Modelo de TCC

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FACULDADE DE TECNOLOGIA DE MOGI - MIRIM

TECNOLOGIA EM PROJETOS MECNICOSConstrues de Mquinas II Freios e EmbreagemAdriano de Aquino Paiva da SilvaProf. Fioravante Willi NestoMogi Mirim, 21 de maio de 2009.INTRODUO

Quando um mvel ou elemento de mquina est em movimento, e desejamos par-lo, acionado um sistema de freio, reduzindo assim sua energia cintica para zero. E se queremos aumentar, reduzir ou sair de inrcia este mvel, necessrio mudar a relao de marcha que acionada por meio de embreagem. Logo, vamos tratar neste trabalho conjuntamente freios e embreagens. A fig. 1 mostra uma representao dinmica simplificada de uma embreagem de atrito, ou um freio. Duas massas com inrcias I1 e I2 e velocidades angulares, respectivamente, w1 e w2, uma das quais pode ser zero no caso de freios, so trazidas mesma velocidade pela embreagem ou freio. Ocorre deslizamento porque os dois elementos esto em velocidades diferentes e a energia dissipada durante o acionamento, resultando num aumento de temperatura. Analisando-se funcionamento destes dispositivos, deve-se ter:

1. A fora de acionamento.

2. O torque transmitido.

3. A perda de energia.

4. O aumento de temperatura.

O torque transmitido funo da fora atuante, do coeficiente de atrito e da geometria da embreagem ou freio. um problema de esttica que dever ser estudado separadamente para cada configurao geomtrica. Entretanto, o aumento de temperatura est relacionado com a perda de energia e pode ser estudado indiferentemente do tipo de freio ou embreagem, porque a geometria de interesse constituda apenas pelas superfcies que dissipam o calor.Neste trabalho ser abrangido um pouco da esttica dos freios e embreagens tipo tambor com sapatas internas, de auto-acionamento por fora centrifuga. MODELAGEM DE FUNCIONAMENTOMuitos dos trabalhos hoje realizados, s foram possveis por que tivemos mentes brilhantes que nos antecederam. Se eu enxerguei um pouco mais alm do que outro homem, foi porque subi em ombros de gigantes (Isaac Newton). Esttica dos freios e embreagemA anlise de todos os tipos de embreagens de atrito e freios utiliza o mesmo procedimento geral. Necessita-se das seguintes etapas:

1. Admitir ou determinar a distribuio de presso sobre as superfcies de atrito.

2. Descobrir a relao entre a presso mxima e a presso em qualquer ponto.

3. Aplicar as condies de equilbrio esttico para determinar de: (a) a fora atuante, (b) o torque e (c) as reaes de apoio.

Aplicar-se-o estas etapas ao problema terico mostrado na Figura 01. A figura mostra uma pequena sapata articulada em A, com fora atuante F, fora normal N no contato entre as superfcies, e a fora de atrito f N, sendo f o coeficiente de atrito. O corpo move-se para a direita e a sapata est estacionria.

Etapa-01 Como a sapata curta, considera-se a presso uniformemente distribuda sobre a rea de atrito.

Etapa-02 Da etapa 01 segue-se presso; p= pa.Etapa-03 Como a presso est uniformemente distribuda, pode-se calcular uma fora normal equivalente, logo: N = pa.a

Figura 01 - Foras atuantes sobre uma sapata articulada

Aplicando a somatria de momentos em relao ao ponto A temos:

Substituindo N = pa.A

Tomando-se o somatrio das foras nas direes horizontal e vertical obtm-se as reaes pino-articulao:

A anlise acima muito til quando se conhecem as dimenses da embreagem ou freio, e as caractersticas do material sob atrito.

Condies de Auto-acionamento

O bom uso do material da guarnio deve ser quando a presso um mximo em todos os pontos de contato. Fazendo-se b=f.a, a fora F anula-se, e nenhuma fora atuante requerida, condicionando o autobloqueio. Para evit-lo, deve-se oferecer a condio de auto-acionamento, o valor de F nunca deve ser ultrapassado. Um modo de se conseguir isto aumentar a especificao do fabricante para o coeficiente de atrito em, por exemplo, 25 a 50 %. Portanto, considerando-se f = 1,25f a 1,50f, logo b = f.a, obtendo-se as dimenses de a e b para conseguir-se o grau de auto-ativao desejado. Classificao dos freiosOs vrios tipos de dispositivos podem ser classificados como se segue:

De tambor com sapatas internas

De tambor com sapatas externas

De tambor com cinta externa

De discos ou axial

Cnicos

Diversos

FREIOS E EMBREAGENS DE AUTO-ACIONAMENTO

Constituem os trs elementos; as superfcies de atrito que se casam (guarnio das sapatas e o tambor), os meios de transmisso do torque de e para as superfcies e o mecanismo de acionamento.

Figura 02 - Embreagem tipo tambor com sapatas internas de ao centrfuga

A Figura 03 mostra uma sapata tendo o ponto A como o piv e a fora atuante agindo na outra extremidade da sapata. O arranjo Figura 03 Sapata interna

Seja p a presso distribuda na rea da guarnio; designa-se a presso mxima por pa, localizada a um ngulo a a partir do pino de articulao. Supe-se agora (01 etapa) que a presso em qualquer ponto proporcional distncia vertical ao pino de articulao. Esta distncia vertical proporcional a e (etapa 02) a relao entre presses :

Logo temos,

p ser mximo:

Quando = 90 ou, se o ngulo da sapata 2 < 90, ento p ser mximo na extremidade da sapata mais afastada do pino de articulao.

p ser mnimo:

Quando = 0, ento a presso p ser zero.

A Figura 04 mostra um bom projeto, pois concentra tanto material da guarnio quanto fosse possvel na vizinhana do ponto de presso mxima. A guarnio comea num ngulo 1, medido a partir do pino de articulao A, a terminar num ngulo 2 . Qualquer arranjo deste tipo dar uma boa distribuio para o material da guarnio.

O procedimento da etapa 03, da Figura 04, as reaes no pino de articulao so Rx e Ry. A fora atuante F tem componentes Fx e Fy e age a uma distncia c do pino de articulao. A qualquer ngulo do pino atua uma fora normal diferencial dN cujo mdulo :

Onde b a largura da guarnio (perpendicular ao papel). Substituindo-se o valor da presso obtida, a fora normal :

Componentes da fora Normal (dN):

Componentes da fora de atrito (fdN):

Aplicando as condies de equilbrio determina-se a fora F, o torque e as reaes Rx e Ry no pino.

Aplicando o somatrio de momentos no ponto de articulao A, temos:

Onde temos o momento da fora de atrito (Mf ):

e ainda, o momento da fora normal (MN):

Figura 04 - Foras na SapataA fora atuante F deve equilibrar estes momentos, logo:

Fora atuante nula:

Fazendo-se , obtm-se o auto-travamento, e nenhuma fora atuante necessria.Fora atuante de ao de auto-acionamento:

Adotando-se f aproximadamente 1,25 a 1,50f, pode-se tirar o valor de a da relao, logo temos;

O torque T, aplicado ao tambor pela sapata do freio, a soma das foras de atrito f dN vezes o raio do tambor:

Reao Rx:

Reao Ry:

Se inverter o sentido das foras de atrito se a rotao for invertida. Logo, para rotao no sentido anti-horrio, a fora atuante :

e como os momentos tem o mesmo sentido, perde-se o efeito de auto-ativao, assim temos as reaes:

Na utilizao destas equaes, o sistema de referncia tem sua origem no centro do tambor. O sentido positivo do eixo x considerado atravs do pino de articulao

EXEMPLO PRTICOO freio mostrado na Figura 05 tem 300 mm de dimetro e acionado por um mecanismo que exerce a mesma fora F em cada sapata. As sapatas so idnticas e tm largura de 32 mm. A guarnio de amianto moldado, com coeficiente de atrito 0,32 e limitao de presso de 1000kPa.

(a) Determine a fora atuante F.

(b) Ache a capacidade de frenagem.

(c) Calcule as reaes no pino de articulao.

Soluo:

(a) A sapata do lado direito de auto-acionamento, e, portanto, acha-se a fora F considerando que a presso mxima ocorre nesta sapata.

Figura 05 Sapata de auto-acionamentoNesta figura temos 1= 0, (ngulo de contato - 2) 2= 126,

(ngulo onde a presso mxima - a) a = 90 logo sen a = sen 90 = 1.

Figura 06 - Foras na sapata do lado direito.

Ento o momento da fora de atrito na sapata direita :

Substituindo os valores temos:

O momento da fora Normal na sapata direita :

A fora atuante na sapata direita :

O torque aplicado pela sapata da direta :

Sapata esquerda:

Como no conhecemos a presso mxima de trabalho, para a sapata da esquerda temos:

O torque da sapata esquerda :

A capacidade de frenagem o torque total:

(c) Obtm-se as reaes;

Reaes na sapata direita: Rx:

Ry:

A fora resultante no pino da sapata direita :

Reaes na sapata esquerda:Rx:

Ry:

A fora resultante neste pino esquerdo :

Figura 07 - Foras e Reaes

9. Referncias Bibliogrficas- Shigley, Joseph Edward Mechanical Engineering Design, Editora McGraw Hill International Editions_1129871325.unknown

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