Tema06

T E M A 6 .- F R E N O S
INTRODUCCIÓN
Los frenos son sistemas mecánicos que
mediante rozamiento permiten regular la velocidad
de movimiento de árboles y otros elementos, bien
disminuyéndola o bien manteniéndola.
Sus principios de cálculo son semejantes a los
de los embragues, si bien sus características
constructivas y algunos de los principios de cálculo
han hecho conveniente tratarlos en temaaparte. Se
puede decir que un embrague conecta dos
elementos en movimiento mientras que un freno
conecta una parte móvi l con otra fija.

Para su cálculo, en el caso de que la zapata sea
suficientemente corta, lo que implica que el ángulo
que alcanza el arco de contacto de la zapata es
pequeño, es razonable admitir que la fuerza de
rozamiento resultante es tangente al tambor, según
se presenta enla siguiente figura.
a

b

P

A
N
e
F

zapata

e'
A'

El trabajo de fricción que generan por la
aplicación de una fuerza, produce variación de la
energía del árbol y se manifiesta por un aumento en
la temperatura del freno que es preciso eliminar de
forma rápida para impedir sobrecalentamientos que
pueden llegar a inutilizar el freno.
En este tema se van a estudiar las
características constructivasy de cálculo de los
principales tipos de frenos:
-

θ
ω

r

rueda

Figura 2.- Freno de zapata externa corta

Con la articulación en A se tiene que como:

∑ MA = 0 ⇒
P ⋅ (a + b) - N ⋅ b + F ⋅ e = 0

Zapata externa corta.
Zapata externa larga.
Zapata interna.
Cinta.
Disco.

Como: F = N. µ siendo µ = coeficiente de
rozamiento entre zapata-rueda, se tiene que:
P • (a + b) -

F
⋅b+ F⋅e = 0
µ

FRENOSDE ZAPATA EXTERNA
El par de frenado, viene dado por:
En esencia constan de un bloque, denominado
zapata, que actúa sobre la superficie lateral de un
cilindro, denominado tambor, unido sólidamente al
elemento a frenar.
La zapata, montada sobre una palanca
articulada en un extremo y a la que se le aplica la
fuerza de frenado en el otro, puede estar unida
rígidamente o de forma articulada.

M=

P • (a+ b)
⋅ r (I)
b
−e
ì

La posición del pivote en A que resulta por
encima de la línea de acción de la fuerza F ofrece
una característica importante en los frenos. En el
caso analizado la fuerza de rozamiento contribuye
al frenado, a éste fenómeno se le denomina
automultiplicación de fuerzas.

1

1

2
2
1.- Tambor.
2.- Zapata rígida.
3.- Palanca.

M=F•r ⇒

3
F

1.- Tambor.
2.- Zapata articulada.
3.-Palanca.

Figura 1.- Esquema de frenos de zapata externa.

3
F

En el caso de que el pivote ocupe la posición A'
de la figura anterior, el momento de la fuerza de
rozamiento se opone al de la fuerza aplicada y no
hay efecto de automultiplicación, por lo que se
requiere aplicar continuamente fuerza para el
frenado.
En el caso de frenos de doble zapata, que son
los más frecuentes, con los pivotesen la posición
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A’, ocurre que la zapata Z1 actúa de la forma ya
descrita, en cambio la zapata Z2 la fuerza F2 si que
crea automultiplicación de fuerzas.

P
dA
dN
r

θθ/2

dα
α
dF

α
α

P

Z1

O

e

N

θθ/2

B

a

F1
e'
e

c
F2
e'

Figura 4.- Freno de zapata externa larga.
e

Z2

Si b es el ancho de la zapata:
P

dN = P.b.r.d α

Figura 3.- Freno de doble zapata

Si en la ecuación (I) se cumpleque:

Como P = λ · cosα
α
dN = λ ⋅ cos α ⋅ b ⋅ r ⋅ d α

b
= e⇒ M=∞
µ

dF = dN ⋅ µ ⇒

o sea, que con solo entrar en contacto la zapata
con el tambor éste se detiene sin aplicar fuerza
alguna.
b
Si e >
entonces P<0 lo que indica que es
µ
necesario ejercer una fuerza para desconectar el
freno una vez conectado, se dice entonces que el
freno es del tipo autoblocante.
En el caso de que la zapata seasuficientemente
larga la fuerza de rozamiento F no puede ser
considerada tangente a la rueda en el centro del
arco de contacto de la zapata. Estos casos se dan
cuando el ángulo θ que abarca el arco de contacto
de la zapata es grande, aceptando por tal ángulos
próximos a los 90º.
Es evidente que en el centro del arco se da el
máximo desgaste, por lo que se puede pensar que
la presión que ejerce la...