El desarrollo continuo que experimenta la industria automovilística hace que cada vez sean mayores los requisitos que se exigen a los sistemas de frenado de los vehículos.
Las razones son complejas. Por un lado, los vehículos son cada vez más potentes y más rápidos y, por otro, son más pesados debido a la mayor cantidad de componentes que se emplean en su fabricación para garantizar la seguridad y la comodidad. Todo ello hace que el sistema de frenos deba soportar cargas más altas. Otra razón que no debe ignorarse son los chasis modernos de los vehículos de hoy día. A pesar de que estos presentan una comodidad y una dinámica de conducción mejoradas, permiten muy poca tolerancia de los componentes.
Si antes un vehículo con brazos triangulares en el eje delantero tenía una tolerancia en cuanto a la excentricidad de alrededor de 100 μm (0,10 mm), en las suspensiones multibrazo de hoy día la tolerancia es inferior a la mitad.
Al sobrepasar el límite normal de desgaste de un disco de freno, es esperable que se produzcan los siguientes fenómenos:
- Vibración (sacudidas): vibración térmica, vibración fría, diferencias de espesor
- Vibración causada por zonas de inactividad
- Ruidos y chirridos
- Capacidad de frenado insuficiente
- Grietas en los discos de freno
- Rugosidad de los discos de freno
En este artículo trataremos la vibración que se produce al frenar.
Debido a la gran carga que debe soportar el sistema de frenado, algunos vehículos tienden a sufrir lo que se conoce como vibración o "sacudidas" al frenar.
Como este fenómeno puede deberse a varios motivos, es necesario realizar una inspección más profunda del vehículo y del sistema de frenado para localizar el fallo y eliminarlo.
Es frecuente pensar que el disco de freno debe tener una ligera excentricidad para que las pastillas se suelten del disco después de aplicar los frenos. Sin embargo, esta afirmación no es cierta.
Con el fin de evitar una distribución desigual de las masas cuando se conduce a gran velocidad e impedir así la sobrecarga del chasis, todos los discos de freno fabricados por TRW se calibran y equilibran individualmente.
Por "vibración" se entienden las oscilaciones torsionales del volante que se producen durante el frenado y que, por lo general, van acompañadas de un sonido estridente. Según sea la causa, estos fenómenos se dividirán en: vibración térmica (que tiene lugar durante el frenado a altas velocidades) y la vibración fría (que puede ocurrir en todos los rangos de velocidad).
Guía de montaje
Disco de freno con transferencia de material
"La vibración térmica se puede describir de la siguiente manera:
- un sonido estridente en un rango de frecuencia entre 100 y 250 Hz. A pesar de que pueden advertirse diferentes intensidades de sonido al frenar, la capacidad de frenado no se ve afectada.
- Vibraciones en el volante de dirección y pulsaciones en el pedal del freno.
La intensidad de la vibración al frenar depende del efecto de la capacidad de frenado en ese momento (fuerza del pedal). Los efectos de la vibración térmica suelen reconocerse por las manchas dispuestas en forma de anillos sobre las superficies de fricción de los discos de freno. Debido a la influencia de los picos de temperatura locales al frenar, se produce bien una transferencia de material desde la pastilla al disco de freno y/o una modificación estructural permanente en el material de fundición del disco de freno. Por lo general, es posible eliminar la transferencia de material a través de frenados con un rango de carga normal. La modificación estructural, que tiene lugar puntualmente y se conoce también como formación de la martensita, se vuelve más dura que la estructura inicial y solo puede eliminarse mediante un proceso de rectificado del disco. Por ello, es importante retirar por completo la estructura endurecida y que el grosor mínimo del disco de freno no se alcance. Sin embargo, para evitar riesgos, se recomienda cambiar el disco de freno.
Disco de freno con "puntos calientes"
Como la vibración al frenar puede estar causada por múltiples motivos al mismo tiempo, resulta difícil determinar una única causa. Por ello, deberán analizarse las causas paso a paso:
- En primer lugar, hay que determinar con claridad si los efectos de interferencia provienen del eje delantero o del trasero.
- Se deben comprobar los siguientes componentes de los frenos: el pedal del freno, el servofreno, el cilindro principal de freno, los cables de freno, los latiguillos de freno y los frenos de rueda. Si hay que reemplazar algún componente, por razones de seguridad (capacidad de frenado desigual) deben cambiarse en ambos lados del eje las pastillas de freno, los discos de freno, los tambores de freno y las zapatas de freno. Además, debe revisarse el desequilibrio, la excentricidad axial y radial y el estado del perfil de las ruedas.
- Por último, debe comprobarse el estado funcional y corregir, si fuera necesario, el ajuste de los ejes, la suspensión de las ruedas, las piezas de dirección y los cojinetes de las ruedas.
Defecto en la suspensión de las ruedas
El fenómeno de "vibración fría" puede determinarse durante los frenados normales a través de las pulsaciones en el pedal del freno, las vibraciones del volante y/o las vibraciones y oscilaciones de las piezas del eje o del chasis. La vibración fría se diferencia de la “vibración térmica” porque el rango de frecuencia es significativamente menor (alrededor de 5-50 Hz) y los efectos de la vibración fría pueden darse en casi todos los procesos de frenado independientemente de la temperatura.
En función de la velocidad, estos sonidos pueden tener diferentes intensidades
La causa principal de la vibración fría es la diferencia de grosores presentes en el disco de freno (c. XZS107). Además, al igual que en la "vibración térmica", las piezas defectuosas de la dirección, la suspensión y los desequilibrios de la rueda intensifican este efecto.
Causas de la diferencia de grosor
La excentricidad por errores en el montaje son el motivo por el cual durante la marcha en cada giro de la rueda se produce un contacto puntual entre la pastilla y el disco sin que se accionen los frenos. Aunque en este caso las fuerzas de contacto son relativamente bajas, se produce continuamente un desgaste en el mismo punto del disco de freno (diferencia de grosor) y que, llegado a un determinado tamaño, provoca la vibración.
Disco de freno con diferencia de grosor 1 Pastilla de freno 2 Disco de freno 3 Desgaste / diferencia de grosor
Factores que influyen en la diferencia de grosor
Las diferencias en el grosor pueden producirse durante la conducción debido a la "erosión" que se da por el contacto de las pastillas de freno. A menudo, la causa son unas pastillas ligeramente atascadas o los pistones de la pinza.
Otros motivos son un montaje incorrecto (suciedad, corrosión, un par excesivo del atornillador a percusión, etc.), las condiciones de funcionamiento, el comportamiento de conducción del conductor, rodaje de adaptación mal efectuado o inexistente y las condiciones del tráfico.
En los trayectos largos por autopista que exigen un frenado muy leve, pueden producirse diferencias de grosor que lleven a la vibración; lo que puede regenerarse en la mayoría de los discos con frenados más fuertes.
El conductor percibe pulsaciones en el pedal del freno sin importar la temperatura (vibración fría).
Los efectos de las diferencias de grosor pueden variar en función del tipo de vehículo y dependen de los factores de transmisión de fuerza descritos y la capacidad de amortiguación de las piezas del eje, dirección y chasis.
Medición de un disco de freno
La comprobación de la excentricidad axial lllamado comunmente como "alabeo" de los discos de freno se lleva a cabo cuando ya están instalados y con ayuda de un comparador centesimal (con una precisión de medición mínima de 0,01 mm,) aprox. 10-15 mm por debajo del radio de disco exterior.
El valor que se mide sobre varias rotaciones de la rueda no deberá sobrepasar los 50 μm (0,05 mm) en los vehículos más nuevos y 70 μm (0,07 mm) en los más antiguos.
Se pueden lograr mejores resultados colocando el disco del freno en el buje y haciéndolo coincidir con los agujeros de fijación, de manera que se produzca el valor de medición más bajo, o midiendo directamente en el buje de rueda. Dado el caso, esta acción deberá optimizarse sustituyendo/ combinando los componentes que ejercen influencia (buje, disco de freno,alojamiento).
Medición del buje de rueda
Por otra parte, debe tenerse mucho cuidado con la limpieza y el buen estado de las superficies de contacto y los ajustes (c. XZS103). Como ya se mencionó anteriormente, el buje o los cojinetes pueden ser responsables de grandes sacudidas del disco y deberá medirse con relación al fallo del alabeo. Como indicador en este caso, puede aceptarse un valor máximo en el buje de 25 μm (0,025 mm), que hace referencia al radio exterior detectable. Para desviaciones mayores (igual o mayor a 0,03 mm), se deberá comprobar el buje y los cojinetes, reemplazándolos en caso necesario.
Medición de la diferencia de grosor del disco de freno
La medición de las diferencias de grosor del anillo de fricción de un disco de freno solo se puede realizar con precisión utilizando dispositivos especiales. Sin embargo, con precisión suficiente, también se puede hacer en el taller con un tornillo micrométrico de precisión (Palmer) que ofrezca una exactitud de medición de ± 0,001 mm. Aquí deberán efectuarse mediciones en ocho puntos de la circunferencia con 10 mm de distancia con respecto al radio exterior de fricción. Según el tipo de vehículo, la diferencia de grosor de 12 - 15 μm (0,012 - 0,015 mm) podría ya resultar en la aparición de la vibración. Estos valores no deben excederse. El cálculo de la diferencia de grosor se describe en la información de servicio XZS107.
Buje de rueda sin hueco reconocible por el que no pasa luz
Unos bujes de rueda deformados y sucios conducen a:
- Deformación de los discos de freno
- Vibración al frenar
- Discos de freno cargados unilateralmente
- Distribución desigual de la temperatura
- Mayor desgaste de las rótulas y los cojinete de las ruedas
- Se corre el riesgo de que los tornillos de la rueda se aflojen (c. XZS103)
Buje de rueda con hueco reconocible por el que pasa luz
Otra medida de comprobación es controlar la superficie de contacto del buje de rueda.
Con ayuda de una regla de precisión se puede comprobar fácilmente y con rapidez la superficie de contacto del buje de rueda.
Si se detecta un hueco por el que pasa luz, hay que reemplazar de inmediato el buje de rueda. Solo si el buje presenta una superficie plana, se puede montar el disco de freno con total seguridad.
Buje de rueda con exceso de grasa
Se produce el mismo efecto si se renuevan los discos de freno y después de la limpieza se aplica demasiada grasa en el buje de rueda. El disco no se apoya plano sobre la brida y se crea una ligera excentricidad axial. Con el paso del tiempo este efecto se intensifica hasta que el conductor percibe los síntomas anteriores.
Se recomienda llevar a cabo algunos de los procedimientos de comprobación descritos en la sección "Vibración térmica". Entre ellos está la inspección del estado funcional de los frenos de disco, del alojamiento de la rueda, de la suspensión de las ruedas, de las piezas de dirección y la alineación del eje delantero. Toda la información presentada hasta ahora deja claro que no es fácil determinar las causas de un fallo de excentricidad excesiva y, por lo tanto, de la formación de diferencias de grosor. A menudo sucede que en los vehículos afectados solo se renuevan los discos y las pastillas de freno, aunque midiendo los discos y bujes con el comparador centesimal se podrían detectar errores en otros componentes y corregir el problema.
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