EQUIPO O SISTEMA DE FRENADO

LOS FRENO SEN LOS VEHICULOS

1.       Equipo o sistema de frenado

Un vehículo debe disponer de un sistema de frenado capaz de detenerlo cuando se encuentra en movimiento e in movilizarlo 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.

El equipo de freno está compuesto por el mando, la transmisión y el dispositivo de frenado.

Mando – pieza directamente accionada por el conductor que proporciona a la transmisión la energía necesaria para frenarla o regularla.

Transmisión – 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.

Dispositivo de freno – Es la pieza sobre la que se ejercen las fuerzas que se oponen al movimiento del vehículo. El dispositivo de freno 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.

·         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 t los materiales de fabricación.

·         La disposición de montaje de los componentes.

1.1   Tipos de freno

Freno de servicio:

Este sistema deberá permitir controlar el movimiento del vehículo y pararlo de forma segura, rápida y eficaz. Cualquiera que sea la velocidad, la carga o la pendiente ascendente o descendente en la que se encuentre.

Su acción deberá ser regulable.

El conductor deberá poder frenar de esta manera desde su asiento sin retirar la mano del volante.

Esta constituido básicamente por: el 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

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 (freno de mano) 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 cuenta arriba o cuesta abajo, incluso en ausencia del conductor.

Las piezas activas permanecerán en la posición de bloqueo mediante un dispositivo puramente mecánico (generalmente un trinquete) y el conductor deberá poder accionar el freno de estacionamiento desde su asiento.

2 DINAMICA DE FRENADO

El par transmitido a las ruedas genera una fuerza de impulso que transmitida a la masa del vehículo, provoca un desplazamiento.

El trabajo desarrollado en este desplazamiento es equivalente a la energía cinetica de vehiculo.

Para detener un vehiculo, es necesario aplicarle una fuerza de sentido contrario a la fuerza de impulsión, esta fuerza se conoce como fuerza de frenado.

El frenado consisten en absorber y transformar la energía cinética del movimiento del vehículo en energía calorífica  por medio del rozamiento entre superficies.

Los dispositivos empleados para ello 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…

2.1 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.

2.2 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.

El valor medio de la carga dinámica entre el eje delantero es un 20% superior a la carga estática y un 20% inferior en el eje trasero.

Los sistemas de freno se diseñan teniendo en consideración los valores de las cargas dinámicas que el vehículo soporta como consecuencia del desplazamiento.

Esto se realiza instalando correctores de frenado en el eje trasero para reducir la presión y la fuerza de frenado en el eje y adaptando el sistema de freno al peso que soportan los ejes.

2.3 Deceleración

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

3 APLICAIÓN 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 dispositivos que originen  y generen la fuerza de frenado. Los dispositivos de frenado de ruedas más empleados son los frenos de disco  y los frenos de tambor.

En los sistemas de freno de disco o tambor, la fuerza de frenado se produce por fricción entre el elemento que se desplaza, discos o tambores y el elemento estatico, pastillas o zapatas.

3.1 Fuerza de frenado en el sistema de freno de tambor

La fuerza defrenado que se aplica en lo tambores por el coeficiente de rozamiento entre estos y los 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 de rozamiento (autoreforzamiento). La relación entre la fuerza de frenado y la fuerza de rozamiento real determina el coeficiente de acoplamiento. Cada diseño de frenos de tambor se asocia a un coeficiente distinto.

3.2 Fuerza de frenado en el sistema de disco

Los frenos de disco aplican la fuerza de frenado , a través de los 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 no se aplica en los frenos de disco.

La fuerza se aplica directamtne sobre el disco de freno para transformar la energía cinética del vehículo y frenarlo.

El par de frenado que se produce en el disco es igual a la fuerza de rozamiento real por la distancia, que es el radio del disco, medido en el centro de las pastillas de freno.

3.3 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.

3.4. Efectos del frenado sobre la estabilidad

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

A continuación se citan los efecto mas importantes:

Bascularización del vehículo sobre el eje delantero

Este fenómeno provoca una sobrecarga dinámica del peso sobre el eje delantero y una descarga del eje trasero. En esta situación, la adherencia de las ruedas delanteras aumenta y la adherencia de las ruedas traseras disminuye.

En frenadas fuertes, el eje trasero se puede llegar a bloquear.

El empleo del corrector de frenada en el eje trasero evita en gran medida el bloqueo de estas ruedas.

Bloqueo de las ruedas delanteras y pérdida de la trayectoria:

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

En la trayectoria por curva, se produce el efecto de subviraje del tren delantero, las ruedas no obedecen a la dirección y el eje delantero se desplaza hacia el exterior de la curva.

Bloqueo de las ruedas traseras

En esta situación, el vehículo tiende a girar sobre si 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 defecto sen el circuito y dispositivos de freno. Este efecto se ve aumentado cn un amayor velocidad.

3.5 Refrigeración de los elemento 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, permite seguir frenado sin pérdidas de eficiencia.

En lossistemas de freno de tambor y zapatas, la temperatura que se alcanza en el tambor cuadno se solicita continuamente es de alrededor de 400 ºC. En este sistema, el tambor se dilata y las zapatas pierden superficie de contacto

En los sistemas de freno de disco el calor también dilata el disco, pero la dilatación de este refuerza el efecto frenante ya que se presiona con más fuerza el disco contra las pastillas.

Las zapatas y las pastillas de freno tienen que mantener el coeficiente de rozamiento sin alterarse por las altas temperaturas. Es por ello que continuamente se está innovando con materiales de fabricación que soportan mejor las temperaturas y evitan que se produzca el denominado efecto fanding.

De igual manera, el líquido del circuito de freno se debe mantener estable y no perder sus propiedades por la temperatura. Para ello, los fabricantes montan líquidos de frenos adecuados a las características técnicas del vehículo.

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 especificos 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 utiliza en vehículos como el Ford T para accionar el freno de servicio. En la actualidad queda relegado a los automoviles para el accionamiento el freno de estacionamiento y en alguno ciclomotores y motocicletas con frenos de tambor para el accionamiento del freno de servicio.

La acción de frenado se realiza gracias a un apalanca que tira de un cable y acciona los dispositivos de freno de las ruedas, tambores o discos. 

Videos:

FRENO DE DISCO:

Primero soltamos los muelles de fijación de las pastillas de freno, des pues retiramos los tapones de protección para acceder y aflojar los tornillos de fijación en la parte interior de la pinza flotante.
con un llave allen, los tornillos no se retiran se quedan puesto en la pinza.
Una vez extraida la pinza y con la ayuda de un tornillo de apriete aremos retroceder el pistón, para ello aflojaremos el sangrador de otro modo podemos provocar la rotura de las juntas toricas de la parte interior de la bomba de freno. hacemos retroceder el pistón para que las nuevas pastillas tengan todo su recorrido.
A continuación ya podemos extraer las pastillas gastadas y sustituirlas, antes de colocarlas limpiaremos los anclajes para eliminar cualquier suciedad acumulada por el desgaste del ferodo de las pastillas. Principalmente limpiaremos los puntos de apoyo que son los causantes de los molestos ruidos producto de la fricción de las pastillas y el disco.
Con grasa especifica para frenos que no se diluye a altas temperaturas, engrasaremos los palipers o ejes sobre los que se desliza la pinza y la superficies donde se realiza el apoyo de las pastillas.
colocaremos una fina película de grasa procurando no manchar el disco algo que reduciría sensiblemente la eficacia de la frenada.
Al colocar las nuevas pastillas cuidaremos de que su superficie trabaje en el plano correcto y que el anclaje se adapte bien al pistón.
Se vuelven a colocar y a apretar los tornillos al par que marque el fabricante y se colocan los tapones de goma
Una vez colocada la pinza ajustamos los muelles de fijación.
Para terminar, bombearemos el pedal de freno hasta conseguir presión en el circuito y el ajuste de las pastillas contra el disco

MONTAJE DESMONTAJE FRENO TAMBOR:

Para empezar se hecha el freno de mano y se aflojan los tornillo de las ruedas media vuelta.
Levantar el coche y colocar por seguridad un tope de seguridad y terminar de quitar la rueda.
Quitar el tapón del tambor con una herramienta especializada o un destornillador a groso modo.
Quitar la tuerca del tambor .
Poner la marcha atrás y quitar el freno de mano.
Quitar el tambor de freno, si no sale con relativa facilidad o esta bloqueado, usar un extractor. al usar el extractor se utilizan los tornillos de las ruedas para anclar el extractor al tambor.
Se procede a retirar los muelles de sujeción.
Extraer los muelles inferior de retorno de zapata. se retiran las zapatas y se desengancha el cable de freno de mano.
retirar el tapón del deposito de liquido de freno, para reducir la perdida de liquido mientras se quita el cilindro envolver con plastico.
Aflojar el racor de canalización rigida.
Quitar los tornillos de fijación del cilindro y retirar el cilindro. Proteger el racor de canalización rigida abierto con un trapo. y limpiar bien el plato antes de empezar el montaje.
En este caso se procede a la utilización de un kit premontado de la marca lucas.
Usamos esta marca por que la cogida del cilindro es de dos tornillos como el que hemos retirado. los bosh solo traen 1.
Se procede a colocar el cilindro en si sitio y se ponen los tornillos.
Se coloca el racor del canalización rígida.
Al haber abierto el circuito es posible que alla entrado aire así que es necesario el purgado del sistema una vez se halla terminado la operación de montaje
Aplicar un poco de grasa suministrada en el kit a los puntos de contacto de las zapatas.
Las zapatas tienen un colocación de ajuste y se marca la zapara derecha con una R (right)
Se engancha el cable del freno de mano y se colocan las boquillas superiores de las zapatas al cilindro del mando.
Se colocan los apoyos inferiores, y se colocan los muelles de sujeción con los muelles y las arandelas nuevas proporcionadas en el kit. y se ajustan bien los apoyos del cilindro.
Se coloca el tambor de freno. Esta tuerca no viene en el kit y hay que reemplazarla cada vez que se retire. y apretar la tuerca con una llave dinamométrica a los kilos que indique el fabricante y colocar el tapón y la rueda.
Retirar el plástico del deposito de liquido y proceder al purgado del sistema.