Un muelle almacena energía elástica.

Deformar un muelle crea una fuerza recuperadora. Dentro del intervalo de trabajo de un muelle lineal, la fuerza aumenta proporcionalmente a la deformación: F = kx, donde k es la rigidez del muelle.

Los muelles pueden trabajar a compresión, tracción o torsión. Sus materiales y geometría determinan sus límites; el modelo lineal no se aplica a todos los muelles con cualquier deformación.

La rigidez relaciona la fuerza y el movimiento.

Un muelle ideal con una rigidez de 1,000 N/m

Comprimirlo 0.02 m produce 20 N de fuerza de restitución y almacena 0.2 J de energía: E = ½kx².

Este ejemplo parte de un muelle sin carga. Un mecanismo montado puede tener ya precarga, de modo que el movimiento adicional no parte de una fuerza nula.

Mantener inmóvil es distinto de detener.

Un freno de fricción presiona unas superficies contra otras para oponerse al movimiento relativo. Mantener inmóvil un eje requiere un par resistente suficiente. Detener un sistema en movimiento también requiere que la energía se transfiera a algún lugar.

Durante el frenado por fricción, la energía mecánica se convierte en calor. Un valor nominal de par de retención por sí solo no describe la capacidad del freno para absorber paradas repetidas.

Una configuración habitual de liberación eléctrica.

Bobina desenergizada: los muelles aplican el freno.

Bobina desenergizada: freno aplicado por muelleEl muelle empuja la armadura hacia la izquierda. La armadura aprieta el disco del rotor provisto de forros contra una placa fija, oponiéndose al giro del eje. La bobina está desenergizada. La flecha muestra el sentido de aplicación de la armadura.1234

Bobina energizada: el imán libera el freno.

Bobina energizada: freno liberado eléctricamenteLa bobina energizada atrae la armadura hacia la derecha, hacia el cuerpo fijo del electroimán, comprimiendo el muelle. Una holgura exagerada junto al forro de fricción permite que giren el eje y el disco del rotor. La flecha muestra el sentido de liberación.1234
  1. Bobina y cuerpo magnético. La corriente crea un campo magnético. La atracción tira de la armadura hacia el cuerpo fijo.
  2. Muelle de aplicación. Empuja la armadura hacia el disco de fricción cuando no hay fuerza magnética de liberación. La liberación comprime aún más el muelle.
  3. Armadura. Se mueve una corta distancia en sentido axial. Aplicado, aprieta el disco; liberado, deja una holgura.
  4. Superficie de fricción. Los forros del disco del rotor presionan contra la placa fija y la armadura para producir un par resistente. El disco está acoplado al eje.
Un freno de disco genérico aplicado por muelles, mostrado en sección. Las holguras y el movimiento están exagerados. El eje y el rotor giran; el cuerpo del electroimán, la placa fija y la armadura no giran. Las disposiciones reales de freno de ascensor varían.

Esto relaciona los principios del solenoide del Módulo 02 con la fuerza mecánica. La alimentación eléctrica libera el freno; los muelles proporcionan la fuerza de aplicación.

El freno de un ascensor forma parte de un sistema coordinado.

En muchos sistemas de tracción, el variador controla la deceleración normal y el freno de máquina retiene la cabina una vez detenida. La actuación y supervisión del freno se coordinan con el controlador.

El freno de la máquina es distinto del paracaídas sobre guías del ascensor. Que un muelle lo aplique no demuestra por sí solo que un freno pueda sostener la carga: siguen importando el estado de las superficies de fricción, el recorrido mecánico y el diseño completo.

Una mirada más cercana

La energía almacenada en los muelles puede permanecer cuando no hay alimentación eléctrica. Entender el principio de funcionamiento de un freno es distinto de desmontarlo o ajustarlo; el diseño instalado determina las holguras, fuerzas y comprobaciones especificadas.

Compruebe lo que ha entendido

¿Un freno inmóvil que mantiene un par de retención convierte continuamente ese par en calor?

Mostrar la explicación

No por deslizamiento con fricción si no hay movimiento. Durante una parada con deslizamiento, la energía se disipa como calor. Las bobinas eléctricas pueden tener pérdidas de calentamiento independientes.

Para seguir leyendo.

Lectura opcional para profundizar en esta lección.

  • OpenStax: fuerza del muelle y energía almacenada

    La sección 16.1 explica la rigidez del muelle y la energía potencial elástica. Utilice los diagramas y ejemplos resueltos para comprender los límites del modelo de muelle lineal.

  • KEB: un freno aplicado por muelle en funcionamiento

    El vídeo y la transcripción muestran un freno aplicado por muelles y liberado eléctricamente. Fíjese en la secuencia de funcionamiento; su construcción y su sistema de liberación manual son específicos del producto ilustrado.

Relacione esto con los motores.

Descubre cómo se unen los principios eléctricos y mecánicos en nuestra introducción a cómo funcionan los motores.