INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS
TEMA: UNIDAD 5 “EMBRAGUES Y FRENOS”
MATERIA: - D I S E Ñ O II -
DOCENTE: ING. GILBERTO DAMIAN LOPEZ
P R E S E N T A:
Arias Ta Tapia Jeremías
Coatzaoa!o"#$ %&'a'(z# %&'a'(z# D))&*+'& ,&! ./0
INDICE
5.1 Frenos Freno s de tambor………………………… tambor……………………………………………….… …………………….………… ………
2
5.1.1 Zapata interna………………………………………………………….. interna…………………………………………………………..
4
5.1.2 Zapata externa…………………………………………………………. externa………………………………………………………….
4
5.2 Frenos y embragues de disco……………………………………………
1%
5.3 Embragues centrífugos………………………… centrífugos…………………………………………………. ………………………... ..
1)
5.4 Embragues y frenos de partículas magnticas! corriente parasita y de "istresis………………………………………………………………………….
21
5.5 #on$ertidor de par…………………………………………………………. par………………………………………………………….
23
5.% &ateriales de fricci'n………………………………………………………. fricci'n……………………………………………………….
25
5.( #onsideraciones de energía y fricci'n…………………………………...
2%
5#/ FRENOS DE TAMBOR *+gina , 1
5.1 Frenos Freno s de tambor………………………… tambor……………………………………………….… …………………….………… ………
2
5.1.1 Zapata interna………………………………………………………….. interna…………………………………………………………..
4
5.1.2 Zapata externa…………………………………………………………. externa………………………………………………………….
4
5.2 Frenos y embragues de disco……………………………………………
1%
5.3 Embragues centrífugos………………………… centrífugos…………………………………………………. ………………………... ..
1)
5.4 Embragues y frenos de partículas magnticas! corriente parasita y de "istresis………………………………………………………………………….
21
5.5 #on$ertidor de par…………………………………………………………. par………………………………………………………….
23
5.% &ateriales de fricci'n………………………………………………………. fricci'n……………………………………………………….
25
5.( #onsideraciones de energía y fricci'n…………………………………...
2%
5#/ FRENOS DE TAMBOR *+gina , 1
Este tipo de freno est+ constituido por un tambor! -ue es el elemento m'$il! montado sobre el bue de la rueda por medio de unos tornillos o esp+rragos y tuercas! del cual recibe mo$imiento! y un plato de freno! elemento fio sueto al puente o la mangueta. En este plato $an instalados los elementos de fricci'n! llamados ferodos! y los mecanismos de accionamiento para el despla/amiento de las /apatas.
Ta*+o' El tambor es la pie/a -ue constituye la parte giratoria del freno y -ue recibe la casi totalidad del calor desarrollado en el frenado
0e fabrica en fundici'n gris perl+tica con grafito esferoidal! material -ue se "a impuesto por su ele$ada resistencia al desgaste y menor costo de fabricaci'n y -ue absorbe bien el calor producido por el ro/amiento en el frenado.
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#abe destacar tambin! para ciertas aplicaciones! las fundiciones aleadas! de gran dure/a y capaces de soportar cargas trmicas muy ele$adas.
El tambor $a torneado interior y exteriormente para obtener un e-uilibrado din+mico del mismo! con un mecani/ado fino en su /ona interior o de fricci'n para facilitar el acoplamiento con los ferodos sin -ue se produ/can agarrotamientos. En la /ona central lle$a practicados unos taladros donde se acoplan los esp+rragos de sueci'n a la rueda y otros orificios -ue sir$en de guía para el centrado de la rueda al bue.
El di+metro de los tambores! segn las características del $e"ículo! esta normali/ado segn la norma E 2% 1).
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P!ato ,& 1'&2o El plato de freno est+ constituido por un plato portafrenos o soporte de c"apa embutida y tro-uelada! sobre el -ue se monta el bombín o bombines de accionamiento "idr+ulico y las /apatas de freno y dem+s elementos de fiaci'n y regulaci'n. as /apatas se unen por un extremo al bombín y por el otro a un soporte fio o regulable6 a su $e/! se mantienen unidas al plato por medio de un sistema el+stico de pasador y muelle! -ue permite un despla/amiento de aproximaci'n al tambor y las mantiene fias en su despla/amiento axial. El muelle! -ue une las dos /apatas! permite el retroceso de las mismas a su posici'n de reposo cuando cesa la fuer/a de despla/amiento efectuada por el bombín.
5#/#/ Za3ata I2t&'2a 5#/# Za3ata E4t&'2a Fo'*a a'at&'6"t)a" ,& !a" za3ata"
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as
/apatas de freno est+n formadas por dos c"apas de acero soldadas en forma de media luna y recubiertas un su /ona exterior por los ferodos o forros de freno! -ue son los encargados de efectuar el frenado por fricci'n con el tambor. os forros de freno se unen a la /apata met+lica por medio de remac"es embutidos en el material "asta los 374 de espesor del forro para -ue no rocen con el tambor! o bien pegados con colas de contacto. El encolado fa$orece la amortiguaci'n de $ibraciones y! como consecuencia! disminuyen los ruidos -ue stas ocasionan durante el frenado.
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T)3o" ,& 1'&2o ,& ta*+o' 0egn la forma de acoplamiento de las /apatas al tambor para eercer el frenado! los frenos de tambor se clasifican en los siguientes tipos8 Freno de tambor 0implex En este tipo de freno las /apatas $an montadas en el plato! fias por un lado al soporte de articulaci'n y accionadas por medio de un solo bombín de doble pist'n.
Este tipo de frenos de tambor es de los m+s utili/ados sobre todo en las ruedas traseras.
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#on esta disposici'n! durante el frenado! una de las /apatas llamada primaria se apoya sobre el tambor en contra del giro del mismo y efecta una fuerte presi'n sobre la superficie del tambor. a otra /apata! llamada /apata secundaria! -ue apoya a fa$or del giro de la rueda! tiende a ser rec"a/ada por efecto del giro del tambor! lo -ue "ace -ue la presi'n de frenado en esta /apata sea inferior a la primaria.
9n$irtiendo el sentido de giro! se produce el fen'meno contrario8 la /apata primaria se con$ierte en secundaria y la secundaria en primaria.
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Este tipo de freno de tambor se caracteri/a por no ser el m+s efica/ a la "ora de frenar! debido a -ue las /apatas no apoyan en toda su superficie sobre el tambor! pero destaca por su estabilidad en el coeficiente de ro/amiento! es decir! la temperatura -ue alcan/a los frenos en su funcionamiento le afectan menos -ue a los otros frenos de tambor Freno de tambor :uplex En este freno! y con el fin de obtener una mayor fuer/a de frenado! se disponen las /apatas en forma -ue ambas resulten primarias. *ara ello se acopla un doble bombín de pist'n nico e independiente para cada /apata! los cuales reparten por igual las presiones en ambos lados del tambor. Estos frenos pro$istos de bastidores con efecto unilateral son muy eficaces pero sensibles a las $ariaciones del coeficiente de ro/amiento. *resentan la $entaa de -ue! con su empleo! no se ponen de manifiesto reacciones sobre los rodamientos del bue.
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Freno
de
tambor <=inplex
Este tipo
de
freno de tambor
es muy similar
al :uplex sal$o
-ue los puntos
de apoyo de las
/apatas en $e/ de ir fios se montan flotantes. En este freno las dos /apatas son secundarias! pero por un sistema de articulaciones! trabaando en posici'n flotante! se acoplan al tambor en toda su superficie! e$itando el acu>amiento y eerciendo una presi'n uniforme sobre el tambor. En un sentido de giro las dos /apatas actuarían como /apatas primarias y en el otro sentido como /apatas secundarias. Freno de tambor :uo?ser$o Est+ constituido por dos /apatas primarias en serie! con lo cual se aumenta el efecto de autoblo-ueo. En este freno! una /apata empua a la otra mediante una biela de acoplamiento. Es un freno altamente efica/! pero muy sensible a las $ariaciones del coeficiente de ro/amiento. 0e consiguen esfuer/os mas ele$ados de frenado y las /apatas eercen en cada sentido de giro igual esfuer/o. Este tipo de freno se emplea muc"o en frenos americanos.
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Bo*+)2&" o )!)2,'o" ,& 1'&2o ,& ta*+o' Estos elementos son los encargados de efectuar el despla/amiento lateral de las /apatas para el frenado del tambor. 0egn la finalidad -ue tienen -ue cumplir y la clase de freno empleado! se construyen tres tipos principales de bombines8 •
@ombín de doble pist'n8 esta formado por un cilindro A1B con los taladros A;B de amarre al plato portafrenos. En su interior $an aloados los pistones A2B en oposici'n! sobre los -ue $an roscados los tornillos A3B para el apoyo de las /apatas. as ca/oletas de goma A4B "acen de retn para mantener estanco el interior del cilindro y los pistones se mantienen separados por la acci'n del muelle A5B centrado sobre las dos ca/oletas retn A4B. *or el orificio ACB! donde se rosca el latiguillo de freno! tiene lugar la entrada de li-uido a presi'n procedente de las canali/aciones del circuito6 en el orificio A@B se monta el purgador A%B -ue sir$e para extraer el aire de las canali/aciones. El conunto $a cerrado con los guardapol$os A(B! -ue e$itan la entrada de pol$o y suciedad al interior del cilindro.
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•
@ombín de mbolo nico8 su constituci'n y funcionamiento es parecido al anterior! lle$a un solo mbolo y se utili/a en los sistemas en -ue las dos /apatas son primarias.
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•
@ombín de cilindros escalonado8 tambin llamado Dbombín diferencialD este modelo tiene dos pistones o mbolos de di+metros diferentes. El pist'n mas pe-ue>o empuaría a la /apata primaria Ala -ue mas frenaB y el de mas di+metro empuaría a la /apata secundaria Ala -ue menos frenaB.
S)"t&*a ,& '&7!a8& ,& !o" 1'&2o" ,& ta*+o' El desgaste -ue se produce en las frenadas como consecuencia del ro/amiento de las /apatas contra el tambor! "ace -ue a-uellas -ueden cada $e/ mas separadas de este en posici'n de reposo! lo -ue supone un mayor recorrido muerto en la acci'n de frenado y el en$i' de mayor cantidad de li-uido desde la bomba. *ara solucionar este problema existen unos sistemas de reglae -ue pueden ser manuales o autom+ticos. 0istema de reglae manual8
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•
S)"t&*a B&2,)48 en este tipo de freno para aproximar las /apatas al tambor cuando se produce el desgaste de los ferodos! se dispone de un sistema mec+nico de accionamiento manual! -ue consiste! en unas le$as excntricas sobre el plato de frenos -ue limitan el recorrido tope de las /apatas "acia su posici'n de retroceso. as excntricas forman cuerpo con un ee! cuyo extremo posterior sobresale por la parte trasera del plato de freno! resultando así accesible aun con las ruedas montadas! lo cual supone -ue la operaci'n de reglae pueda ser efectuada sin necesidad de desmontar ningn componente.
•
S)"t&*a G)'!)278 en este tipo de freno el reglae se efecta sobre el mismo bombín! actuando desde el exterior del plato de freno sobre la corona dentada del mbolo y tornillo austador! o sobre el mecanismo austador situado en el soporte inferior de apoyo de las /apatas cuyo despiece puede $erse en la figura.
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0istemas de reglae autom+tico En la actualidad y desde "ace bastantes a>os la mayor parte de los $e"ículos disponen de un sistema de reglae autom+tico para sus frenos de tambor. Existen tres tipos de sistemas de reglae autom+tico8 el sistema @endix! el ucas irling y el
S)"t&*a B&2,)4 Est+ constituido por una palanca A1B! articulada en la parte superior de la /apata primaria! -ue su extremo inferior esta pro$ista de muescas en forma de diente de sierra! con las cuales engrana el trin-uete A=B! empuado por el muelle A3B y acoplada a la primaria en la $entana A(B de la palanca A1B. Cmbas /apatas se mantienen en posici'n de reposo por la acci'n del muelle A%B. a "olgura de montae AB determina el uego ideal entre /apata y tambor.
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Funcionamiento Cl frenar! cuando el uego entre /apatas y tambor es superior al uego AB8 las /apatas se separan! la /apata secundaria mue$e la bieleta! y mue$e tambin la palanca A1B Adespus de recorrer el uego B. a palanca se despla/a y pasa un nmero de dientes sobre el trin-uete A2B correspondientes al uego a aproximar. Cl desfrenar! la palanca no puede regresar por el trin-uete dentado. El muelle "ace -ue las /apatas "agan contacto sobre la bieleta por acci'n de la palanca y de la palanca del freno de mano. El uego determina entonces el uego ideal entre /apatas y tambor.
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S)"t&*a G)'!)27 Este sistema "ace $ariar la longitud de una biela situada entre las dos /apatas! primaria y secundaria. Est+ constituido por una bieleta de longitud $ariable! merced a una rueda moleteada -ue "ace tope entre las dos mitades -ue la forman! -ue encaan una en el interior de la otra! sin roscar. a bieleta apoya por un extremo en la /apata secundaria y por el otro en la palanca y /apata primaria conuntamente. En los dientes de la rueda moleteada encaa la punta de la le$a! -ue se articula en la /apata secundaria! fiandose a ella tambin mediante un muelle.
Funcionamiento Cl frenar! las /apatas se separan y liberan así la bieleta. a palanca pi$ota sobre su ee bao la acci'n del muelle y "ace girar la rueda del empuador con el dedo8 la bieleta se alarga. 0i la aproximaci'n es buena Aseparaci'n pe-ue>aB! el esfuer/o eercido por el resorte es insuficiente para mo$er la rueda y la longitud de la biela no cambia. *+gina , 1%
Cl desfrenar! las /apatas retornan! la palanca $uel$e a su posici'n inicial! su dedo pasa "acia delante de los dientes de la rueda sin mo$erla. El alargamiento de la biela "a permitido reducir el uego entre /apatas y tambor.
S)"t&*a T&9&"
El principio de funcionamiento es el mismo -ue los sistemas anteriores! por lo -ue no $amos a explicarlo. *+gina , 1(
5# FRENOS Y EMBRAGUES DE DISCO Lo" 1'&2o" son elementos de m+-uinas -ue absorben energía cintica o potencial en el proceso de detener una pie/a -ue se mue$e o de reducirse la $elocidad. a energía absorbida se disipa en forma de calor. a capacidad de un freno depende de la presi'n unitaria entre las superficies de energía -ue est+ siendo absorbida. El comportamiento de un freno es an+logo al de un embrague! con la diferencia -ue un embrague conecta una parte m'$il con otra parte m'$il! mientras -ue el freno conecta una parte m'$il con una estructura.
S)"t&*a" ,& 1'&2o" #uando se presiona el pedal de freno! se transmite una fuer/a desde el pie "asta los frenos. En la actualidad la fuer/a para frenar re-uerida es muc"o mayor de lo -ue se puede aplicar con la pierna por lo -ue el sistema de frenado debe incrementar la fuer/a aplicada por el pie! esto se logra por medio de dos formas8 Gentaa &ec+nica ApalancaB
I2'&*&2to ,& 1(&'za &ultiplicaci'n de fuer/a "idr+ulica
S)"t&*a B")o ,& F'&2o"
*+gina , 1;
U2 E*+'a7(& es un sistema -ue permite controlar el acoplamiento mec+nico entre el motor y la caa de cambios. El embrague permite -ue se puedan insertar las diferentes marc"as o interrumpir la transmisi'n entre el motor y las ruedas. os embragues utili/ados en los autom'$iles son por fricci'n entre un disco solidario con la caa de cambios y de una ma/a solidaria al cigHe>al del motor.
El disco se coloca entre la ma/a y el $olante de inercia y el presionado por un resorte llamado diafragma. #uando el embrague est+ sin accionar Amotor embragadoB el disco tiene un gran ro/amiento con la ma/a y transmite toda la fuer/a generada en el motor. #uando se acciona el embrague Amotor desembragadoB el diafragma es comprimido por el conductor y el disco -ueda suelto! siendo incapa/ de transmitir la fuer/a del motor a la caa de cambios. 0egn la posici'n del pedal del embrague se puede conseguir un acoplamiento total Apedal sueltoB o acoplamientos parciales Apedal a medio pisarB -ue nos permiten $ariar la fuer/a transmitida por el motor a la transmisi'n.
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El embrague transmite la potencia del motor a la transmisi'n manual mediante su acoplamiento o desacoplamiento.
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5#; EMBRAGUES CENTRIFUGOS E*+'a7(&" &2t'61(7o": #onsiste en un cierto nmero de /apatas! distribuidas simtricamente! en capacidad de desli/ar radialmente a lo largo de guías solidarias al ee conductor! y así de entrar en contacto con la cara interior de un tambor solidario al ee conducido.
n compresor de aire acondicionado en un carro tiene un embrague magntico. Esto permite -ue el compresor cierre mientras el motor esta encendido. #uando la corriente fluye a tra$s de un anillo magntico! el embrague embona.
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#omo un embrague es un implemento de ro/amiento -ue permite la conexi'n y la desconexi'n de ees. El dise>o de los embragues y los frenos es comparable en muc"os aspectos. Esto se ilustra bien mediante un embrague de mltiples discos! el cual se usa tambin como freno. n problema de dise>o mas e$idente en el dise>o de frenos comparado con del dise>o de embragues es el de la generaci'n y la disipaci'n del calor.
En el an+lisis de un embrague es muy frecuente imaginar -ue las partes no se mue$en entre si! aun cuando no se debe pasar por alto el "ec"o -ue la transmisi'n de potencia
por
ro/amiento
generalmente
en$uel$e
algn
desli/amiento. *or esta ra/'n! cuando se necesita tener transmisi'n positi$a de potencia debe apelarse a un implemento positi$o tal como un embrague de mandíbulas.
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5#0 EMBRAGUES Y FRENOS DE PARTSITAS Y DE ?IST=RESIS# E*+'a7(&" 1'&2o" ,& 3a't6(!a" *a72@t)a" . o tienen un contacto de fricci'n directo entre disco y carcasa. El espacio entre superficies est+ lleno de un fino pol$o ferroso. Cl energi/arse la bobina! las partículas de pol$o forman cadenas a lo largo de las líneas de fluo del campo magntico! acoplando el disco a la carcasa.
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E*+'a7(&" 1'&2o" ,& )"t@'&")" *a72@t)a# o tiene un contacto mec+nico entre los elementos en rotaci'n. El rotor -ue tambin se conoce como ta/a de arrastre! es arrastrado por el campo magntico establecido por la bobina de campo Ao im+n permanenteB.
E*+'a7(&" ,& o'')&2t&" 3a'")ta". 0on similares en construcci'n a los dispositi$os de "istresis! en el "ec"o -ue no tienen un contacto mec+nico entre rotor y polos. a bobina establece corrientes par+sitas! -ue acoplan de manera magntica el embrague.
*+gina , 24
5#5 CON%ERTIDOR DE PAR En el uso moderno! un con$ertidor de par es generalmente un tipo de acoplamiento de fluido -ue se utili/a para transferir el poder rotatorio de un motor primario! tal como un motor de combusti'n interna o un motor elctrico! a una carga accionada giratoria. El con$ertidor de par normalmente toma el lugar de un embrague mec+nico en un $e"ículo con una transmisi'n autom+tica! lo -ue permite -ue la carga se separe de la fuente de alimentaci'n. *or lo general se encuentra entre placa flexible del motor y la transmisi'n.
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En un con$ertidor! como "emos $isto arriba "ay un mínimo de tres elementos rotati$os8 la bomba! -ue es accionada mec+nicamente por el mo$imiento de entrada! la turbina! -ue impulsa la carga! y el estator! -ue se interpone entre la bomba y la turbina! y -ue altera la direcci'n del fluo de aceite de retorno a los +labes de la bomba. En el trabao del con$ertidor de par se pueden diferenciar tres etapas8
A''a2(&: es el momento en -ue se aprieta el acelerador y el motor "ace girar la bomba con bastante potencia! pero la turbina est+ en reposo por-ue el autom'$il est+ detenido y su inercia se opone al mo$imiento. :urante esta etapa se produce la mayor amplificaci'n del tor-ue. El fluido -ue llena el con$ertidor no gira! es solo bombeado a la turbina para "acerla girar y retorna con gran $elocidad.
A&!&'a)2: el autom'$il $a ganado en $elocidad! pero toda$ía "ay una diferencia relati$amente grande de $elocidad de giro entre la bomba y la turbina. @ao esta condici'n! el con$ertidor produce una alta amplificaci'n del par! pero
menor
-ue
en
las
condiciones
de
arran-ue. El
índice
de
*+gina , 2%
multiplicaci'n depender+ de la diferencia real entre las $elocidades de giro de ambas pie/as! así como otros factores de dise>o.
Ao3!a*)&2to: la turbina "a acelerado y gira a una $elocidad muy pr'xima a la de la bomba. a amplificaci'n del par casi es inexistente y el con$ertidor de par se est+ comportando de una manera similar a un embrague "idr+ulico.
5# MATERIALES
DE FRICCIÓN#
Clgunos Frenos y Embragues trabaan con fricci'n! los dos materiales -ue est+n en contacto deben tener un alto coeficiente de fricci'n. Este par+metro es usado en todos los c+lculos de dise>o! y debe tener un $alor Fio. os materiales deben ser resistentes a la intemperie así como a la "umedad y las altas temperaturas. na característica calorífica excelente debe ser cuando se con$ierte satisfactoriamente la energía mec+nica en calor en el embrague o freno. Esto significa -ue la alta capacidad de calor y las propiedades trmicas son proporcionales a las altas temperaturas. os materiales deben ser resistentes en general y tener una alta dure/a. Jltimamente se "an optado por materiales de carbono! o con alto contenido del mismo! actualmente tambin existen materiales con incrustaciones de asbesto -ue meora las propiedades trmicas de los frenos y embragues! tambin se "a optado *+gina , 2(
por materiales de aleaci'n como el tungsteno y el $anadio aun-ue son muy caros por eso las aleaciones con alto contenido de carbono son la m+s $iables. Clgunos de los materiales típicamente usados en la fabricaci'n de frenos y embragues se listan en la tabla siguiente! mostrando los coeficientes de fricci'n! las temperaturas m+ximas y las presiones m+ximas en K*a. En la columna de lado i/-uierdo muestra 2 materiales los cuales est+n sometidos a contacto.
5# CONSIDERACIONES DE ENERG
