Análisis completo de zapatos de freno

1. Descripción general de las zapatillas de freno

El Zapata es un componente crucial en el sistema de frenado automotriz y generalmente se aplica en los sistemas de frenado de tambor. Su forma es de media luna o en forma de media luna, principalmente compuesta de un cuerpo de zapatos de metal (también llamado placa posterior) y materiales de fricción unidos a él. En los sistemas de frenado de la rueda trasera de muchos modelos más antiguos de vehículos, autos económicos y algunos camiones, el método de frenado de los frenos de tambor combinados con zapatos de freno todavía juega un papel importante. ​

2. Principio de trabajo de zapatos de freno

Proceso de frenado

Cuando el conductor pisa el pedal del freno, se inicia inmediatamente una serie de procesos de frenado complejos pero precisos. La presión dentro del cilindro maestro del freno aumenta, lo que provoca que el líquido de los frenos se transmitiera a través de las líneas de freno a los cilindros de esclavos en cada rueda (en un sistema de frenos de tambor, son los cilindros de la rueda). Después de que el cilindro de la rueda se somete a presión, el pistón empuja hacia afuera, empujando así los zapatos de freno hacia la pared interior del tambor de freno. El material de fricción en las zapatillas de freno está en contacto cercano con la pared interna del tambor de freno giratorio de alta velocidad, y se genera una potente fuerza de fricción al instante. Esta fuerza de fricción puede convertir rápidamente la energía cinética rotacional de las ruedas en energía térmica, reduciendo así efectivamente la velocidad de rotación de las ruedas y alcanzando el propósito de desacelerar o incluso detener el vehículo. ​

(2) Regresar al proceso de posición

Cuando el conductor libera el pedal del freno, la presión dentro del sistema de frenado vuelve gradualmente a la normalidad. En este punto, el resorte de retorno instalado entre las zapatillas de freno y la placa posterior comienza a funcionar. La primavera de retorno, confiando en su propia energía potencial elástica, tira rápidamente las zapatillas de freno a su posición estacionaria inicial, lo que hace que las zapatillas de freno se separen de la pared interior del tambor de freno. Esto permite que las ruedas vuelvan a girar libremente, y el vehículo regresa a su estado de conducción normal. ​

3. Componentes de los zapatos de freno

Materiales de fricción

El material de fricción es la parte de la zapata de freno que contacta directamente con el tambor de freno y genera fricción. Es un elemento clave que determina el rendimiento de frenado. Por lo general, se realiza mezclando una variedad de materiales que son resistentes al calor, resistentes al desgaste y tienen un alto coeficiente de fricción. Los componentes comunes incluyen grafito, polvos de metal (como cobre, hierro, plomo, etc.), fibras de cerámica y algunas fibras orgánicas, etc. Diferentes tipos de materiales de fricción varían en efecto de frenado, resistencia al desgaste, generación de ruido y emisiones de polvo. Por ejemplo, las placas de fricción hechas de materiales orgánicos son relativamente tranquilos cuando se frenan, pero su tasa de desgaste es relativamente rápida. Las placas de fricción semi-metálica tienen un mejor rendimiento de disipación de calor y una vida útil más larga, pero pueden generar un ruido considerable durante el frenado. ​

(2) Cuerpo de zapato (placa posterior)

El cuerpo del zapato, como la estructura de soporte de las zapatillas de freno, generalmente está hecho de materiales metálicos, como formado por estampado de placas de acero. No solo proporciona una base de adhesión estable para el material de fricción, sino que también retiene la enorme presión y fuerza de corte entre el material de fricción y el tambor de freno durante el proceso de frenado. El diseño y la calidad de fabricación del cuerpo del zapato están directamente relacionadas con la resistencia y confiabilidad generales de las zapatillas de freno, lo que garantiza que no se produzca deformación o daño bajo operaciones de frenado frecuentes y de alta intensidad. ​

(3) fijar y conectar componentes

Pins de anclaje: los pines de anclaje se usan para fijar firmemente un extremo de la placa de la zapata de freno a la placa posterior del freno, proporcionando un punto de apoyo giratorio estable durante el frenado. Los pasadores de anclaje generalmente están hechos de materiales de metal de alta resistencia, con una excelente resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga para garantizar que no se aflojen o fallen durante el uso a largo plazo. ​

Pins de pivote: los pasadores de pivote se instalan en el otro extremo de las zapatillas de freno. Permiten que las zapatillas de freno se balanceen flexiblemente hacia afuera alrededor de los pasadores de pivote cuando se empujan por el cilindro de la rueda, que se adhiere de cerca a la pared interior del tambor de freno para lograr la función de frenado. Mientras tanto, después de que se libera el freno, las zapatillas de freno pueden regresar suavemente a su posición original a través de los pasadores de pivote. El diseño del pasador de pivote debe garantizar su rotación flexible al tiempo que puede soportar una cierta fuerza lateral. ​

Return Springs: los resortes de retorno son componentes importantes que garantizan que las zapatillas de freno regresen a su posición original rápidamente después de que se complete el frenado. Por lo general, está conectado entre dos zapatillas de freno o entre las zapatillas de freno y la placa trasera del freno. Al usar la fuerza elástica de la primavera, supera la fricción residual y otras resistencias entre las zapatillas de freno y el tambor de freno, tirando rápidamente las zapatillas de freno a la posición inicial para prepararse para el siguiente frenado. El coeficiente elástico y la durabilidad del resorte de retorno tienen un impacto significativo en la velocidad de respuesta y la confiabilidad del sistema de frenado. ​

Mecanismo de ajustador: con el uso continuo de las zapatillas de freno, el material de fricción se desgastará gradualmente, lo que dará como resultado un aumento en la brecha entre las zapatillas de freno y el tambor de freno. Para garantizar la estabilidad del efecto de frenado, un mecanismo de ajuste está equipado en el sistema de frenado. El mecanismo de ajuste puede ajustar automáticamente o manualmente el espacio entre las zapatillas de freno y el tambor de freno de acuerdo con la condición de desgaste de las zapatillas de freno, asegurando que el sistema de frenado siempre pueda mantener un buen rendimiento durante la vida útil de las zapatillas de freno. Los mecanismos de ajuste comunes incluyen brazos de ajuste automático y tornillos de ajuste manual, etc.

4. Tipo de zapata de freno

Zapatillas de freno orgánicas

Los materiales de fricción de las zapatillas de freno orgánicas están compuestos principalmente de fibras orgánicas naturales o sintéticas (como fibras de aramida, fibras de celulosa, etc.), aglutinantes de resina y algunos aditivos auxiliares. Este tipo de zapatos de freno ofrece una excelente comodidad de frenado y genera un ruido extremadamente bajo durante el frenado, proporcionando un ambiente de conducción tranquila para conductores y pasajeros. Además, las zapatillas de freno orgánicas causan menos desgaste en el tambor de freno, lo cual es propicio para extender la vida útil del servicio del tambor de freno. Sin embargo, debido a la resistencia al calor relativamente pobre de los materiales orgánicos, durante el frenado frecuente o de alta intensidad, los materiales de fricción son propensos a la degradación del rendimiento debido al sobrecalentamiento, lo que resulta en una disminución del efecto de frenado. Por lo tanto, las zapatillas de freno orgánicas suelen ser adecuadas para vehículos que tienen altos requisitos para la comodidad de frenado y condiciones de manejo relativamente suaves, como automóviles urbanos, etc.
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(2) zapatos de freno semi-metal

El material de fricción de las zapatillas de freno semi-metálicas contiene una gran cantidad de componentes de metal, como polvo de hierro, polvo de cobre, alambre de acero, etc., y también agrega una cierta proporción de fibras orgánicas y otros materiales auxiliares. La adición de componentes de metal dotan zapatos de freno semimetálicos con un excelente rendimiento de disipación de calor y un alto coeficiente de fricción. Durante el frenado, pueden generar rápidamente una poderosa fuerza de frenado y acortar efectivamente la distancia de frenado. Además, la resistencia al desgaste de las zapatillas de freno semi-metálicas también es superior a la de las zapatillas de freno orgánicas, y su vida útil es relativamente más larga. Sin embargo, debido a las características de los materiales metálicos, las zapatillas de freno semi-metálicas tienden a generar un ruido considerable durante el frenado y causan un desgaste relativamente mayor en el tambor de freno. Por lo tanto, las zapatillas de freno semi-metálicas a menudo se usan en vehículos que tienen altos requisitos para el rendimiento de frenado y con frecuencia necesitan viajar bajo cargas pesadas o a altas velocidades, como camiones y SUV. ​

(3) zapatos de freno de cerámica

Las zapatillas de freno de cerámica son un tipo de zapatillas de freno de alto rendimiento que han surgido gradualmente en los últimos años con el desarrollo de la tecnología de materiales. Sus materiales de fricción están compuestos principalmente de fibras cerámicas, partículas cerámicas y una pequeña cantidad de metal u materiales orgánicos. Los materiales de cerámica poseen resistencia al calor extremadamente alta, resistencia al desgaste y estabilidad, lo que permite a las zapatillas de freno de cerámica mantener un excelente rendimiento de frenado incluso en entornos de alta temperatura y es menos probable que experimente el desvanecimiento del frenado. Mientras tanto, las zapatillas de freno de cerámica generan menos ruido durante el frenado y tienen emisiones de polvo más bajas, lo que los hace más amigables con el medio ambiente. Además, debido a la alta dureza de los materiales de cerámica, las zapatillas de freno de cerámica causan un desgaste mínimo al tambor de freno, lo que puede extender significativamente la vida útil del tambor de freno. Sin embargo, el costo de fabricación de las zapatillas de freno de cerámica es relativamente alto y su precio también es bastante costoso. Actualmente, se utilizan principalmente en algunos modelos de lujo de alta gama o autos deportivos de alto rendimiento. ​

5. Inspección y mantenimiento de zapatos de freno

(1) Ciclo de inspección

En condiciones de manejo normales, se recomienda realizar una inspección integral de las zapatillas de freno cada 5,000 a 10,000 kilómetros. Sin embargo, si el vehículo rechaza con frecuencia en condiciones de carretera malas (como las carreteras urbanas congestionadas con inicios y paradas frecuentes, carreteras de montaña, etc.) o si el estilo de conducción es bastante agresivo, el ciclo de inspección debe acortarse adecuadamente y la frecuencia de inspección aumenta para garantizar que las zapatillas de frenos estén siempre en buenas condiciones de trabajo. ​

(2) Métodos de inspección

Inspección visual: primero, los neumáticos del vehículo deben retirarse para observar claramente la condición de apariencia de las zapatillas de freno. Compruebe si hay algún fenómeno anormal como desgaste desigual, grietas, pelado o carbonización en la superficie del material de fricción de las zapatillas de freno. En circunstancias normales, el material de fricción de las zapatillas de freno debe desgastarse uniformemente y tener una superficie lisa. Si se encuentran diferencias significativas en el grosor del material de fricción en diferentes partes, o si se producen grietas profundas o pelado a gran escala, indica que las zapatillas de freno han sido dañadas y necesitan ser reemplazadas de manera oportuna. ​

Medición del grosor: use una herramienta de medición de espesor de zapata de freno dedicada (como una pinza) para medir el grosor restante del material de fricción de la zapata de freno. El grosor estándar para reemplazar las zapatillas de freno puede variar entre los diferentes modelos de vehículos. En términos generales, cuando el grosor restante del material de fricción es inferior a 2-3 milímetros, es aconsejable considerar reemplazar las zapatillas de freno. Además, es necesario prestar atención a medir el grosor en ambos lados de las zapatillas de freno para garantizar un desgaste uniforme en ambos lados. Si la diferencia de grosor en ambos lados es demasiado grande, puede ser que haya una falla en el sistema de frenado, y se requiere más inspección y reparación. ​

Verificación de regreso: durante la inspección de las zapatillas de freno, también es necesario verificar la condición de regreso de las zapatillas de freno. Las zapatillas de freno se pueden empujar manualmente para observar si pueden extenderse flexiblemente hacia afuera y regresar suavemente a su posición original. Si las zapatillas de freno se sienten atrapadas durante el proceso de empuje, o no regresan a su posición original en el tiempo o correctamente, puede deberse a un resorte de retorno dañado, pasadores de pivote oxidados u otros componentes mal funcionamiento. Se requiere reparación o reemplazo oportuno. ​

Inspección del tambor de freno: mientras inspecciona las zapatillas de freno, la inspección del tambor de freno no debe pasarse por alto. Observe si hay problemas como desgaste desigual, surcos y deformación en la pared interna del tambor de freno. Si aparecen surcos profundos o deformación severa en la pared interna del tambor de freno, afectará la adhesión entre las zapatillas de freno y el tambor de freno, reduciendo el rendimiento del frenado. En este momento, el tambor de freno necesita ser reparado o reemplazado. ​

(3) Puntos clave para el mantenimiento

Mantenga limpio: use regularmente aire comprimido o limpiador de frenos para eliminar el polvo, las manchas de aceite y otras impurezas de la superficie de los zapatos de freno y los tambores de freno. Las manchas de polvo y aceite pueden reducir el coeficiente de fricción de las zapatillas de freno, lo que afecta el rendimiento de frenado. Al mismo tiempo, también pueden acelerar el desgaste de las zapatillas de freno y los tambores de freno. Durante el proceso de limpieza, tenga cuidado de evitar que el agente de limpieza entre en contacto con otras partes de goma del sistema de frenos para evitar el envejecimiento y el daño a las partes de caucho. ​

Evite la sobrecarga: trate de evitar conducir el vehículo en un estado sobrecargado durante mucho tiempo, ya que la sobrecarga aumentará la carga del sistema de frenado y causará un desgaste excesivo de las zapatillas de freno. Al cargar bienes o transportar pasajeros, las operaciones deben llevarse a cabo estrictamente de acuerdo con la capacidad de carga nominal del vehículo para garantizar su seguridad de conducción. ​

Hábitos de conducción correctos: desarrollar buenos hábitos de conducción es crucial para extender la vida útil de las zapatillas de freno. Evite el frenado repentino frecuente y el frenado continuo prolongado. Intente usar el frenado predictivo, reducir la velocidad por adelantado y frenar suavemente. Además, durante la conducción, los engranajes deben usarse razonablemente para utilizar el efecto de frenado del motor para ayudar a frenar y reducir la frecuencia de uso del sistema de frenado. ​

Reemplazo oportuno: una vez que se encuentran desgaste excesivo, daños u otras condiciones anormales en las zapatillas de freno, se deben reemplazar nuevas zapatillas de freno de manera oportuna. Al reemplazar las zapatillas de freno, es necesario elegir piezas genuinas que coincidan con el modelo y las especificaciones del vehículo, y las instalen y depuran el personal de mantenimiento profesional para garantizar el rendimiento y la seguridad del sistema de frenado. Al mismo tiempo, después de reemplazar las zapatillas de freno, se debe llevar a cabo el corredor apropiado para evitar una conducción vigorosa o conducir con carga pesada durante el período de carrera.

6. Impacto de las fallas de la zapata de freno
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(1) El rendimiento de frenado disminuye

Cuando las zapatillas de freno están gravemente usadas o mal funcionamiento, la fricción entre ellas y el tambor de freno disminuirán significativamente, lo que dará como resultado una disminución en el rendimiento de frenado. Cuando un vehículo frena, puede necesitar una distancia de frenado más larga para detenerse, lo que podría causar graves accidentes de tráfico en una emergencia. Además, la disminución del rendimiento de frenado también se puede manifestar a medida que el vehículo se desvía durante el frenado, es decir, el vehículo cambia a un lado durante el frenado. Esto es causado por el desequilibrio de la fuerza de frenado entre las zapatillas de freno en ambos lados. ​

(2) Ruido de frenado anormal

En circunstancias normales, el sistema de frenado solo producirá un ligero sonido de fricción cuando funcione. Sin embargo, cuando hay problemas con las zapatillas de freno, como el material de fricción desgastado por completo, las grietas de la superficie o el endurecimiento, o los objetos extraños se mezclan con el tambor de freno, causará ruidos anormales durante el frenado, como los gritos agudos, los sonidos de fricción o los sonidos de impacto aburrido, etc. Estos ruidos anormales no solo afectan la comodidad de los controladores y los pasajeros, pero también pueden ser una señal de fallas graves en la bronce. ​

(3) pedal de freno anormal

Las zapatillas de freno defectuosas también pueden causar sensaciones anormales en el pedal del freno. Por ejemplo, el pedal del freno puede ser suave, y cuando se presiona hacia abajo, puede no haber resistencia obvia, y la distancia de viaje puede aumentar. Esto se debe al espacio excesivo entre las zapatillas de freno y el tambor de freno, lo que requiere que el líquido de frenos llene más espacio en la tubería. Además, cuando el pedal del freno está deprimido o liberado, puede haber sacudido o vibración. Esto podría deberse al desgaste desigual de las zapatillas de freno o fallas en otros componentes del sistema de frenado, lo que resulta en una fuerza de frenado inestable. ​

(4) Otros componentes del sistema de frenado están dañados

Si la falla de las zapatillas de freno no se trata a tiempo, también puede causar daños a otros componentes del sistema de frenado. Por ejemplo, las zapatillas de freno excesivamente usadas pueden causar ritmos y deformaciones en la pared interior del tambor de freno, afectando así la vida útil del tambor de freno y que requieren su reemplazo. Al mismo tiempo, las fallas de las zapatillas de freno también pueden ejercer presión adicional y desgaste en componentes como cilindros de ruedas y líneas de freno, aumentando el costo de mantenimiento de todo el sistema de frenado.