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Información sobre los frenos
10:01-01esEdición 1
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Indice
Frenos ...........................................................4Funcionamiento de los frenos ........................4Frenos revisados, frenos seguros ...................5
Forros de frenos ...........................................5Estabilidad a la fricción .................................7Anchura de los forros y efecto sobresu duración .....................................................9Forros de frenos cortos o largos ..................10
Tambores de frenos....................................12Generalidades ..............................................12Grietas térmicas ...........................................12Tensión en el tambor al frenar ....................13Tensión en el tambor después delenfriamiento .................................................13Zonas ásperas y grietasprofundas .....................................................14
Factores que reducen la fuerzade frenado ...................................................16Patinamiento ................................................16
Fenómenos que reducen el confort -vibraciones ..................................................20Generalidades sobre las vibraciones ............20Chirrido de los frenos ..................................21Golpeteo de los frenos .................................22Vibraciones de baja frecuenciaa alta velocidad ............................................23Vibraciones a causa de puntos calientes .....23Vibraciones de baja frecuenciaa baja velocidad ...........................................24
Indice
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FrenosEl tipo más corriente de frenos para vehículospesados es el freno de tambor.
Hay diferentes métodos de actuación y regula-ción de las zapatas, pero las diferencias sonmínimas en lo que respecta a su funciona-miento y prestaciones.
Los frenos Scania son del tipo de leva en S, enlos que se presionan las zapatas contra el tam-bor al girar el eje de leva del freno.
Para accionar los frenos se usa aire compri-mido. El aire se comprime con un compresor yse almacena en los depósitos de aire compri-mido. Desde éstos se distribuye a cada cilindrode freno mediante la válvula del freno de servi-cio, para obtener la retardación necesaria.
1 Palancas de los frenos (con ajustemanual o automático)
2 Eje de leva del freno (S)3 Rodillo de presión4 Muelle de retorno5 Pasador de ancla6 Forro del freno7 Zapata
A lo largo deρ, α produce la misma elevaciónde la zapata 1 = elevación de la zapata
ρ = ángulo de desgasteα = ángulo de aplicación
Frenos
Funcionamiento de los frenosEn el cilindro de freno, el diafragma (área×presión) empuja hacia afuera la varilla deempuje. La palanca1, conectada a la varilla deempuje, hace girar el eje de leva2 con su levaen S, la cual presiona hacia afuera las zapatascontra el tambor.
De esta forma, la presión entre el forro y eltambor se determina mediante la interacciónde: aire comprimido - cilindro de freno -palanca - eje S de leva del freno.
La forma de la leva S es tal que su elevación alfrenar (es decir, la distancia vertical que reco-rren las zapatas hacia el tambor) es igual, inde-pendientemente del lugar de la leva dondedescansen los rodillos.
En el diagrama de la derecha, se puede ver laaltura de elevación de las zapatas en función desu desgaste y del ángulo de aplicación. Cual-quiera que sea el desgaste, podemos ver que ungiro específico del eje de leva produce siemprela misma altura de elevación.
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Frenos revisados,frenos segurosPara mantener el funcionamiento seguro yóptimo de un freno, se deben revisar sus com-ponentes periódicamente y, en caso necesario,ajustarlos de acuerdo con nuestras recomenda-ciones.
Un freno bien mantenido reduce el riesgo deperturbaciones tales como el desplazamientohacia un lado, el desgaste irregular de losforros o la sobrecarga en cualquiera de las rue-das. De lo contrario, las perturbaciones puedenproducir daños consecuentes y la reducción dela fuerza de frenado o, en el peor de los casos,la pérdida total del efecto de los frenos (verrúbrica ”Factores que reducen la fuerza de fre-nado− patinamiento mecánico por el calor”).
Forros de frenos
Forros de frenosPor razones competitivas, los fabricantes deforros para frenos no revelan la composiciónexacta de éstos.
En principio, un forro consta de varios ingre-dientes, cada uno de los cuales tiene una fun-ción determinada.
Normalmente, se suele hablar de tres ingre-dientes principales en un forro de freno.
El primer ingrediente es elmaterial de fricción,es decir, el que lleva a cabo el trabajo de fre-nado, y que es decisivo para la vida de serviciodel forro (50-70 % consiste en material de fric-ción, cuya estructura constituye un refuerzopara mayor resistencia).
Aquí varía la elección del material, según elfabricante. Ejemplos de materiales usados sonhierro, fibra de vidrio, etc.
En general, se puede decir que el material defricción deberá ser resistente al desgaste, noperjudicial para el tambor y aislante desde elpunto de vista térmico, es decir, que no con-duzca el calor hasta los cojinetes de las ruedas.
El segundo ingrediente es el material que tienela misión de aglutinar el material de fricciónpara darle estabilidad al forro de freno. Porconsiguiente se le llama tambiénaglutinante(5-15 % del forro).
El forro ha mantener también su estabilidad deforma incluso a temperaturas y presionessuperficiales sumamente altas.
Ejemplos de agentes aglutinantes son la gomay la resina.
El tercer ingrediente es el material que le daestabilidad de forma al forro, sobre todo a altatemperatura. Descarga un freno de rueda some-tido a esfuerzo lubricando el forro y redu-ciendo así el trabajo del freno. A esteingrediente le llamamosagente modificante ypuede consistir en grafito, sustancias orgáni-cas, arena, etc.
Puede que parezca fácil fabricar forros de frenopara camión.
Pero la realidad es bien distinta, puesto que senecesita una larga serie de pruebas para que elfabricante tenga un forro que pueda utilizarse.
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Entonces, ¿qué criterios aplica Scania paraaprobar un forro de freno?
Las exigencias de un buen forro de freno cons-tituyen un compromiso entre nuestras altas exi-gencias, las exigencias de las autoridades(consultar la legislación sobre forros de frenosen el país respectivo) y las demandas de nues-tros clientes.
A continuación indicamos algunos de losrequisitos y propiedades que deben tener nues-tros forros de frenos.
Forros de frenos
Estables a la fricción
El coeficiente de fricción para el margen defuncionamiento del forro (variaciones de tem-peratura) debe ser casi constante, es decir, queno produzca una frenada defectuosa (ver ”Fac-tores que reducen la fuerza de frenado”).
Forma estable
El forro debe soportar tensiones y esfuerzosmecánicos sin agrietarse y sin pegamiento.
Tendencia a las vibraciones y chirridos
La tendencia del forro a producir vibracionespuede reducir el confort.
Duración del forro
Una larga vida de servicio. (La introducción delos forros sin amianto reduce la elección demateriales).
Duración del tambor del freno
El efecto de los forros sobre el tambor debe serlo menos perjudicial posible, es decir, quedeben reducir al mínimo los puntos de calor ylas grietas (ver sección ”Tambores de frenos”).
Impacto medioambiental
La legislación estipula materiales sin amianto.
Manejabilidad
Poco peso, que no sea peligroso para lasmanos, que no acumule polvo, etcétera.
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Estabilidad a la fricciónPara elegir un forro de freno hay que tenermucho cuidado, ya que los diferentes materia-les pueden presentar propiedades muy distin-tas. Antes de que se apruebe un forro paraincorporarlo a la producción, será sometido auna larga serie de pruebas en nuestros laborato-rios (prestaciones, patinamiento, resistencia,desgaste, vibraciones, etcétera). Sólo unospocos frenos pasan estas pruebas. Los que laspasan se prueban seguidamente en camiones enfuncionamiento.
Las investigaciones y comparaciones entre losdistintos tipos de frenos revelan grandes dife-rencias en sus propiedades, según el parámetroprobado y cómo se realiza la prueba.
La fricción de los forros varía con la velocidadde deslizamiento y la temperatura. Cada forrotiene su curva de fricción.
En una comparación de los forros A y B a 3km/h (en el banco de rodillos) y a 60 km/h(según la normativa legal vigente), se puedever que estos forros se comportan igual a bajavelocidad, pero que el forro A tiene más altafricción que B a altas velocidades.
El coeficiente de fricciónµ varía a medida queaumenta la velocidad, y por eso es muy impor-tante probar las características de los forros atodas las velocidades. Esa propiedad se conocecomo patinamiento por velocidad.
Coeficiente de fricciónµ en funciónde la velocidad
Coeficiente de fricciónµ en funciónde la temperatura
Forros de frenos
El diagrama de la derecha muestra cómo varíael coeficiente de fricción en función de la tem-peratura.
El coeficiente de fricción debe ser estable, puessi desciende bruscamente perdería efectividadla frenada.
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Una caída moderada de la fricción es positivaporque evita que uno de los frenos tenga quehacer todo el trabajo. El freno sobrecargadotransfiere así parte de la carga y la distribuyeentre los frenos de las demás ruedas. El efectode la temperatura es importante y convienetenerlo en cuenta para evitar sorpresas enforma de fallos momentáneos en la frenada oen la adaptación de los frenos.
En unas pruebas de estabilidad a la fricción de24 forros de frenos, se ha observado que suscaracterísticas varían mucho. Estas pruebashan demostrado que algunos de los frenos sontan malos que su frenada es realmente pobre,sobre todos en circunstancias difíciles. Ver eldiagrama a la derecha.
El patinamiento por calor y por velocidad debeser el mismo en todos los frenos del vehículo,de lo contrario se producirá una mala distribu-ción de las fuerzas de frenada.
Una frenada anormal puede hacer que losforros presenten una tendencia acristalizarse.La cristalización es un fenómeno que reducesucesivamente la fricción y puede ser causadapor frenadas largas y ligeras.
Lo que sucede cuando se cristaliza el forro esque el agente modificador, que tiene propieda-des lubricantes, se acumula en la superficie delforro. Normalmente, estas sustancias se que-man al frenar, pero si se frena ligeramente y noaumenta mucho la temperatura del forro, tien-den a acumularse en la superficie. Ver sección”Factores que reducen la fuerza de frenado”).
Estas experiencias han demostrado lo impor-tante que es para la seguridad vial que se utili-cen sólo forros de frenos probados en unvehículo concreto. Esto no presenta problemacuando el vehículo sale de la fábrica, pero apa-rece cuando se cambian los forros. Por ello,sólo se deben usar forros originales.
Forros de frenos
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S = desgaste
Anchura de los forrosy efecto sobre su duraciónScania utiliza actualmente forros de cuatroanchos distintos:
A 127 mm (5”) Eje portador
B 178 mm (7”) Ejes delantero y portador
C 203 mm (8”) Ejes delantero, motrizy portador
D 254 mm (10”) Eje motriz
Lo ideal es que la anchura de los frenos seadapte a la tarea que deben realizar los frenos.
La consecuencia es que los frenos más estre-chos se desgastan antes.
La razón más decisiva del desgaste de losforros de frenos es la temperatura, debido a queel desgaste aumenta con la temperatura.
En consecuencia, se trata de mantener la tem-peratura de los forros lo más baja posible.
El diagrama de la derecha muestra la velocidadde desgaste de un forro normal Scania.
El calor se genera en la capa de contacto entreel forro y el tambor de freno y se disipa a travésdel tambor al aire. Por ello la capacidad de disi-pación del calor es muy importante para el des-gaste de los frenos.
Forros de frenos
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Se puede simbolizar la capacidad de disipaciónmediante cubos de agua de distintos tamaños.Estos tamaños (5”, 7”, 8”, 10”) corresponden alos del tambor del freno, que tiene un orificioen el fondo por donde se disipa el calor. Losgrifos y el caudal de agua al interior del cubocorresponde al esfuerzo de frenada que se va arealizar.
Con la misma cantidad de energía o calor pro-ducida por los frenos, el nivel de agua variaríasegún el tamaño del cubo. Esto representa latemperatura del tambor, donde un alto nivelrepresenta alta temperatura.
Si pasamos del ejemplo a la realidad, veremosque un tambor más grande tiene mayores posi-bilidades de absorber energía en forma decalor, pero también de disiparlo más fácil-mente.
El límite crítico es cuando la temperatura llegaa ser tan alta (el cubo se llena) que el desgastede los forros es muy grande, con el riesgo deque se produzca el patinamiento del freno porel calor.
La conclusión de nuestro ejemplo es que lostambores pequeños con forros estrechos se des-gastan más, con la misma fuerza de frenada,que los tambores grandes con forros anchos.
Forros de frenos largos o cortosEn 1989, Scania empezó a utilizar forros defrenos cortos en vez de los anteriores largos.
La cantidad de material de un forro corto esaproximadamente el 65 % de la de un forrolargo. Esto puede parecer extraño, ya que gene-ralmente se ha hablado de la superficie delforro como una medida de su calidad.
Pero en nuesstras pruebas hemos llegado a laconclusión de que la duración total del forro noes menor cuando éste sea más corto. Además,hemos notado una gran reducción de la apari-ción de puntos calientes en los tambores de fre-nos.
También hemos conseguido hacer desaparecerlas vibraciones de baja frecuencia a alta veloci-dad. (Ver sección ”Fenómenos que reducen elconfort: vibraciones”).
Forros de frenos
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La vida de servicio de los frenos cortos no sereduce (aunque decíamos anteriormente enconexión con la anchura de los forros que unárea reducida produce mayor temperatura parael mismo trabajo y con ello mayor desgaste)debido a que el contacto de los forros con eltambor es más eficaz y el tambor se enfríamejor (porque es mayor el espacio donde eltambor no está en contacto con los forros).
La diferencia entre el contacto con el tamborde un forro corto y otro largo se puede ver en lafigura de la derecha.
En ella aparecen dos forros en sección y sepuede ver que el contacto del forro con el tam-bor se produce en una serie de puntos.
Si se aplican frenos cortos y largos con lamisma fuerza, el forro corto ofrece más puntosde contacto. Esto produce un menor aumentode temperatura en cada punto, que compensacon creces la menor longitud del freno.
Forros de frenos
A = Forro cortoB = Forro largo
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Tambores de frenos
GeneralidadesA un tambor de freno se le exige mucho: debesoportar altas temperaturas, poder disipar bienel calor, mantener su forma, ser resistente aldesgaste, etcétera.
Para fabricar un tambor de freno con todasestas propiedades, se requieren pruebas detalla-das y exhaustivas, tanto en el laboratorio comoen la práctica.
La elección del material del tambor del frenotrata de optimizar siempre las propiedades quese le exigen.
La parte metálica de los tambores es una alea-ción fina de hierro fundido con el mayor conte-nido posible de grafito. La aleación finagarantiza la resistencia y estabilidad, y el gra-fito la disipación del calor.
A pesar de la alta calidad de un tambor defreno, presenta ciertas limitaciones para sopor-tar aumentos locales de temperatura. (Ver sec-ción ”Grietas térmicas”).
También las temperaturas uniformes pero ele-vadas producen cambios que pueden causarproblemas, si no se corrige la causa. (Ver sec-ción ”Factores que reducen la fuerza de fre-nada: patinamiento mecánico por calor”).
Cuando se frena bruscamente, se convierte enenergía calorífica una gran cantidad de energíacinética. El calor que se genera así en el con-tacto entre los forros y el tambor es energía quese desperdicia y se debe disipar hacia el aire,fundamentalmente a través del tambor (ver”Forros de frenos”).
A pesar de la capacidad del tambor para disi-par energía calorífica, se pueden producir efec-tos negativos (aparte del desgaste normal),tales como grietas térmicas y puntos calientes.
Tambores de frenos
Grietas térmicasEl diagrama muestra la distribución de tempe-ratura en el tambor del freno a 1, 2, 3, 4, 5, 6 y10 segundos después de comenzar la frenada.La temperatura aumenta rápidamente en unacapa superficial muy fina, llegando al máximoen cuestión de unos dos segundos. A partir deahí, la temperatura superficial cae, pues lavelocidad del vehículo ya ha empezado a des-cender y, por tanto, se reduce la producción decalor. La onda calorífica se desplaza por eltambor y la temperatura se va haciendo uni-forme.
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Tensión en el tambor al frenarCuando se calienta la capa más interior, elmetal tiende a dilatarse. Esto se evita por elespesor y la baja temperatura del resto del tam-bor, que produce cierta tensión. La magnitudde esta tensión depende de la temperatura en lazona en cuestión: una alta temperatura puedehacer que la capa superficial del materialalcance el punto de fusión, lo cual produciríauna deformación permanente. Esto se da aconocer por una pequeña elevación en la super-ficie del tambor (ver figura).
(Ver también la sección ”Anchura de los forrosy efecto sobre su duración”).
Tensión en el tambor despuésdel enfriamientoCuando se enfría el hierro fundido del tambor,tiende a volver a su forma original y se produ-cen esfuerzos de tracción en las capas superfi-ciales. La magnitud de estos esfuerzos detracción, que vienen determinadas por la com-presión anterior, puede hacer que el metalalcance su punto de fusión/rotura, lo cual dalugar a grietas superficiales. Al cabo de ciertotiempo, aparecen pequeñas grietas distribuidasuniformemente por toda la superficie del tam-bor, paralelas al eje longitudinal del mismo(ver figura). Estas grietas no tienen importan-cia si están uniformemente distribuidas portoda la superficie y no tienen más de aproxima-damente 1 mm de profundidad.
Tambores de frenos
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Zonas ásperasy grietas profundasCuando el freno se recalienta hasta el límite enque se producen cambios en en los materrialesdel tambor y de los forros, aparecen grietasmás profundas y puntos oscuros debidos alcalor.
Algunas partes del forro se pondrán después deello en contacto con una parte del tambor queno es redonda. La superficie de contacto serámás pequeña y al mismo tiempo se generamucha más energía. En las superficies de con-tacto se produce también mucho calor.
Cuando la temperatura es alta, se producenreacciones químicas en los forros, que hacenque la fricción aumente con la temperatura (verfigura). Un punto más caliente desarrolla máscalor y se calienta aún más que su entorno. Deeste modo se crea una zona áspera en el tam-bor.
En esa zona, el forro llega a un punto (tempera-tura)en que la velocidad de desgaste es muchomás de lo normal, con lo cual se produce eldesgaste local.
En el tambor se produce un punto caliente per-manente y una grieta.
Si se producen varios de estos puntos cercaunos de otros, las grietas se pueden agrandar ydebilitar el tambor.
Una grieta suficientemente larga y profundapuede hacer que se rompa el tambor.
1 Tambor de freno con deformación de temple
Tambores de frenos
A = NormalB = Inestable
2 El mismo tambor de 1 después de 700frenadas
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Las deformaciones de temple pueden causarvibraciones en el volante u otros fenómenosvibratorios, sin que se produzcan grietas.
Remedios para detectar y evitar problemas:
• En caso de problemas por tambores de fre-nos con grietas, comprobar y ajustar el sis-tema de frenos según nuestras instrucciones.Estas revisiones y ajustes evitan averíasimprevistas. También se debe efectuar laadaptación de los frenos para las combina-ciones vehiculares con remolque.
• Desde el punto de vista de distribución delcalor, lo mejor es usar forros anchos. Losfrenos cortos ofrecen también una mejordistribución del calor, debido a que tienenun contacto mejor y más uniforme con eltambor. Ver sección ”Forros de frenos”.
• Es preferible usar tambores más grandes ypesados, pues son más fuertes y soportanmejor la concentración de calor y la forma-ción de olas. Además, un tambor de mayorpeso y volumen disipa mejor el calor.
• Los frenos auxiliares, tales como el freno degases de escape y el ralentizador, puedenusarse con mayor frecuencia, ya que así sereduce esfuerzo en los frenos normales.
Tambores de frenos
3 Tambor de freno con grietas profundas
4 El mismo tambor que en 3 después de 700
5 Caso límite para cambiar el tambor de freno
6 Desgaste que requiere cambiar el tambor
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a) Patinamiento = disminuyeµb) El agente aglutinante se acumula
en la superficie (margen normalde funcionamiento).
c) El agente aglutinante se evapora.Sólo queda el material de fricción.
Factores que reducen la fuerza de frenado
Patinamiento1 Patinamiento por calor - cambio deseable
en las propiedades de los forros de frenosPor regla general, el coeficiente de fricción deun forro se reduce cuando aumenta la tempera-tura. Ver la figura.
Un patinamiento moderado es bueno como fac-tor de estabilización, debido a que un freno car-gado ”transfiere” parte de su carga a los demásfrenos. Esto reduce el riesgo de daños porcalor.
Se puede conseguir este patinamiento deseablemezclando en el material de los frenos modifi-cadores sólidos que empiezan a actuar cuandose calientan.
La variación de la fricción en función de latemperatura varía mucho según el tipo deforros. Los forros de Scania tienen siemprevariaciones de la fricción perfectamente con-troladas.
Factores que reducenla fuerza de frenadoLas causas de pérdida total o parcial de lafuerza de frenado pueden ser muchas. Las máscorrientes son un drenaje incompleto de losdepósitos de aire (problemas de congelación) yun mantenimiento deficiente de los componen-tes del sistema de aire comprimido (válvulas,tubos y mangueras) y de los componentesmecánicos de los frenos (tales como cilindros,palancas de freno, ajustadores de holgura o malajuste de las zapatas y ejes de leva del freno).
Si se llevan a cabo las revisiones periódicasestipuladas, se reduce el riesgo de fallos delsistema de frenos.
Pero aunque funcione estupendamente todo elsistema de frenos, la capacidad de frenada deuna combinación vehicular puede variar con eltipo de forros y con su comportamiento (tem-peratura de trabajo).
Echemos un vistazo más de cerca a estos fenó-menos.
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S = Carrera del cilindro de frenoF = Presión
Factores que reducen la fuerza de frenado
2 Patinamiento por el calor - cambios nodeseable en las propiedades de los forros
Un forro con reducción de fricción, en el queµcae bruscamente con el aumento de la tempera-tura, es un forro malo y poco fiable (verfigura).
3 Patinamiento mecánico por el calorEste es un tipo de patinamiento que se suelepasar por alto, a pesar de que las consecuenciaspueden ser muy graves para la seguridad vial.
Lo que ocurre es lo siguiente: al frenar se desa-rrolla en los frenos una gran cantidad de ener-gía, que se convierte en calor.
Cuando aumenta la temperatura, aumenta eldiámetro del tambor (dilatación por el calor).Este aumento del diámetro es causado, apartede la temperatura, por el material y las dimen-siones del tambor.
Para obtener el mismo par de frenado encaliente que en frío (el tambor se dilata), la levadel freno tiene que girar algo más. Un aumentodel giro del eje de leva del freno exige unamayor carrera en el cilindro de freno. Esteúltimo está diseñado de forma que la fuerzapara una carrera dada (para carrera máxima ymínima ver el manual de servicio) sea práctica-mente constante. No obstante, si la carrera esmás larga, es decir, que va más allá de su ”mar-gen de funcionamiento”, se reduce la fuerza alaumentar la carrera.
El riesgo de potencia de frenado deficientedebido a una carrera demasiado larga aumentasi los frenos están mal ajustados.
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Caso extremo
Margen normal de funcionamiento (A)
Factores que reducen la fuerza de frenado
También la fuerza del émbolo× del ajustadormultiplicada por la longitud efectiva de lapalanca se reduce en carreras extremas, esdecir, que se reduce el par que actúa sobre eleje de la leva del freno. (M1= F×L1 es mayorque M2= F×L2. Además, la fuerza F se reducecuando aumenta la carrera, disminuyento M2aún más.
Si la palanca de freno no está correctamenteajustada, esto puede hacer que la carrera delcilindro de freno no sea suficiente.
Para evitar las consecuencias negativas de losfactores arriba indicados, se deben revisarsiempre los frenos según las instrucciones apli-cables (ver Instrucciones de mantenimiento, enel Grupo 0).
4 Cristalización de los forrosLa cristalización es una reducción progresivade la fricción en las frenadas largas y ligeras.
En la superficie de desgaste del forro se acu-mulan las sustancias de efecto ”lubricante”.Estas sustancias son necesarias para que losforros duren más y producen cierto patina-miento (ver ”Patinamiento por el calor: cambioen las propiedades de los forros”).
En la cristalización se acumulan sustancias enla superficie de los forros de frenos. Estas sus-tancias se pueden eliminar normalmente fre-nando bruscamente unas cuantas veces. De estemodo, se gastan o se queman dichas sustancias.
Algunos forros presentan mayor tendencia acristalizarse que otros.
En general, se trata de que el coeficiente defricción no se vea afectado, sino que se men-tenga constante.
No obstante, la estabilidad del coeficiente defricción varía mucho según la calidad de losforros. Por tanto es muy importante usar siem-pre forros originales.
Nota: Un forro cristalizado no siempre tieneuna superficie brillante, sino que puede estarrecubierta de polvo.
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Factores que reducen la fuerza de frenado
5 Patinamiento por velocidadEl patinamiento por velocidad es una reduc-ción de la fricción al aumentar la velocidad delvehículo. Tiene que ver con el patinamientopor calor, porque al frenar a gran velocidadaumenta la temperatura en la superficie de con-tacto del freno con el tambor. Como hemosindicado anteriormente, la fricción se reducecon la temperatura (ver sección ”Patina-miento”).
6 Envejecimiento de los forrosSi los forros soportan altas temperaturasdurante largo tiempo, ”envejecen” prematura-mente, es decir, que las sustancias que los com-ponen pueden cambiar o desaparecer antes deque empiecen a actuar. Entonces se puedenempeorar las propiedades y la fricción de losforros.
7 OtrosEl aceite, el agua, el polvo, etcétera, tienen unefecto negativo en la fricción.
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Fenómenos que reducen el confort - vibraciones de los frenos
Fenómenos que reducenel confort - vibracionesde los frenos
Generalidades sobrelas vibracionesLas vibraciones generadas por los frenos sonde muy diversas frecuencias, por lo que produ-cen diversos problemas.
Normalmente hablamos de cinco fenómenosdistintos de vibraciones/oscilaciones:
Chirridos
- vibraciones de alta frecuencia que afectan eloído.
Golpeteo
- vibraciones de 50 Hz generadas al dar mar-cha atrás.
Vibraciones de baja frecuencia
- Al doble del giro de las ruedas a alta veloci-dad, más de 70 km/h.
- Al doble del giro de las ruedas a baja veloci-dad, unos 40 km/h.
- causadas por deformación de temple.La frecuencia depende del número de puntosexistentes en el tambor.
La causa fundamental de las vibraciones en elsistema de frenos es que la parte giratoria, porejemplo, el tambor del freno, no es redonda.Esto hace que el tambor del freno tenga holgu-ras radiales.
Siempre se presentan vibraciones en forma devibraciones. No obstante, los componentes delos frenos del vehículo suelen tener propieda-des de amortiguación incorporadas. Si los pro-blemas son pequeños, estas propiedades evitanlas vibraciones. Cuando se reduce la amorti-guación y/o aumentan los problemas, empiezanlas oscilaciones y se pueden producir resonan-cias.
Se entiende por resonancia que una parte de unvehículo vibra a su propia secuencia, comosucede cuando se pasa un arco por la cuerda deun instrumento.
La resonancia se puede producir, por ejemplo,cuando el eje delantero o el trasero oscila a unlado y otro desde su eje de rotación, o cuandolas ruedas delanteras giran a un lado y otro delos cojinetes de los pivotes. Entonces se notanlas vibraciones en el volante.
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Chirrido de los frenosEl chirrido de los frenos es una vibración a unafrecuencia tal que produce un tono molestopara el oído.
Los forros de alta fricción suelen tener unamayor tendencia a chirriar que los de baja fric-ción (en el arco del violín se usa resina paraaumentar la fricción sobre la cuerda).
Jabón en el arco = no suena
Jabón en el freno = no suena, pero tampocofrena (baja fricción).
Una causa del chirrido de los frenos puede serque se frena repetidas veces no muy fuerte,yendo a baja velocidad, o que el rodamiento dela leva/anclaje de la zapata está desgastado.Otra causa puede ser que los forros de frenoslleven remaches mal puestos, que en unmomento dado rozan con la zapata. Esto puedehacer que se caigan los remaches del forro oque se suelte la parte del forro alrededor de losremaches.
Remachado con demasiada fuerza:
1 El material del forro alrededor de los rema-ches se abomba, lo que hace que esa partedel forro no entre en contacto con la zapata.
2 Pueden producirse grietas alrededor de losagujeros de los remaches.
Remachado con demasiado poca fuerza
1 Debido al movimiento entre el forro y lazapata, se pueden producir vibraciones enforma de chirrido de los frenos.
2 El movimiento entre el forro y la zapatapuede causar fatiga en los remaches y hacerque se desgasten los agujeros de los forros.El resultado es que se sueltan los forros.
Para montar los remaches con una fuerza ade-cuada, se debe ajustar la remachadora entre16y 18 kN. Esto se aplica a todos los forros origi-nales de Scania.
Al remachar los forros de los frenos, hay quelimpiar bien la superficie de contacto de lazapata.
Quitar todo el óxido y la suciedad de las zapa-tas.
Fenómenos que reducen el confort - vibraciones de los frenos
A No es necesario lijarB Quitar las rebabas de los agujerosC, D Lijado incorrecto
Superficie de la zapata junto a los agujerosde los remaches
Lijar cualquier aspereza que pueda haber en laszapatas de frenos, tales como las rebabas de losagujeros de los remaches. No obstante, tenercuidado de no hacer huecos ni zonas planas.Ver figura.
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Golpeteo de los frenosAl frenar, las zapatas de los frenos son empuja-das contra el tambor. Las ballestas y el trave-saño del eje se doblan por la fuerza de frenada.Cuando gira el eje, se retrasa el movimiento dela palanca y la varilla de empuje debido al parde inercia del sistema. La presión de la zapatacontra el tambor de freno aumenta y esto haceque la ballesta y el travesaño del eje giren unpoco más. Ver figura.
La fuerza máxima de fricción entre la zapata yel tambor se obtiene rápidamente. Después lazapata se retrae, debido a la fuerza elástica delmuelle. El movimiento del ajustador se retrasade nuevo y hace que la presión del freno caigamás de lo necesario. Empieza entonces unaacción de aumento-reducción de la presión defrenada, que produce oscilaciones en el eje.
Las oscilaciones empiezan antes si la amorti-guación (= fricción del sistema) es baja, porejemplo, debido a baja fricción en los casqui-llos del eje de leva.
Como hemos dicho antes, la oscilaciónempieza cuando el tambor y la leva del freno semueven en dirección contraria. Si se muevenen la misma dirección, la zapata delanterarecibe menor fuerza, con lo que se reducen lasposibilidades de autobloqueo.
Fenómenos que reducen el confort - vibraciones de los frenos
1 = Zapata delantera
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Vibraciones de baja frecuencia aalta velocidadEste tipo de vibraciones puede producirse enlas frenadas largas, por ejemplo al bajar cuestaslargas.
La distribución de temperatura en el tambor delfreno no es uniforme. En la posición A de lafigura, el tambor tiene una temperatura algomayor.
En este punto, el material se dilata más que enel resto del tambor. El resultado es que lasuperficie del tambor de freno se dobla haciaadentro. El contacto con el forro se concentraen ese punto, que se calienta aún más. La anor-malidad se intensifica y el tambor se ovala.
Un tambor de freno que no sea redondo originavariaciones en el par. Cuando la parte desigualdel tambor de freno toca el extremo del forro,se produce un ajuste de gran magnitud de lazapata. En consecuencia, aumenta el par alre-dedor del rodamiento del pivote.
La variación del par disminuye cuanto másdentro se toquen el forro y el tambor del freno.(Al ser la fuerza constante, la elevación de lazapata es menor).
Con los forros cortos, las variaciones del parson menores cuando se presentan estos proble-mas. Además, duran menos las anomalías.
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Vibraciones a causade puntos calientesLos puntos calientes se producen cuando eltambor se calienta más allá de cierto límite y seproducen alteraciones en sus materiales. Versección ”Tambores de frenos”.
Las frenadas bruscas a alta velocidad, y las fre-nadas suaves durante largo tiempo, puedenproducir puntos calientes (irregularidades pordeformación de temple).
Los puntos calientes pueden causar vibracio-nes.
Si además la adaptación de frenos entre los ejeses incorrecta, se agrava el problema.
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Vibraciones de baja frecuencia abaja velocidadLas vibraciones de baja frecuencia, por ejem-plo las que se notan en el volante son muyincómodas al frenar suavemente a velocidadesinferiores a unos 40 km/h.
Las variaciones del par en los frenos se trans-miten al volante a través de los rodamientos delos pivotes y las articulaciones de la direcciónhasta llegar al volante.
Por regla general, se debe a una variación de laforma del tambor o a la existencia de suciedaden la unión llanta-tambor-cubo.
Una llanta defectuosa, situada muy cerca deltambor del freno y del cubo de la rueda, puededeformar el tambor.
Lo mismo ocurre si no se aprietan bien las jun-tas roscadas de las ruedas.
Por ello, hay que apretar siempre las tuercas alpar correcto y siguiendo el método recomen-dado (ver Manual de instrucciones o Manualde instrucciones, Grupo 9).
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