Unidad # I: embragues de las maquinas automotrices introduccióN



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El sistema de frenos debe incluir las siguientes características.

  • La operación debe ser totalmente efectiva.

  • El sistema debe tener una amplia confiabilidad y durabilidad.

  • La inspección y el ajuste deben ser fáciles

Hay muchos tipos diferentes de sistemas de frenado, pero el sistema básico incluye articulaciones y mecanismos hidráulicos para mejorar la confiabilidad de la estructura y poder transferir potencia de frenado, así como la del mecanismo de frenado que reacciona cuando recibe la potencia.

Los tipos de freno son el freno principal (freno de pié), que es utilizado cuando el vehículo se encuentra en movimiento, •y el freno de estacionamiento que se utiliza para mantener el vehículo estático en una posición. El freno principal es operado por el pié y el freno de estacionamiento (freno de mano) es operado manualmente. Los dos tipos de sistemas de frenos son mecánicos y utilizan barras, cables y sistemas hidráulicos que a su vez utilizan otros mecanismos hidráulicos. El freno de pié generalmente es hidráulico y el de estacionamiento generalmente es mecánico.
Disposiciones legales para la instalación de frenos en los vehículos


  1. Todo vehículo debe tener dos sistemas de frenos, independientes uno del otro, de forma que pueda funcionar uno de ellos cuando falle el otro.

  2. Uno de los sistemas debe actuar mecánicamente y poderse fijar cuando el vehículo quede estacionado.

  3. Los frenos de servicio deben actuar enérgicamente sobre el vehículo en movimiento, debiendo producir una deceleración mínima de 2,4 m/s2.

  4. De tener que utilizar el freno auxiliar de estacionamiento como freno de emergencia, éste debe ser capaz de producir una deceleración mínima de 1,5 m/s2.

  5. Los remolques con dos o más ejes deben disponer de una instalación propia de frenado capaz de producir una deceleración mínima de 2,5 m/s2 y, al desconectarse del vehículo de arrastre, sus ruedas deben de quedar bloqueadas automáticamente.

  6. Los remolques de un solo eje, no necesitan instalación de frenos propia cuando la carga por eje remolcado sea inferior a la mitad del peso en vacío del vehículo tractor.

  7. Los vehículos cuyo peso total sea superior a las 5,5 t, deben ir equipados con un tercer freno de servicio.

Todos los frenos de servicio deben llevar, tanto en el vehículo tractor como en el remolque, una señalización luminosa de color rojo situada en la parte trasera de los mismos, de forma que indique a los demás conductores que está realizando esta maniobra.
CLASIFICACION DE LOS FRENOS AUTOMOTRICES:
Según su cometido:

Freno de servicio, de estacionamiento, auxiliar y contínuo.


Según el tipo de accionamiento:

Freno de fuerza muscular: Freno mecánico e hidráulico.

Frenos asistidos: Por fuerza de apoyo mecánica y servofreno.

Frenos de fuera externa: Freno de are comprimido y aire de admisión.

Según la fuerza de frenado: Freno de fricción (de tambor o de disco), freno motor, de corrientes parasitas y freno hidrodinámico.

Según los circuitos: Freno de un circuito y de doble circuito.

Según la construcción:

Freno de tambor: De zapatas interiores y zapatas exteriores, tipo primario-secundario, primario doble, uní servo y dúo servo.

Freno de disco: Disco completo y pastillas (tacos), tipo caliper anclado (pistón puesto) los cuales pueden ser de dos y cuatro pistones, tipo caliper flotante (de pistón sencillo o de doble pistón).
FRENO DE SERVICIO:

Es el sistema principal de freno que es utilizado cuando el vehiculo se encuentra en movimiento y es operado hidráulicamente. Este es operado generalmente por el pie y utiliza barras, cables y sistema hidráulico. Se usa para disminuir la velocidad o detener completamente al vehículo.





FRENO DE EMERGENCIA O PARQUEO

Este freno opera mecánicamente y está diseñado para mantener el vehículo estacionado sobre una pendiente con 30% de inclinación (16.7). El freno de emergencia también debe ser capaz de detener al vehículo en caso de fallo del freno de principal.

El freno de estacionamiento de rueda trasera, funciona por medio de la expansión mecánica de la zapata en el tambor.

Las partes principales de este tipo de frenos son: palanca de freno, varilla y cable. Por otro lado las palancas usadas puedes ser: tipo bastón, de piso y tipo pedal. La ventaja de la palanca tipo pedal es que el freno puede operarse con el pie lo que hace el frenado más seguro. También, al liberar el freno, no es necesario que el conductor cambie posiciones.






ABATIMIENTO DEL FRENO

Bajo un uso severo, los frenos pueden alcanzar temperaturas de 600 F (316C). A esta temperatura el coeficiente de fricción entre las superficies de frenado y el revestimiento disminuye, por lo tanto el frenado necesita de una mayor fuerza del pedal. Hay un punto en que el coeficiente de fricción disminuye tanto que se produce poco efecto de frenado; a este fenómeno se le llama abatimiento del frenado.

Los frenos de tambor se abaten más rápidamente que los frenos de disco; ya que estos tienen poco espacio para su enfriamiento.

Las zapatas del freno de disco, cubren solo una porción pequeño del rotor, por tanto hay gran cantidad de espacio para enfriamiento a medida que gira el rotor. Además algunos frenos de disco tienen aletas de enfriamiento.

Cuando son aplicados los frenos, el tambor o rotor tratan de hacer girar las zapatas o su soporte a esta acción se le llama “fuerza de torsión del freno”. Esta fuerza de torsión es absorbida por las articulaciones y los brazos de control de la suspensión en el caso las ruedas delantera; mientras que en el caso de las ruedas traseras esta fuerza de torsión es absorbida por el compartimiento del eje trasero y el resorte de hojas o brazos de control.
FRENOS DE DISCO.

Estos absorben la energía del vehículo por medio de tacos de fricción los cuales se oprimen contra un disco giratorio, denominado rotor. Los tacos se mantienen dentro de un compartimiento que se denomina soporte. El soporte está apoyado sobre la articulación de la dirección o en el compartimiento del eje. El rotor está conectado al empalme de la rueda que es parte de él. La presión hidráulica dentro del cilindro de la rueda oprime el revestimiento contra la superficie de frenado sobre el rotor. Los frenos de disco requieren de 4 a 5 veces mayor fuerza de aplicación que los frenos de tambor servo dual. Por consiguiente se usa potencia hidráulica de impulsión de los frenos para proporcionar la fuerza de aplicación requerida. Los frenos hidráulicas se usan en vehículos de peso ligero y en aviones.


La presión hidráulica sobre la cabeza del pistón lo empuja hacia la superficie interior del rotor y la presión de la cabeza del cilindro hala al soporte hacia la superficie externa del rotor, aplicando de esta forma el freno.

Debido a que el disco es expuesto a medida que rota, este tipo de freno resiste mas el calor, muestra poco deterioro durante su utilización repetida a altas velocidades y brinda una potencia de frenado estable.


TIPOS DE FRENOS DE DISCO.

Los discos de freno pueden ser:



  • Clásicos (macizos)

  • Ventilados

  • Taladrados o perforados

  • Estriados

  • Cerámicos

Como se muestra en la figura, los tipos de frenos de disco incluyen al de tipo cáliper anclado (también denominado pistón opuesto) con un cilindro que oprime ambos lados del disco y el de tipo de cáliper flotante (uno ó dos pistones) con un cilindro a un lado).
Los tipos de frenos de discos usados en los vehículos son los siguientes: Tipo caliper anclado (pistón opuesto), el cual puede ser de dos y cuatro pistones. El tipo caliper flotante, el que a su vez puede ser de pistón sencillo (usado en vehículos en general) y el de pistón doble (usado en automóviles pequeños de pasajeros).
El de caliper anclado, lleva el mismo anclado al disco que gira con la rueda. Este tiene cilindros en ambos lados del caliper. Los pistones o mecanismos autoajustables se instalan dentro del cilindro para recibir la presion del cilindro maestro y a su vez oprimir las almohadillas o tacos de ambos lados del disco para aplicar la potencia de frenado. El disco es instalado en la masa o cubo y gira con la rueda. El caliper esta hecho de hierro fundido y esta instalado en la parte de anclaje del eje (muñón delantero). Un buje de hule suave es colocado alrededor del borde del cilindro para evitar la infiltración de agua o impurezas entre el pistón y el cilindro. También hay un sello de hule asegurado dentro de un marco en la pared interna del cilindro el cual además de mantener la presión hidráulica actúa como un mecanismo de ajuste inmediato.

Una almohadilla semimetalica (balata), de aproximadamente 10mm de espesor se instala en el extremo del pistón. Las marcas de desgaste en ambos lados de la almohadilla muestran el límite de desgaste permitido con lo cual el freno puede ser inspeccionado sin removerlo. Conforme la almohadilla se desgasta, el pistón automáticamente se mueve hacia adelante para que se mantenga una holgura constante con el disco. El ajuste es realizado por el sello de hule. El lado trasero de la almohadilla tiene una grapa metálica, la cual roza el disco cuando el desgaste es excesivo lo cual produce un sonido que indica que los tacos deben cambiarse.


Por otro lado el de caliper flotante, el mismo se mantiene en una posición flotante. En un lado esta un cilindro y un pistón interno, mientras que en el otro está una almohadilla que utiliza la reacción para aplicar la fuerza. La estructura de este tipo de freno incluye un disco que gira con la rueda, en donde el pistón y la almohadilla van instalados en el caliper.



FRENOS DE TAMBOR

La estructura general del freno hidráulico tipo tambor, contiene los siguientes componentes: Las zapatas de frenos la cuales se expanden dentro del tambor. Cuando el pedal es presionado, el pistón que está dentro del cilindro maestro es activado para incrementar la presion del fluido del freno. La presión viaja atraves de la tubería y mangueras al cilindro de la rueda. El cual utiliza la presion hidráulica para ejercer presion en ambos lados del pistón, para forzar a la zapata y hacer que ésta se presione en contra del tambor, creando así la fuerza de frenado. Cuando el pedal es liberado, disminuye la presion dentro del cilindro maestro, lo cual a su vez baja la presion el bombillo de cada rueda. Entonces un resorte de retorno hala la zapata hacia atrás separándose esta del tambor con lo que la acción de frenado finalice.


Componentes del sistema de frenos hidráulicos tipo tambor

Los componentes del freno son los siguientes: bombillo de la rueda, zapata, plato trasero para la instalación del tambor.

Cuando el tambor del freno gira desde el brazo saliente hacia el tobillo de la zapata, se le

llama “zapata de conducción”.

Cuando la rotación es desde el tobillo hacia el brazo saliente se le llama “zapata de seguimiento”. Hay diseños de frenos que usan 2 zapata de conducción, 2 zapatas de seguimiento o una zapata de conducción y una zapata de seguimiento.
El ancla de la zapata de conducción permite que la zapata se encaje sobre la superficie del tambor a medida que este gira. Esto causa que la zapata se auto energice y se empuje a sí misma con más fuerza hacia el tambor, aumentando de este modo la fricción y deteniendo al vehículo más rápidamente con el mismo esfuerzo de aplicación de los fresnos. Este tipo de acción auto energizante en los frenos se llama “acción de servo”

El tambor de freno en los vehículos modernos de tracción trasera usa un arreglo de zapatas de freno de servo dual con 2 zapatas de acción en dirección normal. El freno de tambor del tipo servo dual fue fabricado por la compañía Bendix Corporación 1928 y se usa en la mayoría de vehículo de fracción trasera.

El diseño de los frenos de tambor del tipo conducción-seguimiento no tiene acción de servo, ya que solo la zapata frontal se autoenergetizará a medida que el vehículo se mueva en dirección normal. Por eso la zapata frontal se gasta muchos más rápido que la zapata trasera.
Estos frenos requieren de una mayor presión de frenado que los frenos del tipo servo dual para la misma acción de frenado. Los frenos con zapatas de conducción-seguimiento se usan como frenos traseros en los sistemas de freno del tipo disco-tambor en el caso de los vehículos con tracción delantera.


Tipos de frenos de tambor

Según la forma de acoplamiento de las zapatas al tambor para ejercer el frenado, los frenos de tambor se clasifican en los siguientes tipos:


Freno de tambor Simplex
En este tipo de freno las zapatas van montadas en el plato, fijas por un lado al soporte de articulación y accionadas por medio de un solo bombín de doble pistón. Este tipo de frenos de tambor es de los más utilizados sobre todo en las ruedas
Freno de tambor Dúplex

En este freno, y con el fin de obtener una mayor fuerza de frenado, se disponen las zapatas en forma que ambas resulten primarias. Para ello se acopla un doble bombín de pistón único e independiente para cada zapata, los cuales reparten por igual las presiones en ambos lados del tambor. Estos frenos provistos de bastidores con efecto unilateral son muy eficaces pero sensibles a las variaciones del coeficiente de rozamiento. Presentan la ventaja de que, con su empleo, no se ponen de manifiesto reacciones sobre los rodamientos de los bujes traseros.


Freno de tambor Twinplex
Este tipo de freno de tambor es muy similar al Duplex salvo que los puntos de apoyo de las zapatas en vez de ir fijos se montan flotantes. En este freno las dos zapatas son secundarias, pero por un sistema de articulaciones, trabajando en posición flotante, se acoplan al tambor en toda su superficie, evitando el acuñamiento y ejerciendo una presión uniforme sobre el tambor. En un sentido de giro las dos zapatas actuarían como zapatas primarias y en el otro sentido como zapatas secundarias.
Freno de tambor Duo-servo

Está constituido por dos zapatas primarias en serie, con lo cual se aumenta el efecto de autobloqueo. En este freno, una zapata empuja a la otra mediante una biela de acoplamiento. Es un freno altamente eficaz, pero muy sensible a las variaciones del coeficiente de rozamiento. Se consiguen esfuerzos más elevados de frenado y las zapatas ejercen en cada sentido de giro igual esfuerzo. Este tipo de freno se emplea mucho en frenos americanos.


Tipo primario doble (tipo de doble acción que es utilizado en ruedas delanteras de camiones grandes y autobuses.
Freno uniservo (utilizado para freno de rueda delantera pero que está siendo reemplazado por los frenos de disco).
Material del revestimiento de frenos

Para cumplir con la normativa vigente de la fabricación de vehículos, la composición de las pastillas cambia dependiendo de cada fabricante. Aproximadamente 250 materiales diferentes son utilizados, y pastillas de calidad utilizan entre 16 a 18 componentes. En general es una fibra resistente al calor la cual se moldea a una alta temperatura y se les agrega materiales tales como: plomo, zinc, latón, cobre, grafito y cerámica para darle el coeficiente de fricción deseado y aumentarle la resistencia al calor.


Ejemplo de composición:

20% aglomerantes: Resina fenólica, caucho.

10% metales: Lana de acero, virutas de cobre, virutas de zinc, virutas de latón, polvo de aluminio

10% fibras: Fibras de carbón, fibras orgánicas, lana mineral, fibras químicas.

25% material de relleno: Óxido de aluminio, óxido de hierro, sulfato sódico.

35% deslizantes: Grafito, sulfuro de cobre, sulfuro de antimonio.


El material del revestimiento de los frenos puede soportar temperatura de hasta 600F (316C).

La tasa de desgaste del material del revestimiento de los frenos aumenta a medida que se incrementa la temperatura. Los vehículos de pasajeros tienen aproximadamente una pulgada del grosor de revestimiento en los frenos por cada 25 libras de peso bruto del vehículo.


La mayoría de los revestimientos automotrices tienen un coeficiente de fricción a temperatura normal de 0.25 a 0.45 y a alta temperatura el coeficiente de fricción es de 0.15 a 0.45.

Los sistemas de frenos de servicio están diseñados de modo que el cilindro de la de la rueda pueda hacer contacto con una fuerza de aplicación de 100 lbs sobre el pedal del freno.

Los frenos se aplican por medio de la presión hidráulica que actúa sobre el cilindro de la rueda. Este cilindro tiene un pistón sobre cada extremo. Dentro de cada pistón hay 2 sellos de hule de tipo copa, uno a cada lado de la toma, los cuales evitan la fuga del líquido de frenos. Cuando hay suficiente presión en el cilindro de la rueda el fluido empujará los pistones, los acoples de conexión y las zapatas hacia afuera hasta que los revestimientos toquen el tambor. En posición libre, los revestimientos están entre 0.010-0.015 pulgadas (0.25 a 0.38 mm) del tambor, por lo que hay poco espacio de movimiento de las zapatas. Por esta razón cualquier presión adicional; aplicará los frenos. Los resortes de retorno de los frenos vuelven a halar las zapatas lejos del tambor cuando la presión del fluido es liberada al momento de soltar el pedal de freno.
Las zapatas al retornar vuelven a empujar a los pistones del cilindro a su posición original de frenos liberados.

Esta acción retorna una pequeña cantidad de fluido al tanque de reserva del cilindro maestro.


Los tambores de los frenos están diseñados para que tengan suficiente fuerza y un peso mínimo. Deben absorber rápidamente el calor que proviene de la fricción y debe poseer buena resistencia al desgaste. El hierro fundido funciona bien como superficie de fricción del tambor y algunas veces se le agrega aletas de enfriamiento. Los tambores más avanzados son construidos de aluminio fundido con aletas bimetálicas.
FRENOS HIDRAULICOS DEL VEHICULO

Los frenos se aplican a través de un sistema que usa los principios hidráulica para multiplicar la fuerza del pedal. En los sistemas de frenos hidráulica se tiene un cilindro maestro así como un cilindro en cada rueda, además líneas y mangueras de interconexión.


El fluido del sistema de frenos es un líquido especial que no contiene petróleo, es hidroscópico (absorbe agua), es resistente a alta temperatura (no se vaporiza), su viscosidad cambia poco al variar la temperatura, no es corrosivo, ni daña los sellos de hule. El fluido lubrica las partes internas del cilindro maestro y las partes interna de los cilindros de cada rueda. El fluido de frenos que no contiene petróleo absorberá fácilmente la humedad.

La contaminación del fluido de frenos con petróleo, agua y otros líquidos puede dar como resultado una falla de los frenos y una reparación costosa.


El liquido de frenos llena por completo los conductos, las mangueras y los cilindros del sistema hidráulico y se guarda fluido adicional en un tanque de reserva que se localiza en la parte superior del cilindro maestro.
COMPONENTES DEL SISTEMA DE FRENOS HIDRAULICOS

Los elementos principales de un sistema de accionamiento hidráulico de frenos son:



  • Depósito de líquido de frenos

  • Cilindro principal o bomba

  • Conmutador de la luz de freno

  • Tuberías de conducción de líquidos

  • Líquido de frenos

  • Cilindros o bombines de freno

  • Pedal de freno y sus articulaciones

  • Servofreno


Cilindro maestro o bomba de frenos

Generalmente hay dos tipos de cilindros maestros. El sencillo que usa un pistón para suministrar la presion hidráulica a los bombillos de cada rueda, éste generalmente se usa en algunos camiones o autobuses de tamaño mediano que cuentan con frenos de tipo servo asistidos por vacío o compresión, no obstante, tiene el problema que no tolera fugas ya que cuenta con un circuito único y el tipo tándem, el cual usa dos pistones para entregar presión hidráulica por separado a los cilindros de las ruedas.

Este tolera fugas, ya que tiene dos circuitos independientes, los cuales pueden tener la configuración: circuito ruedas delanteras- traseras y circuito en diagonal (rueda delantera derecha y trasera izquierda o delantera izquierda y trasera derecha).



Este tiene un cuerpo de hierro fundido que contiene la cavidad de un cilindro y pasajes de fluido. También tiene un tanque reserva de fluido, que se construye como parte del cuerpo o es una parte plástica separada. Se perforan orificios o compuertas entre el tanque de reserva y la cavidad del cilindro, para permitir que el fluido acumulado ingrese al sistema y para que el fluido expandido regrese al tanque de reserva al desaplicar los frenos.
El tandém del cilindro maestro se diseña con un pistón primario y uno secundario. La fuerza aplicada sobre la varilla de impulsión (desde la articulación del pedal del freno) empuja el pistón primario; el pistón secundario se mueve por medio de la fuerza hidráulica acumulada en el fluido entre el pistón primario y secundario. Cada mitad del cilindro maestro incluye una reserva separada de fluido, una compuerta de compensación, una de respiración, una de salida y una válvula de verificación residual ubicada en la compuerta de salida (excepto cuando se usan frenos de Disco).
El bombeo ocurre cuando el pedal del freno es comprimido rápidamente. Las fuerzas de bombeo hacer que fluya el liquido hacia los conductos de los frenos y hacia los cilindros de las ruedas más rápido de lo que pueden regresar al cilindro maestro. El fluido adicional que va hacia los conductos del freno causa un aumento en la altura del pedal del freno. Este fluido adicional absorberá cualquier espaciamiento excesivo entre el pistón y el cilindro de la rueda, el revestimiento y la superficie de frenado. El funcionamiento cíclico del pedal del freno por consiguiente creara un pedal temporalmente alto para proporcionar un cierto frenado. El bombeo es posible porque los pistones del cilindro maestro regresan más rápido por la acción de los resortes del cilindro maestro los cuales son más rápidos que los resortes de las zapatas del freno.
Válvula residual

La válvula de verificación residual ubicada en la compuerta salida que va hacia los frenos de tambor, se usa para de mantener una presión estática de 6-18psi con el pedal de freno liberado. Esta presión estática evita que el aire entre al sistema de frenos a través de los cilindros de las ruedas.


Si la mitad del sistema hidráulico de los frenos falla; la otra mitad del cilindro maestro del tandem continuará operando. Esto evitará una pérdida total del frenado. Los vehículos de tracción delantera tienen el circuito de frenos en forma diagonal. Una falla de cualquier mitad del sistema dará como resultado una reducción en la altura del pedal y una diferencia de presión entre las dos mitades del sistema dará como resultado una reducción en la altura del pedal y una diferencia de presión entre las 2 mitades de los sistemas. Esta diferencia de presión encenderá la luz de aviso de baja presión de los frenos para avisar al conductor de la falla del sistema. También existe en el sistema de freno el caso en el cual el circuito frontal del freno es independiente del circuito del freno trasero. La presión de los frenos hidráulicos es aproximadamente igual a 1500 PSI. La tubería del sistema de frenos es de acero y va desde el cilindro maestro hasta el fondo de la estructura del chasis del vehículo y en ciertas partes del circuito se usan también mangueras flexibles.
Válvula de medición

La válvula de medición se localiza en el conducto del freno delantero. Esta válvula evita que la presión hidráulica vaya a los frenos de disco (delantero) mientras no se haya alcanzado una presión mínima de 120 PSI.

Esta es aproximadamente la presión que se requiere para superar la fuerza de los resortes de retorno del freno de tambor. Esta válvula empieza abrirse cuando se alcanza esta presión mínima, permitiendo que los frenos de Disco (delanteros) empiecen a aplicarse al mismo tiempo que los frenos de tambor (traseros).
Válvula de dosificación.

Sirve para equilibrar el efecto de frenado sobre el disco de la rueda delantera y los frenos de tambor de la rueda trasera. Esto es necesario ya que el freno de Disco requiere mucha mayor presión que el freno de tambor para la misma fuerza de frenado; durante una aplicación que vaya desde moderada a dura especialmente en frenos servo dual traseros. Esto también es necesario ya que el peso efectivo del frenado es más pesado adelante y más liviano atrás. Esta válvula se localiza en los conductos de frenos traseros. Esta válvula hace proporcional las presiones de los frenos traseros como un porcentaje de la presión del freno delantero; después de que se alcanza un mínimo del presión en los frenos. Esto permite una presión igual del conducto en las ruedas tanto frontales como traseras durante un frenado normal.


Circuitos de los frenos automotrices.


  • Distribución "II"
    Distribución eje delantero/eje trasero: un circuito de freno (1) actúa en el eje delantero y el otro circuito (2) actúa en el eje trasero.







  • Distribución "X"
    Distribución diagonal: cada circuito de freno actúa en una rueda delantera y en la rueda trasera diagonalmente opuesta






  • Distribución "HI"
    Distribución ejes delantero y trasero/eje delantero: un circuito de freno actúa en los ejes delanteros y trasero, el otro sólo en el eje delantero.





  • Distribución "LL"
    Distribución eje delantero y rueda trasera/eje delantero y rueda trasera. Cada circuito de freno actúa en el eje delantero y en una rueda trasera.






  • Distribución "HH"
    Distribución ejes delantero y trasero/ejes delantero y trasero. Cada circuito de freno actúa en el eje delantero y en el eje trasero.




Modos de funcionar del sistema de freno

Si un sistema de freno se acciona por completo o parcialmente por la fuerza muscular del conductor o absolutamente sin ésta, podemos distinguir entre tres modalidades:




Sistema de freno por fuerza muscular

En este sistema de freno utilizado en turismos y motocicletas, la fuerza muscular aplicada al pedal de freno o a la palanca de freno de mano se transmite mecánicamente (por varillaje o cable de accionamiento) o de modo hidráulico a los frenos de rueda. La energía para generar la fuerza de frenado procede exclusivamente de la fuerza física del conductor


Sistema de freno por fuerza auxiliar

Este sistema es el más utilizado actualmente en automóviles y vehículos industriales ligeros. Se incrementa la fuerza muscular del conductor mediante la fuerza auxiliar de un servofreno. La fuerza muscular amplificada se transmite hidráulicamente a los frenos de rueda.


Sistema de freno por fuerza ajena

El sistema de freno por fuerza ajena utilizado generalmente en vehículos industriales se emplea aisladamente en turismos grandes con ABS integrado. El freno de servicio de este sistema es accionado exclusivamente por fuerza ajena. El sistema trabaja con energía hidráulica (se basa en la presión de un liquido) y con transmisión hidráulica. El líquido de freno se almacena en acumuladores de energía (acumuladores hidráulicos). Una bomba hidráulica genera la presión hidráulica, que en el acumulador de energía se encuentra continuamente en equilibrio con la presión del gas. Un regulador de presión conmuta la bomba hidráulica a marcha en vacío tan pronto como se alcanza la presión máxima. Por ser el líquido de freno prácticamente incomprensible, pequeñas cantidades de liquido de freno pueden transmitir altas presiones de frenado.


AVERIAS DE LOS FRENOS AUTOMOTRICES


  1. En un alto al estar frenando, el pedal se desliza suavemente hasta el piso.

Causas posibles:

Aire en el sistema o falla de los sellos del cilindro maestro.


2. Pulsaciones en el pedal del freno.

Causas posibles:

Tambor deformado, rodajes de las ruedas defectuosas, tuercas flojas, caliper mal ajustado.
3. El vehiculo se hala a un lado al frenar.

Causas posibles:

Incorrecta presion de las llantas, ruedas mal alineadas, pastillas de freno gastadas, grasa en el tambor.
4. Se pisa el pedal hasta el fondo y el vehiculo no frena.

Causas posibles:

Falla del cilindro maestro ya por daño interno o por poco fluido, aire en el sistema.

5. Bajo nivel del liquido de freno, pero no se ve goteo.

Causas posibles:

Falla interna del cilindro maestro, el fluido de freno se esta pasando al booster de vacío, fuga interna.


6. Los frenos se quedan pegados.

Causas posibles:

Falla del freno de mano (parqueo), falla del booster de vacío.
7. Las zapatas hacen un sonido tipo “clic” al soltar el pedal.

Causas posibles:

Los frenos están gastados.
8. El pedal de los frenos esta duro.

Causas posibles:

Falla del booster de vacío.
9. El pedal de frenos se siente esponjoso.

Causas posibles:

Aire en el sistema, falla del cilindro maestro o booster de vacío flojo, fluido de frenos contaminado.
10. Ruido metálico al frenar.

Causas posibles:

Forros o pastillas de frenos gastadas.
11. Recorrido excesivo del pedal, pero el vehiculo frena.

Causas posibles:

Aire en el sistema, balatas desgastadas, bajo nivel de liquido de frenos.
12. Recorrido excesivo del pedal y el vehiculo no frena.

Causas posibles:

Falla del cilindro maestro, fuga de líquido de frenos.
13. El pedal se siente duro, pero el vehiculo frena y el motor cambia de revoluciones al frenar.

Causas posibles:

Falla del booster de vacío.
14. Al frenar se produce un sonido como mugido y el frenado es pobre.

Causas posibles:

Una o dos ruedas no frenan debido a que las fricciones o pastillas se cristalizaron.

FRENOS NUEMATICOS DEL VEHICULO

Se usan desde hace mucho tiempo en los vehículos pesados. Su popularidad se debe a lo siguiente:

Un esfuerzo moderado del conductor puede multiplicarse en forma casi ilimitada para aplicarla a los frenos.

Puede utilizarse en cualquier vehículo de motor

Ilimitado factor de seguridad.

Fuente inagotable de energía (aire)

Tolera fugas y fallas pequeñas sin reducir notablemente su eficiencia.
Los componentes que forman un sistema de frenos básico de aire son:

Compresor, regulador, tanque, válvula de aplicación, válvula reveladora, cámara de aire y tuberías.


El sistema de los frenos de aire tiene como fuente de energía el motor del vehículo, el cual mueve directa o indirectamente el compresor. El compresor está conectado al tanque. Cuando el motor esta funcionando, el compresor carga aire dentro del tanque aumentando su presión. Cuando la presión del aire dentro del tanque. llega a la presión de corte, (la cual puede ser de 105-130 psi), el regulador envía una señal al compresor y el bombeo se detiene. Al bajar la presión en el tanque (debido a la aplicación del freno), a la presión. inferior ( que es  20 PSI menor que la presión máxima del tanque), el regulador responde enviando una señal al compresor, el cual empieza a funcionar de nuevo.
El aire almacenado a presión se convierte en la energía potencial del sistema de frenos de aire. Sin embargo, el volumen de aire almacenado (capacidad del tanque) no es tan importante como su presión, ya que es la presión del aire la que crea la fuerza de frenado inicial.
La capacidad del tanque asegura que la caída de presión después de la aplicación del freno sea la mínima, y por tanto, pueden hacerse varias aplicaciones del freno antes de que la presión llegue a la presión mínima de corte. Debido a esto el periodo de descanso del compresor es mas largo, lo que aumenta su vida útil.
La válvula de aplicación esta colocada entre el tanque y la válvula reveladora. Esta proporciona al conductor un dispositivo del control que mide la presión del aire que va hacia la válvula reveladora y produce la sensación de la fuerza de frenado cuando el conductor reduce o aumenta la presión del aire.
La válvula relevadora, como su nombre lo indica, es una válvula que revela la aplicación del freno de la válvula de aplicación.

La cámara de aire convierte la presión del aire en fuerza lineal, la cual se aplica a los mecanismos de accionamiento de los frenos, estos mecanismos pueden ser tipo cuña o tipo leva. Cuando son del tipo cuña la cuña aumenta la fuerza de empuje. En los del tipo leva, el ajustador de separación convierte la fuerza lineal en movimiento giratorio (torque) y la leva convierte el torque en fuerza.

La formas más sencilla de aumentar o disminuir la fuerza de frenado es variando el área de la cámara de aire o el brazo de palanca del ajustador de separación.
COMPRESOR

Son de acción sencilla (2 tiempos) de pistón que se mueve con movimiento alternativo. Estos pueden ser según su capacidad de 7.5 hasta 42 pies cúbicos. por rpm. Los compresores pueden ser sencillos, dobles o de 4 cilindros en “V”. Son lubricados por el sistema de lubricación del motor. Además son enfriados por aire o por el sistema de enfriamiento del motor. La abertura de la admisión esta cubierta con un filtro de entrada (coladera) o con un adaptador de admisión de manera que la entrada puede conectarse por medio de una manguera al sistema de admisión de aire del motor. El compresor tiene 2 o 3 anillos de compresión y 1 o 2 anillos de barrido de aceite.


Las causas mas comunes por las que el compresor deja de mantener suficiente presión en el tanque o no alcanza la presión máxima son: Mal alineamiento entre la polea impulsora e impulsada (la correa resbala), correa propulsora dañada o floja, fugas excesivas en el sistema de frenos obstrucción en la admisión del sistema y frenos mal ajustados, además problemas de anillos o válvulas desajustadas.
Cuando el compresor es ruidoso, no es fácil localizar la causa, pero síntomas como:

Descarga excesiva de aceite del compresor al sistema

Polea que bambolea

Sello del cigüeñal con fugas

Mucha vibración etc.

Todo esto indica que el compresor esta gastado y debe repararse.


Nota: El compresor debe ser capaz de aumentar la presión en los tanques de 85-100 PSI en 25 segundos a las rpm recomendadas.
REGULADOR DE PRESION DEL COMPRESOR

Este puede montarse a la superficie de montaje del compresor o puede tener un montaje independiente. Cuando se monta en el compresor, una de las 3 lumbreras que descargan el regulador se alinea con la lumbrera de descarga del compresor. Cuando el regulador tiene montaje independiente se usa una tubería de aire (con diámetro interior de 3/16 de pulgadas) para conectar las lumbreras del descargador entre si. Se usa una tubería del mismo diámetro para conectar el tanque de abastecimiento (tanque mojado) a la lumbrera del tanque del regulador.


Para comprobar el funcionamiento del regulador, instálese un barómetro de control en cualquier lugar conveniente. Arranque el motor y anote la presión superior de corte. Esta deberá coincidir con la presión de ajuste según el manual de reparación. Aplíquese los frenos varias veces y anótese la presión de corte. Si la presión es mas o menos 25 PSI (respecto a la presión corte) el regulador esta en buen estado. Si la presión de corte excede los 25 PSI; debe repararse el regulador.

El regulador consta con un tornillo de ajuste para controlar la presión de operación (una vuelta completa del tornillo cambia la presión en mas o menos 10 PSI.


TANQUE DE AIRE

Están hechos de lamina de acero, con los extremos estampados, luego el casco se enrolla formando, un cilindro y por ultimo se arma por soldadura eléctrica. Las superficie internas y externas del tanque están pintadas para protegerlas de la corrosión. Los tanques se someten durante su construcción a una prueba hidrostática a una P=500 PSI.


VALVULA DE APLICACIÓN ACTUADA POR EL PEDAL DE FRENOS

Es un dispositivo mecánico con el cual el conductor puede medir la presión del aire en la tubería, sostener la presión de aire aplicada y reducir o suprimir completamente la presión del aire aplicada. El medio para controlar el embolo de aplicación puede ser una palanca de pie, un pedal tradicional de freno o una palanca de mano. Si la fuerza del embolo de aplicación se suprime completamente la válvula de escape permanece abierta, entonces todo el aire de la tubería de descarga se escapa y esto libera los frenos.


Existe también la válvula de aplicación doble en la cual toda la secuencia de cierre de la válvula primaria de escape y apertura de la válvula primaria de admisión, así como el cierre de la secundaria de escape y la apertura de la secundaria de admisión se produce de forma casi simultánea. Esta válvula doble se usa en el caso de frenos de aire con 2 tanques los cuales constan de un circuito primario y un circuito secundario.
Para mantener en buenas condiciones de operación una válvula de aplicación “de pie” y prolongar su vida útil, deben realizarse varias comprobaciones a cada cambio de aceite del motor.
La causa mas común de falla de la válvula de aplicación doble es el mal asiento de la válvula de admisión y escape debido a daño o suciedad en la válvula o en los asientos o debido a la contaminación lo cual reduce la acción de la válvula o del pistón.
NOTA: La presión del circuito primario es más o menos 2 PSI mayor que la presión de descarga del circuito secundario.
VALVULA AUXILIAR

Es una válvula de aplicación de control remoto. Reduce el tiempo que transcurre entre la aplicación y la operación de soltar los frenos. Puede estar ubicada en cualquier lugar cerca de los ejes delanteros y traseros, pero siempre tan cerca como sea posible de las cámaras de freno. Cuanto mas cerca este la válvula auxiliar de la cámara de freno, menor será el volumen de aire necesario para aplicar los frenos.


VALVULA RAPIDA PARA SOLTAR LOS FRENOS

Se usan cuando la distancia de la tubería de aire de la válvula de aplicación hasta la cámara de aire es relativamente corta y, por lo tanto, el tiempo de retraso no aumenta cuando se aplican los frenos. Estas válvulas tienen la facultad de vaciar el aire de la cámara de frenos luego que se reduce la presión en la tubería de trabajo por liberación de la válvula de aplicación.


CÁMARA DE AIRE O CHAMBER

Sirve para convertir la presión del aire de descarga en fuerza lineal que hace funcionar los frenos. En los vehículos se usan tres tipos de cámaras de frenos. Si la carrera es de mas de 2.5 pulgada se usan “cámaras de frenos giratorias” o “cilindros de aire con pistón” y si la carrera máxima necesaria es menor a 2.5 pulgada se usa la “cámara de freno con abrazadera de anillos”. La cámara de frenos se clasifican por el área efectiva del diafragma y por la carrera. Ejemplo el área del diafragma de la cámara con abrazadera de anillo varia de 6-36 pulgadas cuadradas y la carrera varia de 1 5/8 a 3 pulgadas. Cuando la válvula de aplicación dirige el aire hacia las cámaras de los frenos, la presión actúa sobre el diafragma empujando a este y al conjunto de la varilla de empuje hacia la derecha; aplicando los frenos. Cuando disminuye la presión del aire de la cámara de presión, el resorte del diafragma en conjunto con los resortes de retorno de las zapatas del freno empujan al conjunto hacia la izquierda, hacia su posición inicial (libre).


VALVULA PARA VACIAR EL TANQUE

Es un grifo sencillo, el cual, cuando se gira de la posición de cerrado (horizontal) a la posición abierto (vertical), deja escapar el aire del tanque. Un buen procedimiento es abrir todas las válvulas para vaciar después que el vehículo se detiene (se apaga) y se mantienen abiertas hasta que el vehículo se pone de nuevo a trabajar.


Para sacar automáticamente los contaminantes, algunos tanques tienen válvulas de descarga automática (extractoras de lodo) conectadas a los tanques alimentadores (tanque mojado), o tienen un secador de aire en la tubería del aire entre el compresor y el tanque de alimentación.
SECADOR DE AIRE

Sirve para eliminar automáticamente los contaminantes. Es una caja cilíndrica formada por 2 mitades soldadas. El secador funciona por medio de unas bolas desecantes, las cuales son partículas porosas con elevada capacidad de absorción de agua. El secador tiene un calentador de 60 watts y un termostato que mantiene la temperatura entre 10-32C. Al funcionar el compresor, el aire entra primero al secador donde se seca y limpia, saliendo luego hacia el tanque de alimentación.

Las moléculas de agua y aceite, son separadas del aire (cuando éste con gran velocidad) pega en la pared del secador y en el casco del cartucho del secador. Esto ocurre porque la carga de velocidad se convierte en carga de presión, haciendo que las moléculas se junten en gotitas que se pegan a las paredes y luego poco a poco se acumulan en el fondo del secador. La mayoría de las moléculas del aceite se separan del aire cuando pasa por filtros de aceite. Cuando el aire húmedo y caliente penetra y pasa a través del desecante, se absorbe el agua y el aire seco entra al área del volumen purgado.

NOTA: La misma presión de aire que existe dentro del motor del vehículo es la que hay dentro del secador.

En condiciones de funcionamiento normal, el deshacedor funciona satisfactoriamente cuando menos durante un año, después de ese tiempo el secador de aire debe repararse por completo.
VALVULA DE SEGURIDAD POR SOBRE PRESION

Sirve para proteger el sistema de presión excesiva del aire, en caso de falla del regulador. Generalmente es una válvula de bola cargada por un resorte; al funcionar la válvula deja escapar el aire hacia la atmósfera. Esta válvula va instalada en el tanque alimentador. La válvula esta ajustada para abrir a una P=150 PSI.


VALVULA DE RETENCION DE UN SENTIDO

Sirve para proteger la presión de aire en el tanque contra flujo inverso. Estas válvulas se instalan en la conexión de entrada al tanque. Estas válvulas pueden ser tipo vaivén, tipo bola o tipo disco. Cuando la presión en el lado izquierdo es igual a la presión del lado derecho de la válvula, la fuerza del resorte es la que cierra la válvula.


VALVULA DE RETENCION DE DOS SENTIDOS

Se usan como válvulas de seguridad y también como válvulas direccionales. Su objetivo es dirigir el aire de las dos fuentes (lumbreras de alimentación) hacia la lumbrera de salida común y sellar automáticamente la lumbrera de alimentación que tenga menor presión.



MANOMETRO DE PRESION DE AIRE

Para mantener al conductor alerta sobre la presión existente en los tanques se usan manómetros dobles que mira con facilidad el conductor. Los manómetros son calibrados con precisión inferior al 7%.




INDICADOR DE BAJA PRESION DE AIRE

Para indicar visual y acústicamente al conductor que la presión bajó de 60 PSI; se usan dos dispositivos independientes, una luz de aviso y un zumbador.

Los indicadores de baja presión son interruptores que encienden o apagan, que cierran o abren el circuito de la luz de aviso y del zumbador. Se conectan en paralelo con el tanque primario y secundario.

La válvula indicadora de baja presión. puede ser del tipo diafragma o tipo pistón.


INTERRUPTOR QUE ENCIENDE LA LUZ DE “STOP”

Este cierra el circuito eléctrico cuando la presión en la tubería de trabajo es inferior a 6psi. Cuando el conductor aplica los frenos, la presión del aire al actuar sobre el diafragma lo empuja hacia arriba, y los dos contactos se juntan entre sí, cerrando el circuito eléctrico. La luz de stop se enciende. Si los frenos están sueltos, el resorte empuja el diafragma hacia bajo, eliminando el contacto y abriendo, por tanto, el circuito eléctrico, y la luz se apaga.


FRENO DE PARQUEO.

Todos los autobuses, camiones, y otros vehículos que usan frenos de aire deben tener un freno de estacionamiento que actúe en uno o en ambos ejes, que sea capaz de mantener estacionado al vehículo cargado, cuando se estaciona en una pendiente de 20%. Los frenos de parqueo deben aplicarse automáticamente cuando la presión en el tanque baja a 40 PSI pero es no menor de 20 PSI

El freno de parqueo tiene su propia válvula de control, la cual es operada por el conductor por medio de un botón y se abastece desde el tanque de trabajo. Todos los frenos de parqueo (freno tipo resorte) son de construcción similar en los vehículos; tienen su propia cámara de aire, y sus propias válvulas y tuberías.

UNIDAD # 6: LLANTAS, RUEDAS Y COJINETES DE LAS MAQUINAS AUTOMOTRICES
FUNCION

La dirección, la aceleración y los frenos del vehículo se controlan por medio de las llantas las cuales ruedan sobre la superficie del camino.

Las llantas deben ser lo suficientemente grandes y fuertes para que puedan soportar la carga del peso del vehículo; y además deben absorber por deflexión los golpes que se producen al pasar por sitios ásperos del camino. Por otro lado las llantas deben desarrollar las fuerzas de fricción que permitan acelerar, frenar y desplazarse lateralmente. Se estima que las llantas de vehículos de pasajeros giran 800 revoluciones o más por cada milla viajada.
CLASIFICACION DE LAS LLANTAS DE LOS VEHICULOS

Las llantas que se utilizan en los vehículos pasajeros se clasifican de la siguiente manera:

Por su función: llanta de servicio y de repuesto.

Según el perfil: Llanta de invierno, verano y para nieve.

Por los ángulos de las cerdas: Llantas convencionales (cubiertas diagonales, pliegue oblicuo, oblicuo con cinturón) y llantas radiales.

Según la cámara de aire: Con cámara y sin cámara.

Por la forma de la sección transversal: Superbalón (H/B=0.95), sección transversal baja (H/B=0.88), sección transversal superbaja (H/B=0.80), serie 70 ((H/B=0.70).

Según la velocidad: Llantas normales, deportivas, de alta velocidad y máxima velocidad.




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