CONCEPTOS IMPORTANTES
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 rotación de la otra a
voluntad.
Los embragues, frenos, coples y volantes de inercia se
asocian con el movimiento rotatorio y comparten la función
de almacenar y/o transferir energía cinética.
•
•
•
Los embragues transmite energía cinética .
Los frenos absorbe energía cinética.
El volante de inercia absorbe la energía mecánica
cuando incrementa su velocidad angular y libera su
energía cuando disminuye.
Para representar la dinámica de un embrague o
freno de fricción:
• Se presentan dos inercias I1 y I2 a velocidades
angulares W1 y W2 respectivamente. Para el
caso del freno una puede ser cero.
• Se presenta deslizamiento al accionar el freno o
embrague debido a que giran a velocidades
diferentes.
• También se produce una disipación de energía
lo que provoca aumento de temperatura.
TIPOS DE FRENOS Y EMBRAGUES
(a) Tambor interno
de expansión; (b)
Tambor externo de
contracción; (c)
Freno de banda;
(d) Disco de
empuje; (e) Disco
cónico.
• MANUAL
• MECÁNICO
RESORTES Y/O MUELLES
CENTRIFUGA
• NEUMÁTICO(PISTÓN O DIAFRAGMA)
• HIDRÁULICO
• ELECTROMAGNÉTICO
FRENO DE TAMBOR CON ZAPATAS
INTERNAS EXPANSIBLES
 Estos
dispositivos están constituidos por una
zapata, la cual esta recubierta de un material de
fricción que calza perfectamente sobre el tambor
y es empujada por un cilindro contra el tambor
para crear el par de torsión por fricción.
 Se
utilizan en automóviles, maquinaria textil,
excavadoras y máquinas herramientas.
 Transmiten
un torque elevado, a un a bajas
velocidades y requieren fuerzas de conexión y
desconexión intensas.
DISEÑO DE FRENOS Y EMBRAGUES DE
FRICCIÓN
En el análisis de todos los tipos de frenos y embragues de
fricción se emplea el mismo procedimiento general:
1.
Estimar o determinar la distribución de la presión sobre
las superficies de fricción.
2.
Hallar una relación entre la presión máxima y la presión
en un punto cualquiera.
3.
Aplicar condiciones de equilibrio estático para
determinar la fuerza, el torque y las reacciones en los
apoyos.
 Fuerza normal y presión:
 Momento de fricción:
 Momento de fuerza normal:
VIDEO FRENOS CON ZAPATAS
 La fuerza de accionamiento debe equilibrar estos momentos:
 La condición de auto energización exige que :
 Par de rozamiento transmitido:
 Reacciones sobre el pasador:
FRENOS Y EMBRAGUES DE CONTRACCIÓN
EXTERNA
Fuerzas a considerar:




Reacciones en el pasador    .
Fuerza de accionamiento F.
Fuerza norma N.
Fuerza de fricción fN.
Son válidas la misma reacciones para
el caso de zapata interna.
 Momento de fuerza normal:
 Momento de fricción:
 Fuerza de aplicación :
 Reacciones:
Siendo :
 Par de rozamiento:
 Consideraciones el sentido de giro del tambor cambia:
 Se invierte el signo del término de fricción en cada ecuación.
 Cambio en la relación para hallar la fuerza de accionamiento.
 En este caso se puede presentar el fenómeno de autoenergizado si se
cumple que:
FRENOS Y EMBRAGUES DE BANDA
Consisten en una banda flexible
recubierta con un material de
fricción. Debido a la fricción y
rotación del tambor, la fuerza de
accionamiento P2 es menor que la
reacción del pasador P1.

Sumatoria de fuerzas en la dirección vertical:

Sumatoria de fuerzas en la dirección Horizontal:

Relación de fuerzas en los extremos:

Par de frenado:

Distribución de presión:

Presión máxima:
EMBRAGUES AXIALES DE FRICCIÓN DE
CONTACTO
En este tipo de embragues encontramos los
cónicos y los de discos.
Los embragues de discos han desplazado a
los cónicos puesto que:
Dan gran superficie de fricción en espacios
reducidos.
 La libertad de los efectos centrífugos.
 Son más eficaces al disipar el calor.
 Tienen distribución favorable de presión.
Desgaste uniforme
Presión uniforme
 Fuerza axial F:
 Fuerza de accionamiento
 Par torsión T:
 Par torsión T:
Una nueva expresión para el
par de torsión ya que:
una
expresión
más
conveniente del par de
torsión.
 Par de torsión durante desgaste
uniforme.
 Par de
uniforme
torsión
durante
 Método de Buckingham
Presión
FRENOS DE DISCO
El freno de disco no tiene autoenergización
y por ende no es susceptible a cambios del
coeficiente de fricción. Uno de los tipos de
freno de disco es el freno de yugo flotante;
El yugo soporta un solo émbolo flotante que
se acciona mediante presión hidráulica.
 Fuerza de accionamiento
 Par torsión T:
 El radio equivalente:
La coordenada de ubicación r de la fuerza de
activación se calcula tomando momentos con
respecto al eje x:
Desgaste uniforme
 Fuerza F como
Presión uniforme
:
 Fuerza F :
 Par torsión T:
 Par torsión T:
 El radio equivalente:
 El radio equivalente:
parámetros para este tipo de freno
según se determinaron por Fazekas.
 El radio efectivo está dado por:
 Fuerza de accionamiento:
 Par de torsión:
EMBRAGUES Y FRENOS CÓNICOS
Los embragues se emplean para llevar dos
ejes a la misma velocidad de giro. Este
efecto se logra mediante un par de fricción.
 Estos embragues son una solución simple
y eficaz.
 El ángulo del cono varía entre 10º y 15º.
ENERGÍA
Velocidad relativa a partir de velocidades
Angulares instantáneas
Tiempo
Tasa de disipación
Energía total disipada
AUMENTO DE TEMPERATURA
Aumento de temperatura del ensamble
de embrague o freno.
Modelo de enfriamiento de Newton
MATERIALES DE FRICCIÓN
• Un coeficiente de fricción alto y reproducible.
• Inalterabilidad ante condiciones del medio, como
la humedad.
• Capacidad para soportar altas temperaturas,
junto con una buena conductividad y difusividad
térmicas, así como calor específico elevado.
• Buena resiliencia.
• Alta resistencia al desgaste, rayado y raspadura.
• Compatibilidad con el entorno.
• Flexibilidad
OTROS TIPOS DE EMBRAGUES
Embrague de quijadas cuadradas
Embrague con desconexión por sobrecarga que
utiliza un tope
OTROS TIPOS DE ACOPLES
Sencillo
Dentado
Diseño BOST-FLEX
Tres quijadas
VOLANTES DE INERCIA
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