ngulos incluidos de 45 cada uno. El radio exterior es de 6 in. El radio interior e de 4 in. El coeficiente de friccin es de 0.4. La presin mxima en el forro es de 100 psi. Encuentre la fuerza requerida para aplicar una zapata y encuentre la capacidad por par de torsin para ambas zapatas.

Solucin.

Por la ecuacin (6):