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CAMPUS ALVARADO 
TURNO VESPERTINO 
INGENIERÍA MECÁNICA 
 
 
MATERIA: 
DISEÑO MECÁNICO II 
 
 
SEMESTRE Y GRUPO: 
9no SEM.”U” 
 
 
PRODUCTO ACADÉMICO: 
ACTIVIDAD 1 
 
 
PRESENTA: 
RANDY JAVIER GONZÁLEZ ESTRADA 
 
 
DOCENTE: 
M.C. CARLOS EDUARDO HERMIDA BLANCO 
 
 
FECHA DE ENTREGA: 
15-NOVIEMBRE-2016 
 
 
 
 
H. Y G. ALVARADO, VERACRUZ. 
INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR 
DE ALVARADO 
 
 
 
 
 
 
 
INDICE 
 
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3 
FRENO CON ZAPATA SIMÉTRICA PIVOTEADA .................................................................... 4 
MATERIALES TIPÍCOS DE FRICCIÓN PARA EL SERVICIO DE FRENOS Y 
EMBRAGUES ................................................................................................................................... 6 
PRESIÓN CON ELE FORRO ........................................................................................................ 8 
CALENTAMIENTO EN FRENOS .................................................................................................. 9 
CONCLUSIÓN ................................................................................................................................ 11 
 
 
 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
Los frenos y embragues constituyen una parte fundamental del diseño de elementos 
de máquinas, es común ver estos dispositivos en cualquier tipo de automóviles. Son 
también componentes fundamentales en máquinas-herramientas, mecanismos 
móviles, aparatos elevadores, turbinas, etc. 
 
 
 
 
FRENO CON ZAPATA SIMÉTRICA PIVOTEADA 
Constan de zapatas o de bloques presionados contra la superficie de un cilindro 
giratorio llamado tambor de freno. La palanca puede estar rígidamente montada 
sobre una palanca articulada, o puede estar articulada a la palanca. 
 
El diseño de un FRENO DE BLOQUE sencillo se puede hacer con base en el 
análisis de fuerzas y momentos de la palanca y de la zapata, a manera de un cuerpo 
libre, se puede suponer que la fuerza normal N y la fuerza de rozamiento fN actúan 
en el punto medio de contacto de la zapata, sin cometer un error apreciable, para 
ángulos menores de 60°. Sumando momentos alrededor de la articulación fija O. 
Nótese que para una rotación del tambor en el sentido del movimiento de las agujas 
del reloj, la fuerza de rozamiento fN ayuda a la fuerza F en la aplicación del freno y 
el freno es parcialmente autoactuante. Para un coeficiente de rozamiento dado, el 
freno puede diseñarse para que sea completamente autoactuante (o autocerrante). 
Para que esta condición exista, F debe ser igual a cero o negativo en la ecuación 
anterior. Podemos suponer también que el peso W es despreciable; entonces es 
decir, que cuando el freno es autocerrante. 
 
 
 
 
El momento de frenado T para una situación autocerrante es Lb-plg 
Donde f = Coeficiente de rozamiento 
N = Fuerza normal total en lb. 
R = Radio del tambor del freno en plg 
LOS FRENOS DE ZAPATA DOBLE se utilizan comúnmente para reducir las cargas 
en el eje y en los cojinetes, para obtener mayor capacidad y para reducir la cantidad 
de calor generado por pulgada cuadrada, la fuerza normal NL que actúa sobre la 
zapata izquierda no es necesariamente igual a la fuerza normal NR que actúa sobre 
la zapata derecha. Para frenos de doble bloque, cuyas zapatas tengan ángulos de 
contacto pequeños, digamos que menos de 60°, el momento de frenado puede 
aproximarse por 
Si el ángulo de contacto de la zapata es mayor a 60°, se requiere una evaluación 
más precisa del momento de frenado para las zapatas articuladas, el cual está dado 
entonces por 
 
El diseño de FRENOS DE ZAPATA INTERNA del tipo simétrico su diseño se puede 
aproximar por medio de las siguientes ecuaciones: 
El momento de frenado T puede determinarse por 
Donde: 
Coeficiente de rozamiento 
Ancho de la cara de la zapata en plg 
Radio interno del tambor en plg 
Angulo central comprendido desde la articulación de la zapata hasta la punta de 
revestimiento en grados 
 
 
 
 
Angulo central comprendido desde la articulación de la zapata hasta la punta del 
revestimiento en grados. 
Presión máxima en psi (zapata derecha) 
Presión máxima en psi (zapata izquierda) 
 
MATERIALES TIPÍCOS DE FRICCIÓN PARA EL SERVICIO DE 
FRENOS Y EMBRAGUES 
Los embragues de fricción basados en la unión de dos piezas que al adherirse 
forman el efecto de una sola. Son aquellos caracterizados porque el mecanismo de 
transmisión de movimiento, y en consecuencia de potencia, se logra mediante el 
contacto entre dos superficies rugosas, una solidaria al eje conductor, la otra al 
conducido. 
 
 
 
 
 
Existen dos configuraciones comunes en los embragues de fricción, los embragues 
de disco y los cónicos, en el primero, las superficies de contacto entre los ejes a 
acoplarse corresponden a sendos anillos circulares y en el segundo, la acción de 
contacto entre los ejes conductor y conducido se logra a través de un par de 
superficies cónicas rugosas, esta disposición permite incrementar la fuerza normal 
entre las superficies de contacto, con el consiguiente aumento de la capacidad de 
transmisión de momento entre los ejes conductor y conducido. 
Algunos frenos y embragues trabajan con fricción, los dos materiales que están en 
contacto deben tener un alto coeficiente de fricción. 
Este parámetro es usado en todos los cálculos de diseño, y debe tener un valor Fijo. 
Los materiales deben ser resistentes a la intemperie así como a la humedad y las 
altas temperaturas. Una característica calorífica excelente debe ser cuando se 
convierte satisfactoriamente la energía mecánica en calor en el embrague o freno. 
Esto significa que la alta capacidad de calor y las propiedades térmicas son 
proporcionales a las altas temperaturas. Los materiales deben ser resistentes en 
general y tener una alta dureza. 
Últimamente se han optado por materiales de carbono, o con alto contenido del 
mismo, actualmente también existen materiales con incrustaciones de asbesto que 
mejora las propiedades térmicas de los frenos y embragues, también se ha optado 
por materiales de aleación como el tungsteno y el vanadio aunque son muy caros 
por eso las aleaciones con alto contenido de carbono son la más viables. 
Algunos de los materiales típicamente usados en la fabricación de frenos y 
embragues se listan en la tabla siguiente, mostrando los coeficientes de fricción, las 
temperaturas máximas y las presiones máximas en KPa. En la columna de lado 
izquierdo muestra 2 materiales los cuales están sometidos a contacto. 
 
 
 
 
 
 
PRESIÓN CON ELE FORRO 
Se componen de un disco montado sobre el cubo de la rueda, y una mordaza 
colocada en la parte externa con pastillas de fricción en su interior, de forma que, al 
aplicar los frenos, las pastillas presionan ambas caras del disco a causa de la 
presión ejercida por una serie de pistones deslizantes situados en el interior de la 
mordaza. La mordaza puede ser fija y con dos pistones, uno por cada cara del disco. 
Pero también existen mordazas móviles, que pueden ser oscilantes, flotantes o 
deslizantes, aunque en los tres casos funcionan de la misma manera: la mordaza 
se mueve o pivota de forma que la acción de los pistones, colocados sólo a un lado, 
desplaza tanto la mordaza como la pastilla. Son más ligeros que los frenos de 
tambor y disipan mejor el calor, pues los discos pueden ser ventilados, bien 
formados por dos discos unidos entre sí dejando en su interior tabiques de 
refrigeración, bien con taladros transversales o incluso ambas cosas. 
 
La imagen muestra un freno de disco el cual funciona a base de fricción por lo que 
su fabricación debe ser de alta calidad y los materiales deben tener determinadas 
características lo que más adelante se analizara 
Este sistema de frenado tiene las siguientes ventajas: 
1.No se cristalizan, ya que se enfrían rápidamente. 
2. Cuando el rotor se calienta y se dilata, se hace más grueso, aumentando la 
presión contra las pastillas. 
 
 
 
 
3. Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor desecha agua 
y el polvo por acción centrífuga. 
Por otra parte, las desventajas de los frenos de disco, comparados con los de 
tambor, son que no tienen la llamada acción de servo o de aumento de potencia, y 
sus pastillas son más pequeñas que las zapatas de los frenos de tambor, y se 
gastan más pronto. 
 
CALENTAMIENTO EN FRENOS 
El punto es que cuando el uso es excesivo 
en los frenos la temperatura sube por 
encima de los límites del sistema y de las 
propiedades del líquido y sucede lo mismo 
como cuando hervimos agua, empiezan a 
crearse pequeñas burbujas dentro del 
líquido de frenos, y estas pequeñas 
burbujas si se pueden comprimir, lo que 
provoca que la trasferencia de presión por medio del líquido del pedal hacia los 
frenos se reduzca considerablemente, hasta momentos donde se hace imposible 
detener el vehículo. 
 
Claro está que los sistemas con disco de freno por 
su gran exposición al aire tienen una mejor 
ventilación que provoca una mejor refrigeración a 
diferencia de los tambores donde el rozamiento 
interno entre zapatas de frenos y tambor tiene 
menos posibilidades de refrigeración por la poca 
exposición al medio ambiente. 
 
 
 
 
 
También cabe señalar como estas altísimas temperaturas por el uso excesivo de 
los frenos termina por deformar discos y tambores y degradar el material de las 
pastillas y zapatas de freno. 
Por lo general cuando se empiezan a calentar excesivamente los frenos se percibe 
un olor fuerte a fibra lo cual nos indica que lo mejor que podemos hacer en ese 
momento es detener el auto lentamente en un lugar seguro y esperar a que se 
enfríen los frenos, esta decisión es vital si queremos preservar nuestra integridad y 
la de los acompañantes en el vehículo. 
 
Tipos de ventilación de los discos de freno 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSIÓN 
Los frenos y los embragues son en esencia un mismo dispositivo. Cualquiera de 
ellos permite una conexión por fricción, magnética, hidráulica o mecánica entre dos 
elementos de máquina. Si ambos elementos conectados giran, entonces el 
dispositivo se conoce como embrague. Si uno de los elementos gira y el otro queda 
fijo, se conoce como freno. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BIBLIOGRAFÍA 
 
http://www.todomecanica.com/blog/50-los-frenos-sistemas-de-mando-y-
asistencia.html 
http://www.mecanicabasicacr.com/automovil/consecuencias-del-uso-excesivo-de-
los-frenos.html 
 
 
http://www.todomecanica.com/blog/50-los-frenos-sistemas-de-mando-y-asistencia.html
http://www.todomecanica.com/blog/50-los-frenos-sistemas-de-mando-y-asistencia.html