practica_2_curso_03_04 - Ingeniería Mecánica Aplicada y

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS
INDUSTRIALES Y DE TELECOMUNICACIÓN
PRÁCTICAS DE LA ASIGNATURA:
MECÁNICA I
ASIGNATURA OBLIGATORIA DE 1º DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL
(ESPECIALIDAD: MECÁNICA)
PRÁCTICA 2
APLICACIONES PRACTICAS DE LA FUERZA DE ROZAMIENTO
AUTORES:
JUANJO BONILLA
JORGE SAN MIGUEL INDURAIN
DPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICA,
ENERGÉTICA Y DE MATERIALES
Pamplona, marzo de 2004
Dpto. Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales
PRÁCTICA 2
1.- FRENO
1.1 INTRODUCCIÓN:
Los mecanismos de frenado, pese a sus diferencias constructivas y operativas,
tienen en común el hecho de producir una o un par de fuerzas a una cierta distancia del eje
de giro, y así generar un momento opuesto al momento de giro, que produce de forma
progresiva la desaceleración del eje.
Para todo ello de disponen unas superficies de fricción con un alto coeficiente de
fricción, con el fin de hacer lo más eficaz posible la frenada.
Básicamente, y por ser los más comunes, se pueden distinguir dos tipos de frenos de
fricción :
a) Frenos de discos
b) Frenos de tambor
En los de disco, las zapatas con el material de fricción actúan sobre el disco,
haciendo que éste se frene. Estos serán los que se verán durante la realización de la
práctica.
Por su parte en los de tambor, las zapatas actúan sobre la superficie interior de un
tambor, y por lo tanto tienen un superficie curvada que se acopla a la otra. Al actuar sobre
el freno, las zapatas se ajustan al tambor produciendo su desaceleración. La mayor
diferencia con las de disco consiste en que la distribución de presión ejercida por la zapata
no es uniforme a lo largo de ésta.
MECÁNICA I
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Dpto. Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales
PRÁCTICA 2
1.2 TEORIA:
El mecanismo que se estudia en el laboratorio se representa a continuación:
Analizando uno de los eslabones donde se cuelga m1 y tomando momentos
respecto del punto de giro O1 se tiene :
m1 * g
* a  fp * b
2
de donde obtenemos fp (fuerza en una zapata)
La fuerza total en las 2 zapatas será :
El par de entrada será :
T  m2 * g * R
El par de frenada :
P  Fp *  * r
MECÁNICA I
Fp = 2* fp
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PRÁCTICA 2
m 2 * R  m1 * r *  *
Igualando pares :
a
b
Siendo esta la ecuación fundamental que nos da la relación entre las masas que
debemos colocar en el sistema para equilibrarlo y el radio en el cual estamos ejerciendo el
par de frenado.
1.3 RESULTADOS:
1) Para r=cte hacer la representación de la curva de m2 respecto de m1. Para ello
tomaremos una r1  100 mm.
2) Para r variable hacer la representación gráfica de m2/m1 respecto de r. Tomando
en este caso unos valores de r1 de 50, 75 y 100 mm.
(Otros datos geométricos son ; R=75 mm, a=35 mm, b= 40 mm)
NOTA:
Apartado 1). Se deben obtener 3 mediciones experimentales para r=cte de valores
m1 , m 2 que equilibran el sistema. Para cada medición se puede calcular el  . Con los 3
_
valores obtenemos  que junto con r y la ecuación fundamental obtendremos m 2  f ( m1 )
que podremos representar graficamente.
Apartado 2). Para cada valor r obtendremos un valor de
_
obtendremos  en cada caso y  . Se halla
m2
m2
. Con estos
m1
m2
 f ( r ) y se representa.
m1
r=cte
m1
MECÁNICA I
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Dpto. Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales
PRÁCTICA 2
1.4 TABLA DE RESULTADOS y GRAFICAS:
MASA m1

MASA m2
r= c te
m2
m1
m2
m1
r

m2
m1
r
MECÁNICA I
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Dpto. Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales
PRÁCTICA 2
2.- EMBRAGUE
2.1 INTRODUCCIÓN:
Los mecanismos de embrague tienen muchas semejanzas en cuanto a sus funciones
con los frenos, de ahí que esta práctica comprenda ambos.
La diferencia más reseñable en las aplicaciones más convencionales como son los
automóviles, reside en el hecho de que mientras con el freno se pretende generar un par
opuesto al de la marcha con el fin de desacelerar o parar completamente el vehículo, con el
embrague lo que se pretende es lograr que un eje que gira con el motor deje de hacerlo
durante un instante, el cual es aprovechado para cambiar la marcha, y posteriormente
vuelve a acoplarse.
Así pues, el embrague nos sirve para poder independizar el movimiento del motor
del de las ruedas.
Al igual que en el caso de los frenos, los embragues también disponen de materiales
especiales con altos coeficientes de fricción, mediante los cuales se logra el correcto acople
para una eficaz transmisión del movimiento, con el mínimo de pérdidas.
Existen gran diversidad de embragues, algunos de los cuales son:
1) De tambor con zapatas interiores ; muy similares a los frenos, pero de acción
centrífuga.
2) De disco ; los hay de uno o varios discos.
3) Embragues cónicos ; donde la forma cónica es la que ayuda al acople, siendo la
superficie cónica la de fricción.
Nota: en general todos estos tipos, y otros, de embragues también existen como frenos.
MECÁNICA I
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PRÁCTICA 2
2.2 TEORÍA:
R
rm
m
( 3 Tornillos )
R=100 mm
rm = 45 mm
Tal como se ha dibujado, se dispone en el laboratorio de un disco con dos
superficies de fricción, por lo que será éste el caso en estudio.
El par que frena el mecanismo es :
T  2 *  * Fs * rm
donde
rm = radio medio de fricción
Fs  n * f s *N
n = número de tornillos = 3
f s = fuerza de cada muelle = 5.93 Nw/vuelta
N = número de vueltas
siempre y cuando se haga la suposición de que los coeficientes de rozamiento en ambas
caras son exactamente iguales.
MECÁNICA I
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Por otra parte el par también será :
PRÁCTICA 2
T  m* g * R
Nota : La fuerza que ejerce cada uno de los tornillos cuando se avanza una vuelta
completa es un dato conocido dependiente de los muelles, de un valor igual a 5,93 Nw por
vuelta para cada tornillo. Así si los tres tornillos se giran una vuelta completa, esto
representa un aumento o disminución de 3*5,93*1=17.8 Nw en la fuerza Fs.
Si igualamos los pares se obtiene la ecuación fundamental para embragues.
m * g * R  2 *  * n * f s * N * rm
2.3 RESULTADOS:
1) Para rm = cte hacer la representación de la curva de m respecto de Fs .
* 2) Para rm variable hacer la representación gráfica de m/ Fs respecto de rm .
* El segundo apartado no se presentará en resultados, pero sí que se realizará una
comprobación experimental.
NOTA:
Apartado 1). Se deben obtener 3 mediciones experimentales para rm = cte de
valores m , que equilibran el sistema. Para cada medición se puede calcular el  . Con los
_
3 valores obtenemos  que junto con rm y la ecuación fundamental obtendremos
m  f ( Fs ) que podremos representar gráficamente.
Apartado 2). Para cada valor rm obtendremos un valor de m. Con estos
_
obtendremos  en cada caso y  . Se halla m  f ( rm ) y se representa.
MECÁNICA I
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Dpto. Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales
PRÁCTICA 2
2.4 TABLA DE RESULTADOS y GRÁFICA:
Tabla para rm =cte
MASA m

Fs
rm
rm = cte
m
Fs
MECÁNICA I
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