Guia 3 de diseño mecanico 2 diego jaramillo

FACULTAD INGENIERIA ELECTROMECANICA
SEDE CUCUTA
GUIA DE DISEÑO MECANICO # 2
DIEGO ANDRES JARAMILLO TORRES
CODIGO: 21131218784
CORREO: diegjaramillo@uan.edu.co
UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO UAN
INGENIERIA ELECTROMECANICA
SAN JOSE DE CUCUTA
AÑO
2015

SEDE CUCUTA
SOLUCION GUIA # 3 DISEÑO MECANICO 2
DIEGO ANDRES JARAMILLO TORRES
CODIGO: 21131218784
CORREO: diegjaramillo@uan.edu.co
ESTE TRABAJO ES PRESENTADO AL INGENIERO:
CIRO ANTONIO CARVAJAL LABASTIDA
UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO UAN
INGENIERIA ELECTROMECANICA
SAN JOSE DE CUCUTA
AÑO
2015

SEDE CUCUTA
INTRODUCCION
Uno de los principales problemas de la ingeniería mecánica es la transmisión
de movimiento. Desde épocas muy remotas se han usado cuerdas y elementos
fabricados de madera para solucionar los problemas de transporte, impulsión,
elevación y movimiento.
El inventor de los engranajes fue Leonardo da Vinci, quien a su muerte deja
sus dibujos y esquemas de lo que hoy utilizamos a diario.
En el siguiente trabajo definiremos la utilización, fabricación y funcionamiento
de los engranajes.
El diseño de ejes: con el objetivo conocer ampliamente sobre los ejes de
transmisión y la importancia de los mismos para la materia estudiada,
Resistencia de los materiales, se realiza la investigación presentada a
continuación. Se conoce como eje de transmisión o árbol de transmisión a todo
objeto axis métrico especialmente diseñado para transmitir potencia. Un árbol
de transmisión es un eje que transmite un esfuerzo motriz y está sometido a
solicitaciones de torsión debido a la transmisión de un par de fuerzas y puede
estar sometido a otros tipos de solicitaciones mecánicas al mismo tiempo. Los
mecanismos de transmisión, generalidades sobre el diseño de ejes de
transmisión, métodos de diseño y el procedimiento general para el diseño de
ejes de transmisión.
Los frenos y embragues constituyen una parte fundamental del diseño de
elementos de máquinas, actualmente es común ver estos dispositivos
principalmente en cualquier tipo de automóviles, incluso su simple mención
está relacionada con ellos. Sin embargo, cabe mencionar que a pesar de la
enorme aplicación que tienen en la industria automotriz, los frenos y los
embragues son también componentes fundamentales en partes de máquinas
herramientas, mecanismos móviles, aparatos elevadores, turbinas, etc. Por
tanto, en la presente investigación se hará mención de la clasificación de frenos
y embragues que existen en la actualidad, así como lo más reciente en diseño
y la tecnología de materiales en la fabricación de estos. También se señalarán
algunas ecuaciones que serán de amplia ayuda en el cálculo de cada uno de
los tipos de frenos y embrague.

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ENGRANAJES
Los engranajes son ruedas dentadas cilíndricas que se usan para transmitir
movimiento y potencia desde un eje giratorio hasta otro. Los dientes de un
engranaje conductor encajan con precisión en los espacios entre los dientes
del engranaje conducido.
Los dientes del impulsor empujan a los dientes del impulsado, lo cual
constituye una fuerza perpendicular al radio del engranaje. Con esto se
transmite un par torsional, y como el engranaje es giratorio también se
transmite potencia.
Relación de Reducción de velocidad
Se dice que con frecuencia se emplean engranajes para producir un cambio en
la velocidad angular del engranaje conducido relativa a la del engranaje
conductor; el engranaje superior, menor, llamado piñón, impulsa el engranaje
inferior, mayor, que a veces se le llama simplemente engrane; el engrane
mayor gira con más lentitud.
La cantidad de reducción de velocidad depende de la relación del número de
dientes en el piñón entre el número de dientes en el engrane mayor, de
acuerdo con la siguiente relación: np / nG= NG / Np

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Tipos de Engranajes
Se usan con frecuencias varios tipos de engranajes que tienen distintas
geometrías de diente.
La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de
sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen
los siguientes tipos de engranajes:
Ejes paralelos:
 Cilíndricos de dientes rectos
 Cilíndricos de dientes helicoidales
 Doble helicoidales
Ejes perpendiculares:
 Helicoidales cruzados
 Cónicos de dientes rectos
 Cónicos de dientes helicoidales
 Cónicos hipoides
 De rueda y tornillo sinfín
Por aplicaciones especiales se pueden citar:
 Planetarios
 Interiores
 De cremallera
Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar:
 Transmisión simple
 Transmisión con engranaje loco
 Transmisión compuesta. Tren de engranajes

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Transmisión mediante cadena o polea dentada:
 Mecanismo piñón cadena
 Polea dentada
ENGRANES DE DIENTES RECTOS
Sus principales características son las siguientes:
a) La transmisión es positiva, esto es, la velocidad es constante entre rueda
conductora y rueda conducida
b) La distancia entre centros es relativamente pequeña y da lugar a una
transmisión compacta
c) Se puede hacer un diseño con Engranes intercambiables para modificar la
velocidad del elemento conducido
d) La eficiencia es alta ya que la pérdida de potencia puede ser tan baja como
el 1%
e) El mantenimiento es mínimo,
f) No pueden trabajar a altas velocidades
g) Generan más ruido que otros Engranes.
Terminología:
Se utilizan los subíndices p y g para referirnos a los parámetros del Piñón y
Engrane respectivamente.
-Círculo de Base es el círculo o cilindro utilizado para trazar la envolvente y su
diámetro se simboliza como (Db).
-Diámetro de Paso o Primitivo, es el diámetro del cilindro que dio origen al
engrane y es la dimensión básica del mismo ya que sirve para designar su
tamaño nominal.

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-Circulo de Dedendo o raíz es el circulo que rodea la raíz de los dientes del
engrane.
-Círculo de Adendo o externo es el círculo que llega hasta la punta del diente.
-Adendo o altura por cabeza: es la distancia radial entre el círculo de adendo
y el círculo primitivo. O Dedendo o altura de pie: es la distancia radial entre el
círculo primitivo y el círculo de raíz.
-Paso Circular (Pc): es la distancia que existe entre puntos consecutivos de un
par de dientes adyacentes medida sobre el círculo primitivo.
-Paso diametral (P), en inglés (Diametral Pitch): Es el número de dientes que
tienen un engrane para cada pulgada de diámetro primitivo y es muy
importante ya que para que 2 engranes puedan trabajar juntos deben tener el
mismo paso diametral. P = Np/Pp 0 Ng/Dg
Dp, Dg en pulg
Dónde:
Np: Numero de dientes del piñón
Ng: Numero de dientes del engrane
Es importante que deban usarse valores normalizados para el paso diametral
Para el sistema inglés se cumple la relación siguiente: Pc* P = (π.D/N)*(N/D).
De tal modo que: Pc.P=π
-Modulo (m): es la forma de medir la extrusión y el tamaño de los dientes de
un engrane en el sistema métrico y se define mediante la relación siguiente: Es
la forma de medir la distancia y el tamaño de los diente de un engrane en el
sistema métrico y se define m= (Dp/Np) = (Dg/Ng). Y se cumple la relación
siguiente Pc/m = (π.DN/ND) = π.
-Relación de transmisión (mw): es la relación que existe entre la velocidad
angular del Piñón y la velocidad angular del engrane pero también es una
relación entre diámetros o número de dientes. Mw= np/ng = Dg/Dp = Ng / Np.
Dónde:
np= Velocidad angular del piñón
ng= Velocidad Angular del engrane.

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-Distancia entre Centros: De manera general: C= 1/2 (Dp+Dg).
Aunque también se puede calcular en función del número de dientes: Para el
sistema inglés: P= N/D, Dp= Np/p, Dg= Ng/p. C=1/2 (Np/p + Ng/p) = C 0 1/2p
(Np + Ng). Y para el Sistema métrico. M = D/N, Dp = m.Np; Dg = m. Ng; C =
½(m. Np * m.Ng); C = m/2 (Np + Ng).
-Angulo de presión (Φ): Es el ángulo que existe entre la tangente común a los
círculos de base y la perpendicular a la línea de centros, constituye la variable
que define la relación entre el círculo de base y el círculo primitivo.
φ cos = -1 / Db /D.
Actualmente se utilizan ángulos de 14.5º, 20º y 25º, aunque para nuevos
diseños sólo deben emplearse ángulos de 20 y 25º.
-Claro u holgura: es el espacio que queda entre la punta del diente de un
engrane y la raíz del diente del otro.
-Longitud del diente: Se le llama también ancho de cara o ancho del flanco.
Es el ancho del diente medido en dirección paralela al eje del engrane. En la
práctica: b = K* Pc. En donde: 3 ≤K ≤ 4. En clase: K = 4
INTERFERENCIA
El contacto comienza cuando la punta del diente conducido toca el flanco del
diente conductor, ello ocurre antes de que la parte de evolvente del diente
conductor entre en acción.
En otras palabras ello ocurre por debajo de la circunferencia de base del
engrane 2 en la parte distinta de la evolvente del flanco; el efecto real es que la
punta o cara de evolvente del engrane impulsado tiende a penetrar en el flanco
del diente impulsado o a interferir con este.
Se presenta una vez más el mismo efecto a medida que los dientes dejan de
estar en contacto. El efecto es que la punta del diente impulsor tiende a
penetrar en el flanco del diente impulsado, o a interferir con él. La interferencia
también puede reducirse mediante un mayor ángulo de presión.
Con esto se obtiene una menor circunferencia de base, de manera que la
mayor parte del perfil de los dientes es evolvente. La demanda de piñones

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menores con menos dientes favorece así el uso de un ángulo mayor. Los
valores mínimos de número de dientes que deberá poseer un piñón para
engranar con una cremallera, ambos con dientes de profundidad completa;
para que no se produzca interferencia entre sus dientes.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Para diseñar una transmisión mediante engranes debe contarse con la
información siguiente
 potencia transmitida
 Velocidad de piñón
 Velocidad del engrane o en su defecto la relación de transmisión (mw)
Frecuentemente también se especifica la distancia entre centros especialmente
cuando hay limitaciones de espacio.
En el diseño de una transmisión mediante engranes deben respetarse los
factores siguientes.
1. El diente del engrane debe ser lo suficientemente fuerte para que soporte la
carga creada al momento del arranque
2. El diente debe ser capaz de resistir la carga dinámica que se presenta bajo
condiciones normales de operación.
3. El diente del engrane debe tener la dureza y resistencia al desgaste
satisfactorios para que su ciclo de vida sea adecuado
4. El uso del material y espacio debe ser suficiente
5. La lubricación debe ser adecuada

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ENGRANES HELICOIDALES
Están caracterizados por su dentado oblicuo con relación al eje de rotación. En
estos engranajes el movimiento se transmite de modo igual que en los
cilíndricos de dentado recto, pero con mayores ventajas.
Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzarse,
generalmente a 90º. Para eliminar el empuje axial el dentado puede hacerse
doble helicoidal.
Los engranajes helicoidales tienen la ventaja que transmiten más potencia que
los rectos, y también pueden transmitir más velocidad, son más silenciosos y
más duraderos; además, pueden transmitir el movimiento de ejes que se
corten. De sus inconvenientes se puede decir que se desgastan más que los
rectos, son más caros de fabricar y necesitan generalmente más engrase que
los rectos.
Lo más característico de un engranaje cilíndrico helicoidal es la hélice que
forma, siendo considerada la hélice como el avance de una vuelta completa del
diámetro primitivo del engranaje. De esta hélice deriva el ángulo β que forma el
dentado con el eje axial. Este ángulo tiene que ser igual para las dos ruedas
que engranan pero de orientación contraria, o sea: uno a derechas y el otro a
izquierda. Su valor se establece a priori de acuerdo con la velocidad que tenga
la transmisión, los datos orientativos de este ángulo son los siguientes:
Velocidad lenta: β = (5º - 10º) Velocidad normal: β = (15º - 25º)
Velocidad elevada: β = 30º

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Ventajas:
Los engranajes helicoidales pueden ser utilizados en una gran caridad de
aplicaciones, ya que pueden ser montados tanto en ejes paralelos como en los
que no lo son.
Presentan un comportamiento más silencioso que el de los dientes rectos
usándolos entre ejes paralelos.
Poseen una mayor relación de contacto debido al efecto de traslape de los
dientes.
Pueden transmitir mayores cargas a mayores velocidades debido al embonado
gradual que poseen.
Desventajas:
La principal desventaja de utilizar este tipo de engranaje, es la fuerza axial que
este produce, para contrarrestar esta reacción se tiene que colocar una
chumacera que soporte axialmente y transversalmente al árbol.
Tipos:
ENGRANAJES HELICOIDALES DE EJES PARALELOS:
Se emplea para transmitir movimiento o fuerzas entre ejes paralelos, pueden
ser considerados como compuesto por un número infinito de engranajes rectos
de pequeño espesor escalonado, el resultado será que cada diente está
inclinado a lo largo de la cara como una hélice cilíndrica.

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Los engranajes helicoidales acoplados deben tener el mismo ángulo de la
hélice, pero el uno en sentido contrario al otro (Un piñón derecho engrana con
una rueda izquierda y viceversa). Como resultado del ángulo de la hélice existe
un empuje axial además de la carga, transmitiéndose ambas fuerzas a los
apoyos del engrane helicoidal.
Para una operación suave un extremo del diente debe estar adelantado a una
distancia mayor del paso circular, con respecto al a otro extremo. Un traslape
recomendable es 2, pero 1.1 es un mínimo razonable (relación de contacto).
Como resultado tenemos que los engranajes helicoidales operan mucho más
suave y silenciosamente que los engranajes rectos.
ENGRANAJES HELICOIDALES DE EJES CRUZADOS:
Son la forma más simple de los engranajes cuyas flechas no se interceptan
teniendo una acción conjugada (puede considerárseles como engranajes sinfín
no envolventes), la acción consiste primordialmente en una acción de tornillo o
de cuña, resultando un alto grado de deslizamiento en los flancos del diente.
El contacto en un punto entre diente acoplado limita la capacidad de
transmisión de carga para este tipo de engranes.
Leves cambios en el ángulo de las flechas y la distancia entre centro no afectan
al a acción conjugada, por lo tanto el montaje se simplifica grandemente. Estos
pueden ser fabricados por cualquier máquina que fabrique engranajes
helicoidales.

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ENGRANAJES HELICOIDALES DOBLES:
Los engranajes "espina de pescado" son una combinación de hélice derecha e
izquierda. El empuje axial que absorben los apoyos o cojinetes de los
engranajes helicoidales es una desventaja de ellos y ésta se elimina por la
reacción del empuje igual y opuesto de una rama simétrica de un engrane
helicoidal doble.
Un miembro del juego de engranes "espina de pescado" debe ser apto para
absorber la carga axial de tal forma que impida las carga excesivas en el diente
provocadas por la disparidad de las dos mitades del engranaje.
Un engrane de doble hélice sufre únicamente la mitad del error de
deslizamiento que el de una sola hélice o del engranaje recto. Toda discusión
relacionada a los engranes helicoidales sencillos (de ejes paralelos) es
aplicable a loso engranajes de helicoidal doble, exceptuando que el ángulo de
la hélice es generalmente mayor para los helicoidales dobles, puesto que no
hay empuje axial.

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ENGRANAJES CÓNICOS:
Se fabrican a partir de un tronco de cono, formándose los dientes por fresado
de su superficie exterior. Estos dientes pueden ser rectos, helicoidales o
curvos. Esta familia de engranajes soluciona la transmisión entre ejes que se
cortan y que se cruzan. Los datos de cálculos de estos engranajes están en
prontuarios específicos de mecanizado.
ENGRANAJES CÓNICOS DE DIENTES RECTOS:
Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo
plano, generalmente en ángulo recto, por medio de superficies cónicas
dentadas. Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes. Son
utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°. Estos
engranajes generan más ruido que los engranajes cónicos helicoidales. Se
utilizan en transmisiones antiguas y lentas. En la actualidad se usan muy poco.

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ENGRANAJE CÓNICO HELICOIDAL:
Se utilizan para reducir la velocidad en un eje de 90°. La diferencia con el
cónico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de un
funcionamiento relativamente silencioso. Además pueden transmitir el
movimiento de ejes que se corten. Los datos constructivos de estos engranajes
se encuentran en prontuarios técnicos de mecanizado. Se mecanizan en
fresadoras especiales.
ENGRANAJE CÓNICO HIPOIDE:
Un engranaje hipoide es un grupo de engranajes cónicos helicoidales formados
por un piñón reductor de pocos dientes y una rueda de muchos dientes, que se
instala principalmente en los vehículos industriales que tienen la tracción en los
ejes traseros.

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Tiene la ventaja de ser muy adecuado para las carrocerías de tipo bajo,
ganando así mucha estabilidad el vehículo. Por otra parte la disposición
helicoidal del dentado permite un mayor contacto de los dientes del piñón con
los de la corona, obteniéndose mayor robustez en la transmisión. Su
mecanizado es muy complicado y se utilizan para ello máquinas talladoras
especiales (Gleason).
TORNILLO SIN FIN Y CORONA:
Un engranaje de sinfín está formado por un tornillo sinfín y una rueda
helicoidal, como se observa en la figura. Este engrane une flechas que no son
paralelas y que no se cruzan, por lo común en ángulo recto una con la otra. El
tornillo sinfín es un engrane helicoidal, con un ángulo de hélice tan grande que
un solo diente se enrolla de manera continua alrededor de su circunferencia.
Debido al contacto lineal existente entre el filete del tornillo y los dientes de la
rueda, al girar el tornillo sin desplazarse axialmente, transmite un movimiento
de giro a la rueda; de tal forma que, en una rotación completa del tornillo, la
rueda gira un arco igual al paso de la rosca del tornillo.
La transmisión del movimiento se realiza siempre del tornillo sin fin (rueda
conductora) a la rueda helicoidal (rueda conducida) y no al revés; es decir, el
sistema no es reversible. Este tipo de engranaje permite obtener una gran
reducción de velocidad, presentando un bajo rozamiento y una marcha
silenciosa.
Sin embargo, como en todos los engranajes helicoidales, presenta un empuje
axial elevado, por lo que exige la utilización de cojinetes adecuados para poder
soportar dichos esfuerzos. También podemos decir que es un mecanismo
diseñado para transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de velocidad
aumentando la potencia de transmisión.

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TRENES DE ENGRANAJES:
Se llama tren de engranajes a aquella transmisión en la que existen más de
dos engranajes. Los trenes de engranajes se utilizan cuando:
 La relación de transmisión que se quiere conseguir difiere mucho de la
unidad.
 Los ejes de entrada y de salida de la transmisión están muy alejados.
 Se quiere que la relación de transmisión sea modificable.
Los trenes de engranajes se pueden clasificar en trenes simples, si existe sólo
una rueda por eje; y compuestos, si en algún eje hay más de un engranaje.
También se puede diferenciar entre trenes reductores y multiplicadores, según
que la relación de transmisión sea menor o mayor que la unidad. La relación
de transmisión entre el eslabón conductor y el conducido es:
En los trenes de engranajes a la relación de transmisión se le atribuye signo
positivo si los sentidos de giro de entrada y de salida son iguales, y negativo si
son opuestos. Además, en los trenes de engranajes los ejes de entrada y de
salida pueden ser paralelos, cruzarse o cortarse en el espacio. Los trenes de
engranajes que se han considerado hasta ahora se caracterizan porque los
ejes de todas las ruedas están fijos mediante cojinetes al bastidor; por eso, se
dice que son trenes de engranajes ordinarios.
Pero existen trenes de otro tipo, en los que el eje de alguna rueda no está fijo
al bastidor, sino que se puede mover. A esta clase de ruedas se las conoce
como ruedas satélites, y a los trenes de engranajes que tienen alguna rueda
de este tipo se les denomina trenes epicicloidales, planetarios o de ruedas
satélites.

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DISEÑO DE EJES
EJES
Son elementos que sirven para transmitir potencia y en general se llaman
árboles a los ejes sin carga torsional, la mayoría de los ejes están sometidos
durante su trabajo a cargas combinadas de torsión, flexibilidad y cargas
axiales.
Los elementos de transmisión: poleas, engranajes, volantes, etc., deben en lo
posible estar localizados cerca a los apoyos.
El diseño de ejes consiste básicamente en la determinación del diámetro
adecuado del eje para asegurar la rigidez y resistencia satisfactoria cuando el
eje transmite potencia en diferentes condiciones de carga y operación.
Los ejes normalmente tienen sección transversal circular: macizos – huecos
Para el diseño de ejes, cuando están hechos de aceros dúctiles, se analizan
por la teoría del esfuerzo cortante máximo.
Los materiales frágiles deben diseñarse por la teoría del esfuerzo normal
máximo.
El código ASME define una tensión de corte de proyectos o permisible que es
la más pequeña de los valores siguientes:
(Ec4.5) Ó (Ec 4.6)
Si hay concentración de tensiones debido a un acuerdo o un chavetero, la
norma dice que hay que disminuir en un 25% la tensión de corte permisible.

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La tensión de corte en un eje sometido a flexión y torsión viene dado por:
(Ec 4.7)
EL ESFUERZO DE TORSIÓN:
Para ejes macizos (Ec 4.8)
Para ejes huecos (Ec 4.9)
EL ESFUERZO DE FLEXIÓN:
ESFUERZOS AXIALES (COMPRESIÓN – TRACCIÓN):
El código ASME da una ecuación para el cálculo de un eje hueco que combina
torsión, flexión y carga axial, aplicando la ecuación del esfuerzo cortante
máximo modificada mediante la introducción de factores de choque, fatiga y
columna.
(Ec 4.14)
Para un eje macizo con carga axial pequeña o nula.

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(Ec 4.15)
Dónde:
xy = Esfuerzo cortante de torsión, psi. de = Diámetro exterior,
pulg.
M = Momento flector, lb-pulg. di = Diámetro interior,
pulg.
T = Momento torsor, lb-pulg. F = Carga axial, lb.
K = di/de
= Tensión de corte máxima, psi.
= Tensión de flexión
Cf = Factor de choque y fatiga, aplicado al momento flector.
Ct = Factor de choque y fatiga, aplicado al momento de torsión.
f = Esfuerzo de flexión, psi.
e = Esfuerzo axial (Tensión – Compresión), psi.
Ejemplo de análisis de fatiga, consideraciones de rigidez.
Máquina de probeta rotatoria de Moore para ensayo a Fatiga
Por ejemplo, supóngase que se desea conocer el comportamiento a fatiga de
un material hasta 1e8 ciclos utilizando seis valores de la tensión con tres
probetas por cada tensión. El ensayo más largo de 1e8 ciclos costaría unos 14

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días en una máquina capaz de producir 5000 ciclos/min. Por tanto si sólo se
dispone de una máquina el tiempo para realizar todos los ensayos sería de
varios meses. Existen métodos de ensayo rápidos pero la fiabilidad de los
resultados es menor.
En base a los ensayos sobre probetas se han desarrollado métodos para
cálculo y diseño a Fatiga. La extrapolación de los resultados de los ensayos de
fatiga a las piezas reales está basado en la utilización de una serie de valores
modificativos empíricos, y por ello la fiabilidad de los métodos de cálculo es
reducida si se compara por ejemplo con un cálculo estático lineal ya que
existen numerosos factores que intervienen en el comportamiento a fatiga de
un sistema físico que son imposibles de introducir en un modelo de elementos
finitos, teniendo el usuario que "estimar" su efecto. Por tanto, en sistemas de
alta responsabilidad es imprescindible recurrir a ensayos sobre prototipos.
FRENOS Y EMBRAGUES
Los frenos y embragues constituyen una parte fundamental del diseño de
principalmente en cualquier tipo de automóviles, incluso su simple mención
está relacionada con ellos. Sin embargo, cabe mencionar que a pesar de la
enorme aplicación que tienen en la industria automotriz, los frenos y los
embragues son también componentes fundamentales en partes de máquinas
herramientas, mecanismos móviles, aparatos elevadores, turbinas, etc. En este
trabajo de investigación se mencionaran los tipos de frenos y embragues en la

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actualidad, así como lo más reciente en diseño y la tecnología de materiales en
la fabricación de estos.
Embrague: Son acoplamientos temporales, utilizados para solidarizar dos
piezas que se encuentran en un mismo eje, para transmitir a una de ellas el
movimiento de rotación 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 mecánico o térmico y
el órgano de utilización, a fin de poder parar este último sin que deje de
funcionar el motor.
Freno: Se llama freno a todo dispositivo capaz de modificar el estado de
movimiento de un sistema mecánico mediante fricción, pudiendo incluso
detenerlo completamente, absorbiendo la energía cinética de sus componentes
y transformándola en energía térmica. El freno está revestido con un material
resistente al calor que no se desgasta con facilidad, no se alisa y no se vuelve
resbaladizo.
Los frenos y embragues están completamente relacionados ya que ambos
utilizan la fricción como medio de funcionamiento, en teoría existen cálculos y
normas con las que se pueden diseñar y dar mantenimiento a estos
dispositivos. Sin embargo en la práctica es difícil prevenir su comportamiento,
ya que existen innumerables factores que actúan en contra del comportamiento
de estos, como las altas temperaturas, desgaste de los materiales, fallas en el
material, etc. No obstante con los avances en la tecnología se ha podido
reducir el riesgo de falla y se ha logrado optimizar el funcionamiento, tomando
en cuenta que ambos dispositivos representan una gran parte del factor de
seguridad del conjunto completo.
HISTORIA:
La más reciente evidencia que tenemos acerca de la existencia de la rueda se
remonta casi seis mil años. Y sin embargo aún no sabemos cuándo ni cómo
surgió la necesidad del impedimento del avance de aquellos vehículos
primitivos. El primer freno que puede haber existido talvez haya sido alguna
especie de ancla o algún dispositivo sostenido en el chasis que pudiera haber
sido enterrado en la tierra, mientras este se movía. Cuando la bicicleta apareció
hace un par de siglos, la única manera de desacelerar era presionando el
zapato sobre la rueda aunque era muy peligroso y provocaba cierto desbalance
en el aparato. Por eso, en 1783 Kirkpatrick Macmillan, un herrero escocés
invento el freno de cuchara que consistía en una palanca que presionaba un
bloque de madera contra la llanta (actualmente la banda de hierro).

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Posteriormente, una mejoría enorme en el poder de frenado apareció, los
frenos de tambor de expansión interna, atribuido al francés Louis Renault.
Inicialmente los tambores eran de acero estampado, lo que aumentaba el ruido
de la frenada que generalmente no era muy agradable. Los tambores de hierro
fundido aparecieron poco después y en 1919 un diseño hispano-sueco
introdujo un aluminio refinado con líneas de hierro. Los frenos de tambor
hicieron un buen trabajo, sin embargo la disipación de calor era un gran
problema debido a rozamiento entre los materiales y los sistemas de
refrigeración no eran lo suficientemente avanzados como para mantener
factible este diseño de frenos, y conforme las velocidades de los automóviles
fueron aumentando se hacía menos viable la idea.
Alrededor de 1890 entran los frenos de disco, aunque sea poco creíble una de
las primeras versiones de estos frenos fueron usados en las llantas delanteras
de un carro eléctrico diseñado por Elmer Ambrose Sperry en 1998, en donde
una electroimán forzar a un dispositivo protector contra el rotor. El primer
diseño que se conoce que disponía de frenos de disco es el Crosley 49',
después aparecieron en los frenos de aviones. En 1950 los franceses e
ingleses introdujeron en grandes cantidades los frenos de disco en las
producciones de sus automóviles comerciales.
En 1961 apareció el servofreno, como ayuda al esfuerzo que ejerce el
conductor sobre el pedal; y en 1965, Volvo añadió una válvula limitadora de
presión. En 1963, Mercedes comenzó a instalar de serie sistemas de frenos
con 3 circuitos. En la carrera por disipar mejor el calor, en 1966 Porsche lanzó
el disco autoventilado. En 1985 comenzó a ofrecerse de serie (Mercedes Clase
S y Ford Scorpio, los primeros) el ABS, en lo que fueron los inicios de la
aplicación de la electrónica a los sistemas de frenado.
Abierto ya el camino, la llegada de más sistemas electrónicos a los frenos fue
cuestión de tiempo: en 1986 llegó el control de tracción (ASD y ASR) que
funciona en conexión con el ABS; en 1994, el ESP; en 1996, y posteriormente
la asistencia a la frenada.
LOS FRENOS son elementos de máquinas que absorben energía cinética o
potencial en el proceso de detener una pieza que se mueve o de reducirse la
velocidad. La energía absorbida se disipa en forma de calor. La capacidad de
un freno depende de la presión unitaria entre las superficies de energía que
está siendo absorbida. El comportamiento de un freno es análogo al de un
embrague, con la diferencia que un embrague conecta una parte móvil con otra
parte móvil, mientras que el freno conecta una parte móvil con una estructura.

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SISTEMAS DE FRENOS
Cuando se presiona el pedal de freno, se transmite una fuerza desde el pie
hasta los frenos. En la actualidad la fuerza para frenar requerida es mucho
mayor de lo que se puede aplicar con la pierna por lo que el sistema de frenado
debe incrementar la fuerza aplicada por el pie, esto se logra por medio de dos
formas:
Ventaja Mecánica (palanca)
Incremento de fuerza
Multiplicación de fuerza hidráulica
SISTEMA BÁSICO DE FRENOS
Para que se pueda frenar es necesario pisar el pedal de los frenos. Este,
mediante el principio de palanca acciona una bomba de frenos, técnicamente
conocida como cilindro maestro. El cilindro maestro envía el fluido conocido
como liga de frenos, desde su depósito hasta cada una de las ruedas. Por
razones de seguridad, existen dos líneas o circuitos que distribuyen la liga a las
ruedas. Por eso se llaman frenos de doble circuito.

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TIPOS DE FRENOS:
FRENO DE TAMBOR
Estos dispositivos están constituidos por una zapata que obliga a entrar en
contacto con un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende controlar, la
zapata se construye de forma tal que su superficie útil, recubierta de un
material de fricción, calza perfectamente sobre el tambor. Una vez más, al
forzarse el contacto entre zapata y tambor, las fuerzas de fricción generadas
por el deslizamiento entre ambas superficies producen el par de frenado.
Zapatas: Son bloques de madera o metal que presiona contra la llanta de una
rueda mediante un sistema de palancas, existen dos tipos que son:
a) De fundición
b) Compuestas
Este tipo de freno consta de un tambor, por lo general realizado en hierro
fundido, solidario al cubo de la rueda, en cuyo interior, al pisar los frenos, se
expanden unas zapatas de fricción en forma de "C" que presionan contra la
superficie interna del tambor. Ya no se utilizan en el tren delantero de los
coches modernos, que es el que soporta el mayor esfuerzo en la frenada,
porque presentan desventajas a la hora de disipar el calor, y porque al ser más
pesados que los frenos de disco pueden producir efectos negativos en la

SEDE CUCUTA
dirección del vehículo. Sí se utilizan con frecuencia en el eje posterior de
muchos vehículos, combinados con discos delanteros.
PARTES DEL FRENO DE TAMBOR
 Tambor del freno
 Zapata
 Resortes de retorno de las zapatas
 Plato de anclaje
 Cable de ajuste
 Pistón hidráulico
 Cilindro de rueda
FRENO DE DISCOS
Se componen de un disco montado sobre el cubo de la rueda, y una mordaza
colocada en la parte externa con pastillas de fricción en su interior, de forma
que, al aplicar los frenos, las pastillas presionan ambas caras del disco a causa
de la presión ejercida por una serie de pistones deslizantes situados en el
interior de la mordaza. La mordaza puede ser fija y con dos pistones, uno por
cada cara del disco. Pero también existen mordazas móviles, que pueden ser
oscilantes, flotantes o deslizantes, aunque en los tres casos funcionan de la
misma manera: la mordaza se mueve o pivota de forma que la acción de los
pistones, colocados sólo a un lado, desplaza tanto la mordaza como la pastilla.
Son más ligeros que los frenos de tambor y disipan mejor el calor, pues los
discos pueden ser ventilados, bien formados por dos discos unidos entre sí

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dejando en su interior tabiques de refrigeración, bien con taladros transversales
o incluso ambas cosas.
La imagen muestra un freno de disco el cual funciona a base de fricción por lo
que su fabricación debe ser de alta calidad y los materiales deben tener
determinadas características lo que más adelante se analizara
Este sistema de frenado tiene las siguientes ventajas:
1. No se cristalizan, ya que se enfrían rápidamente.
2. Cuando el rotor se calienta y se dilata, se hace más grueso, aumentando la
presión contra las pastillas.
3. Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor desecha
agua y el polvo por acción centrífuga.
Por otra parte, las desventajas de los frenos de disco, comparados con los de
tambor, son que no tienen la llamada acción de servo o de aumento de
potencia, y sus pastillas son más pequeñas que las zapatas de los frenos de
tambor, y se gastan más pronto.
FRENOS DE DISCO CERRADO
El disco se aloja en un cárter solidario a la rueda. El apriete se efectúa sobre
varios sectores regularmente repartidos sobre la periferia, el frenado se obtiene
por la separación de dos discos, cada uno de los cuales se aplica contra la cara
interna correspondiente del cárter giratorio.

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FRENO DE DISCO EXTERIOR
El disco es solidario del árbol o de la rueda. El apriete se efectúa mediante un
sector limitado y rodeado por unos estribos, en el interior de los cuales se
desplazan unos topes de fricción.
El frenado con discos se puede realizar mediante:
1) Discos: Inicialmente fueron de acero, ahora suelen ser de fundición.
2) Pastillas: Suelen ser de aleaciones de cobre, estos elementos de frenado se
colocan en la rueda directamente o en el cuerpo del eje.
Las ventajas e inconvenientes, frente al frenado con zapatas de este tipo de
frenado son:
Ventajas
 Frenado poco ruidoso.
 Menores gastos de conservación.
 Mayor periodo de vida.

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 La mayor parte del calor desprendido durante el frenado la absorben los
discos, a los cuales se les proviene de un sistema de ventilación.
 Materiales protegidos de agentes externos.
 Se comportan bien hasta los 230 Km/h; a partir de esta velocidad el
desgaste aumenta considerablemente.
INCONVENIENTES:
 Menor aprovechamiento de la adherencia. Para solucionar este
problema se suelen utilizar sistemas mixtos de zapatas y discos junto
con sistemas de antipatinaje.
 Mayor distancia de parada.
 No tienen la llamada acción de servo o de aumento de potencia, y sus
pastillas son más pequeñas que las zapatas de los frenos de tambor, y
se gastan más pronto.
FRENO DE CINTA
Posiblemente el dispositivo de freno más sencillo de concebir es el llamado
freno de cinta o freno de banda, el cual consiste fundamentalmente de una
cinta flexible, estacionaria, que se tensa alrededor de un cilindro solidario al eje

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cuya velocidad se pretende modificar, la fricción existente entre la cinta y el
tambor es responsable de la acción del frenado.
Se usa en las máquinas de vapor, en los vehículos a motor y en algunos tipos
de bicicletas, pero sobre todo en aparatos elevadores.
FRENOS HIDRAULICOS
El sistema de frenos hidráulicos usado en el automóvil es un sistema de
múltiple sesión de pistones. Ya que este sistema permite que se transmitan
fuerzas hacia dos o más pistones en la manera indicada en la figura.
El sistema de frenado hidráulico desde el cilindro maestro hasta los cilindros de
las llantas en la mayoría de los automóviles opera de manera similar al sistema
ilustrado en la figura.
Cuando el pedal del freno es accionado, la presión del pedal de freno mueve el
pistón dentro del cilindro maestro, forzando el fluido del freno desde el cilindro
maestro por medio del tubo y la manguera flexible del cilindro de las llantas. El
cilindro de las llantas contiene dos pistones colocados de forma opuesta y
desconectados, cada uno de ellos sostiene la zapata de frenado ajustada
dentro del tambor. Cada uno de los pistones presiona la zapata contra la pared
del tambor provocando el frenado de la rotación de la llanta. Cuando la presión
en el pedal es liberada, el resorte en la zapata de frenado regresa los pistones
en los cilindros de las llantas a su posición liberada. Esta acción fuerza el
desplazamiento del líquido de frenos de vuelta por medio de la manguera al
cilindro maestro.

SEDE CUCUTA
La fuerza aplicada en el pedal de frenado produce una fuerza proporcional en
cada uno de los pistones de salida los cuales aplican la fuerza sobre las
zapatas friccionantes contra el giro de la llanta retardando la rotación.
FRENOS MOTORES
Electrodinámicos: Cuyo fundamento es hacer que el motor trabaje como
generador. Sólo se aplican a ejes motores. Estos a su vez pueden ser:
Reostáticos: Se aplican en locomotoras eléctricas. Se basa en que la inercia
del motor, una vez desconectado de la red, hace que éste siga girando,
pasando a funcionar como generador y de este modo la energía mecánica
acumulada se va disipando en unas resistencias en forma de energía eléctrica,
creando a su vez las corrientes circulantes por los devanados un par contrario
al de giro, que hace que disminuya la velocidad del motor hasta valores en que
los frenos de fricción puedan actuar y detener la máquina.
De recuperación: Se basa en conseguir transformar la energía cinética del
tren en energía eléctrica reenviándola a la red. Se suele aplicar en el caso de
trenes de cercanías y con grandes pendientes.
Por último existe una última clasificación de frenos que no utilizan adherencia
para lograr el frenado ya sea total o parcial ya que suelen utilizar otros medios
diferentes a los antes mencionados.
Patín electromagnético frotante: Debido a su gran desgaste sólo se utiliza
como freno de urgencia.
Frenos de Foucault: Basado en crear corrientes parásitas que a su vez crean
esfuerzos de frenado.
Frenos aerodinámicos: En un avión en vuelo, disminuyen rápidamente la
velocidad por un fuerte aumento de la resistencia al avance, dispuestos en las
alas o a lo largo del fuselaje, están constituidos por elementos móviles, que se
pueden levantar en el aumento deseado, se utilizan sobre todo durante los
picados y en ciertas acrobacias.

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Frenos neumáticos: Su funcionamiento se basa en que el esfuerzo de frenado
aplicado por las zapatas o discos proviene indirectamente del hecho de mover
el pistón de un cilindro. Su esquema es el siguiente:
Según el tipo de frenado que se quiera hacer éste puede ser:
1) Frenado continúo: el que realiza normalmente el maquinista o un viajero en
caso de parada de emergencia.
2) Frenado automático: el que ocurre si hay una avería en el propio sistema de
frenado.
3) Frenado de apriete y aflojamiento graduado: si se realiza de una forma
escalonada.
Tipos de frenos neumáticos:
1- De aire comprimido.
2-De vacío.
3- Una combinación de los dos.
LOS FRENOS DE ZAPARA EXTERNA O DE BLOQUE constan de zapatas o
de bloques presionados contra la superficie de un cilindro giratorio llamado
tambor de freno. La palanca puede estar rígidamente montada sobre una
palanca articulada, como muestra la figura 1, o puede estar articulada a la
palanca, como muestra la figura 2
Figura 1 Figura 2
El diseño de un FRENO DE BLOQUE sencillo se puede hacer con base en el
análisis de fuerzas y momentos de la palanca y de la zapata, a manera de un
cuerpo libre, se puede suponer que la fuerza normal N y la fuerza de
rozamiento fN actúan en el punto medio de contacto de la zapata, sin cometer
un error apreciable, para ángulos menores de 60°. Sumando momentos
alrededor de la articulación fija O,
Nótese que para una rotación del tambor en el sentido del movimiento de las
agujas del reloj, la fuerza de rozamiento fN ayuda a la fuerza F en la aplicación
del freno y el freno es parcialmente autoactuante. Para un coeficiente de
rozamiento dado, el freno puede diseñarse para que sea completamente

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autoactuante (o autocerrante). Para que esta condición exista, F debe ser igual
a cero o negativo en la ecuación anterior. Podemos suponer también que el
peso W es despreciable; entonces.
Es decir, que cuando el freno es autocerrante
El momento de frenado T para una situación autocerrante es Lb-plg
Donde f = Coeficiente de rozamiento
N = Fuerza normal total en lb.
R = Radio del tambor del freno en pulg
LOS FRENOS DE ZAPATA DOBLE se utilizan comúnmente para reducir las
cargas en el eje y en los cojinetes, para obtener mayor capacidad y para
reducir la cantidad de calor generado por pulgada cuadrada, la fuerza normal
NL que actúa sobre la zapata izquierda no es necesariamente igual a la fuerza
normal NR que actúa sobre la zapata derecha. Para frenos de doble bloque,
cuyas zapatas tengan ángulos de contacto pequeños, digamos que menos de
60°, el momento de frenado puede aproximarse por
si el ángulo de contacto de la zapata es mayor a 60°, se requiere una
evaluación más precisa del momento de frenado para las zapatas articuladas,
el cual está dado entonces por
El diseño de FRENOS DE ZAPATA INTERNA del tipo simétrico su diseño se
puede aproximar por medio de las siguientes ecuaciones:
El momento de frenado T puede determinarse por
Dónde:
Coeficiente de rozamiento
Ancho de la cara de la zapata en plg
Radio interno del tambor en plg
Angulo central comprendido desde la articulación de la zapata hasta la punta
de revestimiento en grados
Angulo central comprendido desde la articulación de la zapata hasta la punta
del revestimiento en grados.

SEDE CUCUTA
Presión máxima en psi (zapata derecha)
Presión máxima en psi (zapata izquierda)
LOS FRENOS DE BANDA constan de una banda flexible enrollada
parcialmente alrededor del tambor, se accionan halando la banda fuertemente
contra el tambor. La capacidad del freno depende del ángulo de abrazamiento,
del coeficiente de rozamiento y de las tensiones en la banda. Para este tipo de
freno el sentido de rotación del tambor es tal que la banda anclada al marco
constituye el ramal tenso F1, como se muestra
En cuanto a correas con velocidad cero, la relación entre el ramal tirante y el
ramal flojo de la banda es:
Donde
F1 = Tensión en el ramal tirante de la banda en Lb
F2 = Tensión en el ramal flojo de la banda en Lb
e = base de los logaritmos naturales
f = coeficiente de rozamiento
Angulo de abrazamiento en radianes
La capacidad del momento de frenado T es: Lb-Plg
Donde r = radio del tambor de freno en Plg. Este tipo de freno de banda no
tiene propiedades autocerrante.
Un Embrague es un sistema que permite controlar el acoplamiento mecánico
entre el motor y la caja de cambios. El embrague permite que se puedan
insertar las diferentes marchas o interrumpir la transmisión entre el motor y las
ruedas. Los embragues utilizados en los automóviles son por fricción entre un
disco solidario con la caja de cambios y de una maza solidaria al cigüeñal del
motor. El disco se coloca entre la masa y el volante de inercia y el presionado
por un resorte llamado diafragma. Cuando el embrague está sin accionar
(motor embragado) el disco tiene un gran rozamiento con la maza y transmite
toda la fuerza generada en el motor. Cuando se acciona el embrague (motor
desembragado) el diafragma es comprimido por el conductor y el disco queda
suelto, siendo incapaz de transmitir la fuerza del motor a la caja de cambios.
Según la posición del pedal del embrague se puede conseguir un acoplamiento

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total (pedal suelto) o acoplamientos parciales (pedal a medio pisar) que nos
permiten variar la fuerza transmitida por el motor a la transmisión.
El embrague transmite la potencia del motor a la transmisión manual mediante
su acoplamiento o desacoplamiento. También, hace la salida más suave, hace
posible detener el vehículo sin parar el motor y facilita las operaciones del
mismo.
Un mecanismo de embrague tiene que ser resistente, rápido y seguro.
Resistente debido a que por él pasa todo el par motor. Rápido y seguro para
poder aprovechar al máximo dicho par, en todo el abanico de revoluciones del
motor.
Colocación de un Embrague en un Automóvil moderno
 Embrague Mecánico
 Sistema de Embrague
 Embrague Hidráulico
Embrague Mecánico: Los movimientos del pedal del embrague son
transmitidos al embrague usando un cable. Este mecanismo se basa en el
accionamiento del sistema de embrague, mediante un cable de acero, unido
por uno de sus extremos al pedal de embrague, y por el otro a una horquilla de
embrague, unida ésta a su vez con el cojinete de embrague.
Al pisar el pedal, el cable tira de la horquilla, aplicándole un esfuerzo capaz de
desplazar al cojinete de embrague, deformando a su vez el diafragma del
mecanismo de embrague, con el consiguiente desembragado del sistema. Al
soltar el pedal, la fuerza de dicho diafragma, hace desplazar al cojinete en
sentido contrario, y ésta a su vez al cable, con el consiguiente retorno del pedal
de embrague a su estado de reposo.
En el sistema de accionamiento del embrague por cable, encontramos
básicamente dos variedades:
Por una parte tenemos el sistema en el que el cojinete de embrague, en
posición de reposo, está en constante contacto con el diafragma, o con las

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patillas de accionamiento, según proceda. Y por otra, está el sistema en el que
el cojinete de embrague y el diafragma, en posición de reposo, tienen una
separación denominada guarda. Esta separación, se obtiene gracias a un
muelle situado en
la horquilla del embrague. La separación guarda, es ajustable por el extremo
del cable.
En la actualidad, en los sistemas en los que el cojinete está siempre en
contacto con el diafragma, para absorber de manera automática el juego entre
el cojinete de embrague y el diafragma, existen dispositivos como cables auto-
regulables, o pedales dotados de unas serretas que, a medida que se va
gastando el disco, regulan la posición del cable.
Embrague Hidráulico: Los movimientos del pedal del embrague son
transmitidos al embrague por presión hidráulica. Una varilla de empuje
conectada al pedal de embrague genera presión hidráulica en el cilindro
maestro cuando el pedal es presionado y esa presión hidráulica desconecta el
embrague.
En este sistema se utiliza, para desplazar al cojinete de embrague y en
consecuencia al mecanismo de embrague, un cilindro emisor (o bomba), y un
cilindro receptor (o bombín). Están comunicados entre sí, a través de una
tubería, el sistema funciona por medio del movimiento de unos émbolos
situados dentro de los cilindros, dicho movimiento se efectúa a través de un
líquido (el mismo que es utilizado en los sistemas de frenado).
Cuando presionamos el pedal de embrague, este actúa directamente sobre el
cilindro emisor, desplazando su émbolo, éste a su vez ejerce una presión sobre
el líquido, que desplaza al émbolo del cilindro receptor.
El cilindro receptor (o bombín), se comunica con el cojinete de embrague (en la
mayoría de los casos), por medio de una horquilla. Esta está accionada por el
cilindro receptor, por medio de un vástago, que permanece en contacto con el
émbolo de dicho cilindro. Al desplazarse el émbolo por la fuerza del líquido, se
desplaza el vástago y acciona la horquilla. Otra variedad con la que nos
podemos encontrar es que el cilindro receptor y el cojinete de embrague, sean
una misma pieza. Con lo que el desplazamiento axial del cojinete de embrague,
es aplicado del cilindro receptor directamente a dicho cojinete. Los diámetros
de los dos cilindros, (emisor y receptor) son diferentes, por lo que la fuerza
ejercida por el conductor sobre el pedal de embrague (aplicada directamente
sobre el cilindro emisor), se multiplica, permitiendo al conductor un esfuerzo
menos para el desembragado.

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Embrague autoajustable: Embrague que incorpora entre su carcasa y
diafragma cuñas de ajuste que le permiten ir auto ajustándose conforme va
desgastándose el disco.
Embrague de fricción: Los embragues de fricción basados en la unión de dos
piezas que al adherirse forman el efecto de una sola. Son aquellos
caracterizados porque el mecanismo de transmisión de movimiento, y en
consecuencia de potencia, se logra mediante el contacto entre dos superficies
rugosas, una solidaria al eje conductor, la otra al conducido.
Existen dos configuraciones comunes en los embragues de fricción, los
embragues de disco y los cónicos, en el primero, las superficies de contacto
entre los ejes a acoplarse corresponden a sendos anillos circulares y en el
segundo, la acción de contacto entre los ejes conductor y conducido se logra a
través de un par de superficies cónicas rugosas, esta disposición permite
incrementar la fuerza normal entre las superficies de contacto, con el
consiguiente aumento de la capacidad de transmisión de momento entre los
ejes conductor y conducido.
Embrague pilotado: Dispositivo que elimina el accionamiento del embrague
por parte del conductor. El control del embrague lo realiza una centralita
electrónica en función de las acciones del conductor. El embrague pilotado
permite realizar los cambios de marcha de forma manual pero sin necesidad de
accionar el embrague. Por medio de sensores se conoce el accionamiento de
la caja de cambios, la velocidad del vehículo, la forma de accionar el
acelerador, las revoluciones del motor y con todos los datos, la centralita
acciona una bomba hidráulica que actúa sobre el embrague. También se
determina la rapidez de actuación sobre el embrague y el deslizamiento
necesario para evitar que se produzcan brusquedades durante el cambio de
marchas.
Embragues electromagnéticos: Embragues que basan su funcionamiento en
el principio de los efectos de la acción de los campos magnéticos.
Están formados por un elemento conductor fijado al volante de inercia en el que
se encuentra polvo metálico, un elemento conducido ensamblado sobre el
primario de la caja de cambios con una bobina que es alimentada a través de
unas escobillas y un calculador electrónico, que recibe información de la
posición de la palanca de cambios, del régimen del motor, de la velocidad del
vehículo, y de la posición del pedal del acelerador. El embrague es gestionado
por corrientes de intensidad variable.

SEDE CUCUTA
En otras ocasiones, el calculador es gestionado por un grupo hidráulico el cual
proporciona, mediante un cilindro receptor, la fuerza necesaria para desplazar
la horquilla de embrague y el cojinete de embrague, y en consecuencia el
mecanismo de embrague.
Una de las marcas que actualmente montan un mecanismo de embrague
pilotado electrónicamente, es SAAB, el sistema se denomina SENSONIC.
Embragues dentados: Están caracterizados porque la conexión entre los ejes
conductor y conducido se logran mediante dos miembros dentados que giran
solidariamente con cada eje, de manera que los dientes de uno calcen en los
huecos del otro.
Existen dos tipos comunes de embragues de dientes, embragues de dientes
cuadrados y de dientes en espiral, el segundo capaz de transmitir momento, y
en consecuencia movimientos en dos sentidos, mientras que el primero en un
solo sentido. Este tipo de embragues se pude observar en la siguiente figura
Embragues unidireccionales: Son aquellos embragues diseñados para
transmitir movimiento, y consecuentemente potencia, cuando el eje conductor
gira en un solo sentido. Al invertir el sentido de rotación del eje conductor, los
ejes de la transmisión se comportan como si no estuvieran acoplados.
EMBRAGUE UNIDIRECCIONAL
Embragues centrífugos: Consiste en un cierto número de zapatas,
distribuidas simétricamente, en capacidad de deslizar radialmente a lo largo de
guías solidarias al eje conductor, y así de entrar en contacto con la cara interior
de un tambor solidario al eje conducido.
Un compresor de aire acondicionado en un carro tiene un embrague
magnético. Esto permite que el compresor cierre mientras el motor esta
encendido. Cuando la corriente fluye a través de un anillo magnético, el
embrague embona. Tan pronto como la corriente para, tal como cuando
apagas el interruptor de un aire acondicionado el embrague desembona. Este
tipo de embrague esta ventilado contra las altas temperaturas de fricción que
provoca el rozamiento, este sistema es utilizado en varios modelos de
automóviles nuevos.
Como un embrague es un implemento de rozamiento que permite la conexión y
la desconexión de ejes. El diseño de los embragues y los frenos es comparable
en muchos aspectos. Esto se ilustra bien mediante un embrague de múltiples
discos, el cual se usa también como freno. Un problema de diseño más

SEDE CUCUTA
evidente en el diseño de frenos comparado con del diseño de embragues es el
de la generación y la disipación del calor. En el análisis de un embrague es
muy frecuente imaginar que las partes no se mueven entre sí, aun cuando no
se debe pasar por alto el hecho que la transmisión de potencia por rozamiento
generalmente envuelve algún deslizamiento. Por esta razón, cuando se
necesita tener transmisión positiva de potencia debe apelarse a un implemento
positivo tal como un embrague de mandíbulas.
Embragues de discos o laminas
Un embrague de múltiples discos se muestra en la figura, las láminas A son
generalmente de acero y están colocadas sobre estrías en el eje C, para
permitir el movimiento axial (excepto para el último disco). Las láminas B son
generalmente de bronce y están colocadas en estrías del elemento D
El número de parejas de superficies que transmiten podenca es uno menos
que la suma de los discos de acero y bronce, y es además un número par si el
diseño es tal que no se requiere cojinetes axiales.
n = nacero + nBronce - 1
Para el sistema mostrado, n = 5 + 4 - 1 = 8 parejas de superficies en contacto
La capacidad del momento de torsión está dada por:
Dónde:
Capacidad de momento, Lb-Plg
Carga axial, Lb
Coeficiente de rozamiento
La fuerza axial está dada por: donde p es la presión media
La capacidad de potencia es
Para desgaste uniforme, la variación de presión está dada por
Donde C es una constante y r es el radio del elemento diferencial
Embragues Cónicos
Un embrague Cónico debe su eficiencia a la sección de cuña de la parte cónica
en la parte receptora
La capacidad de momento de torsión de un embrague cónico con sus partes
ajustadas con base en presión uniforme es:

SEDE CUCUTA
Dónde:
T = Momento. Lb-Plg
F = Fuerza Axial, Lb
f = Coeficiente de rozamiento
R0= Radio exterior de contacto
Ri = Radio interior de contacto, Plg
Rm = Radio Medio
b = Ancho de cara
ACOPLAMIENTO DE EMBRAGUES CÓNICOS
Un problema que se presenta con los embragues cónicos y no ocurre con los
embragues de múltiples discos es la posibilidad de que se necesite una fuerza
mayor para acoplar el embrague que la que se requiere durante la operación
cuando el receptor y el cono giran a la misma velocidad. El análisis se complica
por el hecho que la dirección de las fuerzas de rozamiento depende de la forma
de acoplamiento, esto es, de la relación entre el movimiento rotatorio relativo y
el movimiento axial relativo del receptor y el cono. Un procedimiento
conservador consiste en suponer que no se presenta movimiento rotatorio
relativo durante el acoplamiento, para la cual la fuerza axial máxima, Fe
necesaria para acoplar el receptor y el cono es:
Esta fuerza es la máxima requerida para obtener la fuerza normal deseada Fn,
la cual a su vez desarrolla la fuerza de rozamiento que produce el momento de
rozamiento deseado.
FUERZA AXIAL PARA MANTENER ACOPLADOS EL RECEPTOR Y EL
CONO
La fuerza requerida para mantener acoplados el cono y el receptor, teniendo en
cuenta el rozamiento varía entre:
Debido a la vibración, le rozamiento puede no ser muy confiable y es
conservador suponer que la fuerza axial para mantener acoplados las partes la
da mayor valor de

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FUERZA AXIAL REQUERIDA PARA DESACOPLAR EL RECEPTOR Y EL
CONO
Normalmente, con los ángulos de cono comúnmente usados, no se necesita
una fuerza para desacoplar las partes, aun cuando es posible que si, sea
necesaria una fuerza axial Fd para desacoplar las partes:
MATERIALES DE FRICCION USADOS EN FRENOS Y EMBRAGUES
Algunos Frenos y Embragues trabajan con fricción, los dos materiales que
están en contacto deben tener un alto coeficiente de fricción.
Este parámetro es usado en todos los cálculos de diseño, y debe tener un valor
Fijo. Los materiales deben ser resistentes a la intemperie así como a la
humedad y las altas temperaturas. Una característica calorífica excelente debe
ser cuando se convierte satisfactoriamente la energía mecánica en calor en el
embrague o freno. Esto significa que la alta capacidad de calor y las
propiedades térmicas son proporcionales a las altas temperaturas. Los
materiales deben ser resistentes en general y tener una alta dureza.
Últimamente se han optado por materiales de carbono, o con alto contenido del
mismo, actualmente también existen materiales con incrustaciones de asbesto
que mejora las propiedades térmicas de los frenos y embragues, también se ha
optado por materiales de aleación como el tungsteno y el vanadio aunque son
muy caros por eso las aleaciones con alto contenido de carbono son la mas
viables.
Algunos de los materiales típicamente usados en la fabricación de frenos y
embragues se listan en la tabla siguiente, mostrando los coeficientes de
fricción, las temperaturas máximas y las presiones máximas en KPa. En la
columna de lado izquierdo muestra 2 materiales los cuales están sometidos a
contacto.
La siguiente tabla muestra algunos parámetros de desgaste respecto al tipo de
movimiento Rotary: rotatorio, Oscillatory: oscilatorio, Reciprocating: Reciproco
Como parámetros están la Presión en Psi, la Velocidad en ft/min y el
coeficiente de ficción.

SEDE CUCUTA
CONCLUSION
En el aprendizaje de esta guía, donde los protagonistas de este compendio son
los elementos de máquinas, hacen su parte importante y el equipo perfecto
para dicha labor, aprendimos los diferentes tipos materiales y su composición,
historia, genero, medidas, características físicas, químicas, funcionamiento en
la industria y marcas.
Por ejemplo en conclusión de engranaje, es la solución más simple a la
transmisión de movimiento. Como hemos visto su construcción es compleja
pero de fácil entendimiento. Las aplicaciones son variadas y las utilizamos a
diario.
Los dibujos y esquemas de da Vinci nos lleva a pensar que la mecánica no es
solo aplicación de conocimientos; también influye la imaginación y la creación.
Lo que respecta al diseño de un eje es una tarea en la que es necesario tener
en cuenta los detalles y la aplicación específica del mismo, de manera que se
seleccionen los criterios de análisis de diseño correctamente. En general, los
criterios de análisis de un eje pueden ser de Deformación – Rigidez o
Esfuerzos – Resistencia y para obtener la información necesaria para estos
criterios resulta extremadamente útil un acelerador de diseño como el de
Autodesk Inventor. Este artículo le orientará en la aplicación de esta
herramienta en el proceso general de diseño de un eje.
Los frenos y los embragues constituyen una parte fundamental del diseño de
principalmente en cualquier tipo de automóviles; sin embargo cabe mencionar
que los frenos y los embragues son componentes fundamentales en partes de
máquinas herramientas, mecanismos móviles, aparatos elevadores, turbinas,
etc.
Los frenos y embragues están completamente relacionados ya que ambo
utilizan la fricción como medio de funcionamiento, en teoría existen cálculos y
normas con las que se pueden diseñar y dar mantenimiento a estos
dispositivos. En la práctica es difícil prevenir su comportamiento ya que actúan
innumerables factores que actúan en contra del comportamiento de estos,
como las altas temperaturas, desgaste de los materiales, fallas en el material,
etc. En la actualidad se ha logrado reducir los riesgos de falla.

SEDE CUCUTA
BIBLIOGRAFIA
MOTT, ROBERT L. Diseño de Elementos de Máquinas. Ed. Pearson – Prentice
Hall, Cuarta Edición, 2006.
ROBERT C. JUVINALLl and Kurt M. Marshek, Fundamentals of Machine
Component design. 3rd Edición.
SHIGLEY y MISCHKE, Diseño en ingeniería mecánica. 5ta Edición. Mc Graw
Hill.
Calculo de engranajes Carlos Ahumada Zepeda
SCA Mecánica S.A www.Scamecanica.com
Ingeniería Universidad Católica; Alrededor de las maquinas

SEDE CUCUTA
CIBERGRAFIA
http://yackceva.blogspot.com/2011/05/frenos-y-embragues.html
http://html.rincondelvago.com/engranajes_2.html
http://es.slideshare.net/rjmolivo/guia-diseo-de-ejes-o-arboles-
calculoselecionrodamiento-y-lubricantes

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