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Acoplamientos temporariosJavier Benasayag 2008
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Acoplamientos temporarios Tipos Embrague y freno a friccin Embrague y freno de tambor con zapatas
internas expansibles
Embrague y freno de tambor con zapatasexternas expansibles
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Qu es un embrague?Es un acoplamiento temporal, utilizado para solidarizar
dos piezas que se encuentran en un mismo eje, para
transmitir a una de ellas el movimiento de rotacin de la
otra, y desacoplarlas a voluntad de un operario externo,
cuando se desea modificar el movimiento de una sin
necesidad de parar la otra. se halla siempre
intercalado entre un motor mecnico o trmico y el
rgano de utilizacin, a fin de poder parar este ltimo
sin que deje de funcionar el motor.
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Embrague
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Embrague
Disco de embragueDisco de embrague
Plato opresorPlato opresor
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Un Embrague es un sistema que permite controlar
el acoplamiento mecnico entre el motor y la caja decambios. El embrague permite que se puedan
insertar las diferentes marchas o interrumpir la
transmisin entre el motor y las ruedas. Losembragues utilizados en los automviles son por
friccin entre un disco solidario con la caja de
cambios y de una maza solidaria al cigeal del
motor
Embrague
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Ubicacin del embrague
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Volante de
inercia
Disco de
embrague
Campana
Diafragma
CrapodinaHorquilla
Pedal
Partes del embrague
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Dimensionamiento Existen dos formas de dimensionar un
embrague: Desgate uniforme
Presin uniforme
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Elementos considerados en un disco de embrague
r
dr
d D
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Desgate uniforme
Considerando un desgaste uniforme
2
. dparp =
r
dpap
.2
=
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Desgaste uniformeSe tiene un elemento de rea de radio r y espesor d/2. el rea d esteelemento es 2..r.dr, de manera que la fuerza normal que acta eneste elemento es dF= 2..p.r.drSe determina la fuerza normal total haciendo que r vare de d/2 a D/2en integrando.
( )dDdp
drpdrrpF
D
d
D
d
===
2..
.....2
2/
2/
2/
2/
( )222/
2/
2/
2/
2 .
8
..........2 dD
dpdrrfpdrrfpM m
D
d
D
d
m ===
El momento de torsin de determina integrando el producto de lafuerza friccional y el del radio:
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Desgaste uniforme
Sustituyendo el valor de F de la ecuacin 1 se obtiene:
( )dDfFM +=
4
.
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Presin uniforme
Cuando se puede suponer presiCuando se puede suponer presin uniforme sobre eln uniforme sobre el rea del disco, larea del disco, la
fuerza de accionamiento F es simplemente el producto de la presifuerza de accionamiento F es simplemente el producto de la presin y eln y elrea:rea:
( )22.4
.dD
pF m =
Igual que antes, el momento de torsiIgual que antes, el momento de torsin de determina integrando el producton de determina integrando el producto
de la fuerzade la fuerza friccionalfriccional y el radio :y el radio :
( )332/
2/
2 .24
...2....2 dD
dpdrrpfM
D
d
==
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Como p=pm la ecuacin puede escribirse:
Se debe observar que para ambas ecuaciones elmomento de torsin es para un solo par de superficiesen contacto. Por lo tanto, el valor se debe multiplicar
por el nmero de pares de superficies en contacto.
( )( )22
33
.3
.
dD
dDfFM=
Presin uniforme
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Materiales de friccin Caractersticas:
Coeficiente de friccin alto y uniforme Inalterabilidad por las condiciones
ambientales (humedad)
Resistencia a altas temperaturas Buena conductividad trmica
Resilencia suficiente
Resistencia al desgaste, rayado o raspadura
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Seleccin del material La seleccin implica considerar las caractersticas
antes mencionadas, junto con la disponibilidades
y tamaos disponibles.
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Materiales
Coeficiente
de friccin
en seco
Temperatura
mxima C
Presin
mxima
kPaHierro fundido sobre hierro fundido 0.15 0.20 320 1000 1750
Metal pulverizado sobre hierro fundido 0.10 0.40 540 1000
Metal pulverizado sobre acero duro 0.10 0.30 540 2100
Madera sobre acero o hierro fundido 0.20 0.35 150 400 620
Cuero sobre acero o hierro fundido 0.30 0.50 100 70 280
Cocho sobre acero o hierro fundido 0.30 0.50 100 50 100
Fieltro sobre acero o hierro fundido 0.22 140 35 70
Asbesto tramado sobre acero o hierrofundido
0.30 0.50 175 260 350 700
Asbesto moldeado sobre acero o hierrofundido
0.20 0.50 260 350 1000
Asbesto impregnado sobre acero o hierrofundido
0.32 260 400 1000
Grafito sobre acero 0.25 370 - 540 2100
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Elevacin de la temperatura La elevacin de la temperatura del conjunto de un embrague
puede evaluarse aproximadamente por la expresin:
mC
H
T .= T= Elevacin de la temperatura, C
C= Calor especfico, utilcese 500J/KgC para acero o hierro
fundido
m= Masa de todas las piezas del embrague, Kg
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Elevacin de la temperatura Las ecuaciones anteriores pueden utilizarse para explicar
que sucede cuando funciona un embrague, sin embargointervienen tantas variables que sera poco improbable que
tal anlisis se aproximara a la realidad.
Por lo tanto dichos anlisis son de los mas tiles en caso de
ciclos repetitivos para sealar que parmetros de diseo
tienen el mayor efecto en el funcionamiento.
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Elevacin de la temperatura Un embrague calentado hasta una temperatura T1
se enfra hasta una temperatura ambiente Ta de
acuerdo a la siguiente relacin:
tmCUAaa eTTTT
)./.(11 )( =
T1= Temperatura instantnea en el tiempo t, C
A= rea de transferencia del calor, m2
U= Coeficiente de transmisin trmica superficial, Kcal /m2 h C
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Fallas de embragueAsentamiento irregular del disco de embrague,
lado volante motor
Causas
No hubo reemplazo del volanteEl volante no fue rectificadoEl volante fue mal rectificado
Disco de embrague contaminado con aceite
Causas
Reten trasero del cigeal con filtracinReten delantero de la caja de cambios con filtracin
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Fallas de embragueDisco de embrague contaminado con grasa
Causas
Exceso de grasa en eje pilotoManipulacin en el montaje con suciedad
Lengetas del diafragma de la prensa
desgastadas
Causas
Rodamiento embrague de topeHorquilla desgastada o rotaBuje o rodamiento del eje piloto, en mal estado
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Fallas de embraguePlato opresor de la prensa, rayado
Causas
Rodamiento embrague de topeHorquilla desgastada o rotaBuje o rodamiento del eje piloto, en mal estado
Plato parcialmente sobrecalentado
Causas
Disco, contaminado con grasa o aceite
Rodamiento embrague de tope, fuera de normaespecificada por el fabricante del vehculo.Mecanismo de embrague con defectosVicio al conducir con el pie sobre el pedal del
embrague
El embrague fue forzado a patinar durante muchotiempo Javier Benasayag 2008
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Fallas de embragueDisco de embrague totalmente desgastadas
Causas
Mecanismo de desembrague defectuoso.Vicio al conducir con el pie sobre el pedal delembrague.Presin del plato de la prensa, muy baja al ser
accionada.Por uso indebido o por desgaste natural de lasuperficie.
Funda y/o piola defectuosos
Causas
Piola embrague rota parcialmentePiola embrague desgastada
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Fallas de embragueDisco de embrague, rayada por el lado volante
motor
Causas
No hubo reemplazo del volante motorEl volante motor no fue rectificadoEl volante motor mal rectificado
Lengetas del diafragma de la prensa deformadas
Causas
Fallas de montaje del embrague.Lengetas deformadas al introducir el eje piloto.Se dejo colgar transmisin y/o motor
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Fallas de embragueLengetas del diafragma de la prensa
excntr icamente desgastadas
Causas
Rodamiento embrague descentrado.Gua y/o punta eje piloto desgastadas.Falta de guas en el volante del motor
Gua, punta eje piloto, desgastadas o perforada
Causas
Horquilla desgastada o deformada.Buje punta eje piloto roto o desgastado.Horquilla desalineada.
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Fallas de embrague
Disco con excesiva comba (alabeo), en superficie
de apoyo
Causas
Mal almacenamiento (alabeo mximo de 0,5 a 1,0mm.).Manipulacin del material sin cuidado.
Disco de embrague, totalmente desgastado
Causas
Mecanismo de desembrague defectuoso.Vicio al conducir con el pie sobre el pedal.
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Fallas de embrague
Masa de ncleo del disco embrague, desgastada en el
borde exterior
Causas
Montaje del disco embrague invertidoDisco embrague incorrecto, no corresponde a la aplicacin.Error de montaje, el disco no fue montado en posicin
correcta.
Muelle de la prensa embrague deformada
Causas
Juntas homocinticas y/o tren motriz con juego excesivo.Prensa embrague no corresponde a la aplicacin.Aplicacin errnea, de velocidades durante la conduccin
Almacenaje y manipulacin inadecuada.Apretar pernos de fijacin incorrectamente.
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Fallas de embrague
Estriado del ncleo del disco de embrague daado
Causas
No se centr el discoEl eje piloto se introdujo a la fuerza o bruscamente.
Disco de embrague desprendido
Causas
Conduccin incorrecta (abuso del embrague o
velocidad errnea).
Daos por golpe.
Disco incorrecto, mal aplicado.
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Fallas de embrague
Masa con desgaste cnico y resortes del amortiguador
destruidos
Causas
Buje piloto y/o rodamiento piloto desgastado o rotoDesalineamiento entre el motor y la transmisin
Masa del disco de embrague oxidada
Causas
No se lubric el eje piloto con grasaVehculo estacionado por largo tiempo
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Fallas de embrague
Segmentos del disco embrague rotos
CausasRodamiento y/o buje piloto desgastados o rotos.Desalineamiento entre transmisin y/o motor.Error al conducir, motor pasado en RPM, el disco
alcanza una rotacin por encima de la rotacin de
ruptura del disco.
Disco de embrague quemado
Causas
Disco de embrague contaminado con aceite y/o grasa.Retenes de motor y transmisin con filtracin.Volante mal rectificado.
Excesivo rectificado del volante motor.
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Fallas de embragueLengetas del diafragma de la prensa embrague
quebradas
Causas
Error de montaje, daos por golpe brusco sobre diafragmade material templado.Se introdujo a la fuerza punta eje piloto.
Plato de la prensa embrague quebrado
CausasRecalentamiento del plato, por patinaje forzado.Revestimiento del disco desgastado.Disco de embrague sucio con aceite por filtracin deretenes.
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Fallas de embragueCarcasa de la prensa embrague deformada
Causas
Error de montaje, los pernos de fijacin no fueronapretados alternadamente.No fue observada la posicin de los pasadores de las guas
del volante motor.
Rodamiento Embrague con poca presin sobre el
diafragma de la prensa
Causas
Resorte tensor vencido. (Presin: 80-100 NM.).
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Fallas de embrague
Tapa, buje o porta rodamiento embrague, destruido
Causas
Rodamiento embrague de tope.Rodamiento embrague instalado fuera de su centro.Horquilla rota o desgastada. Buje eje piloto, roto odesgastado.Rodamiento embrague fue sometido a recalentamiento
por exceso de RPM, perdiendo la grasa lubricante.
Rodamiento embrague destruido
Causas
Horquilla descentrada.Falt precarga en el rodamiento embrague 880-100 NM).
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Fallas de embrague
Estriado del ncleo del disco de embrague destruido
CausasDesalineamiento entre motor y transmisin.Estriado de punta eje piloto daado.Rodamiento y/o buje piloto desgastado o daado.
Lengetas del diafragma de la prensa embrague
desgastada
Causas
Rodamiento embrague de tope.Rodamiento embrague agrupado o bloqueado.
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Fallas de embrague
Resortes del amortiguador rotos o demasiado
comprimidos
CausasSistema de desembrague defectuoso.Desajuste en motor por RPM y tiempo de encendido.
Contradisco o amortiguador de torsin roto, rondana
destruida
Causas
Conduccin inadecuada, bajas RPM y altas velocidades(3, 4 y 5).Punta eje piloto descentrada.
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Fallas de embragueMarcas de desgaste en resortes y amortiguador
CausasFallas de montaje. Disco invertido.Disco y embrague incorrectos.Excesivo rectificado del volante motor.
Huellas de vibracin en el plato de la prensaembrague
Causas
Disco de embrague contaminado con grasa y/o aceite.
Cable acelerador daado. Sistema desembrague daadoSoportes de motor rotos o vencidos. Soportes detransmisin rotos o vencidos.Juntas homocinticas y/o tren motriz con juego excesivo.Desajuste en motor por rpm y tiempo de encendido(fuera de punto).
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Embrague y freno de tambor con
zapatas internas expansibles
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Funcionamiento
f
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Embrague y freno de tambor con
zapatas internas expansibles
Este tipo de embrague contiene la
esencia de 3 elementos: Las superficies friccionantes que entrarn
en contacto.
El medio de transmisin del momento detorsin hacia y desde las superficies.
El mecanismo de accionamiento.
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Usos frecuentes Este tipo de embrague se emplea en
maquinaria textil, excavadoras ymaquinas herramientas donde elembrague puede ubicarse dentro de la
polea de impulsin. Ventaja: Transmisin de momento de torsin elevado
(inclusive a bajas velocidades)
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Dimensionamiento Por deducciones matemticas y geomtricas
se trabajar con la siguiente expresin de lapresin actuante:
... sensen
pp
m
m=
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Dimensionamiento
2
1
Rx
F
Ry
FX
FY
dNf.dN cos
f.dN
dN.cos
f.dN sen
r-a.cos
a.sen
c
dN.sen
a
r
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Dimensionamiento Siendo:
dN: Fuerza normal diferencial f.dN: Fuerza friccional
F: Fuerza de accionamiento
Rx,y: Reacciones en el pasador de la articulacin
drbpdN ...=
m
m
sensenrbpdN
.....=
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DimensionamientoSe determinar la fuerza de accionamiento F mediante lacondicin de que la suma de momentos respecto al
pasador de la articulacin sea cero.
== 2
1)cos.(
...)cos.(
darsensen
rbpfarfdNM
m
mf
Se calcula el momento de las fuerzas friccionalesrespecto al brazo r-a.cos
Se calcula el momento de las fuerzas normales respecto
al pasador a.sen
== 2
1
2 ....
).(
dsen
sen
rbpfsenafdNM
m
mN
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DimensionamientoLa fuerza de accionamiento F debe equilibrar estos
momentos:
c
MMF
fN=
Debe existir una condicin para la fuerza de
accionamiento sea igual a cero
Si MN=Mfse logra el autobloqueo y no requiere fuerza deaccionamiento.
De esta manera, la dimensin de a debe ser tal que MNMf
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Dimensionamiento
El momento de torsin aplicado al tambor por la zapata
de frenado es la suma de las fuerzas friccionales fdNmultiplicada por el radio del tambor:
m
m
m
m
sen
rbpfdsen
sen
rbpffdNT
)cos(cos....
... 212
2
1
2 ===
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Dimensionamiento
x
m
mxx Fdsenfdsensen
rbpFsendNfdNR ==
2
1
22
1 ..cos..
.cos
Las reacciones del pasador de la articulacin sedeterminan tomando la suma de las fuerzas horizontalesy verticales.
ym
m
yy Fdsenfdsensen
rbp
FdNfdNsenR
+=+=
2
1
2
1
2
.cos.
..
cos.
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FX
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f.dN sen
f.dN cos
dN sen
dN cos
dN
f.dN
a
Ry
Rx
c
r
FyF
1
2
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Dimensionamiento Siendo:
dN: Fuerza normal diferencial f.dN: Fuerza friccional
F: Fuerza de accionamiento
Rx,y: Reacciones en el pasador de laarticulacin
drbpdN ...=
m
m
sen
senrbpdN
.
....=
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DimensionamientoSe determinar la fuerza de accionamiento F mediante lacondicin de que la suma de momentos respecto al
pasador de la articulacin sea cero.
== 2
1)cos.(
...)cos.(
darsensen
rbpfarfdNM
m
mf
Se calcula el momento de las fuerzas friccionalesrespecto al brazo r-a.cos
Se calcula el momento de las fuerzas normales respecto
al pasador a.sen
== 2
1
2 ....
).(
dsen
sen
rbpfsenafdNM
m
mN
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DimensionamientoLa fuerza de accionamiento F debe equilibrar estos
momentos:
c
MMF
fN+=
Debe existir una condicin para la fuerza de
accionamiento sea igual a cero
Si MN=Mfse logra el autobloqueo y no requiere fuerza deaccionamiento.
De esta manera, la dimensin de a debe ser tal que MNMf
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Dimensionamiento
x
m
mxx Fdsenfdsensen
rbp
FsendNfdNR
+=+=
2
1
22
1 ..cos
..
.cos
Las reacciones del pasador de la articulacin sedeterminan tomando la suma de las fuerzas horizontalesy verticales.
ym
m
yy Fdsenfdsen
sen
rbpFdNfdNsenR +
=+=
2
1
2
1
2 .cos...
cos.
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Bibliografa Diseo en Ingeniera Mecnica, E. Shigley, R.
Mischke,Mc Graw Hill, VI ED.
Internet: http://www.noriega.cl/ficha%20embrague.htm
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