frenos
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Descripción de tipos de frenos y asociaciones internacionales que los regulan.TRANSCRIPT
FRENOS
Los frenos y los embragues son en esencia un mismo dispositivo. Cualquiera de ellos permite
una conexión por fricción, magnética, hidráulica o mecánica entre dos elementos de máquina
Si ambos elementos conectados giran, entonces el dispositivo se conoce como embrague. Si
uno de los elementos gira y el otro queda fijo, se conoce como freno. Un embrague, por lo
tanto, permite una conexión interrumpible entre dos flechas en rotación, por ejemplo el
cigüeñal de un motor de automóvil y la flecha de entrada a su transmisión. Un freno permite
una conexión interrumpible entre un elemento giratorio y un plano de tierra no giratorio, por
ejemplo la rueda de un automóvil y su chasis. El mismo dispositivo sirve tanto de embrague
o como de freno, con su elemento de salida fijo en una flecha giratoria o a tierra.
Los frenos se clasifican de diversas maneras, según su forma de accionamiento, su forma de
transferencia de energía entre los elementos, y el carácter del Acoplamiento.
Los medios de accionamiento son: mecánico, como empujar el pedal del embrague de un
automóvil; neumático o hidráulico, en el cual la presión de un fluido impulsa un pistón para
acoplar o desacoplar mecánicamente, como en los frenos de los vehículos; eléctrico, que
suele emplearse para excitar una bobina magnética, o automático, como en un freno contra
desboque, que se acopla debido al movimiento relativo entre elementos.
Frenos Magnéticos
Tienen muchas ventajas, como tiempos de respuesta mus breves, facilidad de control, inicios
y paros muy suaves, y están disponibles energizados acoplados o energizados desacoplados
(a prueba de falla). Se suministran versiones tanto de embragues como de frenos, así como
módulos combinados embrague y freno.
Freno de Fricción de operación magnética
Frenos de partículas magnéticas
No tienen un contacto de fricción directo entre disco del embrague y carcaza, y no hay
material de fricción que se desgaste. El espacio o entrehierro entre superficies está lleno de
un fino polvo ferroso. Al energizarse la bobina, las panículas de polvo forman cadenas a lo
largo de las líneas de flujo del campo magnético, acoplando el disco a la carcaza, sin desli-
zamiento. Es posible controlar el par de torsión, modificando la corriente de la bobina;
entonces, cuando el par de torsión aplicado exceda el valor establecido por la corriente de la
bobina, suponiendo un voltaje constante, el dispositivo se deslizará.
Frenos de histéresis magnética
No tienen un contacto mecánico entre los elementos en rotación y, por lo tanto, al
desacoplarse tienen una fricción cero. El rotor, que también se conoce como taza de arrastre,
es arrastrado (o frenado) por el campo magnético establecido por la bobina de campo (o imán
permanente). Estos dispositivos se utilizan para controlar el par de torsión en flechas, en
aplicaciones como máquinas bobinadoras, donde deba aplicarse una fuerza constante a una
trama o hilo de material, conforme se va embobinando. El par de torsión en un embrague de
histéresis se controla de manera independiente de la velocidad. Estos dispositivos son en
extremo suaves, silenciosos y de larga vida, ya que no hay contacto mecánico dentro del
embrague, excepto en sus cojinetes.
Freno de Histéresis
Frenos de Disco
Los frenos de disco rara vez se fabrican coa recubrimientos cubriendo toda la circunferencia
de la cara, porque entonces se sobrecalentarían. Los frenos a menudo deben absorber grandes
cantidades de energía en aplicaciones repelidas. Los frenos de disco de mordazas, como los
que se usan en los automóviles, utilizan pastillas de fricción que se aplican sólo sobre una
pequeña fracción de la circunferencia del disco, dejando el resto expuesto para enfriamiento.
A veces el disco está ventilado mediante pasajes internos de aire a fin de promover el
enfriamiento. La mordaza casi siempre se monta sobre el disco y consta de dos pastillas, cada
una de ellas frotando en uno de los dos lados del disco. Con esto se compensa la fuerza axial
y se reducen las fuerzas axiales sobre los cojinetes.
Los frenos de disco se utilizan de forma común en automóviles, en particular en las ruedas
delanteras, mismas que aportan más de la mitad de la fuerza de detención. Algunas de las
ventajas de los frenos de disco sobre los de tambor son su buena controlabilidad y linealidad.
Freno de disco para una bicicleta
Frenos de Tambor
Los frenos de tambor aplican el material de fricción contra la circunferencia de un cilindro,
ya sea externa, interna o en ambas caras. Estos dispositivos se utilizan más a menudo como
frenos que como embragues. La parte sobre la cual el material de fricción está remachado o
cementado con adhesivo se conoce como zapata del freno, y la pieza contra la que frota es el
tambor del freno. La zapata es empujada hacia el tambor para crear el par de torsión de
fricción. La configuración más simple de un freno de tambores el freno de banda, que es una
zapata flexible, enrollada alrededor de la mayor parte de la circunferencia externa del tambor,
y que se aprieta contra éste. De manera alterna, una zapata (o varias) relativamente rígida y
recubierta puede pivotearse contra la circunferencia interior o exterior (o ambas) del tambor.
Si la zapata entra en contacto con sólo una pequeña porción anular del tambor, se trata de un
freno de zapata corta, de lo contrarío se trata de un freno de zapata larga. La geometría de la
zapata corta, comparada con la de la larga, requiere en cada caso un tratamiento analítico
diferente. Los principios también son los mismos para los frenos con zapatas internas.
Frenos de tambor externos de zapata corta
En la imagen siguiente se muestra un diagrama esquemático de un freno de tambor externo,
de zapata corta. Si el ángulo θ subtendido por el arco de contacto entre zapata y tambores
pequeño (mas o menos 45°) entonces podemos considerar que la fuerza distribuida entre la
zapata y el tambor es uniforme.
Ensamble del freno de tambor externo
Frenos de tambor externos de zapata larga
Si el ángulo de contacto θ entre zapata y tambor de la siguiente imagen es mayor a 45°, en-
tonces no será correcta la hipótesis de una distribución uniforme de presión sobre la
superficie de la zapata. La mayor parte de los frenos de tambor tienen ángulos de contacto de
90° o mayores, por lo que será necesario un análisis más preciso al de la hipótesis de zapata
corta. Dado que cualquier zapata de freno en realidad no será infinitamente rígida, sus
deflexiones afectarán la distribución de la presión. Resulta muy complicado un análisis que
lome en consideración los efectos de la deflexión y casi no se requiere aquí. Conforme la
zapata se desgasta, girará alrededor punto O y el punto A se moverá mis que el punto B en
razón de su mayor distancia desde O. La presión en cualquier punto de la zapata también
variará en proporción a su distancia a O.
Ensamble de freno de tambor externo de zapata larga
Frenos de tambor internos de zapata larga
La mayor parte de los frenos de tambor (y casi todos los de automóvil) llevan zapatas internas
que se expanden contra la parte interior del tambor. Por lo general se utilizan dos zapatas, que
se pivotean contra los extremos de un tomillo de ajuste y que son empujados contra el tambor
por un cilindro hidráulico de doble actuación. Resortes ligeros mantienen las zapatas contra
los pistones del cilindro de la rueda y tiran de las zapatas alejándolas del tambor cuando no
están activados. La rueda del automóvil n fija directamente al tambor del freno. El análisis de
un freno con zapata interna es el mismo que el correspondiente a uno de zapata externa.
Asociaciones Internacionales
SAE J 880-2011 (SAE J880-2011)
Sistema de frenos calificación de la prueba ~ Código de Vehículos Comerciales
Este código está diseñado para vehículos comerciales de más de 4500 kg (10 000 lb) con
sistemas de freno que tienen rangos de presión típicas de servicio 0 a 14,1 MPa (0 a 2050 psi)
hidráulico o de 0 a 830 kPa (0 a 120 psi) de aire y no es directamente aplicable a vehículos
con otros sistemas.
SAE J 2536-2011 (SAE J2536-2011)
Procedimiento de prueba para el sistema de frenos antibloqueo (ABS / Anti-Lock) el
rendimiento de los camiones, camiones tractores y autobuses de más de 4536 kg (10 000 lb).
Este procedimiento de ensayo está diseñado para determinar la estabilidad del vehículo, la
maniobrabilidad, la capacidad de frenado y la función del sistema en diferentes condiciones
de las carreteras de la superficie, incluyendo superficies de fricción variables y uniforme con
aplicación de los frenos full-threadle/pedal para obtener el máximo rendimiento con la
activación del ABS / Anti-Lock.
SAE J 1291-2011 (SAE J1291-2011)
Sistema de frenos de automóviles hidráulico
Este documento ha sido declarado "estabilizado" y ya no ser sometido a revisiones periódicas
de la moneda. Los usuarios son responsables de verificar las referencias y la adecuación
permanente de los requisitos técnicos.
ASTM E1337 - 90 (2008) Método de prueba estándar para determinar la máxima
longitudinal de frenado Coeficiente de superficies pavimentadas por medio de neumáticos
estándar de prueba de referencia
ASTM D622 - 99 (2005) Métodos de prueba estándar para manguera de goma para aire
acondicionado automotriz y sistema de frenos de vacío
ASTM F1649-96 (2003) Métodos de prueba estándar para la Evaluación de Rendimiento en
mojado tracción de frenado de los neumáticos para turismos en vehículos equipados con
sistemas antibloqueo de frenado
ISO 8710:2010
Motocicletas - Frenos y sistemas de frenos - Pruebas y métodos de medición
ISO 8710:2010 especifica los ensayos y métodos de medición para sistemas de frenos de servicio y, en su caso,
los sistemas asociados del freno de estacionamiento de motocicletas de dos ruedas (3-3), motocicletas con
sidecar (3-4) y vehículos de tres ruedas (3-5), que son destinado a circular por las vías públicas, con el fin de
uniformar los procedimientos de prueba en todo el mundo para sistemas de frenado.
BS ISO 8709:2010
Los ciclomotores. Los frenos y sistemas de frenos. Las pruebas y los métodos de medición (British Standard)
ISO 8709:2010 especifica los ensayos y métodos de medición para sistemas de frenos de servicio y, en su caso,
los sistemas asociados del freno de estacionamiento de los ciclomotores de dos ruedas (3-1) y ciclomotores de
tres ruedas (3-2) que están destinados para su uso en la vía pública, con el fin de establecer procedimientos de
ensayo uniformes en todo el mundo para sistemas de frenado.