Seminario de Embragues Y Frenos PDF

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Archivo donde se expone uno de los temas del seminario: embragues y frenos...

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EMBRAGUES Y FRENOS GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA SEMINARIO MMM: GRUPO 1 Guillermo Briso-Montiano Rodríguez Silvia Rodríguez Francos Sara Villarino Viloria

ÍNDICE 1. Introducción…………………………………………………………………….…………2 1.1 Objetivos…………………………………………………………….……….2 2. Embragues………………………………………………………………………….…….3 2.1 Tipos de embragues. 2.1.1 Embragues de fricción…………………………………….……..3 2.1.2 Embragues hidráulicos…………………………………….…….5 2.1.3 Embragues electromagnéticos…………………………….……6 2.2 Marcas comerciales…………………………………………………….…...6 3. Frenos……………………………………………………………………………………..7 3.1 Frenos de fricción…………………………………………………………...7 3.1.1 Frenos de disco……………………………………………...…...7 3.1.2 Frenos de tambor……………………………………………..….8 3.1.3 Frenos de cinta………………………………………………..….8 3.2 Otros tipos de frenos…………………………………………………....…..8 3.2.1 Frenos neumáticos…………………………………………..…...8 3.2.2 Frenos hidráulicos………………………………………………...8 3.2.3 Frenos eléctricos……………………………………………….....9 3.2.4 Freno aerodinámicos…………………………………………......9 3.3 Marcas comerciales……………………………………………………....….9 4. Aplicaciones generales de embragues y frenos………………………………….…..10 5. Conclusiones………………………………………………………………………….….10 6. Bibliografía………………………………………………………………………….…….11

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1.INTRODUCCIÓN Cuando acudimos a un documento de referencia nos encontramos con que frenos y embragues constituyen una parte fundamental del diseño de elementos de máquinas, mecanismos móviles, así como de todo tipo de aparatos. Es de sobra conocido que están presentes en nuestros automóviles. Pero, ¿Qué son estos dispositivos? ¿Cómo funcionan? ¿Para qué sirven? En este texto trataremos de responder a dichas preguntas, de forma clara y concisa, así como de conocer las principales aplicaciones y sus marcas distribuidoras. De esta forma analizaremos desglosadamente: qué es un embrague, tipos de embragues, sus aplicaciones más comunes y marcas distribuidoras. De forma similar actuaremos con los frenos. Mencionaremos también una serie de aplicaciones generales conjuntas de estos dispositivos. Finalmente presentaremos nuestras conclusiones, así como nuestra fuente bibliográfica para una mayor información del lector.

1.1 OBJETIVOS DEL ESTUDIO: ● ● ●

Conocer el funcionamiento de frenos y embragues. Descubrir las clases de embragues y frenos que existen y se utilizan habitualmente. Dar a conocer a nuestros compañeros lo anteriormente descrito.

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2. EMBRAGUES Los embragues son acoplamientos temporales que se utilizan para hacer solidarias dos piezas que se encuentran en ejes coaxiales. Permiten transmitir el movimiento de rotación entre ellas.

2.1 TIPOS DE EMBRAGUES De fricción: usan superficies que se encuentran en contacto, de forma que con el movimiento de una se transmite un par de rotación a la otra. Magnéticos: son bastante útiles para sistemas automáticos y de control remoto, siendo conveniente usarlos en transmisiones sujetas a ciclos complejos de carga. Neumáticos e hidráulicos: La fuerza que se encarga de acoplar las superficies de fricción con los miembros conectados a la carga es producida por la presión que se genera al introducir aire, o agua, como fluido comprimido en un cilindro u otra cámara.

2.1.1 EMBRAGUES DE FRICCIÓN Los más comunes son embragues de tambor con zapatas internas, que están compuestos de tres elementos distinguibles: Las superficies de fricción que entrarán en contacto, el medio de transmisión del par de torsión hacia y desde las superficies y el mecanismo de accionamiento. Así estos dispositivos se pueden clasificar también según la geometría general de la superficie de fricción de esta forma: ● Embragues de placa: cada superficie de fricción presenta la forma de anillo circular sobre un plato plano. Una o varias placas de fricción (según el modelo) se mueven en la dirección axial para entrar en contacto con una placa lisa, a la que se transmite el par torsional de fricción. ● Embragues de cono: sucede de forma análoga, con la diferencia de que las superficies acopladas se encuentran sobre la parte de un cono en lugar de una placa plana. O también se pueden clasificar según el mecanismo de operación: ● Manual: El operador suministra la fuerza de accionamiento. La fuerza del usuario es amplificada mediante una serie de palancas ● Con resortes: en este caso el embrague se suelta o acopla mediante la acción de un muelle, de esta forma el mecanismo está “a prueba de fallos de usuario” ● Centrífugo: se emplean en aquellos casos en los que queremos que el sistema puede acelerarse sin tener una carga conectada. Cuando tiene la velocidad requerida, la fuerza centrífuga mueve los elementos del embrague, que tocan y conectan la carga. Cuando se desacelera el sistema la carga se desconecta automáticamente.

A) EMBRAGUES CENTRÍFUGOS Propio de la conducción automática, el embragado y desembragado se confía a unos contrapesos que funcionan por la acción de la fuerza centrífuga del giro del motor. 3

Puede considerarse como un tipo de embrague que actúa automáticamente a partir de un cierto régimen de giro del árbol motor. Funcionamiento: Cuando el motor gira a ralentí los contrapesos se colocan gracias a la acción de unos muelles y con esto, el plato de presión deja libre el disco de embrague, provocando el desembragado del motor. Dado que la velocidad de giro del motor sube con las aceleraciones de forma progresiva, la acción de embragado resulta también progresiva.

B) EMBRAGUES DE MUELLES O DE DISCO SIMPLE En este embrague la presión se efectúa por medio de una serie de muelles repartidos uniformemente sobre la periferia de un plato opresor, así la presión es igual en toda la corona circular. El disco se mueve hacia la placa mediante mientras que la placa gira libremente. La capacidad de transmisión del par motor dependerá de la fuerza axial ejercida por el disco sobre la placa. Los muelles se apoyan por un lado sobre la campana y por el otro sobre el plato de presión. Como el número de componentes es reducido se minimiza la fricción y el desgaste, garantizando un mejor funcionamiento, un buen rendimiento y aumentando la durabilidad. La fuerza de apriete aumenta a medida que el disco se desgasta, lo que evita que el embrague patine.

C) EMBRAGUES CÓNICOS : Un embrague cónico se compone como podemos ver en en la imagen de: un platillo o copa montada con cuña o por una unión ranurada a uno de los ejes, un cono que se deslizará de forma axial sobre ranuras o cuñas en el eje de acoplamiento y un resorte helicoidal para mantener el embrague activado. Este tipo de embrague se desactiva a través de una horquilla que se ajusta en la ranura de cambios sobre el cono de fricción. Los parámetros geométricos más relevantes para el diseño son: ángulo del cono (𝛼) ,y el diámetro y ancho de la cara del cono. Si este ángulo 𝛼 es muy pequeño, menor que 8º-10º, la fuerza requerida para desacoplar el embrague podría ser muy grande; además el efecto cuña disminuye rápidamente cuando se emplean ángulos mayores del cono.En general se encuentra el punto óptimo entre 10 y 15º. A continuación trataremos de hallar una relación entre la fuerza de operación, F y el par de torsión transmitido en este tipo de embrague. Para ello se describen las dimensiones del cono de fricción como en la imagen contigua:

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Antes de desarrollar las expresiones, debemos tener en cuenta que obtendremos una expresión si trabajamos considerando el desgaste uniforme y otra expresión si lo que consideramos uniforme es la presión.

Considerando el desgaste uniforme: la relación de presiones es:

p = pa * 2rd

(2.1)

en referencia a la figura tendremos un elemento diferencial de área dA, de radio r y ancho dr sen α

, de donde obtenemos que dA =

2Πrdr senα

la fuerza de operación(teniendo en cuenta

que P=F/A) será igual a la componente axial de la fuerza diferencial, así: F = ∫ρ dAsenα =

D/2

∫

p a 2rd *

d/2

2Πrdr senα

* senα =

Πp a d 2 (D −

(2.2)

d)

la fuerza diferencial de fricción es f pdA y el par de torsión es la integral de esta fuerza por el radio:

T = ∫ r f p dA =

D/2

)= ∫ (r f) * ( p2ra d) * ( 2Πrdr sen α

d/2

Πfp a d senα

D/2

*

∫

rdr =

d/2

Πfp a d (D 2 8senα

− d 2)

(2.3)

Relacionando estas las ecuaciones 2.2 y 2.3 podemos obtener que:

T =

Ff 4senα (D

+ d)

(2.4)

Considerando el presión uniforme: si p = p a , la fuerza de accionamiento:

F = ∫ p a dA senα =

D/2

∫

d/2

enα = p a * 2Πrdr senα * s

Πp s 2 (D 4

− d 2)

(2.5)

y el par torsional:

T = ∫ r f p a dA =

D/2

∫

rf p a *

d/2

2Πrdr senα

=

3 Πfp a (D 12senα

− d 3)

(2.6)

si ponemos en común, de forma análoga a como hicimos en el caso de desgaste uniforme, relacionando ahora las ecuaciones 2.5 y 2.6:

T =

Ff 3sen α

3

*

3

(D −d ) (D 2−d 2)

(2.7)

2.1.2 EMBRAGUES HIDRÁULICOS El embrague hidráulico está formado por dos partes sin conexión mecánica entre sí. La transmisión se realiza desde una bomba centrífuga a una turbina por medio de un fluido que llena una cavidad entre ellas. La turbina se halla conectada al eje al que queremos transmitir el par motor. Al producirse la rotación del motor la bomba centrífuga impulsa el aceite hacia una turbina, la energía cinética del aceite se

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transmite a los álabes de ésta, transmitiendo el par torsional y causando así su movimiento. Con este tipo de embrague conseguimos que la transmisión del par motor se lleve a cabo de una manera fluida y sin rozamiento dado que las superficies en rotación no están en contacto. Este tipo de embragues se emplean cuando las fuerzas requeridas son elevadas porque la capacidad de transmisión de potencia es muy elevada. Estos embragues tienen un bajo coste de mantenimiento pero construirlos es más caro.

2.1.3 EMBRAGUES ELECTROMAGNÉTICOS: Los embragues electromagnéticos operan eléctricamente pero transmiten el movimiento de manera mecánica. La ventaja de este tipo de embragues es que no necesita conexiones mecánicas para controlar su acoplamiento, por lo que se pueden manejar de forma remota obteniendo una operación rápida y suave. El embrague electromagnético utiliza una sola superficie de fricción para el acoplamiento. Cuando se pone en funcionamiento, la corriente fluye a través de un electroimán que produce un campo magnético. Asimismo, la porción de rotación (rotor) del embrague se magnetiza y establece un bucle magnético que atrae la armadura hacia sí. Cuando entran en contacto la armadura con el rotor se produce la fuerza de fricción. En este tipo de embragues, el ciclo se obtiene interrumpiendo la corriente transmitida a través del electroimán. Cuando el embrague está completamente acoplado, no se produce ningún deslizamiento relativo, por lo que un embrague electromagnético bien diseñado consigue transmitir el par motor de una manera 100% eficiente.

2.2 MARCAS COMERCIALES ● Rockford Powertrain, INC: www.rockfordpowertrain.com fabricante de embragues y otros componentes del tren de potencia para los mercados automotriz, de camiones y equipos fuera de carretera. ● BWD Automotive: www.bwdautomotive.com frabricante de embragues automotrices y otros componentes, es de la marca Borg Warner ● Warner Electric, Inc: w  ww.warnernet.com Fabrica sistemas de embrague y freno para aplicaciones industriales, de jardín y vehículos. ● Electroid Company: www.electroid.com fabricante de una gran variedad de embragues para aplicaciones industriales, comerciales aeroespaciales.

y

● https://www.schaeffler.de/content.schaeffler.de/en/products-and-solutions/automotive-afterm arket/index.jsp ● ●

http://www.wobron.com.ar/es/home https://www.valeoservice.es/es 6

3. FRENOS Es el conjunto de órganos que intervienen en el frenado y que tienen por función disminuir o anular progresivamente la velocidad de un vehículo, estabilizar esta velocidad o mantener el vehículo inmóvil si se encuentra detenido. Se encargan de transformar la energía cinética de un objeto (como un automóvil) en trabajo o calor. Los frenos trabajan por rozamiento entre una parte móvil solidaria a las ruedas y otra parte fija solidaria a la estructura del automóvil. Al aplicarse los frenos, la parte fija se aprieta a la parte móvil y por fricción se consigue desacelerar el automóvil. Existen numerosos tipos de frenos en los que cabe destacar:

3.1 FRENOS DE FRICCIÓN Los frenos de fricción están diseñados para actuar mediante fuerzas de fricción, siendo este el medio por el cual se transforma en calor la energía cinética del cuerpo a desacelerar. Siempre constan de un cuerpo fijo sobre el cual se presiona un cuerpo a desacelerar. Son muy utilizados en los vehículos. Existen diferentes tipos de frenos de fricción:

3.1.1 FRENOS DE DISCO Este sistema es el más utilizado en la mayoría de los vehículos turismo,su frenado es más enérgico comparándolo con otros tipos de frenos ya que el tiempo de frenado es menor y por consiguiente, la distancia de frenado también lo es. Es un sistema en el cual una parte móvil que es solidaria con la rueda que gira se somete al rozamiento de unas superficies de elevado coeficiente de fricción que ejercen sobre ellos una fuerza suficiente como para transformar la energía cinética del motor en calor, hasta detenerlo o reducir su velocidad, según sea el caso. Se componen de un disco que gira solidario con el eje de la rueda y que está expuesto al aire, que es frenado por una pinza que contiene dos placas (pastillas) que genera la fricción necesaria para frenar el vehículo.

3.1.2 FRENOS DE TAMBOR Es un tipo de freno en el que los componentes se encuentran dentro de un cilindro denominado tambor que gira solidariamente con el eje de las ruedas causando así una fuerza de fricción. Un freno de tambor esta compuesto de las siguientes partes: ● Tambor: es la pieza que recibe la mayor parte de energía en forma de calor desarrollado en el frenado y constituye la parte giratoria del sistema.

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● Plato de freno: se trata de un soporte sobre el que se montan las zapatas de freno y demás elementos de fijación o regulación. ● Zapatas: Son las encargadas de detener el movimiento giratorio del tambor. Como consecuencia, desprenden energía en forma de calor.

3.1.3 FRENOS DE CINTA También conocidos como frenos de tambor externos. Comprenden una cinta de acero, textil o de cuero, similar a una cinta en forma de V que se enreda alrededor de un cilindro de freno con un diámetro de gran tamaño. Un extremo de la cinta es sujetado a un punto fijo, mientras que el otro extremo es conectado a un resorte o un peso. Un freno de cinta puede tener diferentes efectos de frenado dependiendo de la dirección de rotación del eje al cual se aplica la fuerza de frenado. En una dirección, puede tener casi un efecto de autobloqueo.

3.2 OTROS TIPOS DE FRENOS 3.2.1 FRENOS NEUMÁTICOS Los frenos neumáticos son un tipo de frenos cuyo accionamiento se realiza mediante aire comprimido. Utiliza pistones que son alimentados con depósitos de aire comprimido mediante un compresor, cuyo control se realiza mediante válvulas. Estos pistones actúan contra los tambores o discos de freno. Su funcionamiento se basa en la fuerza aplicada por el frenado del pistón de un cilindro causado por las zapatas.

3.2.2 FRENOS HIDRÁULICOS Los frenos hidráulicos utilizan un fluido para transmitir la acción de frenado. El sistema se basa en que los líquidos son prácticamente incompresibles y además de acuerdo con el Principio de Pascal, la presión ejercida sobre un punto cualquiera de una masa líquida se transmite íntegramente en todas direcciones. Al ejercer una fuerza con el pie en un émbolo pequeño el fluido la transmite y, según la relación entre las secciones de los émbolos, la amplifica.

3.2.3 FRENOS ELÉCTRICOS Se trata de un sistema que permite detener o desacelerar un dispositivo mediante un accionamiento eléctrico. Están diseñados principalmente para vehículos o maquinaria pesada. Aunque su nombre hace a pensar que se trata de un sistema de 8

frenado totalmente eléctrico, la realidad es que se trata de un sistema en la que la mayor parte es mecánico. Sin embargo, existe un componente eléctrico con la función de controlar o modular la señal para emplear dichos frenos.

3.2.4 FRENOS AERODINÁMICOS Los frenos aerodinámicos son planos aerodinámicos encajados al borde del ala para aumentar el ángulo de planeo sin necesidad de aumentar la velocidad. Permiten recuperar parte de la energía que el avión elimina para poder aterrizar y frenar, y que normalmente se pierde en forma de calor, roce, ruido y esfuerzo mecánico en la estructura del ala. Por lo tanto, en vez de deshacerse de toda la energía que se utiliza para mantenerse en vuelo, con este prototipo se puede recuperar parte de ella, para utilizarla como energía eléctrica o mecánica. Son simplemente planos aerodinámicos encajados al borde del ala para aumentar el ángulo de planeo sin necesidad de aumentar la velocidad.

3.3 MARCAS COMERCIALES. ● Bosch: http://www.bosch-piezas-automovil.es. Bosch es uno de los mayores proveedores de productos de automoción del mundo. Además de múltiples piezas de recambio, ofrece sistemas completos de frenado, de inyección diésel y gasolina, de comprobación, diagnosis y reparación. Apoya a los talleres con formación e información. ● TRW Automotive: h  ttp://www.trwaftermarket.com. Como proveedor líder global en el suministro de sistemas de seguridad para la automoción con una gran experiencia en equipo original, somos los únicos que ofrecemos sistemas de chasis completos “Corner Module”: frenos, dirección, suspensión y amortiguadores. ● ATE: http://www.frenos-ate.es. ATE es una marca del Grupo Continental englobada dentro de la división de Automoción y en el segmento del Aftermarket. Son fabricantes de una gran gama y variedad de sistemas de automoción, siendo su principal fortaleza el ser proveedor global de sistemas de freno. ● Ferodo: h  ttps://www.ferodo

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4. APLICACIONES GENERALES DE FRENOS Y EMBRAGUES Podemos hallar frenos y embragues de forma conjunta en una amplia variedad de sectores como el de construcción, textil, envase y embalaje, agrícola (cosechadoras y máquinas especializadas como motocultores y podadoras), de transporte, de elevación (ascensores, escaleras mecánicas), etc. El conjunto freno-embrague es una parte indispensable de cualquier mecanismo que necesite transmitir el movimiento generado por un motor. En bicicletas, por ejemplo, podemos encontrar frenos de fricción: de disco, de zapata (de tambor) o ambos. Los coches poseen ambos dispositivos: el embrague para transmitir la potencia del motor a través de la caja de cambios y el freno o sistema de frenado para detener el vehículo. En máquinas-herramientas como por ejemplo un torno o una laminadora encontramos embragues y también sistemas de frenado. En el sector de la robótica podemos hallar frenos de seguridad. Es común encontrar embragues electromagnéticos en maquinaria de automatización industrial, procesos de ensamblaje o maquinaria de manipulación de alimentos.

5. CONCLUSIONES La realización de este trabajo nos ha permitido conocer el funcionamiento de los frenos y embragues. Hemos podido, de alguna manera, relacionar la dinámica de estos elementos con lo aprendido en la asignatura. Además, hemos comprobado el comportamiento análogo de los embragues y frenos. Nos ha resultado interesante la variedad de frenos y embragues que existen...