2.4- Justificación de los elementos de frenado
Para justificar la sustitución de los elementos de frenado del vehículo por otros se van a realizar una serie de cálculos sobre el frenado basados en la normativa de frenado en vehículos automóviles 71/320/CEE tal como aparece en los actos reglamentarios que afectan a la reforma del vehículo.
- Cálculo de la fuerza de frenada sobre los discos de freno delanteros:
Las directrices de frenado 71/320/CEE exigen para los vehículos de la categoría M1 sólo 5.8 m/s2 de deceleración que equivale a un frenado de Z = 2.8/9.87, por lo tanto la fuerza de frenado total debe ser para vehículo cargado de 0.85P a 0.9 P. Esta fuerza de frenado total debe ser alcanzada con un esfuerzo de aplicación en el pedal de freno inferior a 500 N.
Al haberse modificado el sistema delantero de frenos y manteniendo el mismo reparto de frenada 60/40 de origen, la fuerza total de frenada deberá ser:
F=Z x P; F= 0,8 x 9,8 x 1.920 = 15.053 N
Del total de la fuerza, el 60 % deberá ser aplicado sobre el eje delantero y el 40% restante en el trasero, siendo la fuerza sobre el eje delantero y trasero las siguientes:
Fdelantero = 13.406,4 x 0,6 = 9.318 N
Ftrasero: 13.406,4 x 0,4 = 5.735 N
La fuerza (F), la presión (p) y la superficie de la pastilla (S) viene dada por:
(FORMULAS OMITIDAS)
Combinando ambas ecuaciones podemos despejar la presión (p):
(FORMULAS OMITIDAS)
En cada diferencial de superficie actúa un diferencial de fuerza normal:
(FORMULAS OMITIDAS)
dando lugar a la expresión de la fuerza normal Fn:
(FORMULAS OMITIDAS)
Por lo tanto el par de frenada (N) producido por la fuerza de rozamiento entre disco y pastilla es:
(FORMULAS OMITIDAS)
Para las dos pastillas, en una rueda, el par de frenado es:
(FORMULAS OMITIDAS)
Para calcular la presión hidráulica (ph) del circuito de frenos la directiva europea 71/320/CEE dice que la fuerza máxima sobre el pedal no debe ser mayor de 500N.
En la siguiente tabla aparecen las presiones hidráulicas para diferentes fuerzas sobre el pedal de freno, considerando si tienen o no servofreno.
(TABLA OMITIDA)
Para una fuerza sobre el pedal de 500 N se obtiene una presión en el circuito de 13 MPa en el caso de sistema de frenado con servofreno, dado que el vehículo al que hace referencia el presente proyecto técnico consta de servofreno.
Dicha presión se reparte entre el eje delantero y el trasero, con unos porcentajes del 60% para el eje delantero y un 40 % para el eje trasero, dando lugar a las siguientes presiones:
Eje delantero: 13 x 0,6 = 7,8 MPa
Eje trasero: 13 x 0,4 =5,2 MPa
A partir de los siguientes datos se proceden a realizar los siguientes cálculos:
EJE DELANTERO:
Diámetro de disco: d =323 mm (0,323m)
Radio exterior de la pastilla: Re=134,5 mm (0,1345m)
Radio interior de la pastilla: Ri= mm (0,082m)
Ángulo de apertura de la pastilla: α = 60º = 1,05 rad
Coeficiente de rozamiento disco-pastilla: μ= 0,62
Presión hidráulica en el circuito con servofreno: ph=7,8 MPa (7,8 ·10 6Pa)
Diámetro del pistón de freno: d=2x44mm (2 x 0,044m)
Para ser válido, la fuerza obtenida (F) debe de ser mayor que la fuerza sobre el eje delantero Fdelantero = 8.043,84 N
Operando:
(FORMULA OMITIDA)
F = 23,72 KN >> 9.318 N VÁLIDO
Operando la superficie de la pastilla y sustituyendo en p, se obtiene una presión de:
(FORMULA OMITIDA)
p = 3,97 MPa
Par de frenada en el eje delantero, operando:
(FORMULA OMITIDA)
Nrueda=3.242 N.m
CONCLUSIÓN: El nuevo sistema de frenos cumple con lo establecido en la Normativa de Frenado 71/320/CEE, por lo que se puede considerar APTO para el vehículo citado.