FRENOS CONICOS Y DE DISCO
LUIS FERNANDO LOPEZ URIBE 181397
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA FACULTAD INGENIERIAS INGENIERIA MECANICA OCAÑA NORTE DE SANTANDER 2018
FRENOS CONICOS Y DE DISCO
LUIS FERNANDO LOPEZ URIBE 181397
JAIDER VERGEL PABON ING. MECANICO
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA FACULTAD INGENIERIAS INGENIERIA MECANICA OCAÑA NORTE DE SANTANDER 2018
FRENOS DE DISCO El freno de disco es un sistema de frenado usado normalmente para ruedas de vehículos, en el cual una parte móvil (el disco) solidario con la rueda que gira es sometido al rozamiento de unas superficies de alto coeficiente de fricción (las pastillas) que ejercen sobre ellos una fuerza suficiente como para transformar toda o parte de la energía cinética del vehículo en movimiento, en calor, hasta detenerlo o reducir su velocidad, según sea el caso. Esta inmensa cantidad de calor ha de ser evacuada de alguna manera, y lo más rápidamente posible. El mecanismo es similar en esto al freno de tambor, con la diferencia de que la superficie de frenado es menor pero la evacuación del calor al ambiente es mucho mejor, compensando ampliamente la menor superficie de frenado.
ESQUEMA:
HIPOTESIS: El análisis de los frenos de banda también se aplica a frenos de disco. Se ha visto que los frenos de aro o tambor se pueden diseñar para que sean auto energizantes. Aunque esta característica es importante para reducir el esfuerzo de frenado que se requiere, también tiene una desventaja. Cuando los frenos de tambor se emplean como frenos de vehículos, incluso un cambio ligero en el coeficiente de fricción causará un gran cambio en la fuerza del pedal que se necesita para frenar. una reducción de 30 por ciento, que no es inusual, del coeficiente de fricción debida a un cambio de temperatura o a la humedad, por ejemplo, puede generar una variación de 50 por ciento en la fuerza del pedal que se requiere para obtener el mismo par de torsión de frenado antes del cambio. El freno de disco no tiene auto energización y por ende no es susceptible a cambios del coeficiente de fricción. Los frenos de disco (por la forma de la superficie sin recubrimiento) presionan el material de fricción contra la cara o caras del disco rotativo. La ecuación que gobierna el desgaste axial ES: w = f1 f2KPVt La coordenada r ubica la línea de acción de la fuerza F que interseca el eje y. También es importante el radio efectivo re, que es el radio de una zapata equivalente de espesor radial infinitesimal. Si p es la presión local de contacto, la fuerza de accionamiento F y el par de torsión de fricción T están dados por:
El radio equivalente re se puede determinar mediante f Fre = T, o:
La coordenada de ubicación r de la fuerza de activación se calcula tomando momentos con respecto al eje x:
Desgaste uniforme Es evidente que para que el desgaste axial sea el mismo en todos los puntos, el producto PV debe ser una constante. La presión p se puede expresar en términos de la máxima presión permisible pa (que se presenta en el radio interno ri) como p = pari /r. La ecuación (16-29) se convierte en:
Presión uniforme En esta situación, aproximada por un freno nuevo, p = pa. La ecuación (1629) se transforma en:
EJEMPLO: Dos zapatas anulares, ri = 3.875 pulg, ro = 5.50 pulg, subtienden un ángulo de 108°, tienen un coeficiente de fricción de 0.37 y se accionan mediante un par de cilindros hidráulicos con diámetro de 1.5 pulg. El par de torsión requerido es 13 000 lbf · pulg. Para un desgaste uniforme a) Calcule la máxima presión normal pa b) Determine la fuerza de accionamiento F. c) Encuentre el radio equivalente re y la ubicación r de la fuerza. d) Proporcione la presión hidráulica que se requiere
FRENOS CONICOS Al igual que los frenos de discos múltiples los frenos cónicos surgieron como una optimización de los frenos de discos normales, es decir, estos frenos aumentan la superficie de contacto entre el cono y el tambor que va a ser frenado, mejorando las condiciones de frenado. También se optimiza porque disminuye la fuerza de despegue “PD” respecto a la que tiene un disco normal plano.
ESQUEMA:
HIPOTESIS: Los frenos cónicos funcionan igualmente como embragues cónicos, haciendo esta analogía; en el dibujo del embrague cónico de la figura se observa que se compone de una copa montada con cuña o por una unión ranurada a uno de los ejes, un cono que debe deslizarse en forma axial sobre ranuras o cuñas en el eje de acoplamiento y un resorte helicoidal para mantener el embrague activado. El embrague se desactiva por medio de una horquilla que se ajusta en la ranura de cambios sobre el cono de fricción. El ángulo del cono α y el diámetro y ancho de cara del cono son los parámetros geométricos importantes de diseño. Si el ángulo del cono es muy pequeño, digamos, menor que 8° aproximadamente, la fuerza que se requiere para desactivar el embrague puede ser muy grande. Además, el efecto de cuña disminuye rápidamente cuando se emplean ángulos mayores del cono. Por lo general, de acuerdo con las características de los materiales de fricción, se encuentra un término medio empleando ángulos del cono entre 10 y 15°. Para hallar una relación entre la fuerza de operación F y el par de torsión transmitido, se designan las dimensiones del cono de fricción como se muestra en la figura. Como en el caso del embrague axial, se obtiene un conjunto de relaciones para el supuesto de desgaste uniforme y otro para el de presión uniforme.
Desgaste uniforme La relación de la presión es la misma que en el caso del embrague axial:
En seguida, con referencia a la figura, se observa que hay un elemento de área d A de radio r y ancho dr/sen a. Por lo que dA = (2 rdr)/sen α. Como se muestra en la figura, la fuerza de operación será la integral de la componente axial de la fuerza diferencial p d A. De este modo,
La fuerza diferencial de fricción es f p d A y el par de torsión es la integral del producto de esta fuerza por el radio. Así,
Mediante la ecuación (16-44) se determina que el par de torsión también se puede expresar en la forma
Presión uniforme Si p = pa, la fuerza de accionamiento se determina por medio de
El par de torsión se calcula a través de
O, si se utiliza la ecuación (16-47) en la (16-48),
Como en el caso del embrague axial, se puede escribir la ecuación (16-46) de manera adimensional como
Esta vez hay seis parámetros (T, α, f, F, D y d) y cuatro términos pi:
Al igual que en la figura 16-17, se grafica T sen α/(f F D) como la ordenada y d/D como la abscisa. Las gráficas y conclusiones son las mismas. No hay razón para emplear ecuaciones distintas a la (16-44), (16-45) y (16-46).
EJEMPLO Un embrague cónico tiene D = 12 pulg, d = 11 pulg, la longitud del cono es de 2.25 pulg y tiene un coeficiente de fricción de 0.28. Se transmitirá un par de torsión de 1.8 kip · pulg. Para este requisito, calcule la fuerza de accionamiento y la presión en ambos modelos.
