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ZAPATAS DE FRENO - Definición - Significado

29/04/2011
En los frenos de tambor la acción frenante se consigue por efecto del rozamiento que se desarrolla al entrar en contacto la superficie interior del tambor, solidario con las ruedas, y la superficie exterior de las zapatas, unidas a las partes fijas del vehículo.
Generalmente, existen 2 zapatas por cada freno; no obstante, se han construido frenos de tambor con un número de zapatas superior, por ejemplo, los frenos delanteros con 3 zapatas del Alfa Romeo 512 (1940) y los frenos con 4 zapatas empleados en el Cisitalia-Porsche (1947).
Las características que deben poseer las zapatas son: rigidez mecánica, para poder desarrollar su cometido con deformaciones elásticas muy pequeñas, y ligereza, con objeto de reducir las masas no suspendidas. A este propósito, cabe recordar algunos casos de vehículos con los frenos en el centro (a la salida del diferencial) en vez de estar situados en las ruedas: de este modo, los frenos no oscilan con las ruedas.
Las zapatas de los frenos están construidas con chapa estampada o, más frecuentemente, fundidas de aleación de aluminio.
Las zapatas de aleación de aluminio, cuando los tambores tienen una capa añadida de fundición, se comportan de manera bastante idéntica tanto en caliente como en frío. De hecho, puesto que los forros de rozamiento, que revisten el exterior de la zapata, son malos conductores del calor, durante el frenado la zapata alcanza temperaturas bastante inferiores a las del tambor. En la práctica, este fenómeno es compensado por el coeficiente de dilatación del aluminio, que aproximadamente es el doble del de la fundición.
La expansión de las zapatas de freno se obtenía en principio por medio de sistemas mecánicos (excéntricas, palancas o dispositivos similares). A principios de los años treinta comenzó a difundirse el mando hidráulico de los frenos: la extensión se obtenía por medio de un cilindro hidráulico accionado por un circuito sobre el cual actuaba una bomba accionada por el pie del conductor.
Para obtener frenados suficientemente fuertes, se requiere un valor elevado del coeficiente de rozamiento entre la zapata y el tambor. Por esta misma razón, sobre la superficie de la zapata que entra en contacto, con el tambor, se colocan unos forros de freno, constituidos generalmente por fibras de amianto con partículas metálicas intercaladas (aleaciones de aluminio o de cobre) y ligantes plásticos, que posean un elevado coeficiente de rozamiento en el contacto con el metal. El forro del freno (llamado corrientemente ferodo, derivado del nombre de la primera empresa constructora) debe poseer, además de un alto coeficiente de rozamiento, unas buenas características mecánicas (a la compresión y al corte) y térmicas.
La unión de los forros de los frenos a las zapatas se realiza por medio de clavos de aleación de aluminio o de cobre remachados en frío. Es necesario que las cabezas de los remaches queden varios milímetros por debajo de la superficie de trabajo de la zapata, para permitir un cierto margen de desgaste a los frenos, puesto que debe evitarse el contacto entre las cabezas de los remaches y el tambor. También están muy difundidas las uniones de los forros y las zapatas mediante encolado. Dicho sistema tiene una ventaja evidente y es que permite el aprovechamiento de todo el espesor de los forros. De todos modos, con ambos sistemas de unión, es necesario vigilar que los forros se adhieran a las zapatas de manera perfecta, sobre todo con el fin de realizar una buena transmisión del calor y evitar un calentamiento excesivo y perjudicial para los mismos.
Entre los defectos de funcionamiento de las zapatas de los frenos deben recordarse las vibraciones autoexcitadas, que originan fuerzas capaces de mantener y aumentar dichas vibraciones. Puesto que la zapata tiende a ser arrastrada hacia abajo por la rotación del tambor, su posición de equilibrio corresponderá a una igualdad entre la fuerza de rozamiento y la reacción debida al cedimiento elástico de la fijación de la zapata. Si en estas condiciones se imprime a la zapata otro pequeño desplazamiento hacia abajo, se obtiene una disminución relativa de la velocidad y, por tanto, dada la ley que relaciona el rozamiento con la velocidad, un aumento de la fuerza de frenado que tiende a empujar la zapata todavía más abajo.
De manera completamente análoga, a un desplazamiento de la zapata hacia arriba, corresponde una fuerza que tiende a empujarla todavía más hacia arriba. De esta manera se comprende que una vibración, que en un vehículo puede producirse fácilmente por gran número de causas, llega a mantenerse o incluso aumenta. Si, por otra parte, la vibración tiene una frecuencia propia comprendida dentro de la banda sonora de audibilidad, el fenómeno presenta también un aspecto acústico, manifestándose como silbidos y ruidos.
Las zapatas de los frenos, con una conducción normal y racional, pueden tener una duración aproximada de 50.000 - 60.000 km. El entretenimiento de las zapatas se limita a la comprobación que debe efectuarse cada 5.000 km, aproximadamente, del desgaste de los forros mediante la medición de la distancia zapata-tambor, que generalmente debe ser de 0,3-0,5 mm. Dicha medición puede efectuarse según el tipo de vehículo, ya sea a través de unas ranuras especiales en el tambor, o bien desmontando éste.
El reglaje del juego zapata-tambor puede ser manual, es decir, efectuado por el operario quien, con un sistema de excéntricas accionadas adecuadamente, hace girar a su vez las zapatas respecto al tambor, de manera que se aproximen al mismo. En otros casos, el reglaje del juego puede ser automático: efectuado con sistemas que mantienen la zapata a una distancia constante del tambor.

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