martes, 15 de noviembre de 2016

Unidad 7 Los frenos en los vehículos


Tema 7: Los frenos en los vehículos

Equipo o sistema de frenado

Un vehículo debe disponer de un sistema de frenado capaz de deternerlo cuando se encuentra en movimiento e inmovilizarlo cuando está detenido. Se entiende por equipo o sistema de frenado al conjunto de piezas que tienen por función disminuir progresivamente la velocidad de un vehículo en marcha, hacer que se detenga o se mantenga inmóvil si se encuentra ya detenido.
Estos sistemas de freno tienen que ser capaces de transformar la energía cinética del vehículo en energía calorífica y disipar el calor generado en los elementos activos.
El equipo de freno estás compuesto por el mando, la transmisión y el dispositivo de freno.

  • Se entiende por mando, a la pieza directamente accionada por el conductor que proporciona a la transmisión la energía necesaria para frenarla o regularla.


  • La transmisión es la combinación de componentes que están situados entre el mando y el freno y que los unen de manera funcional. La transmisión puede ser mecánica, hidráulica, neumática, eléctrica o mixta.
  • El dispositivo de freno es la pieza sobre la que se ejercen las fuerzas que se oponen al movimiento del vehículo. El dispositivo de frenado puede ser:
  • De fricción, cuando las fuerzas se generan por el rozamiento entre dos piezas del vehículo que se mueven una con respecto a la otra.
  • Eléctrico, cuando las fuerzas se generan por la acción electromagnética entre dos piezas del vehículo que se mueven una con respecto a la otra, pero sin contacto entre sí.
  • Hidráulico, cuando las fuerzas se generan por la acción de un líquido situado entre dos piezas del vehículo que se mueven una con respecto a la otra.
  • De motor, cuando las fuerzas proceden de un aumento artificial de la acción de frenado del motor que se transmite a las ruedas.

Los sistemas de frenado se diferencian principalmente por:
  • Las características de los componentes
  • El tamaño, la forma y los materiales de fabricación.
  • La disposición de montaje de los componentes.

1.1 Tipos de freno

Frenos de servicio

El sistema de freno de servicio deberá permitir controlar el movimiento del vehículo y pararlo de forma segura, rápida y eficaz, cualesquiera que sean la velocidad, la carga o la pendiente ascendente o descendente en la que se encuentre.
En estos el sistema está constituido básicamente por un pedal o maneta de accionamiento, varillas o cable, palanca del tambor y tambor de freno con zapatas.
Un circuito de freno de servicio está constituido básicamente por: un pedal de accionamiento, una bomba hidráulica con el depósito de líquido, un servofreno, discos y pinzas de freno o tambores y zapatas, un corrector de frenada para el eje trasero y canalizaciones.

Freno de socorro o auxiliar

El freno de socorro o auxiliar debe permitir detener el vehículo en una distancia razonable en caso de que falle el sistema de frenado de servicio. Su acción deberá ser regulable.
En los automóviles, el freno de socorro o auxiliar es el mismo que el freno de estacionamiento. Este consiste en un mecanismo de accionamiento manual que actúa sobre las dos ruedas de un mismo eje, generalmente las traseras.

Freno de estacionamiento

Cuando el vehículo está parado o estacionado, el sistema de frenado de estacionamiento deberá permitir mantener el vehículo inmóvil cuesta arriba o cuesta abajo, incluso en ausencia del conductor. Las piezas activas permanecerán en la posición de bloqueo mediante un dispositivo puramente mecánico y el conductor deberá poder accionar el freno de estacionamiento desde su asiento.
Los automóviles y vehículos industriales ligeros emplean conjuntamente el mecanismo de freno de mano para dos funciones: como freno auxiliar, para el caso de una frenada de emergencia y como freno de estacionamiento.


2.Dinámica del frenado

El par motor transmitido a las ruedas genera una fuerza de impulsión que transmitida a la masa del vehículo, provoca su desplazamiento.
Para detener un vehículo, es necesario aplicarle una fuerza de sentido contrario a la fuerza de impulsión, esta fuerza se conoce como fuerza de frenado.
El frenado consiste en absorber y transformar la energía cinética del movimiento del vehículo en energía calorífica por medio del rozamiento entre superficies. Los dispositivos empleado para ellos son los discos y pastillas de freno y los tambores y zapatas de freno.
Para calcular las fuerzas de frenado que se deben aplicar en los dispositivos de frenado de los vehículos, así como el trabajo y la potencia de frenado, se deben despreciar factores como la velocidad del viento, la pendiente del terreno, la aerodinámica, etc.

Fuerza de frenado

La fuerza de frenado necesaria para detener un vehículo se calcula gracias a la fórmula corregida de la fuerza que es necesaria aplicar en una masa para producir una aceleración.

Fuerza de frenado máxima (sin deslizamiento)

La fuerza de impulsión que se puede aplicar al vehículo para que no exista deslizamiento, se calcula tomando en consideración el coeficiente de rozamiento o adherencia del neumático con el terreno, al igual que ocurre con la fuerza de frenado.
La fuerza de frenado máxima que se debe contrarrestar con la fuerza de impulsión depende del peso del vehículo y del coeficiente de adherencia del neumático y el terreno.
El coeficiente de adherencia depende del desgaste del neumático, de la velocidad y del tipo de terreno o superficie por la que se desplaza.

El reparto de peso con el vehículo parado se denomina carga estática. Este reparto de peso se modifica cuando el vehículo se desplaza. El reparto de peso con el vehículo en movimiento se denomina carga dinámica, y depende de la velocidad que alcance el vehículo, de la posición del centro de gravedad, de la distancia entre ejes y de la dureza de la suspensión.

2.3 Deceleracion

La deceleración que se produce en el proceso de frenado se calcula aplicando fórmulas similares a las de cálculo de la aceleración, pero anteponiendo el símbolo menos.

2.4. Eficacia del frenado

La deceleración que sucede durante el proceso de frenado determina la eficacia del sistema de frenos del vehículo. La máxima deceleración que se puede producir en la operación de frenado es la aceleración o deceleración de la gravedad.
Por lo tanto, la eficacia del sistema de freno y del comportamiento del vehículo en general dependerá del coeficiente de adherencia entre rueda y terreno, de la fuerza de frenado que se aplique a los discos o tambores y del peso que soporte el vehículo.

3. Aplicación de la fuerza de frenado, generación

Una vez conocida la magnitud de la fuerza de frenado y la aplicación idónea, en función del peso que soportan los ejes, el vehículo debe disponer de los dispositvos que originen y generen la fuerza de frenado. Los dispositivos de freno ruedas más empleados son los frenos de disco y los frenos de tambor.
En los sistemas de freno de disco o de tambor, la fuerza de frenado se produce por fricción entre el elemento que se desplaza, discos o tambores, y el elemento estático, pastillas o zapatas.

3.1. Fuerza de frenado en el sistema de freno de tambor

La fuerza de frenado que se aplica en los tambores por el coeficiente de rozamiento entre estos y el ferodo de las zapatas da como resultado la fuerza real del freno. El diseño de los frenos de tambor permite aumentar la fuerza de rozamiento real.
Una de las zapatas, la primaria, se acopla contra el tambor permitiendo que se supere la fuerza de frenado por la fuerza del rozamiento.

3.2. Fuerza de frenado en el sistema de freno de disco

Los frenos de disco aplican la fuerza de frenado, a través de émbolos, directamente sobre las pastillas. Esta fuerza se multiplica por el coeficiente de rozamiento que existe entre las pastillas y el disco para obtener la fuerza de rozamiento real que el conjunto produce.
Para que la fuerza de rozamiento final sea la misma que en el freno de tambor, en los sistemas de freno de disco es necesario aplicar una fuerza mayor sobre el sistema de mando. Debido al sistema de presión, el factor multiplicador nose aplica en los frenos de disco.
La fuerza se aplica directamente sobre el disco de freno para transformar la energía cinética del vehículo y frenarlo.

3.3. Distancia de parada o detención

La distancia de parada o detención es el espacio que recorre un vehículo desde que se activa el sistema de frenado hasta que el vehículo se detiene por completo.
La distancia que el vehículo recorre depende principalmente de:

  • Fuerza de frenado
  • Adherencia
  • Velocidad del vehículo
3.4. Efectos del frenado sobre la estabilidad

La operación de frenado produce en el vehículo distintos efectos que intervienen de manera directa sobre la estabilidad, la direccionabilidad y la marcha del mismo.

Basculación del vehículo sobre el eje delantero

Provoca una sobrecarga dinámica del peso sobre el eje delantero y una descarga del eje trasero. La adherencia de las ruedas delanteras aumenta y la de las traseras disminuye.

Bloqueo de las ruedas delanteras y pérdida de la trayectoria

El bloqueo de las ruedas delanteras en el frenado produce una pérdida de control de la dirección y de la trayectoria del vehículo. El vehículo se desplaza hacia donde existe mayor deslizamiento.

Bloqueo de las ruedas traseras

El vehículo tiende a girar sobre sí mismo. En la trayectoria por curva, se produce el efecto sobreviraje del vehículo, el eje trasero del vehículo se desplaza hacia el exterior de la curva pivotando sobre el eje delantero.

Pérdida de la trayectoria sin bloqueo de las ruedas

Este efecto se produce por un frenado desequilibrado en las ruedas: una rueda frena más que la compañera del mismo eje. Cuando la adherencia sobre el terreno es la misma, el fallo se debe a defectos en el circuito y dispositivos de freno. Este efecto se ve aumentado con una mayor velocidad.

3.5. Refrigeración de los elementos del circuito

En el frenado, la energía cinética del vehículo se transforma en calor. Este calor es disipado por los elementos del sistema de freno, los cuales, aun soportando altísimas temperaturas, permiten seguir frenando sin pérdida de eficacia.
En los sistemas de freno de tambor y zapatas, la temperatura que se alcanza en el tambor cuando se solicita continuamente es alrededor a los 400ºC.
Las zapatas y las pastillas de freno tienen que mantener el coeficiente de rozamiento sin alterarse por altas temperaturas.
Las soluciones para refrigerar los componentes del circuito de freno son:
  • Utilizar discos autoventilados, con taladros y ranuras internas que ayuden a canalizar el aire y a evacuar el calor del disco.
  • Fabricar los tambores con pequeñas aletas que evacuen el calor.
  • Sobredimensionar el conjunto de freno.
  • Fabricar las carrocerías con conductos específicos para canalizar el aire contra los discos, pastillas y pinzas.
4. Sistemas de mando o accionamiento

4.1. Mando mecánico con varillas o cables

Este tipo de mando se utilizaba en vehículos como el Ford T para accionar el freno de servicio.
La acción de frenado se realiza gracias a una palanca que tira de un cable y acciona los dispositivos de freno de las ruedas, tambores o discos.



Disco de freno







Freno tambor









martes, 8 de noviembre de 2016

Unidad 2 El mecanismo de embrague

Vídeo del funcionamiento del embrague

El embrague es la conexión entre el motor y la caja de cambios, el más común es el de diafragma que consta de tres elementos el plato con fuego de friccion en ambas caras esta situado al lado del volante engrana con el eje primario de la caja de cambios el plato de presion lleva un muelle de diafragma atornillado al volante de inercia, el rodamiento de desembrague situado cerca del muelle de diafragma en el plato de presion, la caja de cambios va unida al motor por una carcasa de campana atornillada al mismo en esta carcasa se aloja el embrague. El mecanismo de embrague está constituido por el disco de embrague por la prensa y un rodamiento de empuje, su accionamiento puede ser hidráulico y en algunos casos neumático, sobre el disco de embrague el material de fricción tenemos dos tipos de resortes los de tracción y los de retención son amortiguadores torsionales que amortiguan los impactos torsionales del cigueñal sobre este elemento va la prensa del embrague.

Fallos en el mecanismo de embrague:
El sistema patina: Asentamiento irregular del forro, lado volante, Forro contaminado con aceite, Forro contaminado con grasa, Diafragma desgastado, Plato de presión rayado, Plato de presión sobrecalentado, Forro totalmente desgastado.
El sistema trepida o vibra: Forro rayado lado volante, Marcas de vibración en el plato, Piola o funda defectuoso, Diafragma deformado, Guía de rodamiento roto o desgastado, Puntas del diafragma desgastado, Forro totalmente desgastado.
El sistema no corta: Muelle laminar deformado, Disco alabeado, Brida desgastada en el exterior, Brida dañada, Forro desprendido, Brida oxidada, Forro quemado, Brida con desgaste cónico y resortes del amortiguador destruidos, Segmentos del disco rotos.
Sistema ruidoso: Rodamiento trabajo con baja presión, Rodamiento destruido, Tapa de rodamiento destruido, Brida destruida, Amortiguador roto, Resortes del amortiguador roto, Resortes desgastados con interferencia.


Vídeo del sistema de transmisión

Uno de los principales problemas del cambio manual si circulan despacio a una marcha alta el motor se cala, muchos vehículos poseen cambio manual pero cada vez es mas corriente el cambio automatico un mecanismo que cambia de marcha solo y por lo tanto no necesita ni embrague y ni la palanca convencional, el problema de pasar con el coche de estar parado a su velocidad minima se resuelve con un componente llamado convertidor de par, es un tipo de embrague fluido con el coche a ralentí y el freno pisado el convertidor de par puede patinar completamente pero si el conductor levanta el pie del freno el convertidor deja de pasar la fuerza a la caja de cambios y a las ruedas motrices patinando todavía un poco pero cuando el coche acelera ya no se observa ningun patinamiento en el convertidor de par