Frenos de disco

Frenos de Disco

Ing. Jim Palomares Anselmo

http://forogilda.foroperu.org/

Introducción

• Frenos de disco, es el término utilizado para describir los frenos que utilizan un rotor (al que se le llama disco), y una mordaza (al que se le llama Cáliper). Ver figura siguiente.

• El disco gira con la rueda. Cada lado del disco es una superficie de fricción, la mordaza está fija a una placa o a la suspensión.

• La mordaza va montada sobre el disco y envuelve al pistón o pistones y al conjunto de pastilla y balata (estos últimos a cada lado del disco).

Introducción

Introducción

• El pistón o pistones hidráulicos convierten la presión hidráulica del cilindro maestro (bomba principal), en la fuerza necesaria para apretar las balatas contra el disco. Esto genera la fricción necesaria para frenar.

• Todos los discos de freno trabajan igual, sin embargo, el espesor y la construcción de los discos pueden variar, afectando la rapidez de disipación de calor. Se emplea una lámina metálica para proteger el lado interno (lado que va hacia dentro del vehículo o dentro de borda), contra las salpicaduras durante el movimiento.

Introducción

• El lado externo (lado que va hacia fuera del vehículo o fuera de borda), está protegido por el aro de la rueda.

• Las mordazas de los frenos de disco se pueden agrupar en tres tipos básicos: 1) .- La mordaza flotante, 2).- La mordaza deslizante y 3).- La mordaza fija. Ver siguientes figuras:

• La primera mordaza en crearse fue la mordaza fija. Las mordazas flotantes y las deslizantes funcionan del mismo modo básico.

Mordaza fija

Mordaza flotante

Mordaza deslizante

Introducción

• L a diferencia entre las mordazas flotantes y deslizantes se encuentra en los medios que se emplean para sujetar las mordazas, lo que permiten que floten o deslicen en dirección lateral.

Mordazas flotantes

• L amordaza flotante se caracteriza por que tiene libertad para flotar lateralmente en sus pernos de montaje.

• Posee un pistón hidráulico grande del lado interno (lado que va hacia dentro del vehículo), algunos tienen dos pistones o más, que se encuentran hacia el lado interno del vehículo.

• En la figura siguiente, la caja de la mordaza está hecha de una sola pieza vaciada, que en

Mordazas flotantes

Mordazas flotantes

• general es de hierro colado o aluminio.• Existe en la mordaza un cilindro que contiene al

pistón grande del lado interno.• Un agujero de entrada de fluido está conectado

al fondo del cilindro de la mordaza.• También existe un agujero semejante, que no se

muestra en la figura, para la válvula de purga.• Dentro del cilindro está el pistón y su sello de

sección cuadrada. Ver la figura siguiente.

Mordazas flotantes

Mordazas flotantes

• En la figura anterior el sello se aloja en el cilindro y roza a presión con el diámetro exterior del pistón, obteniendo un ajuste hidráulico entre pistón y pared del cilindro.

• El pistón que se muestra está hecho de acero plateado y pulido. Algunos pistones se fabrican de plásticos fenólicos, que son de materiales muy resistentes.

• De la anterior figura se observa un escalón ranurado en el extremo exterior del cilindro.

Mordazas flotantes

• De la figura anterior, una capucha de hule se ajusta contra el escalón ranurado. La función de la capucha es evitar que entre agua, polvo u otros contaminantes al cilindro.

• En la figura de la diapositiva # 11, observamos un sensor de desgaste. El que se muestra está fijo a la pastilla interior, aunque algunos se sujetan en la pastilla externa. Este sensor se fabrica con acero de resorte.

• Cuando las balatas se gastan, el extremo del sensor hace contacto con el disco y emite un

Mordazas flotantes

• sonido de alta frecuencia (chillido, rechinido), para advertir al conductor. Ver figura siguiente.

• Algunos vehículos vienen equipados con un sensor eléctrico de desgaste. Cuando las balatas se desgastan y el sensor hace contacto con el disco, se enciende la luz de advertencia de frenos.

• Otra forma de sensor de desgaste lo conforma el sensor táctil. Cuando las balatas se desgastan, se establece una pulsación que advierte al chofer.

Mordazas flotantes

Mordazas flotantes

• En la figura de la diapositiva # 11, la mordaza muestra cuatro orejas en los extremos. Cada una lleva instalado un buje de hule.

• La mordaza se mantiene en su lugar, mediante los pernos de montaje que están atornillados en una base y esta a su vez es parte de la suspensión.

• La mordaza puede moverse libremente o flotar en sus bujes en dirección lateral sobre los pernos.

Mordazas flotantes. Funcionamiento

• Cuando se introduce presión hidráulica por detrás del pistón (ver las dos siguientes figuras), ejerce una fuerza sobre el pistón que lo mueve hacia afuera del cilindro y fuerza la pastilla y balata contra el disco. Esta fuerza tiende a mover la mordaza móvil hacia el interior del vehículo.

• La mordaza móvil, empuja la pastilla hacia el lado externo del vehículo y hace friccionar la balata con el disco. De esta manera se crea la fricción necesaria para el frenado.


• La siguiente figura muestra un acercamiento de la mordaza móvil, el pistón, el sello y la capucha en el momento de aplicar y liberar los frenos.

• El pistón se mueve hacia afuera del cilindro. La fricción entre el pistón y el sello tiende a jalar la cara interior del sello con todo pistón y la ranura en ángulo del cilindro permite que esto suceda.


• Notamos en la figura anterior que para una frenada, el pistón no se mueve con respecto al sello (por que este es elástico), pero si se mueve con respecto al cilindro.

• Al irse gastando las balatas, el pistón se desplaza poco a poco hacia afuera del cilindro, entonces cada vez más se acumula más fluido detrás del cilindro. El cilindro maestro (bomba principal) suministra este fluido adicional. Esta es la razón por la que los cilindros maestros, poseen mayor volumen en un depósito, cuando tienen frenos de disco y frenos de tambor.

Mordazas flotantes. Variaciones en el diseño

• Las principales diferencias en el diseño se encuentra en los elementos que se emplean para sostener y mantener en posición a la mordaza, pastillas y balata y así reducir los ruidos, traqueteos y rechinados.

• En la siguiente figura, observamos un resorte de sujeción de pastilla que da a la parte interna del pistón.


• En la siguiente figura, lleva en la pastilla externa un resorte de antivibración. Los tornillos de sujeción llamados pernos de posicionamiento de mordaza – ancla, se instalan utilizando posicionadores.


• En la siguiente figura, los tornillos de sujeción se llaman pernos guía y se instala mediante estabilizadores. También los pernos poseen un broche antivibración. En lugar de estar atornillados en la placa de anclaje, estos tornillos guías están atornillados en la mordaza.


• En la siguiente figura, la mordaza utiliza un sujetador de resorte que va fijo a la pastilla externa. También podemos observar los agujeros de localización. Todos estos sujetadores, resortes, broches, son importantes para evitar el traqueteo o el rechinado de las pastillas.


• En la siguiente figura podemos observar una mordaza con agujeros largos para colocar los pernos largos, en el lado interno. Estos tornillos llevan capuchas protectoras, para proteger a la camisa (bocina) y agujeros de la corrosión. Vemos que también existen bujes.


• En las dos figuras siguientes, podemos observar en la primera figura que un anillo metálico moldeado sujeta la capucha.

• En la segunda figura, podemos observar una mordaza flotante con dos pistones. Los dos pistones trabajan al mismo tiempo.

Mordazas deslizantes

• La mordaza deslizante se desliza sobre las superficies en forma de “V”.

• La figura siguiente muestra una mordaza sostenida por una cuña sujetada por un tornillo.


• En las tres siguientes figuras, podemos observar en la primera figura un diseño parecido con la diferencia que la cuña está sujetada mediante chavetas en vez de tornillo.

• En la segunda figura, se muestra otra versión, los broches de sujeción, y los resortes antivibración están atornillados en los extremos longitudinales de la mordaza.

• En la tercera figura, muestra una mordaza deslizante parecida, pero con dos pistones internos.

Mordazas deslizantes. Funcionamiento

• En la siguiente figura, observamos que cuando se aplican los frenos, el líquido de freno ingresa al cilindro empujando al pistón que a su vez oprime la pastilla y balata interna contra el disco. Al mismo tiempo a través del puente de la mordaza, se jala la balata externa contra el disco.

• Cuando se aplican los frenos, el sello del pistón se flexiona elásticamente. Cuando se suelta el pedal de freno el sello de hule del


• pistón tiende a regresar a su forma original.• A medida que se desgasta la balata, el pistón

sale poco a poco hacia afuera del cilindro, almacenando más líquido de freno detrás del pistón.

Variaciones de diseño

• Al igual que las mordazas flotantes, las variaciones del diseño de la mordaza deslizante se diferencian por los broches, cuñas, retenes y resortes antitraqueteo o anticascabeleo.

• En la siguiente figura, observamos el yugo de la mordaza. Este diseño emplea dos pistones en el mismo cilindro. Un pistón actúa sobre la pastilla interna actuando sobre el otro pistón que empuja al yugo.

• El yugo empuja la pastilla y balata contra el disco.

Variaciones de diseño

Mordazas traseras

• Cuando se colocaron las mordazas en las ruedas traseras, surgió la pregunta ¿Qué hacer con el freno de estacionamiento?

• El primer freno de estacionamiento, fue el que llevaba un freno de pastilla en la mordaza. A este sistema se llama freno de estacionamiento no integral.

• Cuando salieron las mordazas flotantes y deslizantes, se hizo más práctico integrar un freno de estacionamiento. Se le denomina de tipo integral.

Mordazas traseras con frenos de estacionamiento no integral

• En las dos siguientes figuras, podemos observar en la primera figura un disco y tambor que se utiliza en frenos de estacionamientos no integrales. El conjunto de disco tiene una forma semejante a la de un sombrero en cuyo interior trabaja un freno de tambor.

• En la segunda figura, al aplicar el freno de estacionamiento, se jala una palanca para que las zapatas hagan contacto con el tambor.

Mordazas traseras con frenos de estacionamiento no integral

Mordazas traseras con frenos de estacionamiento integral

• Se describirán dos métodos. El primer método utiliza una rosca, y el otro un mecanismo de bola y rampa. Existen otros métodos como la acción de una leva.

• En la siguiente figura, el cable del freno de estacionamiento está enganchado a una palanca de la mordaza. Cuando se aplica el freno de estacionamiento el cable jala la palanca y el resorte la regresa.


• En la siguiente figura, observamos un corte transversal de una mordaza que emplea un tornillo de gran avance para aplicar el freno de estacionamiento.

• Cuando se aplica el freno de estacionamiento la palanca hace girar al tornillo. El diente externo a la tuerca (que contiene al tornillo) se desliza en forma lateral. La rotación del tornillo mueve la tuerca lateralmente, presionando al cono contra el pistón y este a su vez contra la pastilla interna.


• En la siguiente figura, observamos una mordaza trasera cuya palanca está asegurada al eje de operación. Existen tres bolas de acero que se encuentran entre las caras opuestas del eje de operación y el tornillo de empuje, en la cual se instala a un ajustador automático dentro del pistón.

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