Projetos Mecânicos Acoplamentos por Atrito

Acoplamentos por Atrito

Os principais tipos de acoplamentos por atrito são chamados de embreagens e freios. Existe, basicamente, dois tipos de embreagens, a embreagem à disco e a embreagem cônica. Quanto aos freios, eles podem ser classificados em freios à tambor e à disco, com diversas construções derivadas.

1. Embreagens.

As embreagens são usadas para a transmissão de movimento entre eixos colineares. A diferença entre uma embreagem e um acoplamento entre eixos repousa no fato da possibilidade de existir, ou não, a transmissão. Isto é quando a embreagem é acionada, existe a transmissão, caso contrário a transmissão não ocorre.

1. Embreagens à disco para uso em transmissões mecânicas

Transmissões mecânicas são utilizadas entre a fonte de potência, o motor, e a carga. Dentre as transmissões mecânicas existentes, o tipo mais comum é a por engrenagens, utilizada principalmente em veículos automotivos. Nesse tipo de transmissão, o torque do motor é transmitido até a saída da transmissão por um conjunto de pares de engrenagens conjugadas.

Para que a relação de transmissão seja alterada, é necessário que, pelo menos, um par do conjunto seja desacoplado e que outro seja acoplado. Como as engrenagens são rígidas, é possível que nesta troca os dentes das engrenagens sofram o choque causado pelo acoplamento da carga ao motor numa nova relação de transmissão. Para evitar esse choque, o motor é desacoplado da linha de transmissão no instante da alteração da relação de transmissão com o uso de uma embreagem.

A figura 1 mostra um tipo de embreagem automotiva, que trabalha a seco, ou seja, os discos não estão embebidos em óleo, o que serviria para resfriamento do conjunto.

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Figura 1 – Embreagem a seco.

A embreagem mostrada está na posição acionada. Nessa posição, o volante, preso ao eixo do motor, está transmitindo o torque, por meio de parafusos, à placa de pressão. As molas, cujo número, normalmente, varia entre 6 e 10, pressionam essa placa contra o disco, que também se apóia no volante do lado oposto. O disco O conjunto volante-eixo do motor funciona como um cubo, no qual é colocado um rolamento para apoiar o eixo de saída da embreagem, que vai para a transmissão. Assim, ambos os eixos permanecem alinhados e podem trabalhar em rotações diferentes quando a embreagem não está transmitindo torque.

Além deste, o tipo mais comum de embreagem automotiva usa um tipo especial de mola prato, chamada vulgarmente de chapéu chinês. A figura 2(a) mostra esse tipo de elemento e a figura 2(b) um disco de embreagem comum. As molas centrais são para amortecer os choques torcionais.

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Figura 2 – Tipos de embreagem.

Um outro tipo de embreagem também empregada em veículos automotivos é a de múltiplos discos, apresentada na figura 3.

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Figura 3 – Embreagem de discos múltiplos.

Esse tipo de embreagem faz uso de um número maior de discos para transmitir torque elevados. Como vantagem, ocupa um espaço radial muito menor do que as embreagens convencionais à seco; como desvantagem, ocupam um espaço axial muito maior. Como a dimensão radial é menor, é mais difícil trocar o calor gerado durante o acoplamento, e os discos precisam ser embebidos em óleo para resfriamento. Isso reduz significativamente o coeficiente de atrito entre as superfícies, mas implica em utilizar uma força normal entre os discos maior para transmitir um torque adequado. O menor coeficiente de atrito diminui o desgaste por disco, mas a maior força normal torna a aumenta-lo. Como o desgaste é proporcional ao trabalho realizado e este é dividido entre os discos, embreagens desse tipo duram mais até a reposição dos discos.

1. Embreagens Cônicas.

Embreagens cônicas são utilizadas quando se deseja grande amplificação do esforço de transmissão, sem que haja limitação axial para deslocamento. A figura 4 é uma representação deste tipo de embreagem, onde é possível observar que o princípio básico de funcionamento é o da cunha.

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Figura 4 – Embreagem cônica.

Quando a parte indicada por cone na figura 4 desloca-se para a esquerda, pela ação da força da mola, surge uma pressão nas superfícies de contato, que aumenta conforme o deslocamento axial aumenta. Esse esforço gerado depende da força da mola e do ângulo do cone (α). Para desacoplar a embreagem, basta mover o cone para a direita.

A grande vantagem desse tipo de embreagem é permitir um grande esforço normal nas superfícies em contato sem um apreciável esforço de engate. A desvantagem é o movimento axial, nem sempre possível na maioria dos dispositivos. Embreagens cônicas também são empregadas como freios.

1. Freios.

Os freios são componentes mecânicos destinados a reduzir, ou eliminar, a velocidade de um objeto. Os freios mais comumente empregados são os a disco, a tambor de sapatas internas e os de sapatas externas.

1. Freios à disco.

Um freio à disco consiste um disco preso a um eixo em rotação e um elemento que trabalha em rotação nula, preso à estrutura da transmissão. O disco é acoplado ao elemento com velocidade nula por meio de uma pinça. A figura 5 mostra um exemplo de freio a disco automotivo.

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Figura 5 – Freio a disco.

 A pinça pode ter acionamento pneumático, como em veículos ferroviários e alguns freios de caminhões e ônibus; hidráulico, como na maioria dos veículos comerciais de pequeno porte, ou outro (elétrico, magnético, por esforço centrífugo, ...).

Devido ao grande torque a ser transmitido, normalmente até duas ou três vezes maior do que o do motor, os discos necessitam de grande área de resfriamento. Por isso, apenas parte de sua superfície é utilizada como superfície de atrito a cada instante. As pastilhas de freio, que fazem a função da placa de pressão e do volante nas embreagens, ocupam uma pequena parcela da área total do disco.

Os discos podem ser sólidos, para menores potências de frenagem, ou ventilados. Esses últimos podem ser ventilados por aletas internas ou por furos na superfície de atrito, como em motocicletas. Os furos também têm a função de retirar o material desgastado da região de contato entre a pastilha e o disco.

1. Freios a tambor de sapatas externas.

A figura 6 mostra o tipo mais comum de freio de tambor de sapatas externas. É utilizado em maquinas de elevação, tais como pontes rolantes, elevadores, gruas, etc.

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Figura 6 – Freio de sapata externa.