Frenado
ESCUELA INGENIERIA
MECANICA
UNIV. NAC. ROSARIO
INTRODUCCION
Objetivos:
• Desacelerar el vehículo / detenerlo
• Garantizar la seguridad del vehículo
• Reparto óptimo de esfuerzos de frenado
• Dispositivos para evitar bloqueo
• Analizar la dinámica de la frenada
(estabilidad)
DEFINICION DEL MODELO
•
•
•
•
Vehículo como cuerpo rígido sin suspensión
Movimiento en un planolateral en linea recta
Acciones laterales despreciadas
Esfuerzos principales:
–
–
–
–
Pares de frenado en las ruedas (Ff)
Fuerzas de frenado en el contacto rueda/calzada (Mf)
Desaceleraciones angulares de las ruedas (Ω)
Pendientes en la calzada (θ)
• Esfuerzos secundarios:
– Resistencia a la rodadura
– Esfuerzos aerodinámicos
ESFUERZOS PRINCIPALES EN LA FRENADA
F ax
M
F zt
l2
ay
ESFUERZOSLIMITES DE FRENADO
Sistemas de frenos: Aplicación de una cupla de frenado para
• Vencer la inercia de las masas rotativas de las ruedas
• Desacelerar el vehículo en su traslación
Límites:
• Adherencia / bloqueo
• Potencia del sistema de frenos
En cada rueda ( j ) el equilibrio de fuerzas produce:
F f , j rc M f , j I e, j
j
Ff , j
M f , j I e, j
j
rc
rc : radio rueda bajocarga
OTROS ESFUERZOS EN EL FRENADO
Desnivel longitudinal del terreno
0, frenado
P sin( )
0, propulsión
P cos( ) modifica el peso adherente
Rodadura (Rr): retarda el movimiento (ayuda en el frenado)
pero es mucho menor a las fuerzas principales de frenado
Esfuerzos aerodinámicos: Solo influye a altas velocidades
•Fxa
Despreciarlo favorece a la seguridad en el diseño de frenos•Fya,Mya
modifica las cargas dinámica que soportan las ruedas Fz,j
(adherencia)
RESISTENCIA DEL MOTOR Y
LA TRANSMISION
Transmisión:
•Inercia de la transmisión (puede incluirse en la rueda)
•Fricción en cojinetes, engranajes, juntas, etc
•Solo se incluye cuando se requiere gran precisión en el cálculo
Motor:
•Par resistente del motor a mariposa cerrada (Mc)
•Depende de la relación de transmisión:
M f ,m
M c j
t
j : relación de caja
t : eficiencia de la transmisión
LA IMPORTANCIA DEL MOTOR
EN EL FRENADO
•
•
•
•
Aumenta con el peso del vehículo
Razones de seguridad
Durabilidad del sistema de frenos (calentamiento excesivo)
Control del sistema de frenos mediante:
– el tiempo de apertura de válvulas del sistema de frenos
– Dispositivos de restricción de la salida de gases de escapeaumentando la presión efectiva del cilindro y aumentando el
torque frenante.
• Convertidores de par transmiten potencia del motor a las ruedas y no
en sentido contrario (no se puede aprovechar la energía del frenado)
• En frenadas bruscas a altas velocidades el motor acoplado a las
ruedas por la transmisión también debe ser frenado aumentando la
exigencia del sistema de frenos
CONDICIONES IMPUESTAS PORLA ADHERENCIA
Bloqueo:
• Deslizamiento longitudinal unitario, rueda no gira pero se
desplaza a velocidad no nula.
• El coeficiente de roce adquiere un valor menor al de máxima
adherencia, en general para un deslizamiento del 20%.
• Por lo tanto, disminuye la fuerza de frenado respecto a la
máxima posible obtenible con rodadura.
• La interfaz rueda/calzada es incapaz de soportar cualquier
esfuerzolateral por menor que sea produciéndose un
desplazamiento lateral cuyo efecto depende del eje que se
bloquea.
BLOQUEO EJE TRASERO
Fy
Fy
Fy
m a y F f
Ff
m a y F f
m a x
Rear
Ff
F ro n t
Ff
Fy
Rear
Iz z
m a x
Fro n t
Ff
Fy
Condición normal
Fy
Condición de bloqueo
Iz z
M z
0 inestable
BLOQUEO EJE DELANTERO
Fy
m a y F f
Ff
Fy
Fy
m a xRear
Ff
Fro n t
Ff
Fy
m a y
Ff
Rear
Iz z
m a x
Fro n t
Ff
Fy
Condición normal
Fy
Condición de bloqueo
Iz z
M z
0 estable oscilación guiñada
CONCLUSIONES DEL BLOQUEO
•
•
•
•
Bloqueo eje trasero , inestabilidad direccional
Bloqueo eje delantero, pérdida de control direccional
Evitar bloqueo mediante sistemas de control activos
Caso contrario evitar que...
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