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Mecanismos del automóvil
Sistema de frenos
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Ing. Hugo L. Agüero Alva
¿Qué es el frenado?
El principio de funcionamiento de un sistema de frenado es la reducción de la energía cinética y/o potencial para transformarla en energía calorífica. Con esta transformación de energía se consigue la reducción de la velocidad del vehículo.
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.
Ing. Hugo L. Agüero Alva
-Eficacia: Con un mínimo de esfuerzo sobre el pedal, conseguir 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
Formas de frenadoa)Acción de las fuerzas retardadorasSi se rueda en punto muerto o desembragado, las fuerzas retardadoras (rozamientos de los órganos de transmisión, resistencia a la rodadura, y resistencia al aire), provocan la disminución de velocidad del vehículo.
b) Frenado con el motorCuando uno levanta el pie del acelerador, el motor tiende a caer en ralentí de modo que su giro forzado frena y disminuye la velocidad. Es el uso del motor como freno y es muy continuo en la marcha normal.
c) Frenos mecánicosEstos frenos actúan por rozamiento de guarniciones apropiadas sobre los tambores solidarios de las ruedas
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Componentes del sistema de frenos de un automóvil sin ABS
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Componentes del sistema de frenos de un automóvil sin ABS
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Componentes del sistema de frenos de un automóvil con ABS
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El pedal del freno
1) Salpicadero inferior
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El cilindro maestro
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El servofreno
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Conductos de vacío
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Componentes de un freno de disco
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Despiece de frenos de discos delantero
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Componentes del freno de tambor
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Despiece de frenos de tambor trasero
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Desaceleración, tiempo y distancia de frenado
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
Ing. Hugo L. Agüero Alva
El proceso de frenado
Tiempo de reconocimiento del peligro: aprox: 0,4 seg
Tiempo previo al frenado ( ) : aprox: 0,8 a 1,0 seg
y está compuesto por:
2donde:
, tiempo de reacción del conductor, aprox: 0,2 a 0
vz
Svz 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
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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
adonde
t
v
a
2
AH VZ s = .t + 2.
:
, tiempo previo al frenado
, velocidad inicial del vehículo
, aceleración
vz
vv
adonde
t
v
a
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La fuerza en el pedal del freno
1
2
-La fuerza que ejerce el conducto 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 genera
F
F
2
1 1 2 2
1 12
2
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
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Presión en el circuito
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Fuerzas 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
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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
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Fuerzas 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
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La dinámica del frenado
:
, Fuerza de inercia que aparece durante el frenado
, Fuerza de frenado en las ruedas delanteras
, Fuerza de frenado en las ruedas traceras
, Centro de gravedad del vehículo
i
d
t
donde
F
F
F
CG
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La potencia efectiva del motor Ne, se conduce mediante el sistema de transmisión desde la volante de impulsión del motor hasta las ruedas motrices.
En cada uno de los componentes del sistema de transmisión se producen “pérdidas”, llegando a las ruedas la potencia disminuida:
. ........................ (1)r e trN N
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La potencia en las ruedas motrices está dada por la siguiente relación:
. ......................... (2)
:
, Fuerza de impulsión en la rueda
, Velocidad del vehículo
............................. (3)
.(1) en (3) ..........(4)
r i
i
ri
e tri
N F v
donde
F
v
NF
v
NF
v
Ing. Hugo L. Agüero Alva
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:
2.21
vMEc
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 .
MF
a
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
av
t f
fd
ft
Ing. Hugo L. Agüero Alva
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
Cuadro indicativo experimental de velocidad, desaceleración y tiempo
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Problema
El automóvil que pesa 1200 Kg está viajando a 100 Km/h, detiene su vehículo con una deceleración de 5 m/s2.
Calcular:
a)Tiempo transcurrido entre el comienzo del frenado y la parada.b)Distancia recorrida durante el frenadoc)Velocidad del vehículo a los dos segundosd)Energía cinética que llevaba antes de frenar
Ing. Hugo L. Agüero Alva
Para calcular la distancia de frenado “D”, para una velocidad “V”, con buenos neumáticos, sobre piso de hormigón o asfalto rugoso, y suponiendo una eficacia de 80%, se puede aplicar la siguiente fórmula:
V2 (km/h) D (m) = -----------------
200
