Apostila_Veículos_2012_Cap1_12
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- eixo dianteiro ou taseiro, respectivamente;
\uf047 - o peso do veículo;
\uf047\uf066\uf049 , \uf047\uf066\uf049\uf049 - o peso do freio dianteiro e traseiro, respectivamente
\u2126\uf049 = \uf0bb1+\uf0bb \uf047\uf047\uf066\uf049 - a relação de peso para o eixo dianteiro;
\u2126\uf049\uf049 = 11+\uf0bb \uf047\uf047\uf066\uf049\uf049 - a relação de peso para o eixo traseiro.
Na equação 4.62 a 4.69 considerou-se que todo o calor gerado na frenagem é absorvido
apenas pelo tambor ou disco dos freios. Esta hipótese é conservativa, já que as guarnições
também são capazes de absorver um pouco do calor gerado na frenagem. Segundo a referência
[12], nos freios a tambor as guarnições são capazes de absorver cerca de 5% do calor total
gerado na frenagem, enquanto que os tambores absorvem os demais 95%. Nos freios a disco
cerca de 1% é absorvido pelas guarnições, enquanto que o disco absorve 99% do calor gerado
na frenagem. A proporção de calor armazenado no disco ou tambor, conforme a referência
[12], é dada pela seguinte equação:
\uf0be = \uf0411(\uf06b1\uf0bd1\uf0631)
1\uf03d2
\uf0411(\uf06b1\uf0bd1\uf0631)1\uf03d2 +\uf0412(\uf06b2\uf0bd2\uf0632)1\uf03d2
sendo \uf06b\uf069, \uf0bd\uf069 e \uf063\uf069 referentes a condutividade térmica, densidade e calor específico dos materiais
do tambor e da guarnição. O sub-índice \uf069 = 1\uf03b 2 se refere aos materiais do tambor/disco
e da guarnição, respectivamente. As grandezas \uf0411 e \uf0412 se referem a área de atrito do
disco/tambor e da guarnição.
Sendo assim, as equações para determinação do peso e da temperatura dos freios, podem
ser reescritas como
\uf047\uf066 \uf049 = \uf0be \uf0bb \uf047
4 (1 + \uf0bb) \uf063 \u2206\uf054 (1 + \uf0b1)(\uf076
2\uf069 \u2212 \uf0762\uf066) (4.70)
\uf047\uf066 \uf049\uf049 = \uf0be \uf047
4 (1 + \uf0bb) \uf063 \u2206\uf054 (1 + \uf0b1)(\uf076
2\uf069 \u2212 \uf0762\uf066) (4.71)
\u2206\uf054\uf049 = \uf0be \uf0bb\uf047
2 (1 + \uf0bb) \uf047\uf066 \uf049 \uf063(1 + \uf0b1)(\uf076
2\uf069 \u2212 \uf0762\uf066) (4.72)
\u2206\uf054\uf049\uf049 = \uf0be \uf047
2 (1 + \uf0bb) \uf047\uf066 \uf049\uf049 \uf063(1 + \uf0b1)(\uf076
2\uf069 \u2212 \uf0762\uf066) (4.73)
4.9 Tipos de freios
Nos primórdios da indústria automobilística, os freios eram a tambor e o acionamento
mecânico. Com o desenvolvimento dos sitemas hidráulicos, a indústria automotiva passou a
empregá-los para o acionamento dos freios dos veículos por ela produzidos.
Capítulo 4 - Mecânica da frenagem e freios 107
Ainda nos primórdios desta indústria, em 1902, o engenheiro F. Lanchester, segundo
Campbell [7], patenteou na Inglaterra o freio a disco. Este sistema, ainda acionado mecani-
camente, foi utilizado pela primeira vez em 1906, em um automóvel construído por este
engenheiro.
Durante a segunda guerra os freios a disco foram usados com muito sucesso na indústria
aeronáutica e, em 1949, o conhecimento desenvolvido para a aeronáutica foi aplicado na
indústria automobilística. Em 1952 ele foi introduzido nas corridas de automóveis, sendo o
fator responsável pelo sucesso da Jaguar em Le Mans em 1953, já que os pilotos da marca
podiam freiar quase 300 \uf06d depois de seus rivais no final da reta Mulsanne.
O sucesso do freio a disco se deve a sua pouca sensibilidade ao fading. Isso ocorre graças
a sua excelente refrigeração, já que a sua forma construtiva expõe diretamente a região de
atrito guarnição/disco ou tambor com o ar. Devido à forma construtiva de um disco, é
possível construí-los um pouco mais largos com canais internos radiais para ventilação. Este
tipo de construção, denominada de disco ventilado, permite que o disco trabalhe como um
ventilador centrífugo, aumentando significativamente a eficiência da refrigeração. Nos discos
o efeito das deformações térmicas, que também são causadoras de fading em freios a tambor,
não tem influência na forma da área de contato pastilha/disco, já que o disco é plano.
Os freios a disco não sofrem perda de eficiência pela deposição de poeira gerada pela
desgaste da própria guarnição na região de fricção da guarnição, como nos freios a tambor,
por terem a área de contato exposta. Essa mesma característica construtiva impede, também,
a perda de eficiência devido a presença de água. Nos discos a tambor a perda de eficiência
pelo efeito da água é fortemente sentida devido a formação de uma cunha hidrodinâmica
que impede o contato da guarnição tambor, como num mancal hidrodinâmico. Este efeito
também ocorre nos freios a disco, porém de forma muito pouco sensível e de curta duração.
Isso é devido às tensões de contato disco-pastilha serem bem maiores que nos de tambor pelo
fato da área de contato pastilha-disco ser muito menor do que lona-tambor, bem como pela
eficiência da força centrípeta em expulsar a água da região de contato disco/pastilha.
4.10 Problemas com freios
Dentre os vários problemas que ocorrem com os freios, pode-se citar:
\u2022 Fading;
\u2022 Aquecimento de mancais;
\u2022 Ruído;
\u2022 Ecologia.
Neste item vão ser abordados de maneira bastante superficial apenas alguns problemas,
sendo que os demais, tais como desgaste, ressonâncias etc, bem como o detalhamento dos
problemas listados anteriormente, são tratados em textos exclusivamente voltados para freios,
tais como [12], [13].
Capítulo 4 - Mecânica da frenagem e freios 108
4.10.1 Fading
O problema de fading dos freios, fenômeno que será descrito posteriormente, e ocorre
especialmente naqueles do tipo tambor, é causado por dois efeitos: aquecimento exagerado da
guarnição e redução do contato tambor-guarnição pelo aumento da temperatura do sistema
de freio.
O primeiro efeito está relacionado com o fato de que a partir da temperatura crítica, cerca
de quatrocentos graus centígrados para as guarnições de asbesto, há uma redução severa do
coeficiente de atrito do par guarnição-tambor, o que implica na redução da força de atrito.
Na tentativa de aumentar a temperatura crítica da redução severa do coeficiente de
atrito, as guarnições dos freios a tambor são fabricadas com compostos duros. Esta maior
dureza da guarnição associada à variação do diâmetro do tambor de freio com o aumento da
temperatura, reduz a área de contato da guarnição com o tambor, por ser menos deformável,
e implica no segundo efeito causador do fading.
O segundo efeito do fading, está associado a não uniformidade da frenagem em ocasiões
distintas de acionamento do freio. Durante freiadas longas há o aumento do diâmetro do
tambor com da temperatura. Devido a este aumento do diâmetro do tambor, as lonas de freio
se atritam na sua posição média, no sentido longitudinal. Como a temperatura é alta ocorre
um desgaste acentuado desta região da guarnição, já que a resistência ao desgaste sofre uma
redução severa com o aumento excessivo da temperatura. Em seguida, quando o freio não
é utilizado, o sistema esfria e o diâmetro do tambor se reduz. Ao ser novamente acionado,
os extremos das lonas entram em contato primeiro com o tambor. Como a área de contato
da lona/tambor se altera em relação à frenagem anterior, a frenagem muda de intensidade e
o pedal de acionamento, se a regulagem da distância lona tambor for automática, também
muda de curso, de maneira inexperada ao condutor.
4.10.2 Aquecimento
Com o advento do freio a disco, devido à forma construtiva, há um maior aquecimento
dos cubos de rodas do que o dos freios a tambor. Com o aquecimento dos cubos de roda,
os rolamentos que nele estão alojados, também aquecem. Este aquecimento prejudica a
lubrificação, problema este normalmente contornado com o uso graxas com sabão de lítio, e
afeta significativamente a vida dos mancais.
Hoje em dia, com o emprego de pastilhas de metal sinterizado e consequente com alta
condutividade térmica (baixo isolamento térmico), ocorre o aquecimento do fluido de freio e
a sua vaporização. A presença deste vapor no sistema de acionamento hidráulico que pode
causar o travamento dos freios e a perda da ação, levou os fabricantes de fluidos de freio a
desenvolver novos produtos com grande resistência a vaporização. Outro aspecto importante
deste aquecimento é que a temperatura também causa a deterioração dos selos de borracha
dos cilindros hidraúlicos das rodas, podendo levar ao travamento dos pistões dos cilindros
hidraúlicos das pinças, pelo acúmulo de poeira e pó de pastilha .
A única maneira de contornar definitivamente esses problemas é aumentar a eficiência da
refrigeração dos freios.
Capítulo 4 - Mecânica da frenagem e freios 109