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Frenos de automóvil parte 1 - Monografía



 
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Automóviles. Coches. Motores de gasolina. Sistemas de frenado. Cilindros. Frenos de tambor, de mano, de poder, al vacío. Boster. Discos de frenado



Tesis Sistema de frenos de la Unidad a gasolina



Introducción


Los sistemas de frenado han ido avanzando conforme ha transcurrido el tiempo. Antiguamente los sistemas de frenado eran muy deficientes ya que no se contaba con mucha tecnología y ante todo era difícil crear un mecanismo 100% seguro.

Al transcurrir los años el sector productivo empezó a exigir una nueva tecnología en estos sistemas, esto llevó a que se lograra lo que es ahora un sistema de frenado de tambor y de disco.

Estos sistemas estando en un buen estado son casi 100% seguros ya que todos los vehículos recurren a estos sistemas para poder tener un frenado eficiente.

Después de los sistemas de tambor y de disco, se implementó otro complemento llamado “Boster”, este complemento ayuda a disminuir la presión aplicada al pedal, lo que da como resultado un frenado más suave y seguro.

CAPITULO I “Cilindros ”



1.1 El cilindro maestro sencillo.



En los sistemas hidráulicos de los frenos; se presentan como principales las siguientes partes: Un cilindro maestro sencillo o un cilindro maestro doble (tandem), válvulas regulares de presión, de seguridad y compensadora, líneas de líquido de frenado, cilindros de rueda o calipers.

El cilindro maestro sencillo es la parte del sistema hidráulico que transforma la fuerza aplicada al pedal del freno en presión hidráulica. Esta presión es idéntica en todos sus puntos, por lo tanto, s se presenta una falla en una sección del sistema afecta la totalidad de éste.

En síntesis el cilindro maestro sencillo es un complemento que transforma la fuerza duplicada al pedal en presión hidráu1ica para hacer funcionar el sistema de frenado.

También es importante, ya que de este sistema depende la seguridad y hasta la vida del conductor u operador.

1.2 El cuerpo del cilindro es de fierro fundido.



La parte superior del cilindro maestro es un depósito que se utiliza para almacenar él líquido para frenos de reserva que pueda necesitar el sistema. El depósito también presenta un área dentro de la cual, el líquido puede expandirse cuando aumenta su temperatura. Esta área está formada de un orificio largo y pulido que permite que se mueva un pistón hacia delante, esta conectado al depósito por medio de dos orificios.
El cilindro maestro consta, también de dos líneas de liquido de frenado, el cual fluye por estos dos conductos y se dirigen hacia los cilindros auxiliares los cuales se encuentran en las ruedas de la unidad motorizada.

Los guarda polvos: Son dispositivos que impiden que entre el polvo o agua al cilindro. Están construidos de caucho, Goma primaria: La goma primaria es el sello delantero del pistón y esta construida de hule Mantiene sellada la presión adelante del pistón cualquier fuga en este lugar hará que el líquido de frenos regrese al depósito a través del orificio d compensación la abertura de llenado. Comúnmente una falla en la goma primaria se siente por lo bajo del pedal del freno.

La goma secundaria: la goma secundaria sella una cámara posterior a la goma primaria el líquido para frenos fluye del depósito a través de la abertura de llenado y dentro de esta cámara, como los bordes del sello de las gomas primarias y secundarias quedan frente a frente, el líquido dentro de ésta cámara puede fluir bajo los bordes de la goma primaria y pasar al cilindro pero no puede pasar a la goma secundaria y por lo tanto puede salirse del cilindro, si la goma secundaria está desgastada o dañada, el líquido se saldría por la abertura de la válvula de empuje.

La válvula de presión residual: los cilindros maestros que utilizan en los sistemas de frenos de tambor también tienen una válvula de presión residual (o de retención); ésta válvula mantiene una pequeña presión estática y constante en el sistema hidráulico, incluso cuando está suelto el pedal del freno. La presión varía de 0.3 a 1.5 kg/cm2 de acuerdo con cada sistema.

Esta pequeña presión mantiene las formas del cilindro de rueda bien apretadas contra las paredes del cilindro, con ello impide la entrada de aire en el sistema cuando no está trabajando. Una falla de la válvula de la presión residual se manifiesta cuando hay que purgar el sistema muy seguido para mantener el pedal alto.

El orificio de llenado: El orificio de llenado se presenta como una abertura larga que comunica el depósito de líquido para frenos con los cilindros, la cual permite que se pase del depósito al cilindro.

1.3 Partes del Cilindro



La Abrazadera:

La abrazadera es una especie de gancho sujetador que se utiliza para retener la tapa del depósito del liquido de frenos.

La Tapa:

La tapa es un dispositivo que se localiza en la parte superior del cilindro que sirve para cerrar el depósito de líquido para frenos y la inferior de la tapa del mismo es un empaque para impedir fugas y para separar la superficie del líquido de la atmósfera ya que este es giroscopio, es decir que absorbe la humedad del aire.

El Pistón:

El pistón tiene la forma de carrete y presenta dos gomas o sellos, entra en el cilindro cuando se aplica el pedal del freno cuya fuerza da presión al líquido en el sistema.

Resorte Retenedor del Pistón:

Es un dispositivo que permite que el pistón vuelva a su posición normal cuando se suelta el pedal del freno.

El orificio de compensación es una pequeña abertura que comunica el depósito con el cilindro que permite la expansión  y contracción del líquido para frenos debido a cambios de temperatura que, que si la varilla de empuje se ajusta demasiado descubierto el orificio de compensación, lo cual traerá como consecuencia que los frenos no suelten después de aplicar varias veces el pedal del freno. Si la varilla se ajusta en forma muy corta el pedal tendrá un recorrido excesivo antes de que los frenos comiencen a funcionar.

1.4 Cilindro maestro Doble (tandem.



El cilindro maestro doble es una sola pieza fundida que contienen 2 cilindros maestros sencillos combinados.

Todos los vehículos automáticos que se producen actualmente vienen equipados con doble sistema de frenad, uno para las ruedas delanteras con el deseo de que si falla uno el otro todavía pueda detener el vehículo, por lo tanto a esto se debe que se utilice el cilindro maestro doble.

Todos los cilindros maestros dobles funcionan de la misma manera aunque pueden tener diseños muy distintos, así algunas veces sus dos depósitos de líquido para frenos varían en forma y capacidad.

Los cilindros de vehículos equipados exclusivamente con un sistema de frenos de discos, dan capacidad de los depósitos es casi idéntica.

1.5 Como funciona un cilindro maestro doble.



Cuando se aplica una fuerza al pedal del freno esta se multiplica por medio del brazo de la palanca del pedal, la cual ya multiplicada se transmite al pistón primario del cilindro maestro por medio de la carilla de empuje eso provoca que avance el pistón impulsando este por el resorte del pistón primario y por el líquido del freno contenido entre el pistón primario y el secundario. Esta trae como consecuencia que aumente la presión hidráulica por igual en ambos sistemas. Al soltar el pedal del freno los resortes retractores hacen retroceder los pistones, liberándose así la presión hidráulica.

Si el vehículo automotor está equipado con un sistema de frenos de disco y de tambor, los dispositivos de capacitadores. Él depósito de mayor capacidad es para el sistema de frenos de disco y el menor para el tambor.
El sistema de frenos de disco requiere un deposito de líquido de una capacidad mayor ya que los diámetros interiores de los cilindros del dispositivo operador de los discos son mucho mayores que los de los cilindrados de las ruedas del tipo tambor.

A medida que el dispositivo operador de los discos (mordaza) se expande para compensar el desgaste de la balata del freno, el líquido del dispositivo deberá llenar el espacio adicional sin dejar el deposito vació.

Normalmente el dispositivo posterior de un cilindro maestro alimenta el sistema de frenos delantero y anterior a las ruedas. Sin embargo, hay otros cilindros maestros, del depósito anterior alimenta al sistema de frenos delantero y posterior al sistema de frenos trasero.

1.6 Válvulas reguladoras de presión.



Las válvulas reguladoras de presión se utilizan para mejorar la distribución de la fuerza de frenado entre las ruedas delanteras y traseras, ya que cuando se frena a velocidades muy altas, la presión del sistema hidráulico es considerable y las ruedas traseras pueden trabarse y patinar. Esto se debe a que cuando se frena, el peso del vehículo se mueve a las ruedas delanteras lo cual se presenta en los sistemas de frenos combinados (discos y tambor).

Para evitar esta tendencia a derrapar, algunos vehículos automotores utilizan válvulas reguladoras de presión en el sistema de frenos trasero. Esta válvula reduce la presión que se aplica a los cilindros de las ruedas traseras en relación con la que llega al dispositivo operador de los frenos de disco (mordaza).

1.7 Válvulas de seguridad.



Las válvulas de seguridad son aquellas que se utilizan para señalar al operador de un vehículo a través de un foco, cualquier falla en el sistema de frenos.

Estas válvulas se presentan en algunos vehículos en forma de unidades individuales, mientras que en otras se combinan dos en un solo conjunto.

El tipo de válvulas de seguridad que lleva un vehículo automotor está de acuerdo con el sistema de frenos específico que utiliza.

La válvula de seguridad es regulada por presión diferencial y está conectada a los 21 tubos de los frenos que unen el cilindro maestro con las demás piezas de los sistemas de frenos delanteros y traseros.
Cuando estos dos sistemas funcionan adecuadamente, la presión es idéntica en ambos. Por lo tanto, una diferencia de presión indica un mal funcionamiento.

El tipo más común de válvula de seguridad regulada por presión diferencial se compone de un pistón en forma de corriente que se mueve libremente en un conducto conectado a los dos sistemas de frenos (traseros y delanteros) mientras la presión se mantiene se indica en los dos sistemas.

El pistón permanece en el centro de conducta, al disminuir la presión en uno de los dos sistemas, la presión mayor del otro hace que el pistón se separe de su posición central.

Al separarse el pistón del cilindro uno de sus bordes internos entra en contacto con la terminal del interior. El contacto cierra el circuito del foco de advertencia produciendo su encendido.

Las válvulas de seguridad reguladas por presión diferencial se dividen en dos tipos: las que se centran automáticamente y las que no se centran por sí solas.

Las del primer tipo utilizan resortes a ambos lados del pistón para devolverla a la posición central cuando se suelta el pedal del freno.

Con este tipo de válvula e foco de advertencia funciona únicamente cuando se oprime el pedal y se apaga al soltarlo.

Las válvulas de seguridad reguladas por presión diferencial que no se centran automáticamente no tienen resortes. Por lo tanto cuando el pistón se desplaza hacia cualquiera de los lados, no regresa a su posición inicial al soltar el pedal de freno. En este tipo de válvula el foco de advertencia permanecerá encendido hasta que se haya reparado el sistema de frenos y se haya sellado el interruptor por medios hidráulicos.

Las válvulas de seguridad reguladas por presión diferencial no se pueden reparar, ya que sus piezas no se venden por separado. Por lo tanto, cuando se descomponga es necesario cambiarla.

1.8 Válvulas Condensadoras.



Las válvulas compensadoras se utilizan en la mayoría de los sistemas de frenos combinados discos y tambor. Estas válvulas retardan el flujo de líquido para frenos hacia los dispositivos operadores de los discos delanteros hasta que la presión del sistema haya aumentado a un valor determinado. Con dicho retardo la presión del sistema será suficiente para superar la tensión de los resortes retractores de las zapatas  de los frenos traseros antes que los delanteros. Estas válvulas evitan que los frenos delanteros se traben durante frenados suaves.

Algunos vehículos automotores, las válvulas compensadoras están separadas por los demás, sin embargo, la mayoría de los vehículos están equipados con válvulas compensadoras cambiadas con otras válvulas como la de seguridad y la reguladora de presión en un cuerpo común.

Estas válvulas están diseñadas para que permanezcan abiertas cuando el sistema de frenos no esta sometido a presión. Esto permite que el líquido del sistema se dilate y se contraiga con los cambios de temperatura. Al aplicar los frenos la válvula se cierra y la presión se aplica.

Cuando se aumenta la presión del freno se abre la válvula y se presuriza el sistema delantero de frenos. En vista de que la válvula compensadora funciona únicamente en un rango de presiones relativamente bajo, no afecta el frenado a altas velocidades.

Una válvula compensadora tiene un vástago o un botón externo que se utiliza para mantenerla abierta cuando se vaya a purgar el sistema.


1.9 líneas de líquido de frenado.


El sistema hidráulico tiene varios tubos flexibles o mangueras.

Las mangueras deben ser flexibles para que se puedan adaptar al giro de las ruedas y están fabricadas con capas de caucho y tela. Las conexiones enroscadas de los extremos van unidas y comprimidas con un equipo especial, este tipo de fabricación le permite a la manguera soportar fuetes presiones sin hincharse ni romperse.

Los tubos metálicos de los frenos sometidos a las mismas presiones que otras piezas del sistema hidráulico.
Los tubos metálicos para frenos están hechos de acero, ya  que un hidráulico no debe usar tubos de cobre porque no tienen la resistencia debida y se pueden romper bajo presiones de frenado fuertes.

Las conexiones y uniones del sistema hidráulico son tan importantes como los tubos. Los extremos del tubo de acero deben ser avellanados dobles, o sea que se abren y se unen entre sí para ofrecer una superficie fuerte  y uniforme.

El extremo avellanado puede mantenerse bien apretado en una unión. El tubo también puede ser avellanado sencillo pero tiene la desventaja de que puede abrirse y provocar una falla del sistema hidráulico. Siempre que sea posible se deben obtener tubos de acero para frenos ya listos con la medida.

1.10 Cilindros auxiliares.



Un cilindro auxiliar es un dispositivo hidráulico que contiene 2 pistones que se mueven hacia fuera cuando el operador del vehículo presiona el pedal de freno. Este movimiento hacia fuera empuja la zapata de los frenos contra el tambor de la rueda. Los resortes retractores mantienen separadas las zapatas del tambor y cuando el operador del vehículo suelta el pedal del freno provoca que los pistones vuelvan a su posición normal en el cilindro.

El líquido para frenos entra al cilindro por el centro y su presión es transmitida por igual a los pistones hacia los extremos de las zapatas de los frenos mediante unas varillas de empuje, las zapatas se mueven hacia fuera para hacer contacto con el tambor.

1.11 Partes del cilindro auxiliar.



El cuerpo del cilindro:

el cuerpo del cilindro es de fierro fundido y su superficie interna se presenta completamente pulida. El cilindro va unido a la placa d apoyo con 2 tornillos o pernos. Tiene una abertura roscada para conectar un tubo de acero o una manguera. Cerca de la parte superior del cilindro hay una válvula de purga que se utiliza para extraer el aire del sistema.

Los pistones:

los 2 pistones están construidos de aluminio y de otros materiales similares. El extremo que va hacia el exterior es con carga para ofrecer un asiento que sólo se centra en los extremos de las varillas de empuje. El extremo que va al interior es plano.

Las gomas del pistón:

las gomas de los pistones proporcionan un suelo a prueba de fugas para las paredes del cilindro. Sus bordes o labios son agudos lo cual provoca que el líquido de frenos los presione y así queden apretados contra las paredes del cilindro a medida que se incrementa la presión.

El resorte:

el resorte tiene como función sujetar firmemente las gomas contra los pistones, cuando el sistema esta en reposo. Esto impide que las gomas se corran o se deslicen en el cilindro, lo cual provocaría fugas de líquido.

Los guardapolvos:

Impiden que entren al cilindro polvo, agua y otros materiales extraños. No tienen función de selladores de líquido para frenos ya que este se mantiene dentro del cilindro.

Las varillas de empuje:

las varillas de empuje son de acero y funcionan como enlace entre los pistones y la zapata, a estas empujándolas para que hagan contacto con el tambor.

Los expansores de las gomas:

algunos resortes vienen equipados con expansores en sus dos extremos para que dirijan la presión de los resortes hacia los bordes o labios de las gomas. Esto provoca que la presión los mantenga bien apretados contra las paredes del cilindro. La presión del resorte se conserva pareja inclusive cuando se suelte el pedal del freno impidiendo que entre aire en el cilindro cuando se mueven los pistones.

Calipers:

los calipers o mordazas son los dispositivos operativos de un freno de discos y el funcionamiento tiene los mismos objetivos que un cilindro auxiliar en los frenos de tambor.

Capitulo II “Frenos de Tambor”



2.1 El tambor de frenado.



En los frenos delanteros un tambor es un aro metálico que está unido a la parte inferior de la rueda y gira con ella. Las zapatas del freno presionan contra la superficie interior del tambor provocando una fricción la cual reduce la velocidad del vehículo automotor hasta detenerlo.

Los tambores de frenos traseros están montados en forma diferente a los delanteros. Hay varios tipos de tambores traseros, pero él más común es el tambor flotante. Este no tiene cubo o masa y esta montado en un borde final del semieje posterior. La rueda mantiene el tambor en posición encima de que el tambor no tiene cubo o masa tampoco tiene rodamientos. Los rodamientos de las ruedas traseras se encuentran en el semieje.

2.2 Freno de mano.



El sistema del freno de mano es completamente mecánico. El operador de un vehículo automotor aplica los frenos de mano por medio de una palanca o presionando un pedal. Por lo común los frenos de mano funcionan solamente en las ruedas traseras. Para activarlo se necesitan cables accionados por palancas para llevar la fuerza aplicada por el conducto a las ruedas y no a un sistema hidráulico.

Cuando el sistema de freno de mano no depende de la parte hidráulica del sistema de frenos de servicio. Generalmente los frenos de mano usan las mismas zapatas que los frenos de servicio de las ruedas traseras.

El sistema de frenos de mano es una manera de aplicar los frenos traseros y mantener en posición de diseños para vencer la energía cinética, o sea la que es producida por un vehículo en movimiento. Su función es evitar que se mueva un vehículo cuando esté estacionado.  Es sistema de freno de mano en frenos de tambor se utiliza en la mayoría de los vehículos, es un sistema que expande las balatas traseras dentro de sus tambores, cuando el operador del vehículo aplica los frenos de mano, la fuerza del freno se transmite a las zapatas traseras por medio de cables hasta que entran  en contacto directo con los tambores y no permite que se mueva el vehículo.

2.3 Funcionamiento del freno de mano.



La mayoría de los frenos de estacionamiento necesitan de tres palancas para multiplicar la fuerza física del operador del vehículo: la primera es la palanca de mando al mover ésta, la fuerza del operador se multiplica y se utiliza para tirar del cable delantero que a su vez tira de la palanca del compensador.

La palanca del compensador multiplica la fuerza impartida por la palanca de mando y jala los cables traseros. Esta fuerza multiplicada pasa a través de un compensador que garantiza que la tracción sea la misma en ambos cables traseros. A su vez los cables traseros tiran de las palancas de los frenos de mano. Las palancas de los frenos de mano están conectadas a la s zapatas secundarias de los frenos traseros. Al accionar la palanca, esta empuja el eslabón y continua moviéndose empujando la zapata primaria contra el tambor del freno. Cuando la zapara primaria entra en contacto con el tambor cesa el movimiento del eslabón o Biela. En ese momento, la palanca del freno de mano gira sobre el extremo del eslabón o biela y la parte superior de la palanca empuja la zapara secundaria contra el tambor.

Debido a la colocación de los puntos de apoyo de la palanca de freno de mano, proporciona un servo accionamiento, aunque solamente cuando el vehículo se mueve o puede moverse hacia delante por que se encuentra estacionado en bajada. Por este motivo los frenos de manos de motor no son tan eficaces cuando el vehículo está detenido en subida.

2.4 Partes del freno de mano.



1.    Palanca de mano.
2.    Cable delantero.
3.    Palanca del compensador.
4.    Cables traseros.
5.    Compensador.
6.    Palanca de los frenos de mano.
7.    Eslabón.
8.    Resorte del eslabón.
9.    Retenedor de la cubierta del cable de freno de mano.
10.    Cable y cubierta del freno de mano.
11.    Gancho del cable.
12.    Grapa de retención del freno de mano.
13.    Zapata primaria.
14.    Zapata secundaria.

2.5 Componentes del freno de tambor.


1.    Palanca de apoyo.
2.    Pasador de anclaje.
3.    Palanca de anclaje.
4.    Conjunto fijador.
5.    Resorte retenedor.
6.    Ajustador de rueda de estrella.
7.    Cilindro de rueda.
8.    Zapata primaria.
9.    Zapara secundaria.
10.    Resorte retractor de la zapata primaria.
11.    Resorte retractor de la zapata secundaria.

2.6 Funcionamiento del freno de tambor.


Placa de apoyo:

Es la base donde esta montado el sistema de frenado de tambor.

Pasador de anclaje:

Es el pasador donde hace el anclaje el resorte retractor.

Palanca de anclaje:

la palanca de anclaje es la parte donde se aloja el pasador de anclaje.

Conjunto fijador:

Es la parte donde va acoplado el sistema de frenado de tambor.

Resorte retenedor:

es el resorte que retiene a las balatas en su lugar cuando no se está usando el freno.

Ajustador de estrella:

mantiene el sistema de embalatado ajustado.

Cilindro auxiliar:

este cilindro hace que las balatas se abran y se pongan en contacto con el tambor de frenado para detener la unidad.

Zapata primaria:

La zapata primaria cumple la función de friccionarse con el tambor de frenado al aplicar una presión al pedal del freno.

Zapata secundaria:

Cumple la misma función que la zapata primaria, solo que esta lo hace hacia el lado contrario de la primaria.

Resorte retractor de zapara:

este resorte retorna la zapata a su lugar cuando el freno se desactiva.

2.7 Balatas de frenado.



Debe seleccionarse cuidadosamente el material usado para fabricar las balatas. Si el coeficiente de fricción que ofrecen es demasiado bajo, los frenos no detendrán al  vehículo con la suficiente rapidez. Y si es demasiado rápido la rueda se trabará y el vehículo patinará. Otro factor que hay que tener encuentra es la resistencia de las balatas al calor, ya que deben estar fabricadas con materiales que resistan temperaturas muy altas. Por esta razón el material usado mas comúnmente es el asbesto. Este es un material que ofrece un coeficiente de fricción relativamente alto y estable cuando se usa en tambores y discos de fierro fundido.

En el mercado hay disponibles muchos tipos de balatas de freno.  Cada tipo esta fabricado para un uso especifico y el coeficiente de fricción  que ofrece la balata se puede cambiar agregando otros materiales al asbesto  como por ejemplo,  caucho en polvo o metal. Estos materiales y el asbesto molido se funden perfectamente con cemento liquido llamado algutinador y a la mezcla se le da la forma deseada y se seca al horno.

Hay otros factores que deben tenerse en cuenta  al seleccionar los materiales utilizados para fabricar las balatas los cuales deben ser resistentes a la humedad, no deben absorber agua cuando se conduce el vehículo por charcos; no deben producir ruidos; no deben producir malos olores cuando estén calientes,  y deben resistir el debilitamiento de los frenos.

2.8  Ajustadores 



Los ajustadores son aditamentos  que se utilizan para expandir las zapatas de los frenos de modo que la balata quede cerca del tambor para tener un pedal alto.  Se llama pedal alto  a la condición que presenta un sistema de frenos bien ajustados,  de tal manera que permita al operador detener el vehículo automotor  sin necesidad de izar el pedal del freno hasta el fondo. Un pedal alto es bueno porque reduce  la posibilidad de que el sistema de frenos no funcione bien y además permite que el frenado sea rápido, ya que corta la distancia que recurre el vehículo después de que el conductor reacciona ante la necesidad de detenerse.
Para tener el pedal alto, las balatas de los frenos deben estar bastante cerca de los tambores cuando se suelta el pedal de freno, de tal manera que,  cuando se pise este,  sea poca la distancia que tengan que recorrer las balatas para hacer contacto con los tambores.





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