Engineering
Freno de tambor y autoenergización
Frene una rueda desde 72 km/h y lea las fuerzas normales de las dos zapatas: la zapata primaria es apretada por el propio rozamiento y soporta la mayor parte del par; sin rozamiento la amplificación desaparece, y cuando μ alcanza c/b la zapata se autobloquea. Haga girar el tambor hacia atrás en un freno de dos zapatas primarias y pierda la mayor parte del par; luego mantenga un descenso durante minutos y vea el tambor calentarse, el forro perder agarre y el coche acelerar.
Qué ocurre
Dos zapatas articuladas en la base del plato se aprietan contra el tambor por un solo cilindro de rueda. El equilibrio de momentos de una zapata respecto a su pivote, F·a ± μ·N·b = N·c, da a la zapata primaria N = F·a/(c − μ·b) y a la secundaria N = F·a/(c + μ·b): el rozamiento aprieta por sí mismo la zapata primaria — autoenergización — y la bloquea cuando μ·b alcanza c. Un freno símplex conserva su par en ambos sentidos; un dúplex tiene dos zapatas primarias hacia delante y dos secundarias hacia atrás. El tambor detiene la parte de 300 kg de un coche a través de una rueda de 0,3 m o la retiene en un descenso: el rozamiento calienta el tambor de 8 kg, la convección lo enfría, y por encima de 150 °C el forro pierde linealmente hasta la mitad de su rozamiento, de modo que un descenso largo acaba en aceleración.
Qué probar
Lea las fuerzas normales de las zapatas primaria y secundaria con la misma fuerza de cilindro, luego ponga el rozamiento a cero y por encima de c/b. Pruebe el dúplex marcha atrás y mantenga un descenso tres minutos.
El modelo y sus límites
Estática de zapatas cortas con brazos fijos, rozamiento independiente de la velocidad salvo el debilitamiento térmico, temperatura de tambor concentrada, sin deslizamiento del neumático. No es la ficha de un freno.
Ecuaciones del módulo
Ecuaciones N_lead = F·a/(c − μ·b), N_trail = F·a/(c + μ·b) T = μ·(N_lead + N_trail)·R, μ_lock = c/b J·dω/dt = T_g − T, s = v_0²/(2a) m_d·c_p·dΘ/dt = T·ω − h·(Θ − Θ_0)
