¿Cómo funciona el sistema de frenos de tambor en el auto?

Un freno de tambor es un freno que utiliza la fricción causada por un conjunto de zapatas o pastillas que presionan hacia afuera contra una parte giratoria con forma de cilindro llamada tambor de freno.

El término freno de tambor generalmente significa un sistema de frenado en el que las zapatas presionan la superficie interna del tambor. Cuando las zapatas presionan el exterior del tambor, generalmente se le llama freno de cierre. Cuando el tambor queda atrapado entre dos zapatas, de manera similar a un freno de disco convencional, a veces se le llama freno de tambor de pellizco, aunque estos frenos son relativamente raros. Un tipo relacionado llamado freno de banda utiliza una correa flexible o «banda» que envuelve el exterior de un tambor.

Los frenos de tambor se utilizan principalmente en el eje trasero de vehículos pequeños y compactos.

FUNCIÓN

Los frenos de tambor existen desde hace casi tanto tiempo como el propio automóvil y todavía se instalan hoy en día en una forma modificada y más sofisticada en los automóviles modernos. El término freno de tambor describe el principio de diseño: es decir, una estructura cilíndrica cerrada.

COMPONENTES DEL FRENO DE TAMBOR

Un freno de tambor consta de los siguientes componentes:

  1. Placa de respaldo:
    Proporciona una base sólida para otros componentes del freno de tambor unidos al manguito del eje.

cubo de anguila y gira con la rueda. A menudo está hecho de hierro fundido y es resistente al calor y al desgaste. Esto es lo que ves cuando miras un freno de tambor ensamblado y es el componente sobre el cual se aplica la fuerza de frenado para frenar o detener el automóvil.

  1. Cilindro de rueda:
    Contiene dos pistones, uno en cada extremo del cilindro, para accionar las zapatas de freno. El cilindro aplica presión a los pistones, lo que empuja las zapatas de freno hacia el tambor, desacelerando o deteniendo el automóvil. Se necesita un cilindro por rueda.
  2. Zapata de freno:
    Empuja el tambor para crear la fricción necesaria para frenar o detener el automóvil. Asegurado al respaldo, pero capaz de deslizarse cuando se aplica presión del cilindro de la rueda. Lleva adherido un revestimiento formado por compuestos orgánicos o metálicos. El revestimiento es lo que realmente entra en contacto con el tambor y se desgasta con el uso. Cada freno contiene dos zapatas. La zapata principal está más cerca de la parte delantera del vehículo, mientras que la zapata secundaria está más cerca de la parte trasera. Dependiendo del tipo y marca, las zapatas de freno pueden ser intercambiables.
  3. Ajustador automático:
    Mantiene las zapatas de freno a una distancia constante del tambor, incluso cuando el forro se desgasta.
  4. Muelles de retorno:
    Aleja las zapatas de freno del tambor cuando el conductor suelta el pedal del freno.

El tambor de freno está fijado a la rueda y gira con ella. Al frenar, el cilindro de la rueda separa las zapatas de freno fijas y las presiona contra el tambor de freno, ralentizándolo así. Cuando se suelta el freno, los resortes de retorno mueven las zapatas de freno a su posición original.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Cuando el conductor pisa el pedal del freno, la potencia es amplificada por el servofreno (sistema servo) y convertida en presión hidráulica (presión de aceite) por el cilindro maestro. La presión llega a los frenos de las ruedas a través de un tubo lleno de aceite de frenos (líquido de frenos). La presión entregada empuja los pistones de los frenos de las cuatro ruedas. Los pistones presionan las pastillas de freno, que son materiales de fricción, contra las superficies interiores de los tambores de freno que giran con las ruedas. Los revestimientos se presionan sobre los tambores giratorios, que a su vez desaceleran las ruedas, desacelerando y deteniendo el vehículo.

TIPOS DE FRENOS DE TAMBOR

Hay principalmente tres tipos: frenos de tambor asistidos mecánicos, hidráulicos y neumáticos.

  1. Mecánico:

En el sistema de freno de tambor mecánico, como en los vehículos de dos ruedas y los rickshaw automáticos, las zapatas de freno son accionadas por una leva, que está unida al pedal y al varillaje del freno. Cuando presiona el pedal del freno, la leva gira. Por lo tanto, hace que las zapatas de freno se expandan hacia afuera y rocen contra el tambor.
La fricción entre las pastillas de freno y el tambor hace que el tambor deje de girar y, por tanto, la rueda se detenga. Cuando suelta el pedal del freno, los resortes retráctiles devuelven las zapatas de freno a su posición original. Esto da como resultado un espacio entre ellos y el tambor y nuevamente lo hace girar libremente.

  1. Hidráulico:

El sistema de freno de tambor hidráulico, como en los automóviles, es un poco superior al mecánico. En este diseño, el cilindro hidráulico de rueda reemplaza a la leva. En el sistema hidráulico, en lugar de una leva, los pistones del cilindro de la rueda empujan las zapatas de freno hacia afuera. Las zapatas de freno encajan en la placa de anclaje o placa de freno. Mantiene las piezas del sistema de frenos juntas y adheridas al eje del automóvil. Cuando presiona el pedal del freno, el aceite en el cilindro maestro del freno multiplica la fuerza hidráulica enviada a los cilindros de las ruedas. Por tanto, hace que sus pistones empujen hacia afuera. Los pistones, a su vez, hacen que las zapatas de freno se expandan y rocen contra el tambor. La fricción entre las pastillas de freno y el tambor hace que el tambor deje de girar y, por tanto, la rueda se detenga.

  1. Asistido neumático:

El tercer tipo: sistema de freno de tambor asistido neumático; Accionado por presión de aire, que funciona según el mismo principio que el sistema de freno de tambor mecánico. También es operado por una leva de mayor tamaño o leva en forma de ‘S’ y se conoce popularmente como sistema de frenos «S-Cam». Sin embargo, el aire comprimido a alta presión acciona un pistón neumático que hace girar la leva. La mayoría de los vehículos comerciales medianos y pesados utilizan este tipo de sistema de freno de tambor.

BASADO EN PRINCIPIO

  1. Freno de tambor tipo zapata delantera/posterior

«Zapato principal (o primario)» es un término que se refiere al zapato que se mueve en la dirección de rotación cuando se presiona contra el tambor. El otro zapato se llama “zapato final (secundario)”. La zapata principal se presiona en la misma dirección que la rotación de los tambores, y esta rotación ayuda a presionar las zapatas contra el tambor con mayor presión para obtener una fuerza de frenado más fuerte. Esto se llama efecto servo (efecto de autoimpulsión), que genera las potentes fuerzas de frenado de los frenos de tambor.

Estructuralmente, tiene un cilindro de rueda que alberga un pistón con el que se genera presión hidráulica para empujar las dos zapatas contra la superficie interior del tambor.

Las dos zapatas funcionan de tal manera que ambas se convierten en la zapata trasera o la zapata delantera dependiendo de si el vehículo avanza o retrocede. Los frenos de tambor generan una fuerza de frenado constante ya sea que el vehículo avance o retroceda. Esto se debe a que los frenos de tambor generan la misma fuerza de frenado en cualquier dirección. Generalmente, este tipo se utiliza para los frenos traseros de los turismos.

  1. Freno de tambor tipo zapata delantera gemela

Este tipo de freno de tambor tiene dos cilindros en las ruedas y dos zapatas principales. Cada cilindro de rueda presiona una zapata de modo que ambas zapatas actúan como delanteras cuando el vehículo avanza, proporcionando una fuerza de frenado superior.
Cada uno de los pistones alojados en los cilindros de las ruedas se desplaza en un sentido, por lo que cuando el vehículo va marcha atrás ambas zapatas actúan como traseras. Este tipo se utiliza principalmente para los frenos delanteros de camiones de tamaño pequeño y mediano.
El tipo de zapata delantera doble tiene pistones que se desplazan en ambas direcciones, lo que permite que ambas zapatas actúen como delanteras, independientemente de la dirección de desplazamiento. Este tipo se utiliza principalmente para los frenos traseros de camiones de tamaño pequeño y mediano.

  1. Freno de tambor tipo duo-servo

El tipo duo-servo presenta una estructura en la que dos zapatas de freno, llamadas zapata primaria y zapata secundaria, están unidas mediante un ajustador. La fuerte presión del efecto servo (efecto de autoimpulso) de la zapata primaria se transmite a la zapata secundaria vinculada, generando así una fuerza de frenado muy grande.
Este tipo se utiliza principalmente para los frenos de estacionamiento de los turismos, los frenos centrales de los camiones y los frenos de las carretillas elevadoras.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Ventajas del sistema de freno de tambor:

  1. Diseño y piezas simples.
  2. Fácil y económico de fabricar
  3. Bajo costo de mantenimiento
  4. Vida comparativamente más larga

Desventajas del sistema de freno de tambor:

  1. Baja fuerza de frenado en comparación con los discos
  2. Los frenos se «desvanecen» cuando se aplican durante un tiempo prolongado
  3. Los forros de las zapatas de freno fabricados con amianto son perjudiciales para los seres humanos.
  4. En mojado, la adherencia al frenado se reduce considerablemente.
  5. Los revestimientos sin asbesto atrapan la humedad, lo que hace que los frenos de tambor se agarren repentinamente

SEGURIDAD

El tambor de freno es uno de los sistemas del vehículo más importantes en términos de seguridad. Tiene un desgaste relativamente bajo y una larga vida útil. Si se nota un deterioro en la capacidad de frenado de un freno de tambor, se debe consultar inmediatamente a un taller especializado. Los frenos de tambor sólo deben ser reemplazados por personal calificado. Al hacerlo, se deben observar las instrucciones de instalación del fabricante.

Qué son los troqueles y el troquelado? Y como funciona en la industria automotriz?

El troquelado o estampado es proceso en el cual sin formar viruta, se somete mecánicamente una lámina a ciertas transformaciones con el objetivo de obtener una pieza de forma geométrica propia.

Este trabajo del troquel no lo realiza el mismo ya que necesita de un dispositivo de prensas mecánicas o hidráulicas(generalmente de movimiento rectilíneo alternativo) que se encargan de ejercer la fuerza para poder realizar la embutidera, corte o punzonado

Los principales componentes que se someten a este tipo de mecanizados es lo que en diseño mecánico conocemos como chapa metálica (sheet metal) que son laminas de material metálico, el cual mediante troqueles progresivos y prensas se generan la mayoría de los perfiles de las carrocerías automotrices, si bien sabemos los troqueles automotrices no son nada pequeños ya que por las dimensiones y por el número de operaciones que hace por troquel, podemos hacer diferentes piezas en una sola caída de prensa, y mediante un corte/punzonado y/o embutido puede hacer dicha operación

Existen tres tipos de troquelos

Simples: en este tipo de troqueles solo se realiza una operaciones para hacer piezas simples y muchas veces se requieren de mas troqueles para hacer mas piezas

Compuestos: Se caracteriza por poseer varios punzones que requiere uno de otro de manera que un punzón es matriz respecto a otros punzones se utilizan principalmente para piezas con agujeros que deben estar centrados con gran precisión

Progresivos: Este tipo de troquel es más sofisticado ya que en el se pueden realizar varias operaciones de corte y formado sobre la lamina de metal conformando distintas fases del proceso. Los punzones están en linea y en ellos va la secuencia de operación empezando desde el corte hasta el pre acabado final de la pieza

Las partes principales de los troqueles están definidos en las siguientes imágenes en diferentes disposiciones de troqueles

Bien como lo haz notado realizar un proceso de troquelado es un proceso complejo y de mucha precisión ya que tanto el calculo del tonelaje de golpe para el corte de la pieza es un reto así como el diseño del mismo troquel en plataformas CAD es un reto, y así como calcular los centros y la simulación que tendrá el corte deseado para alcanzar a tener la medida especifica para la operación del producto, en los próximos capítulos iremos viendo más a cerca de este artefacto de manufactura tan importante en la industria automotriz

¿Cuáles son los sensores que se encuentran instalados en el vehículo?

Los sensores son, en cierto modo, los órganos sensoriales del vehículo. Componente fundamental de los sistemas de control electrónico, deben registrar variables físicas o químicas y convertirlas en señales eléctricas…

Función

Los sensores son, en cierto modo, los órganos sensoriales del vehículo. Componente fundamental de los sistemas de control electrónico, deben registrar variables físicas o químicas y convertirlas en señales eléctricas.

TIPOS DE SENSORES

En los últimos años, ha habido una explosión en el número de diferentes tipos de sensores. Se han descubierto muchos tipos nuevos de sensores, especialmente en el ámbito de la electrónica de seguridad y confort. Básicamente, los sensores se pueden clasificar de la siguiente manera:

  1. Sensores de posición (sensores de distancia/ángulo)

Los sensores de posición se utilizan para capturar la posición de

  • la válvula de mariposa,
  • del pedal del acelerador o del freno,
  • de la distancia y posiciones angulares en bombas de inyección diesel,
  • del nivel de llenado en el depósito de combustible,
  • del ángulo de dirección,
  • del ángulo de inclinación, etc.

A esta categoría también pertenecen los sensores ultrasónicos y de radar utilizados para determinar la distancia a los obstáculos en los modernos sistemas de asistencia al conductor.

  1. Sensores de velocidad y velocidad.

Los sensores de velocidad y velocidad se utilizan para determinar

  • la velocidad de los cigüeñales,
  • árboles de levas y
  • bombas de inyección diesel o
  • velocidades de las ruedas.

Los sensores de velocidad de guiñada también pertenecen a esta categoría. Detectan el movimiento de rotación del vehículo alrededor de su propio eje y son necesarios para el ESP.

  1. Sensores de aceleración

Los sensores de aceleración registran la aceleración de la carrocería del automóvil y se utilizan en sistemas de seguridad pasiva (airbags, tensores de cinturones de seguridad, barras antivuelco) y sistemas de estabilidad de conducción como ABS y ESP, así como en el control del chasis.

  1. Sensores de presión

Los sensores de presión se utilizan para capturar una amplia variedad de presiones, incluidas

  • presión de succión o carga,
  • presión de combustible, presión de frenos,
  • presión de los neumáticos,
  • presión del depósito hidráulico (para ABS y dirección asistida),
  • presión del refrigerante (sistema de aire acondicionado),
  • presión de modulación (transmisión automática), etc.
  1. Sensores de temperatura

Los sensores de temperatura se utilizan para registrar temperaturas, p. en el contexto de la medición

  • temperatura del aire de succión o carga,
  • temperaturas ambiente e interior,
  • temperatura del evaporador (sistema de aire acondicionado),
  • temperatura refrescante,
  • temperatura del aceite del motor,
  • temperatura del aire de los neumáticos, etc.
  1. Sensores de fuerza y par

Los sensores de fuerza y torsión se utilizan para medir fuerzas como

  • fuerza del pedal,
  • conducir,
  • fuerzas de par de freno y dirección o
  • el peso de los ocupantes de un vehículo (para sistemas de retención adaptativos).
  1. Medidores de flujo

Los medidores de flujo se utilizan para capturar el requerimiento de combustible y la cantidad de aire aspirado por el motor.

  1. Sensores de gases

Los sensores de gas detectan la composición de los gases de escape (sensor de oxígeno, sensor de NOx) o detectan sustancias peligrosas en el aire fresco.

EJEMPLOS DE SENSORES PARA CONTROL DE MOTOR:

  • Sensor de pulso, cigüeñal

El sensor del cigüeñal capta la velocidad del motor y la posición del cigüeñal. La unidad de control utiliza estos valores para calcular el impulso de inyección y el impulso de encendido.

  • Posición del árbol de levas

El sensor del árbol de levas está situado en la culata y detecta una corona dentada en el árbol de levas. Esta información se utiliza, por ejemplo, para el inicio de la inyección, para la señal de activación de la electroválvula del sistema de inyección bomba/boquilla y para el control de detonación específico del cilindro.

  • Medidor de masa de aire

El medidor de masa de aire está instalado entre la carcasa del filtro de aire y el colector de admisión. Mide la masa de aire aspirada por el motor. Esta variable proporciona la base para calcular la cantidad de combustible que se debe suministrar al motor.

  • Temperatura del aire de admisión/Temperatura exterior/Temperatura interior

Los sensores de temperatura del aire captan la temperatura del aire ambiente. Los valores medidos se utilizan para controlar distintos sistemas (p. ej., el sistema de aire acondicionado) o como valores de corrección para el sistema de inyección. El lugar de instalación está determinado por la temperatura del aire a medir. El sensor para la temperatura del aire aspirado se encuentra, por ejemplo, en el conducto de aire aspirado.

  • Temperatura refrescante

El sensor de temperatura del refrigerante está atornillado al sistema de refrigeración. La punta del medidor penetra en el refrigerante y registra su temperatura. La centralita utiliza este valor para adaptar la cantidad de combustible inyectada a la temperatura del motor.

  • La posición del acelerador

Los sensores de la válvula de mariposa están conectados al eje de la válvula de mariposa. Controlan el ángulo de apertura de la válvula de mariposa. A partir de estos valores, la electrónica del motor calcula en función de otros factores la cantidad de combustible inyectada.

  • Sensores de golpe

El golpeteo es una forma incontrolada de combustión en un motor de gasolina. Como los golpes continuos pueden dañar el motor, es necesario comprobarlos y regularlos. La unidad de control del motor evalúa las señales de voltaje recibidas del sensor de detonación y regula el punto de ignición en un rango justo por debajo del llamado límite de detonación. Los sensores de detonación son monitoreados permanentemente por la unidad de control.

  • Presión del tubo de admisión

El sensor de presión del tubo de admisión mide el vacío del tubo de admisión detrás de la válvula de mariposa y transmite este valor como señal eléctrica a la unidad de control del motor. Esto se combina con el valor del sensor de temperatura del aire para poder calcular la masa de aire aspirada.

  • Sensores de oxígeno

El sensor de oxígeno mide el contenido de oxígeno residual en los gases de escape para garantizar una mezcla de combustión óptima en todo momento. Dependiendo del tipo de sensor, un elemento químico (dióxido de titanio/dióxido de circonio) y el contenido de oxígeno residual de los gases de escape polarizan una tensión que luego es utilizada por la unidad de control como magnitud de medición.

EJEMPLOS DE SENSORES DE LA ELECTRÓNICA DE LA CARROCERÍA:

  • Velocidad de la rueda

La velocidad de la rueda la utilizan los sistemas de seguridad de conducción como ABS y ASR como valor de velocidad, así como los sistemas GPS para calcular la distancia recorrida. Una falla provocará que estos sistemas fallen, lo que afectará significativamente la seguridad.

  • Velocidad, transmisión

El sensor de transmisión registra la velocidad de transmisión. La unidad de control utiliza la señal de velocidad para controlar con precisión la presión de cambio durante el cambio y para decidir qué marcha se debe engranar y cuándo.

  • Velocidad, distancias recorridas

Los sensores de distancia se utilizan para capturar la velocidad de conducción. Se montan en la transmisión o en el eje trasero. La información obtenida es necesaria para el velocímetro, el control de crucero y el control de deslizamiento del convertidor.

  • Nivel de aceite del motor/Nivel de refrigerante

Por razones de seguridad operativa y para mayor comodidad, los niveles como el aceite del motor, el líquido refrigerante y el líquido lavaparabrisas se controlan mediante sensores de nivel. Los sensores de nivel envían una señal a la unidad de control del motor que activa una lámpara indicadora.

  • Desgaste de los forros de freno

Los sensores de desgaste de los frenos están ubicados en las pastillas de freno y están sujetos al mismo desgaste. Una señal visual indica al conductor que se ha alcanzado el límite de desgaste.

  • Seguridad

La información de los sensores constituye la base para el funcionamiento de numerosos sistemas de seguridad activos y pasivos. Gracias a los importantes avances en el desarrollo de nuevos sensores, en los últimos años se ha producido un aumento constante de las capacidades de los sistemas de seguridad y asistencia al conductor. Por tanto, los sensores desempeñan un papel clave a la hora de aumentar la seguridad en nuestras carreteras.

Algunos de los sistemas de seguridad son

  1. Sistema para evitar colisiones frontales –

Alerta al conductor cuando el vehículo se acerca a otro vehículo que le precede. Emplea varios sensores como cámaras, RADAR o LIDAR para detectar los objetos u otros vehículos que se encuentran delante del vehículo. Un sistema de advertencia de colisión frontal provisto de frenado autónomo puede reducir la velocidad del vehículo, mitigando así el efecto de la colisión.

  1. Control de crucero adaptativo –

El control de crucero adaptativo mantiene la velocidad preestablecida del vehículo. Automáticamente desacelera el vehículo en tráfico pesado para mantener una distancia segura. Los sensores montados en la parte delantera registran la distancia con el vehículo delantero. El vehículo acelera para mantener la velocidad de crucero preestablecida a medida que el tráfico aumenta la velocidad.

  1. Sistema de advertencia y prevención de cambio de carril –

Este sistema emplea cámaras para rastrear la posición del vehículo dentro del carril y alertar al conductor si el vehículo está en peligro. Ciertos sistemas ofrecen advertencias hápticas, como vibraciones del asiento o la dirección, mientras que otros brindan advertencias audibles y/o visuales.

  1. Sistema de detección de puntos ciegos –

Este sistema de red de sensores monitorea los puntos ciegos en las áreas delantera, lateral y trasera del vehículo. La mayoría de los sistemas proporcionan alertas visuales que aparecen en o cerca de los espejos laterales al detectar el punto ciego.

Se activa una alerta audible cuando el conductor señala un giro y el vehículo se dirige hacia el punto ciego en el lado de giro.

Ciertos sistemas también pueden activar los controles de dirección o el freno para mantener el vehículo en su carril.

  1. Sistema de asistencia al estacionamiento y prevención de marcha atrás –

ayuda a los conductores a estacionar y dar marcha atrás en sus vehículos. Los sistemas de detección de objetos traseros utilizan sensores y cámaras para permitir al conductor buscar objetos en la parte trasera del vehículo mientras retrocede.

  1. Faro adaptativo

alerta a los conductores para que visualicen mejor los objetos en carreteras oscuras y con curvas. El faro gira en la dirección de un vehículo en movimiento para iluminar el camino adelante según la velocidad del vehículo y el movimiento del volante.

  1. Sistemas de alerta de fatiga

Emplea algoritmos sofisticados para monitorear el control de la dirección y otros comportamientos como la duración y la frecuencia del parpadeo del conductor. Este sistema está diseñado para avisar al conductor si detecta somnolencia o falta de atención.

  1. Sistema de advertencia de velocidad en curva

Supervisa el vehículo a medida que se aproxima a las curvas de la carretera mediante un sistema de posicionamiento global y un mapa digital. Los sensores de velocidad en curva alertan al conductor si el sistema detecta que el vehículo se acerca a una curva a una velocidad excesiva.

  • Protección del medio ambiente

Los sensores hacen que los vehículos modernos no sólo sean más seguros sino también más limpios. Proporcionan la información básica para una combustión limpia y eficaz del combustible en el motor, lo que permite reducir significativamente los valores de emisiones de escape y el consumo de combustible. Por último, respaldan el funcionamiento fiable de los sistemas de retratamiento de gases de escape de alta eficiencia. Algunos ejemplos son el catalizador de 3 vías controlado, el filtro de partículas diésel o el catalizador DeNOx.

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