El disco de freno

Sistemas de transmisión en vehículos con tracción delantera (III).

2011-08-23T17:46:00.002+02:00

Tipos de juntas homocinéticas

Según la forma constructiva que pueden presentar, existen dos tipos de juntas homocinéticas:

- Las juntas de bolas, como su propio nombre indica, utilizan como órganos de transmisión del par, pequeñas esferas que giran de manera independiente guiadas por unas pistas.
Según sea la disposición entre bolas y pistas, se distinguen dos tipos de juntas homocinéticas de bolas:

Las llamadas tipo “Rzeppa” consisten en una pista exterior y otra interior conectadas por medio de bolas, situadas en un plano de velocidad constante. Las bolas se mantienen en ese plano, mediante jaulas situadas entre las dos pistas. La junta Rzeppa consta de seis bolas que se alojan en una jaula especial o caja de bolas (7). A su vez, las bolas son solidarias del árbol conductor y del conducido; este acoplamiento se produce debido a que las bolas también se alojan en unas gargantas tóricas, que están espaciadas uniformemente a lo largo de dos piezas interior y exterior. La pieza exterior (3), en forma de campana, esta unida al árbol conducido, en el lado rueda. La pieza interior (8) es el núcleo del eje conductor, eje que, a su vez, se une a la junta homocinética que sale de la caja de cambios.
La disposición de las bolas y las gargantas hace que sean dos bolas las que transmiten el par, mientras que las otras cuatro aseguran el plano bisector. Tras una pequeña rotación, otras dos bolas son las que pasan a transmitir el par, mientras que las dos bolas que acaban de trabajar pasan al lado bisector. Una de las ventajas de la junta Rzeppa es su larga vida, superior generalmente a la del automóvil (esto es en teoría, por que en la practica vemos muchos automóviles tirados en la carretera debido a la perdida de la grasa que esta en el interior del guardapolvos y que provoca una avería en la junta homocinética).

Las de tipo “Weiss” funcionan de forma similar a las Rzeppa, pero en este caso bolas y pistas forman un anillo. El ángulo entre la dirección de contacto y el radio del anillo formado es constante y de 90º.En esta junta no hay jaula que controle las bolas, las cuales van perfectamente ajustadas en sus pistas entre las dos mitades del acoplamiento. Las cuatro bolas deslizantes son fijadas por una bola interior taladrada que gira sobre un pasador alojado en el semieje exterior. El plano de los puntos de contacto se mantiene en la bisectriz del ángulo de los dos semiejes, pero la posición de las bolas se consigue por el "roce del rodamiento" entre las cuatro bolas y sus pistas.

- Las juntas poidales tienen un funcionamiento idéntico al de las de bolas, con la principal salvedad (existen otras constructivas de menor importancia) de que los elementos de contacto no son esféricos sino que adoptan otras geometrías, como por ejemplo cilíndrica. El número de contactos activos queda definido por el nombre de la junta (por ejemplo en las tripoidales existen tres contactos activos).

Dentro de las juntas poidales más utilizadas tenemos la junta deslizante tipo Glaencer. Esta junta esta constituida por un trípode (1) donde se acoplan los rodillos (2) alojados en las ranuras cilíndricas del manguito (3) donde pueden deslizarse. En el interior del trípode (1) donde se acoplan los rodillos (2) alojados en las ranuras cilíndricas del manguito (3) donde pueden deslizarse. En el interior del trípode (1) se aloja el palier (6) y, en el casquillo (3), el planetario (7), resultando una junta homocinética deslizante. El casquillo (4) y el guardapolvos (5) sirven de tapa y cierre del conjunto.

Esta junta es de engrase permanente y se caracteriza por su reducido volumen. Tiene un rendimiento muy elevado y muy poca resistencia al deslizamiento, la junta trípode deslizante Glaencer se comporta homocineticamente bajo cualquier ángulo, con una gran capacidad para la transmisión de pares y un elevado rendimiento mecánico. A esta junta se le denomina G. I (interior) pues siempre se coloca en el lado del diferencial.

Sistemas de transmisión en vehículos con tracción delantera (II).

2011-08-23T17:22:00.005+02:00

Tipos de juntas homocinéticas

Según la función que realizan existen dos tipos de juntas homocinéticas:

- Juntas tipo centro fijo, son solidarias a la rueda mediante un eje fijo.Este tipo de juntas, permite desalineaciones angulares entre la dirección axial del árbol, y la dirección axial del semieje de la junta, de entre 20º y 50º.

- Juntas tipo extremo móvil, son solidarias al grupo cónico diferencial (lado motor) y permiten una menor desalineación (aproximadamente 20- 25 º como máximo) Esta desalineación se produce entre la dirección longitudinal del árbol, y la dirección perpendicular a la cara de la junta, por la que entra el árbol. Estas juntas permiten un recorrido longitudinal de entre 20 y 50 mm del árbol.

Sistemas de transmisión en vehículos con tracción delantera (I).

2011-06-23T13:05:00.009+02:00

Se llama transmisión de un automóvil al sistema encargado de transmitir el movimiento de rotación del motor a las ruedas. Este sistema, a su vez, está compuesto por varios subsistemas, el embrague, la caja de cambios, el grupo cónico, el diferencial y el árbol articulado.

El árbol articulado está formado por el árbol de transmisión y por unas juntas que permiten tanto el movimiento oscilante de la suspensión como el movimiento de orientación de las ruedas, ya que estas ruedas además de ser motrices son directrices.

Funcionamiento

En el caso de tracción delantera se producen dos fenómenos que pueden suceder de forma simultánea, por una parte, los desplazamientos verticales de la suspensión pueden generar ángulos de hasta 20 º entre la salida del eje del diferencial y el árbol, y por otra parte, el giro de orientación de las ruedas induce ángulos entre el eje de la rueda y el del árbol de hasta 40 º. Estas particularidades condicionan el tipo de junta a disponer, ya que una junta tipo cardan funcionando con un cierto ángulo no genera la misma velocidad de giro, entre la salida de la caja de cambios y la rueda.

Es por tanto necesario un elemento, capaz de transmitir movimiento y par entre ejes desalineados, y que mantenga las velocidades de rotación de ambos, en torno a un mismo valor. Estas articulaciones reciben el nombre de juntas homocinéticas.

Cuando trabajan las juntas homocinéticas, los elementos solicitados son los que actúan como contactos entre pistas (suelen ser esféricos) y las propias pistas de rodadura. La fuerza de compresión que origina el par, está distribuida por el total de las bolas activas, siendo determinante la tensión ejercida entre éstas y las pistas que las guían. La tensión admisible entre los dos elementos se calcula, tanto estática como dinámicamente, según la teoría de las presiones de Hertz. Esto es debido a que el sistema de rodadura pone en contacto dos superficies curvas de distinta curvatura y el rozamiento de rodadura es escaso frente al rozamiento de deslizamiento.

El par que proviene del motor, somete a un esfuerzo F a la pista exterior de la junta. Éste esfuerzo es transmitido al árbol (solidario a la pista interior), mediante el doble contacto pista-bola.
Para garantizar el correcto funcionamiento de los elementos rodantes, el interior de las juntas está relleno de grasa y recubierto por un fuelle de tipo elastómero que los protege de la entrada de polvo y otros agentes externos.

Materiales compuestos con fibra de carbono

2010-09-22T14:30:00.007+02:00

Independientemente de la fibra empleada, los materiales compuestos, composites, no son homogéneos, es decir sus propiedades dependerán en gran medida de las fibras y matriz empleadas, pero también de la cantidad de fibra (en términos de fracción de volumen) y la configuración geométrica adoptada para las fibras. Por otro lado se pueden emplear distintos tipos de fibra obteniéndose diferente material final, que tienen como parámetro básico de comparación su diferente módulo de elasticidad. En cualquier caso estos materiales presentan un comportamiento completamente elástico y lineal hasta rotura, produciéndose su agotamiento con deformaciones inferiores a 3%, sin que se observe ningún escalón plástico ni región de plastificación alguna, razón por la cual su energía de rotura es muy pequeña comparada, por ejemplo, con el acero.

Las propiedades del material compuesto final dependerán de las características de la fibra y de las del material empleado como matriz, así como de la compatibilidad entre ambos y del ángulo entre la dirección de aplicación de las cargas y la orientación de las fibras.

Actualmente coexisten en el mercado dos tipos de material diferentes fabricados con fibras de carbono:

Laminados de fibra de carbono
Hoja de tejido de fibra de carbono

Los laminados de fibra de carbono (PRFC) están compuestos por una matriz polimérica de resina epoxi reforzada con fibras de carbono. Estas se fabrican a partir de un copolímero de poliacrilonito (PAN) que se somete a una serie de tratamientos a altas temperaturas, en el que se eliminan muchos elementos distintos del carbono y se favorece la aparición de cristales de carbono orientados según el eje. Por razones técnicas la elaboración del compuesto por el método de pultrusión permite un contenido máximo en fibras del 70 % aproximadamente.

LAMINADO FIBRA DE CARBONO
Módulo Elasticidad (N/mm2)	165.000
Resistencia a tracción (N/mm2)	2.800
Deformación de rotura (‰)	17
Contenido volumétrico en fibra (%)	>68
Espesor (mm)	1.2

Las hojas de fibra de carbono son láminas flexibles compuestas por filamentos de fibra de carbono orientados en una sola dirección y unidas transversalmente por medio de unos hilos de fibra de vidrio, que aseguran el comportamiento uniforme en el momento de la aplicación. Las fibras de carbono se fabrican mediante pirólisis de fibras precursoras de base poliacrilonítica a una temperatura de 1500 ºC obteniéndose como resultado de esta pirólisis una cadena de fibras de carbono de alineación elevada. Los filamentos de fibra de carbono se ensamblan formando hebras sin torcer, usadas para crear una lámina unidireccional. Después de alineadas y estiradas, las fibras se entrelazan en simultáneo con una tela de vidrio generándose el tejido definitivo. El tejido permite el paso del adhesivo de resina epoxi, en el momento de la ejecución del material compuesto in situ, de manera que es posible impregnar el tejido con este material. Cabe destacar que en este caso es necesario que el adhesivo sea fluido con objeto de que penetre por las fibras del tejido, las impregne y moje, de manera que se forme correctamente el material compuesto. Por tanto hay que indicar que las características mecánicas del tejido, tal y como se presenta originalmente, son distintas a las del material compuesto elaborado y colocado, al estar en este caso ya embebido en la matriz de resina.

	HOJAS DE FIBRA DE CARBONO
	BAJO MODULO	ALTO MODULO
Módulo Elasticidad (N/mm2)	230.000	440.000
Resistencia a tracción (N/mm2)	3.400	2.400
Deformación de rotura (‰)	15	5.5
Espesor (mm)	0.11-0.16	0.16
Peso (g/m2)	200-300	300

Teoría de los díscos de freno

2010-09-20T19:32:00.034+02:00

1. Características

Los discos de freno son la superficie contra la cual interactuan las pastillas para frenar el vehículo, debido a que el disco gira solidario con las ruedas. Ese rozamiento entre discos y pastillas produce la transformación de energía cinética en energía calorífica, provocando una reducción de la velocidad.

Los discos de freno no solo deben producir la transformación de energía sino que además deben de conseguir que el calor producido sea transmitido a la atmósfera lo más rápidamente posible, ya que sino, las temperaturas a las que operaría el sistema serían muy elevadas llegando incluso al colapso del sistema.

El material escogido para fabricar los discos de freno es la fundición gris nodular de grafito laminar, ya que garantiza una estabilidad de las prestaciones durante el periodo de vida de los discos. Existen también, discos de materiales compuestos en matriz de carbono, usados en la alta competición. En la actualidad se están desarrollando discos de freno en aluminio con una base de carburo de silicio, ya que su menor peso los hacen muy atractivos, pero la mala disipación de calor que tienen los hacen inviables de momento, ya que necesitan un sobredimensionamiento importante que hacen que pierdan las ventajas del reducido peso.

Las características básicas de la fundición de los discos la podemos ver la siguiente tabla.

La composición básica de la fundición de los discos es en un 92 a 93 % hierro, además contiene carbono, silicio, manganeso y otros materiales en menor medida que confieren las propiedades específicas del elemento. La adición de carbono redunda en las siguientes mejoras:

Optima conductividad térmica
Minimiza la posibilidad de vibraciones
Reducción de ruidos debido a un mayor coeficiente de amortiguación
Mayor resistencia a la deformación
Mayor resistencia a la aparición de micro-fisuras por recalentamiento
Mayor seguridad de frenado y mejor desempeño de todo el sistema de freno

2. La geometría

La geometría de los discos de freno es una superficie circular mecanizada perfectamente plana. Está compuesto de las siguientes partes:

La superficie de fricción debe ser capaz de disipar, en discos no ventilados 250 W/cm2, pudiendo llegar a 750 W/cm2 en discos ventilados. Por encima de dichos valores, pueden aparecer daños en el disco, tales como deformaciones geométricas, grietas, depósitos de material de fricción u otros que dañarían el disco de forma irreversible.

El principio de funcionamiento de los frenos como ya hemos visto anteriormente se basa en que la energía cinética que lleva el vehículo debe de disiparse en forma de calor. Este calor se acumula principalmente en los discos.

Pero lógicamente los discos no pueden almacenarlo infinitamente, sino que debe ser disipado a la atmósfera de una forma eficiente. La forma más sencilla es realizar una circulación de aire que, en contacto con el disco, se caliente y mantenga la temperatura del disco en valores razonables a efectos de su integridad mecánica. Los discos deben de desempeñar dos funciones principales: mover el aire a su alrededor como lo haría un ventilador, y transmitir su energía a la atmósfera como lo hace un radiador.

Para cumplir la primera de sus funciones, la propia geometría del disco hace que sea posible la circulación del aire desde la campana hacía el exterior de la superficie de fricción. Además la velocidad de dicho aire es mayor cuanto mayor sea la temperatura que va adquiriendo. Este proceso se da en los discos macizos, que cumple con su función cuando la energía que han de disiparse es reducida o media. Cuando la energía térmica disipada aumenta, las superficies de un disco macizo ya no son suficientes. Si se intentase aumentar su tamaño tendríamos la limitación impuesta por el tamaño de la rueda por lo cual la solución adoptada por unanimidad es el disco ventilado que permite una mayor disipación térmica en el mismo espacio.

El disco ventilado es la composición de dos pistas separadas por aletas en su interior. Estas aletas garantizan la cohesión del disco permitiendo el paso de aire por su interior. Gracias a estas aletas, el enfriamiento del disco no solo se produce en la superficie exterior del disco sino que además se produce su enfriamiento por el interior. Este intercambio de energía depende en gran medida de la forma y la orientación de las aletas, ya que en algunos casos las aletas se oponen al movimiento del aire en su interior con lo cual su utilidad es negativa. Por ello debe existir un compromiso entre la eficacia y la orientación - forma de las mismas. Generalmente son radiales y por lo tanto la colocación de los discos en la rueda izquierda o derecha, no afecta a las propiedades autoventilantes. Sin embargo existe alguna aplicación en el mercado en la cual las aletas están orientadas de tal forma que obligan a que esos discos sean montados en una rueda o en la otra, ya que no sería eficaz su ventilación si se intercambiara su ubicación.

Una de las mejoras más significativas encaminada a la reducción de la temperatura que alcanza la campana del disco, se consigue mediante una ranura en forma de canal en la zona situada entre la campana y la banda frenante del disco, lo que antes hemos denominado filtro térmico. La sección de paso de calor se reduce, el gradiente térmico aumenta, es decir, la diferencia de temperatura entre un lado del canal y el otro se hace mayor, lo cual hace que la temperatura de la campana sea menor. Esto es muy importante ya que el calor que se transfiere a la llanta y por consiguiente a la goma del neumático es menor, consiguiendo así que no sufra en exceso la carcasa del neumático. También se consigue una reducción en la deformación del disco al reducirse la temperatura de la campana y sus consiguientes tensiones térmicas.

En los discos ventilados la fabricación de un espesor diferente entre las bandas reduce la deformación del mismo. Esto se consigue aumentando el espesor de la superficie de fricción que va unida a la campana exclusivamente, ya que de aumentar el espesor de las dos pistas, el grueso total del disco aumentaríaexcesivamente con la necesaria reducción del grueso del material de fricción.

Existen discos fabricados en dos piezas independientes, nacidos para lacompetición. Estos discos constan de una corona de hierro fundido a modo de pistas frenantes y un buje de aleación de aluminio. Las dos partes son solidarias gracias a unos casquillos de fijación. Durante la frenada el disco presenta dos partes diferenciadas: las bandas frenantes (parte caliente) y la campana (parte fría). Este tipo de disco soluciona los problemas de deformación, ya que las bandas frenantes pueden dilatarse sin provocar tensiones que creen grietas. Este tipo de discos permite la deformación radial de las pistas evitando las deformaciones permanentes y las tensiones. Además supone una reducción importante del peso del conjunto. Sin embargo, dado su elevado coste, normalmente solo se utiliza este tipo de disco en competición pero son la solución más extendida en las motocicletas.

3. Otras tipologías

Otra de las tipologías existentes, cuando el nivel de exigencia en la frenada aumenta, son los discos perforados, siempre en combinación con el canal de enfriamiento, ya que la mejora de características que supone el taladrado en un disco macizo es menor que la de uno ventilado. Con ello conseguimos un aumento de la superficie en contacto con el aire, y por otro lado, una evacuación del agua más eficiente. Normalmente, se ulitizan en vehículos de gran potencia y en competición. Como complemento adicional, para aumentar la superficie de disipación, mejorar la circulación del aire y limpiar la pastilla de polvo surge el estriado o rayado.

Por último, tendríamos los disco carbo-cerámicos. Los discos de frenos Carbo-Ceramicos, tienen sus origenes en la industria de la aviacion, mas tarde a principio de la decada de los 80 se utilizaron en las competiciónes de F1, actualmente algunos automoviles muy exclusivos y de altas prestaciones tambien los utilizan como el Porsche 911 Turbo. Estan hechos de compuesto de carbono en una base cerámica para conseguir alta resistencia a la temperatura a la que estos operan. Los discos son de color negro (por el carbono) y ceramica como compuesto base, por eso a medida que se desgastan se desprende un polvo negro. Las pastillas que usan estos discos son tambien de carbo-ceramica o de carbono. La principal ventaja de estos frenos es su bajisimo peso, su altisimo poder de frenado, por la alta friccion, y su gran poder estructural que evita roturas, grietas y fallos a altisimas temperaturas. Pueden detener un vehiculo de 320 Kms/h a 0 en menos de 30 metros. Su desventaja es su alto precio.

Bienvenidos a mi blog

2010-09-19T15:08:00.000+02:00

En primier lugar quiero daros la bienvenida a mi blog y presentaros la temática y contenidos del mismo. La temática central de este blog será el mundo del motor, tanto el de cuatro ruedas como de dos ruedas. Se publicarán noticias deportivas, artículos técnicos sobre las distintas partes de los vehículos, artículos sobre nuevos componentes o consejos para el mantenimiento de nuestras "máquinas".

Espero que os guste y ... empezamos.