Diseño de frenos de contraccion externa

INTRODUCCIÓN

Los frenos constituyen una parte fundamental del diseño de elementos de maquinas, debido a que actualmente es común ver estos dispositivos mecánicos en diversas aplicaciones en nuestro medio tal es el caso de los automóviles; Sin embargo, cabe mencionar que a pesar de la enorme aplicación que tienen en la industria automotriz, los frenos son también componentes fundamentales en partes de maquinas herramientas, mecanismos móviles, aparatos elevadores, turbinas, etc. En este trabajo se presenta un diseño de un Freno de contracción externa y zapata larga el cual tendrá su principal aplicación entre un motor eléctrico y una caja de engranajes que conduce un elevador.

OBJETIVOS

• Diseñar un sistema de freno adecuado para que a través del funcionamiento de sus componentes pueda operar satisfactoriamente en un elevador.

• Por medio de los conocimientos adquiridos en la clase, calcular las respectivas componentes de un freno de contracción externa teniendo en cuenta que los factores de seguridad que aplican para el cálculo de estos tipos de elementos de maquinaria estén en un rango aceptable de operación con el fin de no poner en riesgo la integridad física de algún usuario.

DESARROLLO DEL DISEÑO

Los frenos son elementos de maquinas que absorben energía cinética o potencial en el proceso de detener una pieza que se mueve, o reducir su velocidad. El trabajo de fricción que se genera por la aplicación de una fuerza básicamente produce una variación de la energía del árbol y por consiguiente la energía absorbida por el freno se disipa en forma de calor. En esencia un freno de zapata externa (contracción externa), consta de un bloque denominado zapata que actúa sobre la superficie lateral de un cilindro denominado tambor unido sólidamente al elemento que se quiere frenar; la zapata montada sobre una palanca articulada en un extremo y a la cual se le aplica una fuerza de frenado al otro extremo pueda estar unida rígidamente o de forma articulada como se muestra a continuación.

Ilustración 1. Esquema freno contracción externa.

El freno a considerar en el diseño aquí tratado es un freno de contracción externa el cual es empleado entre un motor eléctrico y una caja de engranajes que conduce un elevador. Los parámetros a tener en cuenta en el diseño del freno son los siguientes

T=torque de fricción (N/mm)

N=revoluciones del tambor (rpm)

Lh= horas por día de operación (día/hora)

A=numero de arranques por hora (arranques/hora)

Donde

T=150 N/mm

N=100 rpm

Lh= 8 día/hora

A=29 arranques/hora

El freno mostrado en la figura lo aplica el resorte y lo libera un solenoide (no mostrado) y es empleado entre un motor eléctrico y una caja de engranajes que conduce un elevador. Suponiendo que el revestimiento es de asbesto moldeado se procederá a diseñar un freno apropiado para esta aplicación.

Ilustración 2. Ensamble de freno de contracción externa.

1. CALCULOS DEL FRENO DE CONTRACCIÓN EXTERNA

Por medio del programa para cálculo de Frenos, se procede a ingresar los parámetros de operación del freno los cuales son los siguientes.

T=150 N/mm

N=100 rpm

Lh= 8 día/hora

A=29 arranques/hora

En el parámetro de Maquinaria motriz se selecciona un motor eléctrico de corriente alterna para tal aplicación, por consiguiente el parámetro de maquinaria impulsada se selecciona por medio de la siguiente tabla.

Tabla 1 .Características de maquinaria

El siguiente parámetro a tener en cuenta en el diseño del freno son los factores de servicio fD y factor para arranques fS, los cuales se seleccionan de acuerdo al movimiento primario (entrada de potencia), características de la maquinaria este caso que es medianamente impulsiva y los respectivos valores de Lh= horas por día de operación (día/hora) y A=numero de arranques por hora (arranques/hora).

Tabla 2 .Factor de servicio fD

Tabla 3. Factor para arranques fS

A continuación se selecciona el acople con tambor de freno tipo "crown pin" por medio de el numero de revoluciones del tambor y la potencia de selección Ks entregada por el programa de frenos y con la ayuda del siguiente grafico.