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.