FRENOS Y EMBRAGUES V.- MECÁNICOS

INTRODUCCIÓN.

Agrupamos en este rubro a los frenos y embragues en los que no hay deslizamiento. Son mecanismos en los que no hay una transición paulatina entre el giro libre y el embragado total, condición que impone límites al momento de inercia que se puede manejar y a la diferencia de velocidades entre el elemento motriz y el conducido al momento del embragado. Sin embargo, son mecanismos relativamente sencillos que ofrecen soluciones efectivas y económicas para una amplia gama de aplicaciones.  Entre los mecanismos más utilizados están los dientes, trinquetes, resortes, bolas, rodillos y sprags.

FRENOS DE CONTRAVUELTA.

Llamamos así a mecanismos que permiten el giro libre en un sentido y lo impiden en el sentido opuesto. Se usan en cualquier mecanismo en que es inadmisible el giro en sentido inverso, por ejemplo, en un elevador que podría dejar caer su carga en el momento en que se cortara el suministro de energía al motor.

Este dibujo muestra ejemplos de mecanismos de rodillos, a la izquierda, o de sprags, a la derecha. En ambos casos, el anillo exterior le transmite movimiento al anillo interior cuando gira en el sentido de las manecillas del reloj, y gira libremente en el sentido opuesto. El anillo interior gira libremente en el sentido de las manecillas del reloj y transmite movimiento en el sentido opuesto. Si uno de los anillos está fijo, el otro podrá girar libremente en un sentido y quedará impedido para girar en el sentido opuesto

1000 kg (9.81 m/s²) (0.25 m) = 2,452 Nm

El primer criterio para la selección de un freno es el par necesario para evitar el movimiento en sentido contrario. En este ejemplo, el par requerido para evitar que la carga cayera, sería de 2,452 Nm. Este sería el par mínimo requerido, pero hay que tomar en cuenta otras condiciones que pueden hacer que incremente el par que el freno tiene que soportar. Por ejemplo, si debido a un atascamiento en el elevador anterior, se corta el suministro de energía al motor después de que ha generado su par máximo, la elasticidad de los componentes del elevador harán que el freno quede sometido al par máximo del motor, que puede ser varias veces superior al par requerido para elevar la carga.

Los procedimientos  para desatorar la máquina deben considerar que en un caso como el anterior, los componentes elásticos del elevador se pueden comportar como resortes cuando se elimina la causa que provocó que se atorara.

EMBRAGUES DE GIRO LIBRE.

Estos son mecanismos similares a los frenos de contravuelta, pero el sentido de giro del elemento conducido no es respecto a un marco de referencia fijo sino respecto a la posición instantánea del elemento motriz, que puede estar en movimiento. En estos mecanismos, cuando el elemento motriz gira en el sentido de transmisión, mientras que el otro elemento podrá ser conducido en el mismo sentido y velocidad a las del elemento motriz o podrá girar libremente en el mismo sentido pero a una velocidad mayor; y cuando el elemento motriz gira en el sentido inverso, el elemento conducido podrá girar libremente en el sentido de transmisión o podrá girar en el sentido inverso a velocidad igual o menor a la del elemento motriz. Los papeles entre el elemento motriz y el conducido se invierten cuando este último gira en el sentido en el que puede transmitir movimiento, haciendo que el elemento motriz gire en ese mismo sentido.

El mecanismo de resorte consta de dos elementos cilíndricos envueltos en un resorte helicoidal. Cuando cualquiera de los elementos trata de girar en el sentido de la hélice, el resorte se aprieta y obliga al otro elemento a girar con el primero. En el sentido opuesto, el resorte se abre y permite que ambos elementos giren libremente

Los embragues de giro libre se encuentran en diversas máquinas como transmisiones de bicicleta, diferenciales de vehículos ligeros, transportadores a base de rodillos, mecanismos para arranque manual de motores de combustión y muchas más.

Entre las aplicaciones para uso más pesado están los motores auxiliares de baja velocidad para máquinas sometidas a calor, como ventiladores y hornos, que no deben detenerse totalmente mientras están a alta temperatura. Si se corta el suministro de energía al motor principal, la máquina comenzará a perder velocidad, mientras tanto, la transmisión auxiliar estará girando a una velocidad menor. El embrague estará deslizando libremente hasta que la máquina llegue a la velocidad de la transmisión auxiliar, momento en el cual el embrague comenzará a transmitir la potencia del motor auxiliar. En este caso no hay aceleración después del embragado porque la transmisión auxiliar únicamente mantiene la velocidad a la que se encuentra la máquina en ese momento. Sin embargo, cuando la transmisión auxiliar se usa para el arranque, el embrague tiene que transmitir el par de aceleración hasta que la máquina llega a la velocidad nominal de la transmisión auxiliar y permitirá el giro libre cuando el motor principal haga que la máquina rebase esta velocidad.

 EMBRAGUES DE UNA POSICIÓN O DE POSICIONES MÚLTIPLES.

Existen mecanismos en los que el embragado solamente puede darse en un número determinado de posiciones. Pensemos, por ejemplo, en un mecanismo dentado que solamente puede embragar cuando los dientes de ambos componentes se encuentran alineados, esto implica que el embrague solamente puede transmitir movimiento en un número determinado de posiciones.

Mediante mecanismos de activación mecánicos, eléctricos o neumáticos,  y arreglos similares a los usados para otros tipos de embragues, estos anillos con dientes en las paredes laterales pueden usarse en embragues de una posición, (izquierda) o posiciones múltiples (derecha)

Usando diferentes mecanismos se le puede dar movimiento cíclico al elemento motriz de un embrague de giro libre para obtener movimiento intermitente con avance mientras gira en el sentido de transmisión y paro cuando gira en el sentido inverso. En algunos mecanismos puede ser necesario incorporar un freno que garantice que se mantengan detenidos mientras el embrague permite el giro libre.

Mediante el uso de trinquetes y otras adaptaciones, algunos embragues de giro libre pueden  realizar movimiento intermitente de una fracción, una revolución completa o varias revoluciones. En algunos mecanismos, el trinquete sirve para activar o desactivar el embrague, sin participar directamente en la transmisión del movimiento, de manera que las capacidades mecánicas del embrague de dan en función de los componentes internos y no están relacionadas con las características del trinquete.

 En el ejemplo de la derecha, se utiliza una rueda de 12 dientes con un anillo exterior de 11 trinquetes para obtener 132 (12 x 11) posibles posiciones. En cualquiera de estas posiciones, la transmisión de da únicamente entre un diente y un trinquete.

Los embragues dentados pueden tener los dientes en la superficie cilíndrica o en las paredes laterales, y pueden estar distribuidos en forma simétrica que permite acomodo en varias posiciones o en forma asimétrica que solo permite embragar en una posición. El embragado requiere de la alineación del elemento conducido con el motriz, condición que puede lograrse a máquina parada, a velocidades muy bajas o mediante la sincronización del elemento motriz y el conducido.

Los embragues de dientes en forma de acoplamiento flexible de engranes pueden incorporar sicronizadores para adaptarse a aplicaciones de alta velocidad.

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