s12 sistema de frenos
TRANSCRIPT
Mecanismos del automóvil
Sistema de frenos
Ing. Hugo L. Agüero Alva
El sistema de frenado
Todos los vehículos están
dotados de freno a todas las
ruedas incorporando, en muchos
casos, sistemas de ayuda que
disminuyen los esfuerzos que
realiza el conductor (servofrenos).
El sistema de frenado es un
aspecto de suma importancia en
la seguridad activa del vehículo.
Ing. Hugo L. Agüero Alva
¿Qué es el sistema de frenado
El sistema de frenado es el conjunto de mecanismos y
componentes que se encargan de:
-Reducir la velocidad del vehículo
-Permitir la detención total del vehículo
-Mantener el vehículo inmóvil
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Principio de funcionamiento
El frenado es la aplicación de una superficie fija contra
una superficie giratoria, para disminuir la velocidad o
detenerlo.
El rozamiento que se produce entre las superficies en
contacto, se convierte en calor, que se disipa a la
atmósfera por radiación.
La energía cinética y/o potencial es transformada en
energía calorífica y con ello se consigue la reducción de
la velocidad del vehículo.
Ing. Hugo L. Agüero Alva
-Eficacia: Con un mínimo de esfuerzo sobre el pedal,
conseguir el frenado en un tiempo y distancia mínima.
- Estabilidad: Al frenar el vehículo debe conservar su
estabilidad sin derrape, desviaciones ni reacciones del
volante.
-Comodidad: De manera progresiva, con un recorrido de
pedal razonable, sin ruidos ni trepidaciones.
Requisitos de un sistema de frenos
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Sistema de frenado - Instalaciones
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Las normas estipula que el sistema de frenado de un
vehículo automotriz debe incluir:
-Freno de servicio
-Freno de socorro
-Freno de estacionamiento
Freno de servicio
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Este freno se usa para decelerar el vehículo durante la
conducción normal, deteniéndolo en forma segura y con la
eficacia exigida por la reglamentación, cualquiera sean sus
condiciones de velocidad, carga y la pendiente de la
carretera.
El pedal de freno permite el control del vehículo, de un modo
preciso, durante el frenado.
Tipos de frenos de servicio
En función de las exigencias y tipo de vehículo se emplean
sistemas con distintas fuerzas de transmisión (fuerza
mecánica, hidráulica, electromagnética, neumática).
En vehículos de turismo se emplean casi siempre sistemas
de frenos hidráulicos (“frenos de pedal”) y frenos de
estacionamiento mecánicos (“frenos de mano”).
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Freno de socorro o auxiliar
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Este freno debe permitir la detención del vehículo, en la
distancia prevista, en caso falle el freno de servicio.
El conductor deberá conseguir la frenada desde su
asiento y controlando el volante al menos con una mano.
Ejemplo: freno de motor o escape, freno hidrodinámico y
freno eléctrico.
Freno de estacionamiento
Ing. Hugo L. Agüero Alva
El sistema de frenos de estacionamiento ó “freno de mano” fija
el vehículo en su posición –también en posiciones inclinadas y
en la ausencia del conductor.
Actúa solo sobre las ruedas de un eje.
Por razones de seguridad entre el dispositivo de actuación y el
freno de rueda debe existir la unión mecánica completa por
medio del cable del freno de mano.
Fuentes de generación de fuerza para el frenado
Encargados de proporcionar , regular y controlar la fuerza
necesaria para realizar el frenado.
Pueden ser:
-Frenado por energía muscular, la fuerza de frenado es
proporcionada únicamente por el conductor.
-Frenado asistido, la energía es suministrada por la fuerza
aplicada por el conductor y en parte por algún dispositivo de
suministro de energía (servofrenos hidráulicos, neumáticos).
-Otros tipos, como los sistemas de freno con fuerza externa
(ABS), freno automático de remolques, etc.
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Componentes del sistema de frenado
Un sistema de frenado se compone de:
1) Dispositivo de actuación.- El conductor genera y
controla la fuerza de frenado deseada.
2) Dispositivo de transmisión.- A través de el se transmite
la fuerza de frenado del conductor a los frenos de rueda.
3) Frenos de rueda.- Retardan el movimiento de las ruedas
del vehículo.Ing. Hugo L. Agüero Alva
Componentes del sistema de frenos de un automóvil con servoasistencia
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Componentes del sistema de frenos de un automóvil con ABS
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Frenos
El freno es la parte del sistema de frenado donde se generan
las fuerzas que se oponen y contrarrestan el movimiento del
vehículo.
El freno transforma la energía cinética del vehículo en calor
que se disipa al medio ambiente por convección.
La mayoría de los vehículos están equipados por frenos de
fricción, que usan la energía de frenado, almacenada en
forma de presión, para presionar componentes fijos
(pastillas, zapatas) contra componentes rotatorios (disco,
tambor).
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Freno de disco
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Freno de tambor
Ing. Hugo L. Agüero Alva
El proceso de frenado comprende dos tiempos:
1) Tiempo de reacción (del conductor y mecanismos), y
2) Tiempo de frenado propiamente
El tiempo total de frenado es la suma de los dos tiempos
anteriores.
El proceso de frenado
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Según ensayos efectuados por la firma Bosch, se
desprenden las conclusiones relativas a un conductor de
aptitudes normales:
-Para un conductor advertido de la presencia de un
obstáculo y que se apresta a frenar: 0,6 a 0,8 s
-Para un conductor atento: 0,7 a 0,9 s
-Para un conductor distraído por la conversación, maniobra,
etc.: 1,0 a 1,1 s
-Para un conductor desatento: 1,4 a 1,8 s
Tiempo de reacción del conductor
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Tiempo de reconocimiento del peligro: aprox: 0,4 seg
Tiempo previo al frenado ( ) : aprox: 0,8 a 1,0 seg
y está compuesto por:
2
donde:
, tiempo de reacción del conductor, aprox: 0,2 a 0
vz
S
vz R U A
R
t
tt t t t
t ,3 seg
, tiempo de cambio de pedal, aprox: 0,2 seg
, tiempo de reacción del mecanismo de freno, aprox: 0,2 seg
, tiempo de umbral, aprox: 0,4 seg
Según la Norma UE CEE 71/320, la suma del y n
U
A
S
A S
t
t
t
t t o debe de
sobrepasar 0,6 seg
Ing. Hugo L. Agüero Alva
AH
AH VZ
AH
Tiempo de frenado total (t ), es igual a:
t = t +
:
, tiempo previo al frenado
, velocidad inicial del vehículo
, aceleración
Recorrido de detención (s ), es igual a:
vz
v
a
donde
t
v
a
2
AH VZ s = .t + 2.
:
, tiempo previo al frenado
, velocidad inicial del vehículo
, aceleración
vz
vv
a
donde
t
v
a
Ing. Hugo L. Agüero Alva
La fuerza en el pedal del freno
1
2
-La fuerza que ejerce el conductor al frenar ( ), se aumenta
por efecto de la palanca de las varillas del pedal del freno.
- En el cilindro principal de frenado actúa la fuerza aumentada ( )
y gener
F
F
2
1 1 2 2 2
1 1 2
2
2
a la salida del cilindro la presión del circuito ( ).
La fuerza de ingreso al cilindro maestro ( ),se calcula:
.
de donde:
L
p
p
F
F r r F r
F r rF F
r
Ing. Hugo L. Agüero Alva
La fuerza en el pedal del freno
1
2
-La fuerza que ejerce el conductor al frenar ( ), se aumenta
por efecto de la palanca de las varillas del pedal del freno.
- En el cilindro principal de frenado actúa la fuerza aumentada ( )
y gener
F
F
2
1 1 2 2
1 1
2
2
a la salida del cilindro la presión del circuito ( ).
La fuerza de ingreso al cilindro maestro ( ),se calcula:
. .
.de donde:
L
p
p
F
F r F r
F rF F
r
2r
1r
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Presión en el circuito
Ing. Hugo L. Agüero Alva
La dinámica del frenado
LA ECUACION FUNDAMENTAL DE FRENADO
.
:
, Fuerza de inercia que aparece durante el frenado=m.a
, Fuerza de frenado
, Total de fuerzas que se oponen al avance del vehículo
resis acel f
i
f
resis
F F F m a
donde
F
F
F
, Total de fuerzas que favorecen el movimiento.
, Centro de gravedad del vehículo
acelF
CG
Las fuerzas que se oponen al movimiento del vehículo
son las siguientes:
-Resistencia al avance por rodadura
-Resistencia aerodinámica
-Resistencia por pendiente
Las expresiones de cada una son:
2
2
. .cos
.
= A.v 1,6
.cos . A.v 1,6
r
p
a
resist r p a
resist
F f G
F G sen
CxF
F F F F
CxF G G sen
Ing. Hugo L. Agüero Alva
2A, m
, en km/h
, n Na
v
F
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Fuerzas de frenado en frenos de tambor
Diagrama para el valor característicode los frenos
, Fuerza de aprieto
, Fuerza periférica
, Valor característico de los frenos
, Coeficiente de rozamiento dinámico
R
T
o
F
F
C
Ing. Hugo L. Agüero Alva
La fuerza periférica en el freno de tambor está dada por:
.
El coeficiente dinámico de rozamiento, puede variar:
0,30 a 0, 4
T RF C F
T
T
0
En una rueda en proceso de frenado aparecen los siguientes pares o momentos:
. .
donde:
, Fuerza periférica en el tambor
, Radio del tambor
, Fuerza de f
T FR D
T
FR
F r F r
F
r
F renado por rueda
, Radio dinámico de la ruedaDr
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Fuerzas de frenado en frenos de disco
2. .
, Fuerza periférica
, Fuerza de aprieto
, Radio del disco
T D R
T
R
D
F F
F
F
r
RF
Dr
La energía cinética que posee un cuerpo de masa “M”, y
que lleva una velocidad “v” , tiene por expresión:
La acción de frenado desarrolla en las bandas de
rodadura de un vehículo una fuerza de frenado “F”, desde
su entrada en acción hasta su parada, un trabajo igual a
la energía cinética a absorber.
Si designamos por “d” la distancia recorrida durante el
frenado y suponiendo “F” constante, se tiene:
2.2
1vMEc
dFEc .Ing. Hugo L. Agüero Alva
La experiencia indica que, durante el frenado, la
aceleración negativa “a” prácticamente es constante;
estando ligada a la fuerza de frenado por:
Estas fórmulas permiten calcular:
a) La deceleración, conociendo la fuerza de frenado:
aMF .
M
Fa
Ing. Hugo L. Agüero Alva
b) La distancia de parada conociendo la deceleración
c) El tiempo de frenado
2 21 / 2 .
. 2f
Ec M v vd
F M a a
a
vt f
fd
ft
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Desaceleración, tiempo y distancia de frenado
Ing. Hugo L. Agüero Alva
2
2
o
Desaceleración de frenado:
2.
Tiempo de frenado:
2
Distancia de frenado:
2 2
Velocidad inicial:
v . 2 .
o o
o
o
o o
v va
t s
v st
a v
v t vs
a
a t a s
En relación al coeficiente de adherencia , es posible
obtener el espacio mínimo de frenado s (metros), cuando un
vehículo se desplaza a una velocidad v (km/h):
2
, donde:254
, velocidad en km/h
, espacio de frenado en m
vs
v
s
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Problema 1
En el sistema de frenos de un vehículo (discos delanteros
y tambor trasero), se tienen los siguientes datos:
•Distancia del eje del pedal al eje del cilindro maestro:
r1=20 cm, r2=5 cm
•Diámetro de cilindro maestro: 2,5 cm
•Diámetro en los bombines de freno de zapata: 2,4 cm
•Diámetro en el bombín de freno de disco: 6,0 cm
•Área de las pastillas de freno: 18 cm2
•Área de las zapatas: 100 cm2
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Si el conductor aplica una fuerza de 75 kg, calcular
1) La fuerza resultante en el cilindro maestro, kg-f.
2) La presión en el sistema de frenos, bar
3) La fuerza de aprieto, la fuerza tangencial y el torque
en el tambor de freno, asumir coeficiente de
rozamiento de 0,40 de un simplex, kg-f.
4) La presión que ejercen las zapatas sobre el tambor de
freno, bar
5) La fuerza de aprieto y la fuerza tangencial que se
origina en el disco de freno, asumir coeficiente de
rozamiento de 0,35, kg-f
6) La presión que ejercen las pastillas sobre el disco, en
bar
7) Calcular la fuerza total de frenado en las cuatro
ruedas, en kg-f
Ing. Hugo L. Agüero Alva