Análisis de falla y mejora de diseño del disco de fricción de freno electromagnético mediante modelado digital

Abstract

El estudio de la generación del momento de torsión de frenado, la distribución de las presiones sobre las superficies de fricción y la descomposición de fuerzas actuantes en los embragues yfrenos ha sido profusamente tratada en los textos clásicos de diseño de componentes de máquinas. Los materiales de fricción han evolucionado al tiempo de las mayores exigencias dedurabilidad, resguardo del medio ambiente y estabilidad a altas temperaturas, pero por sus particularidades mecánicas son de difícil caracterización. Por otra parte, la bibliografía disponible para el diseño específico de frenos y embragues de uso industrial es muy escasa, con lo cual endeterminadas ocasiones es necesario la utilización de modelado digital. Se presenta el caso del disco defricción de un freno electromagnético industrial, construido enmaterial compuesto no metálico, sometido a un complejo estado de tensiones. Sus superficies deroce soportan tensiones tangenciales (con las cuales se obtiene el momento de torsión de frenado)que cambian de sentido entre uno de sus lados y el opuesto a través de su espesor. El centro deldisco, con un agujero de geometría cuadrada, transmite el esfuerzo de frenado generandotensiones de aplastamiento en sus superficies internas y localizadas en sus vértices.La generación de roturas detectadas en el uso ha sido modelada y se han estudiado distintas alternativas para evitarlas y que mejoren la distribución de tensiones en toda la pieza. Los resultados han sido volcados a la fabricación del componente el cual ha evidenciado un significativo aumento de la vida útil.