ANÁLISIS DE LA MODIFICACIÓN DEL SISTEMA DE FRENADO DEL EJE TRASERO DE VEHÍCULOS DE TURISMO

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1 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD TÉCNICA CARRERA MECÁNICA AUTOMOTRIZ EXAMEN DE GRADO NIVEL LICENCIATURA TRABAJO DE APLICACIÓN ANÁLISIS DE LA MODIFICACIÓN DEL SISTEMA DE FRENADO DEL EJE TRASERO DE VEHÍCULOS DE TURISMO POSTULANTE: JHILSSON CARLOS SAAVEDRA BALBOA LA PAZ BOLIVIA 2011

2 1. INTRODUCCIÓN EN LA ACTUALIDAD LOS FABRICANTES DE PASTILLAS DE FRENO NO ESTÁN OBLIGADOS AL CUMPLIMIENTO DE NINGUNA NORMA QUE OBLIGUE A MANTENER UNOS DETERMINADOS ESTÁNDARES DE PRESTACIONES. PERO EXISTE UNA NORMATIVA DE CARÁCTER EUROPEO QUE ES APLICABLE EN ESPAÑA A PARTIR DEL 31 DE MARZO DEL 2001 POR LA CUAL TODAS LAS PASTILLAS QUE SE VENDAN EN EL MERCADO DE REPOSICIÓN, PARA LAS CUALES SEA APLICABLE DICHA LEGISLACIÓN, DEBEN DE HABER PASADO UNA HOMOLOGACIÓN QUE A CONTINUACIÓN SE DESCRIBE. EN LA DIRECTIVA 98/12/CE SOBRE LOS DISPOSITIVOS DE FRENADO DE DETERMINADAS CATEGORÍAS DE VEHÍCULOS A MOTOR, SE ESPECIFICAN LOS REQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIR LOS DISPOSITIVOS DE FRENADO DE VEHÍCULOS PARA CONSEGUIR LA HOMOLOGACIÓN. PARA DETERMINAR EL RENDIMIENTO DEL SISTEMA DE FRENADO, LA DIRECTIVA OBLIGA A LA REALIZACIÓN DE UNA SERIE DE ENSAYOS EN PISTA. EL RENDIMIENTO PRESCRITO PARA LOS DISPOSITIVOS DE FRENADO ESTÁ BASADO EN LA DISTANCIA DE FRENADO Y/O EN LA DECELERACIÓN MEDIA ESTABILIZADA. EL RENDIMIENTO DE UN

3 DISPOSITIVO DE FRENADO SE DETERMINARÁ MIDIENDO LA DISTANCIA DE FRENADO EN RELACIÓN CON LA VELOCIDAD INICIAL DEL VEHÍCULO Y/O MIDIENDO DURANTE EL ENSAYO LA DECELERACIÓN MEDIA ESTABILIZADA. LA DISTANCIA DE FRENADO SERÁ LA DISTANCIA RECORRIDA POR EL VEHÍCULO DESDE EL MOMENTO EN QUE EL CONDUCTOR ACCIONE EL MANDO DEL DISPOSITIVO HASTA EL MOMENTO EN QUE EL VEHÍCULO SE DETENGA; LA VELOCIDAD INICIAL DEL VEHÍCULO (V1) SERÁ LA VELOCIDAD DEL VEHÍCULO EN EL MOMENTO EN EL QUE EL CONDUCTOR COMIENCE A ACCIONAR EL MANDO DEL DISPOSITIVO; LA VELOCIDAD INICIAL NO SERÁ INFERIOR AL 98% DE LA VELOCIDAD EXIGIDA EN EL ENSAYO CONSIDERADO. LA DECELERACIÓN MEDIA ESTABILIZADA (DM) SE CALCULARÁ MEDIANTE LA FÓRMULA SIGUIENTE: LA VELOCIDAD Y LA DISTANCIA SE DETERMINARÁN MEDIANTE INSTRUMENTACIÓN CUYO MARGEN DE ERROR SEA DE ±1% A LA VELOCIDAD EXIGIDA PARA EL ENSAYO. LA DM PODRÁ SER DETERMINADA MEDIANTE OTROS MÉTODOS QUE NO SEAN LA MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD Y LA DISTANCIA; EN TAL CASO, EL MARGEN DE ERROR DE LA DM SERÁ DE ±3%.

4 2. ANTECEDENTES ESTAMOS EN UN UNIVERSO SENSIBLE EN EL QUE, PARA ALCANZAR CUALQUIER OBJETO DE UN PUNTO A OTRO, SE PRECISA LA COLABORACIÓN DE UNA FUERZA. LA FUERZA ES EL RESULTADO DE LA APLICACIÓN DE UNA ENERGÍA, DE MODO QUE PARA CUALQUIER ACTO DEL QUE SE DEDUZCA UN MOVIMIENTO SE PUEDE DECIR QUE PREVIAMENTE SE HA UTILIZADO UNA ENERGÍA. CUANDO UN AUTOMÓVIL SE DESPLAZA, LO HACE A BASE DE LA FUERZA QUE SU MOTOR SABE EXTRAER DE UN COMBUSTIBLE QUE ESTA DOTADO DE ENERGÍA ADEMÁS DE ESTAS DISPOSICIONES, LA DIRECTIVA ESTABLECE NORMAS DE SEGURIDAD, UN SISTEMA DE PRUEBA DE LA EFICACIA DE LOS DISPOSITIVOS DE FRENADO Y UN SISTEMA DE CONTROL DE LOS VEHÍCULOS. 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA REAL EN LOS MOTORES ANTIGUOS COMO EL LADA, SE TROPIEZA CON LA CARENCIA DE REPUESTOS PARA EL SISTEMA DE FRENADO, YA QUE EL COMERCIO LOCAL NO DISPONE DE TODOS LOS ELEMENTOS NECESARIOS PARA LA REPARACION DE LOS FRENOS DE TAMBOR DE DICHO VEHICULO FORMULACIÓN DEL PROBLEMA CÓMO PUEDO HACER EL CAMBIO DE FRENADO, DE UN SISTEMA DE TAMBOR A FRENOS DE DISCOS, EN LAS RUEDAS TRASERAS?

5 4. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL ESTUDIAR LA CONVERSIÓN DEL SISTEMA DE TAMBOR A UN SISTEMA DE FRENOS DE DISCO EN EL EJE TRASERO EN UN VEHICULO DE TURISMO 4.2 OBJETIVO ESPECIFICOS ANALIZAR LA CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DE FRENOS DE DISCO DISEÑAR LA MODIFICACIÓN DEL SISTEMA DE FRENOS DE TAMBOR DETERMINAR LAS VENTAJAS TÉCNICAS DE LA MODIFICACIÓN DEL SISTEMA DE FRENO 5. JUSTIFICACIÓN CUANDO UN VEHÍCULO SE ENCUENTRA EN MOVIMIENTO TIENE UNA CIERTA ENERGÍA CINÉTICA Y SI QUEREMOS DETENERLO TENEMOS QUE TRANSFORMAR ESA ENERGÍA EN ALGÚN DE OTRO TIPO DE ENERGÍA QUE NO INVOLUCRE EL MOVIMIENTO DEL VEHÍCULO, COMO LA ENERGÍA CALORÍFICA. ESTO SE LOGRA MEDIANTE LA FRICCIÓN, QUE ES LA FUERZA QUE SE OPONE A ALGÚN MOVIMIENTO. AL APLICAR LOS FRENOS DE UN AUTOMÓVIL, PROVOCAMOS UNA FRICCIÓN EN EL DISCO O TAMBOR (SEGÚN EL TIPO) QUE GENERA CALOR. ES DECIR, TRANSFORMAMOS LA ENERGÍA CINÉTICA (VELOCIDAD) EN ENERGÍA CALORÍFICA (CALOR) Y ENTRE MÁS CALOR PUEDA DESPRENDER EL SISTEMA DE FRENOS MÁS VELOCIDAD VA A DISMINUIR EL VEHÍCULO. ESTE PRINCIPIO BÁSICO NOS PERMITE DETERMINAR QUE EL SISTEMA DE FRENOS MÁS EFECTIVO VA A SER AQUEL QUE PUEDA DISIPAR MÁS CALOR. ENTRE MÁS VELOCIDAD Y PESO TENGA UN VEHÍCULO MÁS ENERGÍA CINÉTICA VA A POSEER Y MÁS DIFÍCIL RESULTA DETENERLO, LO CUAL SE DEBE COMPENSAR CON UNA MAYOR PRESIÓN Y UN MAYOR ÁREA DE FRENADO PARA GENERAR MÁS FRICCIÓN Y DISIPAR MÁS CALOR.

6 6. DELIMITACION 6.1 DELIMITACION TEMÁTICA POR TODO LO MENCIONADO HASTA AHORA SE HACE EL ESTUDIO DEL FRENO DE DISCO SI APTO PARA EL EJE TRASERO EN LOS AUTOMÓVILES TOYOTA COROLLA, YA QUE ES UN AUTOMÓVIL LIVIANO Y QUE ES PARA USO PARTICULAR, PERO EN NUESTRO PAÍS, ESTOS AUTOMÓVILES LO USAN PARA UN USO PÚBLICO (TAXIS) 6.2 DELIMITACION TEMPORAL 6.3 DELIMITACION ESPACIAL 7. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA - SISTEMA DE FRENOS SU PRINCIPAL FUNCIÓN ES DISMINUIR O ANULAR PROGRESIVAMENTE LA VELOCIDAD DEL VEHÍCULO, O MANTENERLO INMOVILIZADO CUANDO ESTÁ DETENIDO. EL SISTEMA DE FRENO PRINCIPAL, O FRENO DE SERVICIO, PERMITE CONTROLAR EL MOVIMIENTO DEL VEHÍCULO, LLEGANDO A DETENERLO SI FUERA PRECISO DE UNA FORMA SEGURA, RÁPIDA Y EFICAZ, EN CUALQUIER CONDICIÓN DE VELOCIDAD Y CARGA EN LAS QUE RUEDA. PARA INMOVILIZAR EL VEHÍCULO, SE UTILIZA EL FRENO DE ESTACIONAMIENTO, QUE PUEDE SER UTILIZADO TAMBIÉN COMO FRENO DE EMERGENCIA EN CASO DE FALLO DEL SISTEMA PRINCIPAL. DEBE CUMPLIR LOS REQUISITOS DE INMOVILIZAR AL VEHÍCULO EN PENDIENTE, INCLUSO EN AUSENCIA DEL CONDUCTOR. UN FRENO ES EFICAZ, CUANDO AL ACTIVARLO SE OBTIENE LA

7 DETENCIÓN DEL VEHÍCULO EN UN TIEMPO Y DISTANCIA MÍNIMOS. LA ESTABILIDAD DE FRENADA ES BUENA CUANDO EL VEHÍCULO NO SE DESVÍA DE SU TRAYECTORIA. UNA FRENADA ES PROGRESIVA, CUANDO EL ESFUERZO REALIZADO POR EL CONDUCTOR ES PROPORCIONAL A LA ACCIÓN DE FRENADO. - DIFINICION ES EL CONJUNTO DE ÓRGANOS QUE TIENEN POR FUNCIÓN DISMINUIR PROGRESIVAMENTE LA VELOCIDAD DE UN VEHÍCULO EN MARCHA, HACER QUE SE DETENGA O MANTENERLO INMÓVIL SI SE ENCUENTRA YA DETENIDO. EL DISPOSITIVO DE FRENADO DEBE REALIZAR LAS SIGUIENTES FUNCIONES: FRENADO DE SERVICIO: CONTROLAR EL MOVIMIENTO DEL VEHÍCULO SIN SEPARAR LAS MANOS DEL ÓRGANO DE DIRECCIÓN. FRENADO DE SOCORRO: DETENER EL VEHÍCULO MANTENIENDO EL CONTROL DEL ÓRGANO DE DIRECCIÓN CON UNA MANO AL MENOS. FRENADO DE ESTACIONAMIENTO: MANTENER INMÓVIL EL VEHÍCULO. UN DISPOSITIVO DE FRENADO DEBE TENER COMO MÍNIMO DOS MANDOS, INDEPENDIENTES ENTRE SÍ. EL MANDO DEL DISPOSITIVO DE FRENADO DE SERVICIO DEBE SER INDEPENDIENTE DEL MANDO DEL DISPOSITIVO DE FRENADO DE ESTACIONAMIENTO. ADEMÁS DE ESTAS DISPOSICIONES, LA DIRECTIVA ESTABLECE NORMAS DE SEGURIDAD, UN SISTEMA DE PRUEBA DE LA EFICACIA DE LOS DISPOSITIVOS DE FRENADO Y UN SISTEMA DE CONTROL DE LOS VEHÍCULOS. - TIPOS DE FRENOS EXISTEN 2 TIPOS DE FRENOS: FRENOS DE DISCOS FRENOS DE TAMBOR FRENOS DE DISCOS

8 VAMOS A COMENZAR POR EL BREVE ESTUDIO DE LOS FRENOS DE DISCOS PORQUE ELLOS SON LOS MAS CORRIENTEMENTE UTILIZADOS EN LOS AUTOMÓVILES MODERNOS Y LOS QUE SE MUESTRAN MAS ADECUADOS, POR EL MOMENTO, PARA LAS CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA FRENADA QUE PRECISAN LOS MODERNOS AUTOMÓVILES. EN LA FIGURA SE PUEDE VER, EN CONJUNTO, LA CONSTRUCCIÓN BÁSICA DE LO QUE ES UN FRENO DE DISCO. AQUÍ TENEMOS EL DISCO Y LA PINZA, EL DISCO PERMANECE SOLIDARIO DE LA RUEDA, ES DECIR GIRA ANCLADO EN ELLA Y, POR CONSIGUIENTE, LO HACE AL MISMO NUMERO DE VUELTAS QUE DA LA RUEDA. POR LO CONTRARIO, LA PIEZA PERMANECE FIJA, ANCLADA A UNA PARTE INDEPENDIENTE DEL MOVIMIENTO ROTATORIO DE LA RUEDA. LA FORMA DE ACTUAR LA PINZA SE PUEDE VER EN LA FIGURA EN SUS DOS POSICIONES TÍPICAS. A LA IZQUIERDA; EN POSICIÓN DE REPOSO, ES DECIR SIN ACTUAR SOBRE EL DISCO A LA DERECHA LA VEREMOS, POR EL CONTRARIO, LA POSICIÓN DE FRENADA, ES DECIR, SUJETANDO EL DISCO QUE SE MUEVE CON LA RUEDA.

9 AL FRENAR ESTE DISCO REDUCE SU GIRO CON TANTA RAPIDEZ COMO SEA CAPAZ DE ABSORBER EL FRENO LA EMERGÍA CINÉTICA DE QUE ESTA DOTADA LA RUEDA EN AQUEL MOMENTO. LOS ELEMENTOS FUNDAMENTALES QUE NOS MUESTRA LA FIGURA SON, EL CUERPO DE LA PINZA (1) EN CUYO INTERIOR SE ENCUENTRAN DOS ÉMBOLOS O PISTONES(4) CAPASES DE DESPLAZARSE CUANDO SON SOMETIDOS A UNA PRESIÓN HIDRÁULICA QUE LES LLEGA A TRAVÉS DEL CONDUCTO INTERNO(5) Y QUE ACTÚA POR IGUAL(EN ESTE CASO) SOBRE LOS DOS ÉMBOLOS. PARTES DEL FRENOS DE DISCO SUSTITUYEN EL TAMBOR POR UN DISCO (FIG.), QUE TAMBIÉN SE UNE A LA RUEDA POR MEDIO DE TORNILLOS. ESTE DISCO PUEDE SER FRENADO POR MEDIO DE UNAS PLAQUETAS

10 (B), QUE SON ACCIONADAS POR UN ÉMBOLO (D) Y PINZA DE FRENO (C), QUE SE APLICAN LATERALMENTE CONTRA ÉL DETENIENDO SU GIRO. SUELEN IR CONVENIENTEMENTE PROTEGIDOS Y REFRIGERADOS, PARA EVITAR UN CALENTAMIENTO EXCESIVO DE LOS MISMOS. FIG. DISPOSITIVO DE FRENO DE DISCO. PARTES DEL FRENO DE DISCO 1. PINZA (MORDAZA O CALIPER) 2. DISCO O ROTOR DE FRENO 3. PASTILLA DE FRENO (BALATA) 4. CUBIERTA DEL PISTÓN CUBO (MAZA) DE LA RUEDA 5. CUBREPOLVO 6. PASADOR DE DESLIZAMIENTO DE LA PINZA 7. RANURAS DE VENTILACIÓN 8. VÁLVULA DE PURGA (PURGADOR) FIGURA FRENO DE DISCO. 9. MANGUERA DE FRENO FUNCIONAMIENTO DEL FRENO DE DISCO

11 EN LA FIGURA SE VE EL CONJUNTO DE UN FRENO DE DISCO. SU CONSTITUCIÓN ES LA SIGUIENTE: EN PRIMER LUGAR CONSTA DE UN DISCO QUE GIRA SOLIDARIO CON LA RUEDA. DURANTE SU GIRO, UNA PARTE DEL DISCO SIEMPRE POR EL INTERIOR DE UNA PINZA, FIJA AL CHASIS, DENTRO DE LA CUAL EXISTE UN JUEGO DE PASTILLAS (PROVISTAS DE SUS CORRESPONDIENTES FORROS), LAS CUALES SON IMPULSADAS POR MEDIO DE UNOS PISTONES QUE ACTÚAN EN DIRECCIÓN PERPENDICULAR AL DISCO CUANDO EL CONDUCTOR TRATA DE FRENAR, Y SE APLICA SOBRE LA SUPERFICIE DEL MISMO, INICIANDO EL ROZAMIENTO QUE DETERMINA LA FRENADA. FIGURA ESQUEMA DE UN FRENO DE DISCO ESTE SISTEMA DE FRENADO TIENE LAS SIGUIENTES VENTAJAS: 1. NO SE CRISTALIZAN LAS BALATAS, YA QUE SE ENFRÍAN RÁPIDAMENTE

12 2. CUANDO EL ROTOR SE CALIENTA Y SE DILATA, SE HACE MÁS GRUESO, AUMENTANDO LA PRESIÓN CONTRA LAS PASTILLAS 3. TIENE UN MEJOR FRENADO EN CONDICIONES ADVERSAS, CUANDO EL ROTOR DESECHA AGUA Y POLVO POR ACCIÓN CENTRÍFUGA. 4. EL EQUILIBRIO DE LAS PRESIONES EN AMBAS CARAS DEL DISCO SUPRIME TODA REACCIÓN SOBRE EL EJE (DELANTERO O TRASERO) DEL VEHÍCULO; ADEMÁS, ESTAS PRESIONES AXIALES NO PRODUCEN DEFORMACIONES DE LA SUPERFICIE DE FRENADO. 5. LA DILATACIÓN TRANSVERSAL BAJO EL EFECTO DEL AUMENTO DE TEMPERATURA TIENDE A DISMINUIR EL JUEGO ENTRE DISCO Y PASTILLAS; DE TODAS FORMAS, ESTA DILATACIÓN ES MÁS PEQUEÑA QUE LA RADIAL DE LOS FRENOS DE TAMBOR, LO QUE FACILITA EL REGLAJE Y SIMPLIFICA LOS DISPOSITIVOS DE REGLAJE AUTOMÁTICO. 6. EL DISCO SE ENCUENTRA AL AIRE LIBRE Y, POR ELLO, SU REFRIGERACIÓN ESTÁ ASEGURADA, RETARDÁNDOSE LA APARICIÓN DEL FADING. 7. LOS CILINDROS DE FRENO ESTÁN SITUADOS EN EL EXTERIOR Y SON MEJOR REFRIGERADOS QUE EN LOS FRENOS DE TAMBOR, RESULTANDO MÁS DIFÍCIL LA APARICIÓN DEL FADING POR AUMENTO DE TEMPERATURA DEL LÍQUIDO DE FRENOS. 8. MENOR PESO TOTAL, QUE EN UN AUTOMÓVIL DE TURISMO PUEDE LLEGAR A SUPONER HASTA 100 KG. POR OTRA PARTE, LAS DESVENTAJAS DE LOS FRENOS DE DISCO, COMPARADOS CON LOS DE TAMBOR, SON QUE NO TIENEN LA LLAMADA ACCIÓN DE SERVO O DE AUMENTO DE POTENCIA, Y SUS PASTILLAS SON MÁS PEQUEÑAS QUE LAS ZAPATAS DE LOS FRENOS DE TAMBOR, Y SE GASTAN MÁS RÁPIDO FRENOS DE TAMBOR. EL SISTEMA DE FRENOS DE TAMBOR, TAMBIÉN RECIBE EL NOMBRE DE FRENO DE

13 EXPANSIÓN, FRENO DE MORDAZAS O FRENO DE ZAPATAS. EN TODOS LOS CASOS SE HACE MENCIÓN DEL ELEMENTO PRINCIPAL QUE LOS COMPONE, YA QUE LAS MORDAZAS Y LAS ZAPATAS SON LA MISMA COSA; EL SISTEMA DE EXPANSIÓN HACE MENCIÓN A LA FORMA DE ABRIRSE EL FRENO Y EL TAMBOR ES EL CUBO RODANTE SOLIDARIO A LA RUEDA, IMPORTANTE PARTE INTEGRANTE DEL FRENO. EN LÍNEAS GENERALES, PODEMOS VER UN ESQUEMA DE UNO DE ESTOS FRENOS EN LA FIGURA EN PRIMER LUGAR HEMOS DE DESTACAR LA PRESENCIA DEL TAMBOR (1) PROPIAMENTE DICHO, QUE SE HALLA FIJADO SOLIDARIO A LA LLANTA DEL VEHÍCULO Y GIRA A LA MISMA VELOCIDAD. CON EL TAMBOR SE DEFINE LO QUE ES LA PARTE MÓVIL DEL FRENO. EN LA MISMA FIGURA TENEMOS LAS DOS ZAPATAS (2), QUE SE HALLAN FIJADAS EN UNOS PIVOTES (3), DESDE LOS CUALES CADA UNA DE ELLAS PUEDE EXPANDIRSE CUANDO LA LEVA (4) ES GIRADA POR EL ACCIONAMIENTO. POR OTRO LADO, NOS ENCONTRAMOS CON LA PRESENCIA DE UNOS FORROS (5) DE UN MATERIAL ESPECIAL, QUE RECUBREN LA PARTE EXTERIOR DE FROTAMIENTO DE LAS MORDAZAS. ESTA PARTE ES LA QUE DEBE ENFRENTAR SE CON EL CUBO DEL TAMBOR Y AL FROTAR SOBRE LA SUPERFICIE INTERNA, HACER QUE LA RUEDA PIERDA VELOCIDAD. UN MUELLE (6) DE RETORNO, HACE QUE LAS MORDAZAS SE MANTENGAN SIEMPRE ALEJADAS DEL CONTACTO ENTRE TAMBOR Y FORROS, Y SOLAMENTE SE ACERCAN ESTAS PARTES ENTRE SI CUANDO ES OBLIGADA LA ZAPATA A SEGUIR EL PERFIL DE LA LEVA (4), LA CUAL ES ACCIONADA POR EL CONDUCTOR CUANDO DESEA FRENAR. EN ESTE MOMENTO LA FUERZA DE LA LEVA VENCE LA PRESIÓN DEL MUELLE Y HACE QUE SE APLIQUEN LOS FORROS SOBRE LA SUPERFICIE INTERNA DEL TAMBOR. EL SISTEMA DE ACCIONAMIENTO MECÁNICO SE PUEDE VER EN LA FIGURA 4.1.2, LA FORMA EN QUE LA LEVA (4) ACTÚA SOBRE LAS ZAPATAS. EN EL DIBUJO 4.1.2A TENEMOS LA SITUACIÓN DE LA LEVA CUANDO ESTÁ EN REPOSO. LAS MORDAZAS SE MANTIENEN SUJETAS ENTRE SÍ POR MEDIO DE SU MUELLE DE RETORNO Y NO HAY

14 CONTACTO ENTRE LOS FORROS (5) Y EL TAMBOR (1). CUANDO EL CONDUCTOR FRENA ACCIONA EL PEDAL EL CUAL TRANSMITE UN DESPLAZAMIENTO A LA LEVA (4), DE MODO QUE LAS MORDAZAS SE EXPANDEN Y, TAL COMO SE APRECIA EN EL DIBUJO 4.1.2B, LOS FORROS SE APLICAN SOBRE LA SUPERFICIE INTERNA DEL TAMBOR COMENZANDO EL ROZAMIENTO QUE DETERMINA LA ACCIÓN DE LA FRENADA. FIGURA ESQUEMA DE UN FRENO DE TAMBOR

15 FIGURAS A/B. SISTEMA DE ACCIONAMIENTO MECÁNICO FUNCIONAMIENTO DE LOS FRENOS LOS FRENOS DETIENEN EL AUTOMÓVIL AL PRESIONAR UN MATERIAL DE ALTA FRICCIÓN (PASTILLAS O BALATAS) CONTRA LOS DISCOS O LOS TAMBORES DE HIERRO ATORNILLADOS A LA RUEDA, Y QUE GIRAN CON ELLA. ESTA FRICCIÓN REDUCE LA VELOCIDAD DEL AUTOMÓVIL HASTA DETENERLO. FUNCIONAN CUANDO LAS PASTILLAS PRESIONAN AMBOS LADOS DEL DISCO. LOS DE TAMBOR PRESIONAN LAS BALATAS CONTRA LA CARA INTERNA DEL TAMBOR. LOS FRENOS DE DISCO SON MÁS EFICACES, PORQUE SU DISEÑO PERMITE UNA MAYOR DISIPACIÓN DEL CALOR POR EL AIRE. A SU VEZ EXISTEN DIFERENTES SISTEMAS DE FRENADO, EL MÁS COMÚN Y UTILIZADO ES EL SISTEMA DE ANTIBLOQUEO DE FRENOS, MEJOR CONOCIDO COMO ABS. LA MAYORÍA DE LOS AUTOMÓVILES TIENEN FRENOS DELANTEROS DE DISCO Y FRENOS TRASEROS DE TAMBOR.

16 FIGURA SISTEMA DE FRENOS DE UN VEHÍCULO. CUANDO LAS PASTILLAS O BALATAS ROZAN CONTRA EL DISCO O EL TAMBOR, SE GENERA CALOR. SI ÉSTE NO SE DISIPA RÁPIDAMENTE, LOS FRENOS SE SOBRECALIENTAN Y DEJAN DE FUNCIONAR. A ESTE FENÓMENO SE LE LLAMA CRISTALIZACIÓN DE BALATAS. LOS FRENOS DELANTEROS PRODUCEN 80% DE LA POTENCIA DE FRENADO DEL AUTOMÓVIL, Y POR ELLO, SON MÁS SUSCEPTIBLES AL SOBRECALENTAMIENTO QUE LOS TRASEROS. LA MAYORÍA DE LOS AUTOMÓVILES TIENEN FRENOS DELANTEROS DE DISCO PORQUE AL ENFRIARSE POR EL AIRE, SON MENOS PROPENSOS A LA CRISTALIZACIÓN DE LAS BALATAS. EL FRENO DE ESTACIONAMIENTO, QUE SIRVE PARA MANTENER INMÓVIL AL AUTOMÓVIL, ES UN SISTEMA MECÁNICO DE PALANCAS Y CABLES CONECTADO A LOS FRENOS TRASEROS. UN PEDAL O UNA PALANCA DE MANO ACCIONAN LOS FRENOS Y UN RETÉN DE ENGRANE LOS SUJETA. UNA PERILLA O BOTÓN LIBERA ESTE SECTOR Y LIBERA LOS FRENOS FUERZA DE FRENADO.

17 LAS PRINCIPALES FUERZAS RETARDADORAS DEL VEHÍCULO EN EL PROCESO DE FRENADO SON LAS QUE SE DESARROLLAN EN LA SUPERFICIE DE LAS RUEDAS COMO CONSECUENCIA DE SU CONTACTO CON LA CALZADA, AL SERLES APLICADOS PARES QUE SE OPONEN A SU MOVIMIENTO, ES DECIR, LAS FUERZAS DE FRENADO. LA FUERZA DE FRENADO MÁXIMA ASÍ COMO LA FUERZA DE TRACCIÓN MÁXIMA TIENEN DOS LÍMITES. EN AMBOS CASOS EL IMPUESTO POR EL NEUMÁTICO - SUELO. EN LO RELATIVO A LAS FUERZAS DE FRENADO, EXISTE EL OTRO LÍMITE IMPUESTO ES EL QUE TIENE EL SISTEMA DE FRENO Y EN LO REFERENTE A LAS FUERZAS DE TRACCIÓN MÁXIMA EL QUE IMPONE LA POTENCIA DEL MOTOR. EL LÍMITE CRÍTICO ES EL IMPUESTO POR LA ADHERENCIA EXISTENTE ENTRE EL NEUMÁTICO Y EL SUELO. CUANDO SE REBASA ESTE LÍMITE, EN EL CASO DEL SISTEMA DE FRENO, SE PRODUCE EL BLOQUEO DE LAS RUEDAS QUE DESLIZAN SOBRE EL PAVIMENTO, PRODUCIÉNDOSE EFECTOS NEFASTOS QUE MÁS ADELANTE COMENTAREMOS. 7.2 RESISTENCIA A LA RODADURA. LA RESISTENCIA A LA RODADURA ASÍ COMO LA RESISTENCIA AERODINÁMICA DEL VEHÍCULO INTERVIENEN COMO FUERZAS RETARDADORAS EN EL PROCESO DE FRENADO. AUNQUE SU INFLUENCIA ES PEQUEÑA FRENTE A LA FUERZA DE FRENADO, PERO AÚN ASÍ AYUDAN DURANTE EL PROCESO DE DECELERACIÓN. LA RESISTENCIA A LA RODADURA, FUNDAMENTALMENTE ESTÁ COMPUESTA POR LA FRICCIÓN NEUMÁTICO SUELO Y PERDIDAS MECÁNICAS EN EL SISTEMA DE TRANSMISIONES. SU VALOR ES GENERALMENTE PEQUEÑO EN COMPARACIÓN CON LAS OTRAS FUERZAS EN JUEGO. EL VALOR DE LA RESISTENCIA A LA RODADURA CRECE CASI PROPORCIONALMENTE A LA VELOCIDAD. 7.3 ACCIONES AERODINÁMICAS. LAS FUERZAS AERODINÁMICAS AL AVANCE SOLO TIENEN INTERÉS COMO FUERZAS RETARDADORAS A ALTAS VELOCIDADES. A VELOCIDADES MODERADAS O BAJAS PUEDEN DESPRECIARSE FRENTE AL VALOR DE LA FUERZA DE FRENADO.

18 LAS FUERZAS AERODINÁMICAS SON IMPORTANTES A ALTAS VELOCIDADES YA QUE SU VALOR AUMENTA CON EL CUADRADO DE LA VELOCIDAD QUE EL VEHÍCULO LLEVE. ES DECIR QUE CUANDO DOBLAMOS LA VELOCIDAD DE UN VEHÍCULO, POR EJEMPLO DE 80 KM/H A 160 KM/H LA RESISTENCIA AERODINÁMICA AL AVANCE, POR EJEMPLO 40 KG. SE MULTIPLICA POR CUATRO SIENDO NECESARIO UN EMPUJE DE 160 KG. EN LA SIGUIENTE TABLA VEMOS COMO CRECEN LAS FUERZAS AERODINÁMICAS Y DE RODADURA ASÍ COMO LA POTENCIA NECESARIA QUE DEBE TENER EL VEHÍCULO PARA SUPERARLAS. 7.4 RESISTENCIA DEL MOTOR Y TRANSMISIÓN. LA RESISTENCIA QUE OFRECE EL MOTOR CONSTITUYE, EN MUCHOS CASOS, UN FACTOR IMPORTANTE EN EL PROCESO DE FRENADO. LA POTENCIA, COMO EL PAR RESISTENTE, QUE OFRECE EL MOTOR EN PROCESOS DE FRENADO EN LOS QUE PERMANECE CONECTADO A LAS RUEDAS A TRAVÉS DE LA TRANSMISIÓN, ES IMPORTANTE CUANDO GIRA A UN GRAN NÚMERO DE REVOLUCIONES Y DISMINUYE CON LA VELOCIDAD, HASTA HACERSE PEQUEÑO EN EL ÚLTIMO INTERVALO DE UN PROCESO DE FRENADO. EN BAJADAS PROLONGADAS, ESPECIALMENTE SI SE TRATA DE VEHÍCULOS PESADOS, LA RETENCIÓN EFECTUADA POR EL MOTOR ES DE SUMA IMPORTANCIA PARA PRESERVAR LOS ELEMENTOS DE FRICCIÓN DE LOS FRENOS DEL CALENTAMIENTO Y CONSIGUIENTES DESGASTES ELEVADOS. SI LA DECELERACIÓN CON LA QUE DESEAMOS FRENAR ES LO SUFICIENTEMENTE FUERTE, Y EL MOTOR SE ENCUENTRA EMBRAGADO, LAS EXIGENCIAS REQUERIDAS POR EL SISTEMA DE FRENO SON MUCHO MAYORES QUE SI DESEMBRAGÁSEMOS EL MOTOR PARA REALIZAR LA FRENADA. EVIDENTEMENTE, ESTE EFECTO DE FRENADO ES MAYOR EN LOS MOTORES DIESEL CON RELACIONES DE COMPRESIÓN DEL ORDEN DE 20:1 QUE EN MOTORES DE GASOLINA EN LOS CUALES ESTÁ ESTABLECIDO EN VALORES DE COMPRESIÓN DE 9: MAGNITUD DE LA FUERZA DE FRENADO TOTAL.

19 LAS DIRECTRICES DE LA C.E.E., EXIGEN PARA LOS VEHÍCULOS DE LA CATEGORÍA M1 SÓLO 5.8 M/S2 DE DECELERACIÓN QUE EQUIVALE A UN FRENADO DE Z = 2.8/9.87 = 0.6. NO OBSTANTE, EN LA PRÁCTICA SE DISEÑA COMO MÍNIMO PARA Z = 0.85 A 0.9, Y POR LO TANTO LA FUERZA DE FRENADO TOTAL DEBE SER PARA VEHÍCULO CARGADO DE 0.85P A 0.9 P. ESTA FUERZA DE FRENADO TOTAL DEBE SER ALCANZADA CON UN ESFUERZO DE APLICACIÓN EN EL PEDAL DE FRENO INFERIOR A 50 DAN. 7.6 DISTRIBUCIÓN DE LA FUERZA DE FRENADO. DURANTE EL PROCESO DE FRENADA, APARECE SOBRE EL CENTRO DE GRAVEDAD DEL VEHÍCULO UNA FUERZA DIRIGIDA HACIA ADELANTE Y DE MAGNITUD LA MASA DEL VEHÍCULO MULTIPLICADA POR LA ACELERACIÓN DE FRENADA. ESTA FUERZA PROVOCA UNA DESCARGA DEL EJE TRASERO MIENTRAS SE CARGA EL DELANTERO. EN LA FIGURA SE MUESTRA UN VEHÍCULO DE PESO TOTAL P, QUE CARGA EN PARADO PD SOBRE EL EJE DELANTERO Y PT SOBRE EL TRASERO.

20 DURANTE LA DINÁMICA DE LA FRENADA, ESTA FUERZA GENERA UN PAR (M A H) QUE ES EL QUE PROVOCA LA DESCARGA DEL EJE TRASERO Y LA CONSECUENTE SOBRECARGA DEL DELANTERO. EL VALOR DE LA DESCARGA Y LA SOBRECARGA SE CALCULA CON LA EXPRESIÓN: DONDE: H ES LA ALTURA DEL CENTRO DE GRAVEDAD Y L LA BATALLA. LA CARGA POR EJE DURANTE LA FRENADA VENDRÁ DEFINIDA PARA EL DELANTERO POR LA QUE TENÍA EN ESTÁTICA MÁS LA SOBRECARGA, Y PARA EL TRASERO POR LA QUE TENÍA EN ESTÁTICA MENOS LA DE DESCARGA.

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22 CUANDO EL VEHÍCULO SE ENCUENTRA ESTÁTICO, LA MASA DEL VEHÍCULO SE REPARTE ENTRE EL EJE DELANTERO Y EL EJE TRASERO, CON VALORES QUE EL DISEÑO DEL VEHÍCULO HA PROVISTO. CASI TODOS LOS VEHÍCULOS COMERCIALES DE NUESTROS DÍAS, SON LIGERAMENTE MÁS PESADOS EN LA ZONA DELANTERA QUE EN LA TRASERA. YA QUE, NO SOLO, EL MOTOR ESTÁ UBICADO EN LA PARTE DELANTERA, SINO QUE ADEMÁS AL TRACCIONAR EN ESE MISMO EJE, CAJA DE CAMBIO, DIFERENCIAL, LAS TRANSMISIONES, ETC. SE ENCUENTRAN EN EL EJE DELANTERO. EL MENOR PESO EN EL EJE TRASERO IMPLICA QUE EL DISEÑO DEL REPARTO DE FUERZAS SEA FUNDAMENTAL PARA NO ALCANZAR EL BLOQUEO DE LAS RUEDAS TRASERAS. ADEMÁS COMO YA SE HA COMENTADO ANTERIORMENTE, CUANDO NOSOTROS FRENAMOS APARECE UN MOMENTO DE CABECEO ALREDEDOR DEL CENTRO DE GRAVEDAD, QUE GENERA UNA TRANSFERENCIA DE CARGA DEL EJE TRASERO AL EJE DELANTERO. ESTO SIGNIFICA, QUE NO SOLO EL EJE TRASERO ES MENOS PESADO QUE EL DELANTERO, SINO QUE ADEMÁS POR DINÁMICA VEHICULAR EN

23 EL EJE TRASERO Y SIEMPRE QUE SE ACCIONE EL FRENO, SE VA A DESCARGAR TRANSFIRIENDO PARTE DE ESA CARGA AL EJE DELANTERO. EL VALOR DE LA TRANSFERENCIA DE CARGA QUE SE PRODUCE AL FRENAR DEL EJE TRASERO AL DELANTERO, DEPENDE DE LA ALTURA DEL CENTRO DE GRAVEDAD DEL VEHÍCULO Y DE LA BATALLA DEL VEHÍCULO, ES DECIR, DE SU DISTANCIA ENTRE EJES. DEBIDO A TODAS ESTAS VARIABLES, LA FUERZA FRENANTE QUE SE APLICARÁ AL EJE DELANTERO NO ES IGUAL A LA DEL EJE TRASERO. LO MISMO DEBE DECIRSE PARA LAS FUERZAS QUE SE APLICAN DURANTE LA ACELERACIÓN. SI HICIÉSEMOS LOS CÁLCULOS PARA SABER QUE PORCENTAJE DE LA FRENADA DEBE DE PRODUCIRSE EN EL EJE DELANTERO Y CUAL EN EL EJE TRASERO, CONSIDERANDO UN COEFICIENTE DE FRICCIÓN NEUMÁTICO SUELO DE VALOR Μ =0,8. EL REPARTO SERÍA DE UN 0,75 % DE LA FRENADA EN LAS RUEDAS DELANTERAS; Y 0,25 % EN LAS RUEDAS TRASERAS (PUNTO O). CON ESTO OBTENDREMOS :

24 DE DONDE PODEMOS OBTENER X : LA EXPRESIÓN PARA LA CARGA EN EL EJE DELANTERO SERÁ: Y DEL TRASERO: 7.7 COEFICIENTE DE ADHERENCIA UTILIZADO. EL COEFICIENTE DE ADHERENCIA ES LA RELACIÓN ENTRE LA FUERZA DE FRENADO EN UNA RUEDA Y LA CARGA EN DINÁMICA SOBRE ESA MISMA RUEDA. EN LA SIGUIENTE FIGURA SE MUESTRA LA CURVA DE EQUIADHERENCIA COMO DISTRIBUCIÓN IDEAL DE FRENADA Y LA RECTA COMO DISTRIBUCIÓN REAL DEL SISTEMA DE FRENOS.

25 SI SE PARTE DE LA HIPÓTESIS DE QUE LAS DOS RUEDAS DE UN EJE ESTÁN IGUALMENTE CARGADAS Y PRODUCEN IGUALES FUERZAS DE FRENADO, Y QUE LA DISTRIBUCIÓN DE FRENADA ES LA INDICADA POR LA GRÁFICA , SE PUEDEN APLICAR LAS SIGUIENTES EXPRESIONES: COEFICIENTE DE ADHERENCIA UTILIZADO EN EL EJE DELANTERO COEFICIENTE DE ADHERENCIA UTILIZADO EN EL EJE TRASERO LA RECTA DE LA DISTRIBUCIÓN REAL DEL SISTEMA DE FRENOS, SE DEFINÍA COMO LA RELACIÓN ENTRE LA FUERZA DE FRENADO EN EL EJE TRASERO, RESPECTO A LA FUERZA TOTAL DE FRENADO: A CONTINUACIÓN SE MUESTRA EL SISTEMA DE FRENOS, QUE PRESENTA FRENOS DE DISCO TANTO EN EL EJE TRASERO COMO EN EL DELANTERO.

26 8. TRABAJO DE APLICACIÓN PARA LA HOMOLOGACIÓN DE CUALQUIER VEHÍCULO, EL RENDIMIENTO DE FRENADO SE DETERMINARÁ EN ENSAYOS EN CARRETERA; ESTOS ENSAYOS DEBERÁN EFECTUARSE EN LAS CONDICIONES SIGUIENTES: 1. EL VEHÍCULO DEBERÁ ESTAR EN LAS CONDICIONES DE MASA INDICADAS PARA CADA TIPO DE ENSAYO. ESTAS CONDICIONES DEBERÁN INDICARSE EN EL ACTA DE ENSAYO. 2. EL ENSAYO DEBERÁ ESTAR EN LAS CONDICIONES DE MASA INDICADAS PARA CADA TIPO DE ENSAYO. CUANDO LA VELOCIDAD MÁXIMA POR FABRICACIÓN DEL VEHÍCULO SEA INFERIOR A LA PRESCRITA PARA UN ENSAYO, ÉSTE DEBERÁ EFECTUARSE A LA VELOCIDAD MÁXIMA DEL VEHÍCULO.

27 3. DURANTE LOS ENSAYOS, LA FUERZA EJERCIDA SOBRE EL MANDO DEL DISPOSITIVO DE FRENADO PARA CONSEGUIR EL RENDIMIENTO PRESCRITO NO DEBERÁ SOBREPASAR EL VALOR MÁXIMO ESTABLECIDO PARA LA CATEGORÍA DE VEHÍCULO QUE SE ESTÁ ENSAYANDO. 4. LA CALZADA DEBERÁ TENER UNA SUPERFICIE QUE OFREZCA BUENAS CONDICIONES DE ADHERENCIA. 5. LOS ENSAYOS DEBERÁN EFECTUARSE EN AUSENCIA DE VIENTO SUSCEPTIBLE DE INFLUIR EN LOS RESULTADOS. 6. AL COMIENZO DE LOS ENSAYOS LOS NEUMÁTICOS DEBERÁN ESTAR FRÍOS Y LA PRESIÓN PRESCRITA PARA LA CARGA EFECTIVAMENTE SOPORTADA POR LAS RUEDAS CUANDO EL VEHÍCULO ESTÁ PARADO. 7. EL RENDIMIENTO PRESCRITO DEBERÁ OBTENERSE SIN QUE LAS RUEDAS SE BLOQUEEN, SIN QUE EL VEHÍCULO ABANDONE SU TRAYECTORIA Y SIN VIBRACIONES ANORMALES. LAS RUEDAS SE PODRÁN BLOQUEAR CUANDO SE INDIQUE ESPECÍFICAMENTE. 8. DURANTE LOS ENSAYOS DE FRENADO, Y ESPECIALMENTE EN AQUELLOS QUE SE DESARROLLEN A ALTAS VELOCIDADES, DEBERÁ CONTROLARSE EL COMPORTAMIENTO GENERAL DEL VEHÍCULO DURANTE EL FRENADO. LA HOMOLOGACIÓN DE UNA REFERENCIA DE PASTILLA PARA PASAR EL REGLAMENTO 90, SE DEBE DE REALIZAR TANTO CON PRUEBAS EN EL LABORATORIO COMO CON EL PROPIO

28 VEHÍCULO. CADA REFERENCIA DE PASTILLA DEBE DE SER HOMOLOGADA EN EL VEHÍCULO EN EL QUE SE HAN DE MONTAR, CON EL VEHÍCULO SENSORIZADO, ES DECIR, DEBEMOS DE SABER A QUE TEMPERATURA SE ENCUENTRAN LOS FRENOS, QUE PRESIÓN SE ESTÁ EJERCIENDO EN EL CIRCUITO, CON QUE FUERZA ESTAMOS PISANDO EL PEDAL Y QUE DECELERACIÓN SUFRE EL VEHÍCULO CUANDO FRENAMOS ENSAYOS SOBRE EL VEHÍCULO: UNA SERIE DE TEST DE HOMOLOGACIÓN TIPO 0: UNA SECUENCIA DE FRENADAS EN DIFERENTES CONDICIONES DE VELOCIDAD Y CARGA. SE TRATA DE COMPROBAR EL CORRECTO FUNCIONAMIENTO EN DIFERENTES CONDICIONES DE SERVICIO, ASÍ COMO EN CONDICIONES DE EMERGENCIA Y DE ESTACIONAMIENTO. ESTE ENSAYO ES UNA REPETICIÓN DE LAS PRUEBAS REALIZADAS POR EL FABRICANTE DEL VEHÍCULO PARA LA HOMOLOGACIÓN DEL MISMO BAJO EL REGLAMENTO 13 (REGLAMENTO DE HOMOLOGACIÓN DE FRENOS). UN TEST DE PÉRDIDA DE EFICIENCIA EN CALIENTE: PRIMERAMENTE SE REALIZA UNA SECUENCIA DE 15 FRENADAS A ALTA VELOCIDAD CON OBJETO DE SITUAR EL FRENO EN CONDICIONES EXTREMAS DE TEMPERATURA Y POSTERIORMENTE SE COMPRUEBA SU CORRECTO FUNCIONAMIENTO, COMPARÁNDOLO CON LOS RESULTADOS EN FRÍO. LOS RESULTADOS OBTENIDOS NO DEBEN ENCONTRARSE POR DEBAJO DEL 80% DE LAS DECELERACIONES OBTENIDAS EN EL ENSAYO DE RENDIMIENTO EN FRÍO.

29 FIGURA. TEST DE UN TEST DE EQUIVALENCIA DEL RENDIMIENTO EN FRÍO: CON EL VEHÍCULO A PLENA CARGA, UNA TEMPERATURA INICIAL IGUAL O INFERIOR A 100ºC Y A UNA VELOCIDAD DE 80 KM/H SE EJERCEN UNA SERIE DE SEIS FRENADAS CONSECUTIVAS CON DIFERENTES PRESIONES EN LOS EJES DELANTEROS Y TRASEROS, LLEGANDO HASTA LA PRESIÓN DE BLOQUEO. SE TRATA DE COMPROBAR QUE LAS PRESTACIONES DEL FRENO DE RECAMBIO ESTÁN SITUADAS EN TORNO AL ± 15% DE LAS PRESTACIONES DEL EQUIPO ORIGINAL, QUE PREVIAMENTE HA SIDO TESTADO EN EL MISMO VEHÍCULO. UN TEST DE SENSIBILIDAD A LA VELOCIDAD: EL TEST DE SENSIBILIDAD A LA VELOCIDAD ES QUIZÁS UNO DE LOS MÁS RELEVANTES Y DIFÍCILES DE PASAR EN LAS HOMOLOGACIONES R-90. SE TRATA DE COMPARAR EL COMPORTAMIENTO DE LAS PASTILLAS ES MUY SIMILAR EN CUALQUIER RANGO DE VELOCIDAD. YA QUE SE TRATA DE REALIZAR 3 FRENADAS A 65 KM/H, 3 FRENADAS A 90 KM/H Y 3 FRENADAS A 135KM/H, CON LA PRESIÓN EN EL CIRCUITO QUE HAYA HECHO, EN EL TEST DE RENDIMIENTO EN FRÍO, QUE DA UNA DECELERACIÓN DE 5 M/S2. LA MEDIA DE LA DECELERACIÓN OBTENIDA A LAS DIFERENTES VELOCIDADES NO DEBE DE DIFERIR EN UN ± 15% EL VALOR DE DECELERACIÓN OBTENIDO EN LA FRENADA DE

30 REFERENCIA, ES DECIR, EN AQUELLA QUE SE HA CONSEGUIDO LA DECELERACIÓN DE 5 M/S2. EL INCONVENIENTE PRINCIPAL DEL ENSAYO, ES QUE LAS FRENADAS SE ALARGAN MUCHO YA QUE LA PRESIÓN DEL CIRCUITO SE DEBE MANTENER CONSTANTE, LO CUAL PROVOCA QUE LA TEMPERATURA INSTANTÁNEA EN EL CONTACTO DE LAS PASTILLAS CON EL DISCO, SE INCREMENTE. INDEPENDIENTEMENTE DE ESE INCREMENTO DE TEMPERATURA EL MATERIAL DEBE SER CAPAZ DE MANTENER LAS MISMAS PROPIEDADES INDEPENDIENTEMENTE DE LA VELOCIDAD A LA QUE CIRCULE EL VEHÍCULO. ES DECIR, QUE EL VEHÍCULO FRENE IGUAL A 180 KM/H QUE A 40 KM/H SI QUE EL EFECTO DE LA VELOCIDAD INFLUYA EN SUS CARACTERÍSTICAS DE FRENADO. FIGURA. TEST DE SENSIBILIDAD 6.2 ENSAYOS EN LABORATORIO: ESTE TIPO DE ENSAYOS LO QUE PRETENDEN ES QUE LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL MATERIAL SE ENCUENTREN DENTRO DE UNOS DETERMINADOS VALORES PREDETERMINADOS, EN CUANTO A LA COMPRESIBILIDAD DEL MATERIAL DE FRICCIÓN (CARRERA DE PEDAL) Y SUS CARACTERÍSTICAS DE RESISTENCIA MECÁNICA. UN TEST DE COMPRESIBILIDAD:

31 USANDO UNA MÁQUINA DE COMPRESIBILIDAD SE COMPRUEBA EL VALOR QUE PRESENTA LA PASTILLA TANTO EN CALIENTE COMO EN FRÍO. LA COMPRESIBILIDAD DE LA PASTILLA ES UNA CARACTERÍSTICA IMPORTANTE DEL MATERIAL DE FRICCIÓN YA QUE EL MATERIAL DEBE DE SER COMPRESIBLE PARA CONSEGUIR UNA BUENA ADAPTACIÓN EN EL DISCO, ES DECIR, QUE CON ESA COMPRESIBILIDAD SEA CAPAZ DE ABSORBER VIBRACIONES. SIN EMBARGO, UNA MUY ALTA COMPRESIBILIDAD EN CALIENTE PUEDE DAR LUGAR A DESPLAZAMIENTOS DEL FLUIDO DE FRENO QUE PODRÍA DESEMBOCAR EN UN AGOTAMIENTO DE LA CARRERA DEL PEDAL DE FRENO Y LA CONSECUENTE PÉRDIDA DEL CONTROL DEL VEHÍCULO AL QUEDAR ESTE SIN FRENO. LOS LÍMITES DE COMPRESIBILIDAD SEGÚN EL R-90 SON DE UN 2% DEL ESPESOR DE LA PASTILLA PARA LA COMPRESIBILIDAD EN FRÍO, Y UN 5% DEL ESPESOR DE LA PASTILLA PARA EL TEST EN CALIENTE. FIGURA TEST DE COMPRESIBILIDAD. UN TEST DE RESISTENCIA AL CIZALLAMIENTO:

32 USANDO UNA MÁQUINA DE CIZALLADURA SE MIDE LA RESISTENCIA DEL MATERIAL DE FRICCIÓN A SER DESPEGADO DEL SOPORTE METÁLICO, POR MEDIO DE UNA FUERZA TANGENCIAL A AMBAS SUPERFICIES. ESTE VALOR ES MUY IMPORTANTE YA QUE RECORDEMOS QUE EL MATERIAL DE FRICCIÓN ESTARÁ SOMETIDO A FUERZAS DE CIZALLADURA MIENTRAS TRABAJE FRICCIONANDO CONTRA EL DISCO. LOS VALORES MÍNIMOS ACEPTABLES PARA UN 100% DE ADHERENCIA DEL MATERIAL DE FRICCIÓN SOBRE EL SOPORTE METÁLICO SON DE 25 KG/CM2, EQUIVALENTES A 1250 KG. DE RESISTENCIA PARA UNA PASTILLA DE FRENO PARA UN VEHÍCULO DE TIPO MEDIO, QUE TENGA UN ÁREA DE 50 CM2. OBVIAMENTE, LAS EXIGENCIAS IMPUESTAS EN LOS DISTINTOS APARTADOS DEL,REGLAMENTO 90, NO SON TODAS LAS QUE PODRÍAN SER EXIGIBLES PARA UNAS PASTILLAS DE FRENO, PERO AL MENOS REPRESENTAN UNOS MÍNIMOS QUE EXCLUIRÁN A PRIORI ALGUNOS FABRICANTES O PRODUCTOS DE CALIDAD DUDOSA.

33 FIGURA. TEST DE CIZALLADURA. 7. DESCRIPCIÓN DE LA REFORMA LA REFORMA QUE NOS OCUPA CONSISTE EN REALIZAR EL CAMBIO DEL SISTEMA DE FRENOS DEL EJE TRASERO DE UN RENAULT TWINGO, DE FRENOS DE TAMBOR A FRENOS DE DISCO. PARA ELLO, SERÁ NECESARIO CAMBIAR EL PUENTE TRASERO DEL VEHÍCULO, PARA FACILITAR EL POSTERIOR MONTAJE DEL SISTEMA NUEVO, PUESTO QUE HACER LA INSTALACIÓN SOBRE EL PUENTE ANTIGUO PRESENTARÍA DIFICULTADES PARA EL MONTAJE. IGUALMENTE SERÁ NECESARIO MODIFICAR EL CIRCUITO HIDRÁULICO DE FRENADO PARA LO QUE SE DEBERÁ CAMBIAR EL CILINDRO MAESTRO (BOMBA DE FRENO) ASÍ COMO INSTALAR UN CORRECTOR DE FRENADA (VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN) 9. EVALUACIÓN SE DESCRIBE LA ESTRATEGIA A UTILIZAR A CONTINUACIÓN PARA NUESTROS OBJETIVOS, QUE DEMUESTRA QUE ES REALIZABLE ESTRATEGIA METODOLOGICA

34 10. CONCLUSIÓN A LA VISTA DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LOS CÁLCULOS REALIZADOS EN EL PRESENTE PROYECTO TÉCNICO, PODEMOS AFIRMAR QUE SE PUEDE REALIZAR LA REFORMA REQUERIDA EN EL VEHÍCULO DE TURISMO, CAMBIO DEL SISTEMA DE FRENADO DEL PUENTE TRASERO, SIN QUE DISMINUYAN LAS CONDICIONES DE SEGURIDAD DE DICHO VEHÍCULO. DE HECHO, CON LA REFORMA EFECTUADA, LA FUERZA DE FRENADA CONSEGUIDA CON LOS NUEVOS FRENOS (DE DISCO), ES MAYOR QUE LA FUERZA DE FRENADA QUE PROPORCIONABAN LOS FRENOS DE TAMBOR QUE TENÍA INICIALMENTE EL VEHÍCULO. 11. RECOMENDACIONES DE ACUERDO CON EL ESTUDIO QUE REALIZO, SE VERIFICA QUE ES MAS FACTIBLE EL USO DE FRENOS DE DISCO EN EL EJE TRASERO, POR QUE SU FRENADO ES SEGURO Y NO SE DESGASTA FÁCILMENTE PORQUE DISIPA CALOR EN EL FRENADO,PARA LA GEOGRAFÍA DE NUESTRA CIUDAD POR QUE SE ENCUENTRA CON SUBIDAS Y BAJADAS, PARA LO CUAL EN UN MANTENIMIENTO ESTO NOS AHORRARÍA DINERO Y TIEMPO 12. REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS PAGINAS ELECTRÓNICAS: DE FRENOS.MHT BAGO.COM/SISTEMA DE FRENOS LIBROS :

35 TRANSMISIONES SUSPENSIÓN DIRECCIÓN Y FRENOS/AUTOR ANÓNIMO

36 INDICE 1. INTRODUCCIÓN.PAG ANTECEDENTES...PAG PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...PAG IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA....PAG FORMULACIÓN DEL PROBLEMA PAG OBJETIVOS.. PAG. 3 OBJETIVO GENERAL......PAG. 3 OBJETIVO ESPECÍFICO....PAG 3 5. JUSTIFICACIÓN.. PAG DELIMITACIONES PAG.3 7. FUNDAMENTO TEÓRICO.. PAG.4 8. TRABAJO DE APLICACIÓN... PAG EVALUACIÓN. PAG CONCLUSIÓN.PAG RECOMENDACIÓN.. PAG BIBLIOGRAFIA PAG.24 ANEXOS.. PAG. 24

37 1. INTRODUCCIÓN El sistema de frenos es uno de los dos sistemas más importantes de un automóvil porque cumple la función de controlar el deslizamiento del vehículo y trabaja a voluntad del conductor. La acción de frenar es el uso de la fuerza controlada para producir la velocidad de un vehículo en marcha o detenerlo, o para mantener un vehículo inmóvil. Cuando se aplica la fuerza de frenos, ésta desarrolla rozamiento en la acción de frenado. Al aplicar los frenos de un automóvil, provocamos una fricción en el disco o tambor (según el tipo) que genera calor. Es decir, transformamos la energía cinética (velocidad) en energía calorífica (calor) y entre más calor pueda desprender el sistema de frenos más velocidad va a disminuir el vehículo. Este principio básico nos permite determinar que el sistema de frenos más efectivo va a ser aquel que pueda disipar más calor. Entre más velocidad y peso tenga un vehículo más energía cinética va a poseer y más difícil resulta detenerlo, lo cual se debe compensar con una mayor presión y un mayor área de frenado para generar más fricción y disipar más calor. Por la seguridad de los transeúntes y del mismo conductor, los frenos, no sólo deben estar en condiciones de detener un vehículo, sino que deben detenerlo en una distancia tan corta como sea posible. Esta es la razón por la cual tienen que usarse frenos fuertes, bien construidos, para controlar el vehículo. Y en su caso, deben ser sometidos a un adecuado proceso de mantenimiento y reparación, sin embargo, cuando los modelos de vehículos se van haciendo antiguos, muchas veces ya no es posible efectuar el correcto mantenimiento o reparación del sistema de frenos, debido a diversas causas, por ejemplo, el desgaste excesivo de los componentes, carencia de repuestos o precio muy elevado de los mismos. Lo cual repercute en la seguridad durante la conducción y muchas veces hace insegura y peligrosa la circulación de los vehículos. Ante esta situación se elabora el presente trabajo como una alternativa técnica para la modificación del sistema de frenos de automóviles que por su antigüedad ya no - 1 -

38 pueden ser reparados y hace necesario la modificación o cambio del tipo de freno, como es el caso presente. 2. ANTECEDENTES Muchas veces, el aspecto principal que interesa del funcionamiento de un vehículo es la velocidad puede alcanzar o el peso que es capaz de soportar, y nos olvidamos de algo muy importante: cómo frenan. Afortunadamente los sistemas de frenos que permiten parar el automóvil con garantía de seguridad y en una distancia razonable, han ido evolucionando. En la historia del automóvil apareció muy pronto la exigencia de un sistema de frenos confiable y seguro. En la actualidad el dispositivo de frenado es el conjunto de órganos que tienen por función disminuir progresivamente la velocidad de un vehículo en marcha, hacer que se detenga o mantenerlo inmóvil si se encuentra ya detenido. Sin embargo, con la evolución del sistema de frenos, aparecen algunas limitaciones para los vehículos que ya tienen varios años de servicio, y es la carencia de partes y piezas de repuesto necesarios para la reparación y buen funcionamiento del vehículo. 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3.1. Identificación del Problema En muchos modelos de automóviles, particularmente antiguos, se tropieza con la carencia de repuestos para el sistema de frenado, ya que el comercio local no dispone de todos los elementos necesarios para la reparación de los frenos de tambor de dichos vehículos. Tal situación determina la necesidad de modificar el sistema de frenos de un automóvil a fin de actualizarlo y adoptar sistemas más económicos y confiables. Siendo el sistema de frenado de disco uno de los mas seguros por su capacidad de frenada y disipar mejor al temperatura que tiene al frenan el trabajo es adecuada a nuestra geografía de nuestro país

39 3.2. Formulación del problema Cuáles son las características funcionales de la modificación de un sistema de tambor a un sistema de frenos de discos, en ruedas traseras de automóviles? 4. OBJETIVO 4.1. Objetivo General Analizar la modificación del sistema de frenado del eje trasero de tambor, por un sistema de freno de disco, en un vehiculo de turismo Objetivos específicos Analizar la configuración del sistema de frenos de disco(toyota LEVIN) Analizar la modificación del sistema de frenos de tambor Determinar las ventajas técnicas de la modificación del sistema de freno de disco Determinar el costo de la modificación 5. JUSTIFICACIÓN Este proyecto se justifica porque con la modificación del sistema de frenos de tambor por un sistema de disco, más moderno, los vehículos que no pueden ser reparados por la falta de repuestos podrán nuevamente entrar en servicio. Este modelo se puede aplicar a cualquier tipo de vehículo que presente este problema. 6. DELIMITACION Delimitación temática: El trabajo se centra en el estudio de los sistemas de frenado de automóviles particularizando el sistema de disco en el eje trasero. Delimitación espacial: El estudio se realizara a nivel local, desarrollando las actividades de análisis en taller de la carrera mecánica automotriz de la UMSA - 3 -

40 Delimitación temporal: El trabajo se realizará en la presente gestión con una duración de 24 semanas. 7. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 7.1. El sistema de frenos El sistema de frenos es un conjunto de órganos que tienen por función disminuir progresivamente la velocidad de un vehículo en marcha, hacer que se detenga o mantenerlo inmóvil si se encuentra ya detenido. El dispositivo de frenado debe realizar las siguientes funciones: Un dispositivo de frenado debe tener como mínimo dos mandos, independientes entre sí. El mando del dispositivo de frenado de servicio debe ser independiente del mando del dispositivo de frenado de estacionamiento. Figura 1. Sistema de frenos de un vehículo. El freno se utiliza para disminuir o anular progresivamente la velocidad del vehículo, o mantenerlo inmovilizado cuando está detenido. Por tanto, el sistema de freno principal, o freno de servicio, permite controlar el movimiento del vehículo, llegando a detenerlo si fuera preciso de una forma segura, rápida y eficaz, en cualquier condición de velocidad y carga en las que rueda. Para inmovilizar el vehículo, se utiliza el freno de estacionamiento, que puede ser utilizado también como freno de - 4 -

41 emergencia en caso de fallo del sistema principal. Debe cumplir los requisitos de inmovilizar al vehículo en pendiente, incluso en ausencia del conductor Función del sistema de frenos El dispositivo de frenado debe realizar las siguientes funciones: Frenado de servicio: controlar el movimiento del vehículo sin separar las manos del órgano de dirección. Frenado de convergencia: detener el vehículo manteniendo el control del órgano de dirección con una mano al menos. Frenado de estacionamiento: mantener inmóvil el vehículo. La acción de frenar es el uso de la fuerza controlada para producir la velocidad de un vehículo en marcha o detenerlo, o para mantener un vehículo inmóvil. Cuando se aplica la fuerza de frenos, ésta desarrolla rozamiento en la acción de frenado. El rozamiento es la resistencia al movimiento relativo entre dos superficies que entran en contacto. Así, obligando a una superficie inmóvil a están en contacto con una superficie móvil, la resistencia al movimiento relativo o la acción de rozamiento entre las dos superficies reducirá la aceleración de la superficie que está en movimiento. Los vehículos automóviles son frenados de esta manera. La acción de frenar puede realizarse también estableciendo un contacto de rozamiento con la calzada, como ocurre con algunos tranvías que aplican una superficie de freno a los carriles. Los frenos, no sólo deben estar en condiciones de detener un vehículo, sino que deben detenerlo en una distancia tan corta como sea posible. Debido a que se espera que los frenos reduzcan la velocidad de un vehículo más rápidamente de lo que el motor pueda aumentarla, éstos deben estar en capacidad de dominar una fuerza mayor que la que desarrolla el motor

42 7.2 Cilindro maestro Cuando el pedal de freno es presionado, el cilindro maestro convierte esta fuerza en presión hidráulica. El funcionamiento del pedal de freno esta basado en el principio de la palanca, que convierte una fuerza pequeña fuerza del pedal en una gran fuerza actuando en el cilindro maestro. La fuerza hidráulica generada en el cilindro maestro es transmitida a través de las cañerías a los cilindros de rueda individuales y actúa sobre los revestimientos de freno y almohadillas de disco para generar la fuerza de frenado 7.3. Tipos de frenos Existen 2 tipos principales de frenos los cuales son: Frenos de discos Frenos de tambor Figura 2 Sistema de freno tipo tambor - 6 -

43 Figura 3 Sistema de freno tipo disco Frenos de tambor El sistema de frenos de tambor, también recibe el nombre de freno de expansión, freno de mordazas o freno de zapatas. En todos los casos se hace mención del elemento principal que los compone, ya que las mordazas y las zapatas son la misma cosa; el sistema de expansión hace mención a la forma de abrirse el freno y el tambor es el cubo rodante solidario a la rueda, importante parte integrante del freno. Partes del freno de tambor En líneas generales, podemos ver un esquema de uno de estos frenos en la figura 4-7 -

44 Figura 4 Sistema de freno tipo tambor En primer lugar hemos de destacar la presencia del tambor (1) propiamente dicho, que se halla fijado solidario a la llanta del vehículo y gira a la misma velocidad. Con el tambor se define lo que es la parte móvil del freno. En la misma figura 4 tenemos las dos zapatas (2), que se hallan fijadas en unos pivotes (3), desde los cuales cada una de ellas puede expandirse cuando la leva (4) es girada por el accionamiento. Por otro lado, nos encontramos con la presencia de unos forros (5) de un material especial, que recubren la parte exterior de frotamiento de las mordazas. Esta parte es la que debe enfrentar se con el cubo del tambor y al frotar sobre la superficie interna, hacer que la rueda pierda velocidad. Un muelle (6) de retorno, hace que las mordazas se mantengan siempre alejadas del contacto entre tambor y forros, y solamente se acercan estas partes entre si cuando es obligada la zapata a seguir el perfil de la leva (4), la cual es accionada por el conductor cuando desea frenar. En este momento la fuerza de la leva vence la presión del muelle y hace que se apliquen los forros sobre la superficie interna del tambor

45 Accionamiento mecánico El sistema de accionamiento mecánico se puede ver en la figura 4, la forma en que la leva (4) actúa sobre las zapatas. En el figura siguiente tenemos la situación de la leva cuando está en reposo. Las mordazas se mantienen sujetas entre sí por medio de su muelle de retorno y no hay contacto entre los forros (5) y el tambor (1). Cuando el conductor frena acciona el pedal el cual transmite un desplazamiento a la leva (4), de modo que las mordazas se expanden y, tal como se aprecia en el dibujo 4.1.2B, los forros se aplican sobre la superficie interna del tambor comenzando el rozamiento que determina la acción de la frenada Frenos de discos Vamos a comenzar por el breve estudio de los frenos de discos porque ellos son los más corrientemente utilizados en los automóviles modernos y los que se muestran más adecuados, por el momento, para las características generales de la frenada que precisan los modernos automóviles. En La figura 5 siguiente se puede ver, en conjunto, la construcción básica de lo que es un freno de disco. Aquí tenemos el disco y la pinza, El disco permanece solidario de la rueda, es decir gira anclado en ella y, por consiguiente, lo hace al mismo numero de vueltas que da la rueda. Por lo contrario, La pieza permanece fija, anclada a una parte independiente del movimiento rotatorio de la rueda. Figura 5. Freno de Disco

46 La forma de actuar la pinza se puede ver en la figura en sus dos posiciones típicas. A la izquierda; en posición de reposo, es decir sin actuar sobre el disco a la derecha la veremos, por el contrario, la posición de frenada, es decir, sujetando el disco que se mueve con la rueda. Al frenar este disco reduce su giro con tanta rapidez como sea capaz de absorber el freno la emergía cinética de que esta dotada la rueda en aquel momento. Los elementos fundamentales que nos muestra la figura son el cuerpo de la pinza (1) en cuyo interior se encuentran dos émbolos o pistones (4) capases de desplazarse cuando son sometidos a una presión hidráulica que les llega a través del conducto interno (5) y que actúa por igual(en este caso) sobre los dos émbolos. Figura 6. Accionamiento del freno de disco

47 Partes del freno de disco Sustituyen el tambor por un disco (Fig. 7), que también se une a la rueda por medio de tornillos. Este disco puede ser frenado por medio de unas plaquetas (B), que son accionadas por un émbolo (D) y pinza de freno (C), que se aplican lateralmente contra él deteniendo su giro. Suelen ir convenientemente protegidos y refrigerados, para evitar un calentamiento excesivo de los mismos. Figura 7. Partes del dispositivo de freno de disco. H - J : Conductos del líquido de freno. C : Cilindros. D : Disco. F : Pastillas o zapatas. A : Orquillas P : Masero Funcionamiento del freno de disco En la figura 7 se ve el conjunto de un freno de disco. Su constitución es la siguiente: en primer lugar consta de un disco que gira solidario con la rueda. Durante su giro, una parte del disco siempre por el interior de una pinza, fija al chasis, dentro de la cual existe un juego de pastillas (provistas de sus correspondientes forros), las cuales son impulsadas por medio de unos pistones que actúan en dirección perpendicular al disco cuando el conductor trata de frenar, y se aplica sobre la superficie del mismo, iniciando el rozamiento que determina la frenada

48 Ventajas y desventajas Este sistema de frenado tiene las siguientes ventajas: 1. No se cristalizan las pastillas, ya que se enfrían rápidamente. 2. Cuando el rotor se calienta y se dilata, se hace más grueso, aumentando la presión contra las pastillas. 3. Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor desecha agua y polvo por acción centrífuga. 4. El equilibrio de las presiones en ambas caras del disco suprime toda reacción sobre el eje (delantero o trasero) del vehículo; además, estas presiones axiales no producen deformaciones de la superficie de frenado. 5. La dilatación transversal bajo el efecto del aumento de temperatura tiende a disminuir el juego entre disco y pastillas; de todas formas, esta dilatación es más pequeña que la radial de los frenos de tambor, lo que facilita el reglaje y simplifica los dispositivos de reglaje automático. 6. El disco se encuentra al aire libre y, por ello, su refrigeración está asegurada, retardándose la aparición del fading. 7. Los cilindros de freno están situados en el exterior y son mejor refrigerados que en los frenos de tambor, resultando más difícil la aparición del fading por aumento de temperatura del líquido de frenos. Por otra parte, las desventajas de los frenos de disco, comparados con los de tambor, son que no tienen la llamada acción de servo o de aumento de potencia, y sus pastillas son más pequeñas que las zapatas de los frenos de tambor, y se gastan más rápido 7.3. Funcionamiento de los frenos Los frenos detienen el automóvil al presionar un material de alta fricción (pastillas o balatas) contra los discos o los tambores de hierro atornillados a la rueda, y que giran con ella. Esta fricción reduce la velocidad del automóvil hasta detenerlo. Funcionan cuando las pastillas presionan ambos lados del disco. Los de tambor presionan las balatas contra la cara interna del tambor. Los frenos de disco son más eficaces,

49 porque su diseño permite una mayor disipación del calor por el aire. A su vez existen diferentes sistemas de frenado, el más común y utilizado es el sistema de antibloqueo de frenos, mejor conocido como ABS. La mayoría de los automóviles tienen frenos delanteros de disco y frenos traseros de tambor. Cuando las pastillas o balatas rozan contra el disco o el tambor, se genera calor. Si éste no se disipa rápidamente, los frenos se sobrecalientan y dejan de funcionar. A este fenómeno se le llama cristalización de balatas. Los frenos delanteros producen 80% de la potencia de frenado del automóvil, y por ello, son más susceptibles al sobrecalentamiento que los traseros. La mayoría de los automóviles tienen frenos delanteros de disco porque al enfriarse por el aire, son menos propensos a la cristalización de las balatas. El freno de estacionamiento, que sirve para mantener inmóvil al automóvil, es un sistema mecánico de palancas y cables conectado a los frenos traseros. Un pedal o una palanca de mano accionan los frenos y un retén de engrane los sujeta. Una perilla o botón libera este sector y libera los frenos Principio de funcionamiento Para iniciar el estudio del frenado se considera que el movimiento se produce en recta y sin acciones laterales, despreciándose los efectos de la suspensión, por lo que el análisis de esfuerzos y movimientos se basara en la figura 8 Se trata de un modelo de vehiculo plano donde cada rueda representa a su eje, es decir, en la rueda delantera de la figura 8 actuaran la suma de todas las fuerzas que actúan sobre cada una de las ruedas del eje delantero y de la misma forma para el eje trasero

50 El sistema de frenado Figura 8 fuerzas que intervienen en el proceso de frenado Resistencias: Rodadura Aerodinámica rampa Resistencias aceleradoras Pendiente viento Si se evalúan las diversas solicitaciones a las que esta sometido un vehiculo en el proceso de frenado, en la dirección longitudinal del mismo, se puede plantear la ecuación básica del frenado como: f resist - f acel + Ff = m* a Donde: m: Masas del vehiculo a: aceleración longitudinal del vehiculo f resist : total de fuerzas que se oponen al movimiento del vehiculo, denominadas fuerzas de resistencias, y que, por tanto, van a contribuir al frenado del mismo. Se incluye resistencias al avance por rodadura, aerodinámicas y el efectote ascenso por rampas f acel : total de fuerza que favorecen aceleradoras. Entre ellas pendientes. el movimiento, denominado fuerzas se incluyen los efectos del viento y descenso por

51 Ff : total de fuerzas de frenado que se generan en el contacto entre la rueda y el suelo, como reacción a los pares o momentos que se oponen al giro de las ruedas. La sumatoria de las resistencias desacelerantes no son suficientes para producir la detención desacelerantes no son suficientes para producir la detención del móvil, de acuerdo a las necesidades del tránsito sobre terreno horizontal, por lo cual debe de contarse con un mecanismo independiente, accionado a voluntad del conductor. Por ello se recurre a la fuerza retardatriz producida por el razonamiento entre sistema de freno que es transmitido a la calzada por intermedio de la banda de rodamiento del neumático. Por tratarse por dos duplos concéntricos, su relación responde en forma general: RADIO DE FRENO RADIO DE LA CUBIERTA El máximo esfuerzo frenante basado en adherencia posible de obtener, es de LW para calzada seca y rugosa con neumáticos en buenas condiciones, siendo el mínimo de 0.1 W para la calzada helada o engrasada. Se lo determina por la formula: P = F * W Siendo "F" el coeficiente de adherencia, W el peso estático del vehículo, de lo designado anteriormente desprende que la eficiencia del sistema de frenos depende principalmente del coeficiente de adherencia entre suelo y banda de rodamiento, como puede observarse en la Tabla. TIPO DE SUELO - Hielo liso - Nieve floja - Camino arenoso - Basalto humedecido - Asfalto húmedo - Concreto asfáltico húmedo - Concreto Asfáltico seco - Autopista de concreto seco COEFICIENTE DE ADHERENCIA "F" 0.1 a a a a a a a a

52 Estos valores son de carácter orientativo, ya que dicho coeficiente varía en forma notable con la granulometría del material usado en la composición del concreto, con el grado de capacitación dado y con las condiciones ambientales. Se considera además el estado en que se encuentra la banda de rodamiento de la cubierta, se obtiene los valores consignados a continuación. TIPO DE SUELO ESTADO CUBIERTA NUEVA (f) USADO (f) Asfalto Helado Embarrada Mojado Asfalto Seco Mojado Asfalto Compacto Seco Mojado Asfalto Rugoso Seco Hormigón de Cemento Mojado Pórtland Seco Fuerza de frenado Las principales fuerzas retardadoras del vehículo en el proceso de frenado son las que se desarrollan en la superficie de las ruedas como consecuencia de su contacto con la calzada, al ser aplicados pares que se oponen a su movimiento, es decir, las fuerzas de frenado. La fuerza de frenado máxima así como la fuerza de tracción máxima tienen dos límites. En ambos casos el impuesto por el neumático - suelo. En lo relativo a las fuerzas de frenado, existe el otro límite impuesto es el que tiene el sistema de freno y en lo referente a las fuerzas de tracción máxima el que impone la potencia del motor. El límite crítico es el impuesto por la adherencia existente entre el neumático y el suelo. Cuando se rebasa este límite, en el caso del sistema de freno, se produce el bloqueo de las ruedas que deslizan sobre el pavimento, produciéndose efectos nefastos

53 8. TRABAJO DE APLICACIÓN 8.1. Características generales de la modificación La modificación consiste en realizar el cambio del sistema de frenos del eje trasero de un automóvil de frenos de tambor a frenos de disco. Para ello, será necesario cambiar el puente trasero del vehículo, para facilitar el posterior montaje del sistema nuevo, puesto que hacer la instalación sobre el puente antiguo presentaría dificultades para el montaje. Igualmente será necesario modificar el circuito hidráulico de frenado para lo que se deberá cambiar el cilindro maestro (bomba de freno) así como instalar un corrector de frenada (válvula reguladora de presión) A continuación se muestra el circuito hidráulico del sistema modificado con frenos de disco tanto en el eje trasero como en el delantero. Figura 9 Disposición general del sistema de frenos de disco

54 8.2. Análisis de la modificación Para ser modificaciones al sistema de frenos del eje trasero, se debe pasar por métodos de ensayo, para conseguir un freno de disco de acuerdo a las exigencias para lograr un frenado adecuado ENSAYOS SOBRE EL VEHICULO: Una secuencia de frenadas en diferentes condiciones de velocidad y carga. Se trata de comprobar el correcto funcionamiento en diferentes condiciones de servicio, con el sistema de frenos de disco en el eje trasero, en condiciones de emergencia y de estacionamiento. Este ensayo es una repetición de las pruebas realizadas por el fabricante del vehículo para la homologación del mismo. Un ensayo de pérdida de eficiencia en caliente: Primeramente se realiza una secuencia de 15 frenadas a alta velocidad con objeto de situar el freno en condiciones extremas de temperatura y posteriormente se comprueba su correcto funcionamiento, comparándolo con los resultados en frío. Los resultados obtenidos no deben encontrarse por debajo del 80% de las deceleraciones obtenidas en el ensayo de rendimiento en frío. Un ensayo de equivalencia del rendimiento en frío: Con el vehículo a plena carga, una temperatura inicial igual o inferior a 100ºC y a una velocidad de 80 km/h se ejercen una serie de seis frenadas consecutivas con diferentes presiones en los ejes delanteros y traseros, llegando hasta la presión de bloqueo. Se trata de comprobar que las prestaciones del freno de recambio están situadas en torno al ± 15% de las prestaciones del equipo original, que previamente ha sido testado en el mismo vehículo

55 Un ensayo de sensibilidad a la velocidad: El ensayo de sensibilidad a la velocidad es quizás uno de los más relevantes y difíciles, se trata de comparar el comportamiento de las pastillas, es muy similar en cualquier rango de velocidad. Ya que se trata de realizar 3 frenadas a 65 km/h, 3 frenadas a 90 km/h y 3 frenadas a 135km/h, con la presión en el circuito que haya hecho, en el ensayo de rendimiento en frío, que da una deceleración de 5 m/s2. La media de la deceleración obtenida a las diferentes velocidades no debe de diferir en un ± 15% el valor de deceleración obtenido en la frenada de referencia, es decir, en aquella que se ha conseguido la deceleración de 5 m/s2. El inconveniente principal del ensayo, es que las frenadas se alargan mucho ya que la presión del circuito se debe mantener constante, lo cual provoca que la temperatura instantánea en el contacto de las pastillas con el disco, se incremente. Independientemente de ese incremento de temperatura el material debe ser capaz de mantener las mismas propiedades independientemente de la velocidad a la que circule el vehículo. Es decir, que el vehículo frene igual a 180 km/h que a 40 km/h si que el efecto de la velocidad influya en sus características de frenado ENSAYOS EN LABORATORIO: Este tipo de ensayos lo que pretenden es que las características mecánicas del material se encuentren dentro de unos determinados valores predeterminados, en cuanto a la compresibilidad del material de fricción (carrera de pedal) y sus características de resistencia mecánica. Un ensayo de compresibilidad: Usando una máquina de compresibilidad se comprueba el valor que presenta la pastilla tanto en caliente como en frío. La compresibilidad de la pastilla es una característica importante del material de fricción ya que el material debe de ser compresible para conseguir una buena adaptación en el disco, es decir, que con esa compresibilidad sea capaz de absorber vibraciones

56 Sin embargo, una muy alta compresibilidad en caliente puede dar lugar a desplazamientos del fluido de freno que podría desembocar en un agotamiento de la carrera del pedal de freno y la consecuente pérdida del control del vehículo al quedar este sin freno. Los límites de compresibilidad son de un 2% del espesor de la pastilla para la compresibilidad en frío, y un 5% del espesor de la pastilla para el ensayo en caliente. Un ensayo de resistencia al cizallamiento: Usando una máquina de cizalladura se mide la resistencia del material de fricción a ser despegado del soporte metálico, por medio de una fuerza tangencial a ambas superficies. Este valor es muy importante ya que recordemos que el material de fricción estará sometido a fuerzas de cizalladura mientras trabaje friccionando contra el disco. Los valores mínimos aceptables para un 100% de adherencia del material de fricción sobre el soporte metálico son de 25 kg/cm2, equivalentes a 1250 kg. de resistencia para una pastilla de freno para un vehículo de tipo medio, que tenga un área de 50 cm2. Obviamente, las exigencias no son todas las que podrían ser exigibles, para unas pastillas de freno, pero al menos representan unos mínimos que excluirán a prioridad de algunos fabricantes. Esta modificación se puede realizar en todo vehículo de turismo, ya que el vehículo tendrá un mejor frenado y los frenos de disco en el eje trasero tendrá más tiempo de vida útil, ya que el mismo tendrá mejor refrigeración y no perderá muy rápido sus propiedades. Para una mejor modificación y un mejor montaje tuviera que ser una tracción delantera, para que en el eje trasero no tuviéramos mucha modificación, porque si tuviera tracción en el eje trasero el montaje seria más complicado y seria más costoso, ya que se incrementaría más componentes de cambio piezas y por otro lado se ampliaría el tiempo de modificación

57 9. EVALUACIÓN La evaluación se enfoca a un análisis orientado a determinar la viabilidad técnica del trabajo como indicador de la conveniencia de la aplicación del planteamiento realizado. En consecuencia se debe establecer, previamente, que lo que se ha pretendido con este trabajo ha sido justificar la modificación de un sistema de frenos basado en el tambor por otro en base a discos de freno, a través del cual se ha logrado alcanzar el objetivo fundamental para efectuar el análisis técnico de dicha modificación, en tal sentido, el planteamiento expresado en el presente trabajo prioriza la funcionalidad, seguridad del sistema y ha quedado posibilidad de selección de alternativas de conveniencia económica y de instalación, tanto como de un mantenimiento reducido. En este análisis, se considera fundamental destacar la disponibilidad y productividad del sistema, que es una característica que resume cuantitativamente el perfil de funcionalidad del vehículo. Esta circunstancia, permite disponer de los vehículos dentro de las condiciones y especificaciones de funcionamiento óptimos desde el punto de vista de la economía y la seguridad. Por el análisis efectuado, se puede establecer la factibilidad del planteamiento realizado, con lo cual se logra restablecer las condiciones de operación de aquellos vehículos cuyos sistemas de frenos necesitan de una modificación y actualización para seguir operando. 10. CONCLUSIONES Asiendo un análisis de la configuración en el sistema de freno de disco del vehiculo (TOYOTA LEVIN), se observa que se puede realizar esta modificación, como el sistema de freno de disco, es mayor que la fuerza de frenada que proporcionaban los frenos de tambor que tenía inicialmente el vehículo, esto se verifico haciendo ensayos y como es un auto de turismo puede utilizar este sistema de frenos en las cuatro ruedas, por un lado también reducimos repuestos y por otro lado peso al vehiculo

58 Mediante este análisis se pudo observar también que es factible modificar el sistema de frenos del eje trasero, de un freno de tambor por uno de disco, por que tenemos varias ventajas la más importante es la disipación de calor que tiene este por estar expuesto al aire externo. Al realizar esta modificación al eje trasero se puedo verificar diferentes ventajas las cuales son: El equilibrio de las presiones en ambas caras del disco suprime toda reacción sobre el eje (trasero) del vehículo. El freno de mano es accionado, este se encuentra en el mismo maasero donde se encuentra el sistema de pastillas El disco se encuentra al aire libre y, por ello, su refrigeración está asegurada. Los cilindros de freno están situados en el exterior y son mejor refrigerados que en los frenos de tambor. PRESUPUESTO DETALLADO REFORMA DE IMPORTANCIA: CAMBIO SISTEMA DE FRENADO (Frenos de tambor a frenos de disco) Vehículo: TOYOTA LEVIN Componentes Unidades Precio (Bs) Puente trasero 1 pieza 1500 Porta pinzas 2 piezas 665 Discos de freno 2 piezas 600 Pastillas de freno 2 piezas 350 Latiguillos de cobre 2 piezas

59 Latiguillos flexibles 2 piezas 400 Líquido de frenos 2 botes de un litro 90 Cable freno de mano 1 pieza 250 Bomba de freno 1 piezas 380 Mano de obra taller Bs. Gasto de repuestos y piezas 4595 Bs. TOTAL Bs. A la vista de los resultados obtenidos de los ensayos realizados en el presente trabajo de aplicación, se puede afirmar que técnicamente es posible realizar la modificación en automóviles, cambiando del sistema de frenado del puente trasero, sin que disminuyan las condiciones de seguridad de dicho vehículo. Asiendo una modificación al sistema de frenos en el eje trasero, la economía del dueño del automóvil se reducirá, al realizar la conversión ya no habrá desgaste excesivo en los frenos traseros y tendremos más vida útil en los frenos de disco, por que se encuentra al aire libre y, por ello, su refrigeración está asegurada, por lo cual el beneficio del conductor es que tendrá un mejor frenado en avenidas y cuando el vehículo se encuentre en pendientes. 11. RECOMENDACIONES Dada la importancia del sistema de frenos para la seguridad del conductor y de los peatones es recomendable establecer y aplicar procedimientos de mantenimiento ya que las falencias y descuidos en los programas de mantenimiento, originan averías

60 que podían ser críticos y muy peligrosos en el momento de la conducción del vehículo, razón por la que deben tomarse en cuenta las especificaciones técnicas referidas al mantenimiento del sistema de frenos y no exceder los márgenes de seguridad para las operaciones de los vehículos. 12. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Paginas electrónicas: de frenos.mht Libros: bago.com/sistema de frenos Transmisiones suspensión dirección y frenos/autor Dr. Peralta Manual de entrenamiento TOYOTA -Sistema de Frenos Ingeniería del Automóvil Sistemas y Comportamiento Dinámico /Carlos Luque,Daniel Álvarez y Carlos vera 13. ANEXOS Imagen N

61 Imagen N 2 Imagen N

62 Imagen N 4 Imagen N

63 Imagen N

64 Imagen N 7 MATERIALES NECESARIOS Para realizar el mantenimiento del sistema de frenos se requieren los siguientes materiales: # El Gato Hidráulico; esta herramienta tiene la función de suspender uno de los ejes del vehículo, para facilitar la extracción de la rueda deseada. # Llaves: las llaves a utilizar están pues de acuerdo a la medida de las tuercas estas llaves pueden ser; mixtas, de boca de ojo, planas, acodados (aquí podemos incluir todos los dados, barrotes de fuerza, palancas y llaves allen). # Alicates: Los alicates nos sirven para extraer algunos seguros, chavetas y clips