trabalho de ELEMENTOS.pdf

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ 
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ 
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA 
Bárbara Cavalcante 
Fabricio Pinheiro 
Felipe Soares 
Klemilsom Castro 
Igor Rafael 
João Vitor 
Nayanne Matos 
Washington Raiol 
Wigor da Paz 
 
 FREIOS E EMBREAGENS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TUCURUÍ - PA 
2017 
 
 
Bárbara Cavalcante 
Fabricio Pinheiro 
Felipe Soares 
Klemilsom Castro 
Igor Rafael 
João Vitor 
Nayanne Matos 
Washington Raiol 
Wigor da Paz 
 
 
 
 
 
 
FREIOS E EMBREAGENS 
 
 
Trabalho apresentado como 
requisito avaliativo para obtenção 
de nota na disciplina Elementos de 
Máquinas II, ministrada pelo Prof. 
Alyson Lima da Universidade 
Federal do Pará – UFPA, Campus 
de Tucuruí. 
 
 
 
 
 
 
 
 
TUCURUÍ – PA 
2017 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................. 2 
2.1 Freios ................................................................................................................ 2 
2.2 Embreagens ....................................................................................................... 2 
2.3 Diferença entre freios e embreagens. ................................................................ 2 
2.4 Classificação dos freios e embreagem: ............................................................. 2 
2.4.1 Quanto a forma de atuação: ........................................................................ 2 
2.4.2 Quanto a maneira que transferem energia entre elementos podem ser: ...... 4 
3 EMBREAGENS DE DISCO ................................................................................. 9 
4 FREIOS DE DISCO ............................................................................................. 12 
4.1 Freios de tambor ............................................................................................. 13 
4.2 Freios a tambor com sapatas externas ............................................................. 13 
4.3 Freios de tambor com sapatas externas longas ............................................... 20 
5 MATERIAIS PARA EMBREAGENS E FREIOS ............................................ 24 
6 APLICAÇÕES ...................................................................................................... 25 
Aplicações para sistemas de freios e embreagens ................................................... 25 
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................... 27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1 – Sistema de freio Hidraulico.......................................................................................3 
Figura 2 – Embreagem de contato positivo................................................................................4 
Figura 3 – Uma embreagem de disco de placas múltiplas atuada por pressão de fluido....... ....5 
Figura 4 – Embreagens de sobremarcha: (a) embreagem de escovas; (b) embreagem de mola 
enrolada.......................................................................................................................................6 
Figura 5 – Embreagens magnéticas: (a) embreagem de atrito operada magneticamente, (b) 
embreagem de histerese..............................................................................................................7 
Figura 6 – Disco de embreagem axial de superfície única.........................................................9 
Figura 7 – Freio de disco utilizado em bicicletas......................................................................12 
Figura 8 – Uma embreagem de disco de placas múltiplas atuada por pressão de fluido....... ....13 
Figura 9 – Freios a tambor de sapatas externas para máquinas de elevação.............................14 
Figura 10 – Esquema de freios a tambor de sapatas internas para veículos automotivos....... ....15 
Figura 11 – Freios a tambor de sapatas internas com detalhe do ajustador e da sapata............15 
Figura 12 – Geometria e forças para um freio de tambor de sapata externa longa...................16 
Figura 13 – Freios a tambor de sapatas externas para máquinas de elevação...........................18 
Figura 14 – Sapata e esquema de freios a tambor de sapatas externas para veículos 
ferroviários...….........................................................................................................................19 
Figura 15 – Esquema de freios a tambor de sapatas internas para veículos automotivos...........20 
Figura 16 – Freios a tambor de sapatas internas com detalhe do ajustador e da sapata............20 
Figura 17 – Geometria e forças para um freio de tambor de sapata externa longa....................21 
 
 
1 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Desde os primórdios da civilização o homem tem se defrontado com necessidades que 
o levam ao desenvolvimento de soluções práticas. As maiores descobertas trouxeram novas 
necessidades e a busca do conforto e segurança continua e continuará por muito tempo. 
 Com a descoberta da roda o homem conseguiu vencer uma de suas maiores limitações: 
o transporte de um peso bem maior que o seu. No entanto havia um problema: enquanto um 
objeto arrastado parava quase que imediatamente após a força de arraste ter cessado, isso não 
acontecia com uma roda. Como, então, pará-la? 
Os freios surgiram a partir da necessidade de parar algo que se deslocava ou impedir 
que algo se deslocasse. São um caso específico de uma classe de elementos de máquinas 
chamada de acoplamentos por atrito. Os primeiros freios eram do tipo cunha e serviam apenas 
para impedir que um movimento se iniciasse. Os freios com alavanca vieram como uma 
evolução surpreendente, pois permitiam ao condutor realizar um esforço de frenagem grande 
quando comparado com a pequena força que empregava para acionar os freios. No entanto, este 
tipo de freio só se tornou importante a partir do momento que o homem construiu veículos com 
tração alternativa: ele não mais arrastava ou puxava as cargas, outros animais o faziam. 
Freios e embreagens são utilizados em máquinas de produção de todos os tipos, não 
apenas em aplicações envolvendo veículos nos quais são indispensáveis para parar o 
movimento e permitir que o motor de combustão interna possa permanecer rodando quando o 
veículo está parado. Embreagens também permitem que uma carga de alta inércia seja 
movimentada com um motor elétrico menor que o que seria necessário se esta fosse diretamente 
conectada. As embreagens são utilizadas muitas vezes para manter um torque constante em um 
eixo de tensionamento de abas ou filamentos. Uma embreagem pode ser utilizada como um 
dispositivo de desconexão em eventos de emergência, pois separa o eixo do motor em casos de 
emperramento de uma máquina. Em tais casos, um freio também será adequado para levar o 
eixo a uma parada rápida quando submetido a um caso desses. 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
2.1 Freios 
Os freios são órgãos de máquinas que absorvem tanta energia cinética quanto potencial. 
A energia absorvida é dissipada sob forma de calor. A capacidade de um freio depende da 
pressão unitária entre as superfícies de frenagem, do coeficiente de atrito e da maior ou menor 
facilidade de dissipar o calor gerado pelo atrito. 
2.2 Embreagens 
É um sistema que funciona a base do atrito, permitindo a fácil conexão e desconexão 
entre asárvores. A embreagem destina-se a desligar o motor das rodas motrizes quando se 
efetua uma mudança de velocidade ou quando se arranca. Torna-se assim possível engatar 
suavemente uma nova engrenagem antes da transmissão voltar a ser ligada, ou quando houver 
um novo arranque, permitindo que o motor atinja as rotações suficientes para deslocar o 
automóvel. 
2.3 Diferença entre freios e embreagens. 
O funcionamento dos freios é semelhante ao das embreagens, exceto que os freios 
conectam duas partes: uma fixa (sem movimento) e outra móvel, enquanto as embreagens 
conectam duas partes móveis. 
2.4 Classificação dos freios e embreagem: 
Freios e embreagens podem ser classificados de várias maneiras, por meio da forma de 
atuação, pela maneira como transferem energia entre elementos e pelo caráter de acoplamento. 
2.4.1 Quanto a forma de atuação: 
Mecânico: No acionador mecânico, os freios são acionados por um conjunto de cabos 
ou alavancas. Nos carros atuais este sistema só é utilizado no freio de estacionamento por ser o 
acionador de mais simples construção. Entretanto segundo Limpert, é o sistema de menor 
eficiência, uma vez que 35% do esforço do operador é perdido devido a atritos internos. 
 
Hidráulico: O sistema hidráulico é o mais difundido entre os carros de passeio. Neste 
sistema a força exercida pelo operador é transmitida até os freios através de um circuito 
hidráulico. Ao pressionar o pedal, este, por intermédio de uma haste com extremidade 
semiesférica (pushrod), empurra o êmbolo localizado dentro do cilindro mestre, pressurizando 
as linhas de freio. Seu funcionamento está baseado no princípio de Pascal, expresso por 
Halliday [6] que afirma que “uma mudança na pressão aplicada a um fluido é transmitida 
3 
 
integralmente a todos os pontos do fluido e a parede do recipiente no qual está contido”. Um 
esquema do sistema de freios hidráulico é mostrado na figura 1. 
 
 
Figura 1: Sistema de freio Hidráulico 
 
Em comparação com o acionamento mecânico por cabos, o sistema hidráulico possui a 
vantagem de não precisar de regulagem devido a folgas impostas pelo uso. Outra grande 
vantagem do sistema hidráulico é a possibilidade de se aumentar a força de frenagem através 
do uso de equipamentos auxiliares como servo freio, montado antes do cilindro-mestre. 
Pneumático: O acionador pneumático é alimentado por um compressor de ar, por esse 
motivo, também é chamado de freio a ar. Este sistema, basicamente é composto por um 
compressor, válvula reguladora de pressão, elemento secador, válvula de proteção de quatro 
circuitos, figura 3, válvula moduladora do freio de estacionamento, válvula relé, figura 4, 
válvula moduladora do freio de serviço ou pedal, válvula de descarga rápida, reservatórios de 
ar e reservatório de regeneração. 
Os acionadores pneumáticos são utilizados em veículos pesados, como caminhões e 
ônibus. Segundo Punh, a principal característica deste projeto é a segurança, uma vez que 
pequenos vazamentos na linha não causam falha no sistema, já que o mesmo é alimentado 
constantemente com ar oriundo do compressor. A desvantagem está no fato de ser um sistema 
mais complexo e pesado quando comparado ao acionamento hidráulico. 
4 
 
2.4.2 Quanto a maneira que transferem energia entre elementos podem ser: 
2.4.2.1 Embreagens de contato positivo: 
 As formas de transferência de energia podem ser por meio de um contato mecânico 
positivo, como no caso de uma embreagem de dentes ou em forma de serra, que se acopla por 
interferência mecânica, como mostrado na Figura 2. O engajamento se caracteriza pela 
interferência mecânica obtida por meio de agarras quadradas ou em forma de dentes de serra, 
ou com dentes de várias formas. Esses dispositivos não são tão úteis para freios (exceto como 
dispositivos de suporte), porque eles não podem dissipar grandes quantidades de energia, como 
um freio de atrito, e, como embreagens, eles só podem ser engajados a velocidades 
relativamente baixas (cerca de 60 RPM máx. para embreagens de mandíbula e 300 RPM máx. 
para embreagens de dentes). Suas vantagens residem nos acoplamentos positivos e uma vez 
acoplados, podem transmitir grandes torques sem escorregamento. Elas são combinadas 
algumas vezes com embreagens de atrito, que levam os dois elementos aproximadamente à 
mesma velocidade antes que as mandíbulas e os dentes se engajem. Este é o princípio das 
embreagens sincronizadas em transmissão automotiva manual. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.4.2.2 Embreagem e Freios de Atrito: 
São os tipos mais comumente utilizados. Duas ou mais superfícies são pressionadas 
entre si por meio de uma força normal para criar um torque de atrito. As superfícies de atrito 
podem ser planas e perpendiculares ao eixo de rotação, caso em que a força normal é axial, 
como mostrado na Figura 3, ou podem ser cilíndricas com a força normal na direção radial, ou 
cônica. Embreagens cônicas podem tender a agarrar, emperrar e não se separar. 
 
Figura 2: Embreagem de contato positivo 
5 
 
 
Figura 3 - Uma embreagem de disco de placas múltiplas atuada por pressão de fluido. 
Pelo menos uma das superfícies de atrito é geralmente metálica (ferro fundido ou aço), e a outra 
é normalmente feita de um material com alto atrito, conhecido como material de forro. Se 
existirem apenas dois elementos, haverá uma ou duas superfícies de atrito para transmitir 
torque. Um arranjo cilíndrico (freio de tambor ou embreagem) possui uma superfície de atrito 
apenas, e um arranjo axial (disco de freio ou embreagem) possui uma ou duas superfícies 
dependendo de o disco ser colocado em forma de sanduíche entre as duas superfícies do outro 
elemento ou não. Para maior capacidade de torque, embreagem de disco e freios é construída 
frequentemente com discos múltiplos para aumentar o número de superfícies de atrito, como 
mostrado na Figura 3. A habilidade que uma embreagem ou freio tem de transmitir o calor 
gerado pelo atrito pode ser o fator limitante de sua capacidade. Embreagens de discos múltiplos 
são de resfriamento mais difícil e, portanto, indicadas para aplicações envolvendo altas cargas 
e baixas velocidades. Para cargas dinâmicas de alta velocidade, um número menor de 
superfícies de atrito é melhor. 
Embreagens de atrito podem ser operadas secas ou molhadas, estas últimas trabalhando 
em um banho de óleo. Ainda que o óleo diminua sensivelmente o coeficiente de atrito, ele 
aumenta muito a transferência de calor. Coeficientes de atrito para combinações de materiais 
de embreagens/freios giram normalmente entre 0,05 para óleo e 0,60 para condições de atrito 
seco. Embreagens molhadas normalmente utilizam discos múltiplos para compensar o baixo 
coeficiente de atrito. Transmissões automáticas para automóveis e caminhões contêm várias 
embreagens molhadas e freios operando em óleo, que é circulado para fora da transmissão com 
o intuito de ser resfriado. Transmissões manuais de veículos rústicos para fora de estrada, como 
motocicletas, utilizam embreagens molhadas, cheias de óleo, em reservatórios selados, com 
discos múltiplos para proteger as superfícies de poeira, água e sujeira. Transmissões manuais 
de automóveis e caminhões utilizam normalmente embreagens de um único disco, secas. 
 
6 
 
2.4.2.3 Embreagens de velocidade 
Operam automaticamente com base na velocidade relativa de dois elementos. Elas 
atuam na circunferência e permitem rotação relativa em uma só direção. Se a rotação tende a 
se inverter, a geometria interna do mecanismo da embreagem agarra o eixo e trava. Essas 
embreagens de travamento em reverso podem ser utilizadas em guinchos para evitar que a carga 
caia se a energia que move o eixo for interrompida,por exemplo. Essas embreagens também 
são utilizadas como mecanismos de indexamento. O eixo de entrada pode oscilar para trás e 
para frente, porém o de saída roda intermitentemente em apenas uma direção. Outra aplicação 
comum de embreagens de sobre velocidade ocorre no cubo traseiro de uma bicicleta que 
permite que a roda rode livre quando a velocidade desta excede aquela da roda dentada de 
transmissão. 
Vários outros mecanismos são utilizados em embreagens de sentido único. A Figura 4a 
mostra uma embreagem de escovas que possui uma pista interna e outra externa, como um 
rolamento de esferas. Mas, em vez das esferas, o espaço entre as pistas é preenchido com 
escovas de estranhas formas, que permitem o movimento em uma direção, mas que emperram 
e travam as pistas uma à outra, transmitindo um torque unidirecional, na outra direção. Um 
resultado semelhante é obtido com esferas e roletes prisioneiros em câmaras com forma de 
cunha entre as pistas, no que é então conhecido como embreagem de roletes. A Figura 4b mostra 
outro tipo de embreagem de um só sentido de rotação, ou embreagem de sobrevelocidade, 
chamada de embreagem de mola, que utiliza uma mola enrolada de forma apertada ao redor do 
eixo. A rotação em uma direção enrola a mola de forma a apertá-la mais contra o eixo, 
transmitindo torque. A rotação em sentido contrário abre a mola ligeiramente, fazendo com que 
escorregue. 
 
 
Figura 4 - Embreagens de sobremarcha: (a) embreagem de escovas; (b) embreagem de 
mola enrolada 
7 
 
2.4.2.4 Embreagens centrífugas 
Acoplam automaticamente quando a velocidade do eixo excede certo valor. Elementos de 
atrito são forçados radialmente para fora contra um tambor cilíndrico para que a embreagem 
acople. As embreagens centrífugas são utilizadas algumas vezes para acoplar motores de 
combustão interna ao trem de transmissão. O motor pode ficar em ponto morto desacoplado 
das rodas e, quando o injetor de combustível se abre, aumentando a velocidade do motor, a 
embreagem acopla automaticamente. Essas embreagens são comuns em karts. Utilizadas em 
serras de corrente pela mesma razão, elas também servem para alívio em situações de 
sobrecarga, já que escorregam, permitindo que o motor continue girando quando a serra 
emperra na madeira. 
2.4.2.5 Embreagens magnéticas e freios 
São construídos de diversas formas. As embreagens de atrito são operadas 
eletromagneticamente, como mostrado na Figura 5a. Elas possuem várias vantagens, como 
tempos de resposta rápidos, facilidade de controle, partida e parada suaves, e podem funcionar 
acopladas ou desacopladas. Existem ambas as versões de embreagem e freio disponíveis, assim 
como módulos combinados de embreagem-freio. 
 
 
Figura 5 - Embreagens magnéticas: (a) embreagem de atrito operada magneticamente, 
(b) embreagem de histerese 
2.4.2.6 Embreagens e freios de partícula magnética 
Não possuem contato direto envolvendo atrito entre o disco de embreagem e a carcaça 
e, portanto, nenhum material para consumir por desgaste. A folga entre as superfícies é 
preenchida por um pó ferroso fino. Quando a espira é energizada, as partículas de pó formam 
correntes ao longo das linhas de fluxo magnético e acoplam assim o disco à carcaça sem 
escorregamento. O torque pode ser controlado variando a corrente na espira, e o dispositivo irá 
8 
 
escorregar quando o torque aplicado exceder o valor determinado pela corrente na espira, 
proporcionando uma tensão constante. 
2.4.2.7 Embreagens e freios de histerese magnética 
Não possuem qualquer contato mecânico entre os elementos rotativos e, portanto, têm 
atrito zero quando desacopladas. O rotor, também chamado de copo de arraste, é arrastado 
conjuntamente (ou freado) pelo campo magnético estabelecido pelo campo de espira (ou imã 
permanente). Esses dispositivos são utilizados para o controle de torque de eixos em aplicações 
como máquinas de enrolar, onde uma força constante deve ser aplicada à aba ou ao filamento 
de material à medida que este é enrolado. O torque em uma embreagem de histerese é 
controlável independentemente da velocidade. Esses dispositivos são extremamente suaves e 
quietos, possuindo vida longa uma vez que não existe contato mecânico dentro da embreagem 
à exceção dos seus mancais. Este tipo de embreagem está sendo mostrado na Figura 5b. 
2.4.2.8 Embreagens de corrente de rendimento 
São similares em construção aos dispositivos de histerese magnética na medida em que 
não apresentam contato mecânico entre rotor e polos. A espira estabelece contracorrentes que 
magneticamente acoplam a embreagem. Existirá sempre algum escorregamento neste tipo de 
embreagem, uma vez que precisa existir movimento relativo entre o rotor e o polo para gerar 
as correntes que criam a força de acoplamento, portanto, um freio de correntes parasitas não 
pode suportar uma carga estacionária, apenas diminuir a sua velocidade. Essas embreagens 
possuem vantagens similares aos dispositivos de histerese e são utilizadas em aplicações 
similares como enroladores de espira ou filamento, etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
3 EMBREAGENS DE DISCO 
 
A embreagem de disco mais simples consiste em dois discos, um com material de 
forração de alto atrito, pressionado axialmente com uma força normal que gera a força de atrito 
necessária para transmitir torque, como mostrado na Figura 6. A força normal pode ser 
fornecida mecânica, pneumática, hidráulica ou eletromagneticamente e costuma ser muito alta. 
A pressão entre as superfícies da embreagem pode ser aproximada por meio de uma distribuição 
uniforme sobre a superfície se os discos forem rígidos o bastante. Em tais casos, o desgaste será 
maior no diâmetro externo, porque o desgaste é proporcional à pressão multiplicada pela 
velocidade e a velocidade aumenta linearmente com o raio. Contudo, como os discos se 
desgastam preferencialmente em direção à parte externa, a perda de material irá mudar a 
distribuição de pressão para não uniforme e a embreagem irá aproximar a condição de desgaste 
uniforme. Assim, os dois extremos são a condição de pressão uniforme e desgaste uniforme. 
Uma embreagem flexível pode estar próxima à condição de pressão uniforme quando nova, 
mas tenderá à condição de desgaste uniforme quando em uso. Uma embreagem rígida irá 
aproximar mais rapidamente a condição de desgaste uniforme com o uso. Os cálculos relativos 
a cada condição são diferentes e a hipótese de desgaste uniforme produz uma classificação mais 
conservativa da embreagem, sendo preferida, por isso, por muitos projetistas. 
 
 
Figura 6 - Disco de embreagem axial de superfície única 
Pressão uniforme 
Considere um anel de área elementar na superfície da embreagem com largura 
dr, como mostrado na Figura 6. A força diferencial agente neste anel é 
 
𝑑𝐹 = 𝑃𝜃𝑑𝑟 (1) 
Onde: 
𝑟 = 𝑒 𝑜 𝑟𝑎𝑖𝑜 
𝜃 = 𝑒 𝑜 â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑒𝑙 𝑒𝑚 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑜𝑠 
10 
 
𝑝 = é 𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒 𝑛𝑎 𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑑𝑎 𝑒𝑚𝑏𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑚 
Em uma embreagem de circunferência completa como a da Figura 6, será de 2 π. A 
força axial total F na embreagem é determinada por integração dessa expressão entre os limites 
ri e ro. 
𝐹 = ∫ 𝑝𝜃𝑟 =
𝑝𝜃
2
(𝑟0
2 − 𝑟𝑖
2) (2) 
O torque de atrito no elemento de anel diferencial é: 
𝑑𝑇 = 𝑝𝜃𝜇𝑟2𝑑𝑟 (3) 
Sendo μ o coeficiente de atrito. O torque total para um disco de embreagem é: 
𝑇 = ∫ 𝑝𝜃𝜇𝑟3 =
𝑝𝜃𝜇
2
(𝑟0
2 − 𝑟𝑖
2) (4)
𝑟0
𝑟𝑖
 
Para uma embreagem de discos múltiplos com N faces de atrito: 
𝑇 =
𝑝𝜃𝜇
3
(𝑟0
3 − 𝑟𝑖
3)𝑁 (5) 
 
Combinando as Equações (2) e (5), para produziruma expressão do torque como uma 
função da força axial, temos: 
 
𝑇 = 𝑁𝜇𝐹
2
3
(𝑟0
3 − 𝑟𝑖
3)
(𝑟0
2 − 𝑟𝑖
2)
 (6) 
Desgaste uniforme 
A razão de desgaste, W, constante, é suposta proporcional ao produto da pressão, p, e 
velocidade, V. 
𝑊 = 𝑝𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 (7) 
E a velocidade em qualquer ponto da face da embreagem é: 
𝑉 = 𝑟𝜔 (8) 
Combinando essas equações e assumindo uma velocidade angular constante, ω: 
𝑝𝑟 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝐾 (9) 
A máxima pressão, pmax, deve, então, ocorrer no raio mínimo, ri. 
𝐾 = 𝑃𝑚á𝑥𝑟𝑖 (10) 
 
A combinação das Equações (9) e (10), temos uma expressão para a pressão como função do 
raio r: 
11 
 
𝑃 = 𝑃𝑚á𝑥
𝑟𝑖
𝑟
 (11) 
onde o valor máximo permitido de pressão, pmax, variará com o material de forração 
utilizado. A Tabela 1 mostra os valores recomendados de pmax e o coeficiente de atrito para 
vários materiais de forração de embreagens/freios. A força axial, F, é encontrada por meio da 
integração da Equação 1 para a força diferencial no elemento de anel da Figura 6, com p 
proveniente da substituição da Equação 11. 
 
𝐹 = ∫ 𝑝𝜃𝜇𝑟𝑑𝑟 =
𝑟0
𝑟𝑖
∫ 𝜃 (𝑃𝑚á𝑥
𝑟𝑖
𝑟
) 𝑟𝑑𝑟 = 𝑟𝑖𝜃𝑃𝑚á𝑥(𝑟0 − 𝑟𝑖) (12)
𝑟0
𝑟𝑖
 
O torque é calculado por integração da Equação 3 com a mesma substituição: 
𝑇 = ∫ 𝑝𝜃𝜇𝑟2𝑑𝑟 =
𝜃
2
𝜇𝑟𝑖𝑃𝑚á𝑥(𝑟0
2 − 𝑟𝑖
2)
𝑟0
𝑟𝑖
 (13) 
A combinação das Equações 12 e 13 produz uma expressão relacionando torque à força axial 
no caso de desgaste uniforme: 
𝑇 = 𝑁𝜇𝐹 (
𝑟0 + 𝑟𝑖
2
) (14) 
 
Onde N é o número de superfícies de atrito na embreagem. A partir das Equações 12 e 
13, pode ser mostrado que o máximo torque para qualquer valor de raio externo ro será obtido 
quando o raio interno for: 
𝑟𝑖 = √
1
3𝑟0
= 0,577𝑟0 (15) 
Observe que a hipótese de desgaste uniforme produz uma capacidade de torque menor 
que aquela obtida com a hipótese de pressão uniforme. O desgaste inicial alto nos raios maiores 
muda o centro de pressão radialmente para dentro, produzindo um braço de momento menor 
para a força resultante de atrito. As embreagens são calculadas geralmente com base na 
condição de desgaste uniforme. Elas possuirão uma capacidade maior quando novas, porém, 
irão terminar próximo da capacidade estimada em projeto uma vez que se desgastem. 
 
 
 
12 
 
4 FREIOS DE DISCO 
 
As equações para embreagens de disco também se aplicam a freios de disco. Contudo, 
estes são raramente fabricados com forração cobrindo a circunferência completa de face, porque 
eles iriam superaquecer. Enquanto as embreagens são utilizadas com ciclos leves de carga, os 
freios frequentemente têm que absorver grandes quantidades de energia em aplicações 
repetidas. Freios de disco com pinça, como aqueles utilizados em automóveis, usam pastilhas 
de atrito aplicadas contra uma pequena parte da circunferência de disco, deixando o restante 
exposto ao esfriamento. 
Freios a disco são pouco sensíveis à contaminação externa, pois o disco é uma superfície 
externa girante, o que expulsa as impurezas por meio do efeito centrífugo. Este conjunto é 
menos propenso a falha por fadiga do sistema, decorrente do calor gerado. Os discos de freio 
podem ser uma peça sólida ou ventilada, com canais no seu interior por onde o fluxo de ar possa 
escoar. Um artifício bastante utilizado em motocicletas é perfurar os discos por três motivos: o 
primeiro é melhorar a limpeza dos discos caso haja contaminação por impurezas, óleo, lama e 
água. O segundo é diminuir a massa e a inércia do rotor. Por fim, perfurar os discos melhora a 
dissipação de calor. 
 O freio comum de pinça utilizado em bicicletas, como mostrado na Figura 7, é outro 
exemplo em que o aro do pneu é o disco e os garfos atuam sobre apenas uma pequena parte da 
circunferência. Freios de disco são hoje em dia normalmente utilizados em automóveis, 
especialmente nas rodas dianteiras, que proporcionam mais que metade da força de frenagem. 
 
 
 
 
Figura 7 - Freio de disco utilizado em bicicletas 
13 
 
4.1 Freios de tambor 
Freios (ou embreagens) de tambor forçam o material de atrito sobre a circunferência de 
um cilindro, sejam externamente, internamente ou em ambas as faces. Esses dispositivos são 
mais frequentemente utilizados como freios do que como embreagens. A parte à qual o material 
de atrito é rebitado ou colado com adesivo é chamada de sapata de freio, e a parte contra a qual 
atrita tambor de freio. A sapata é forçada contra o tambor para criar um torque de atrito. 
A configuração mais simples de um freio de tambor é o freio de banda, no qual uma 
sapata flexível é enrolada ao redor da maior parte da circunferência do tambor e apertada contra 
ele. Alternativamente, uma sapata (ou sapatas) relativamente rígida, com guarnição, pode ser 
pivotada contra a circunferência externa ou interna (ou ambas) do tambor. Se a sapata contata 
apenas uma pequena porção angular do tambor, o arranjo é conhecido como um freio de sapata 
curto, caso contrário, é um freio de sapata longo. A geometria de contato no caso curto versus 
longo requer que um tratamento analítico diferente seja aplicado a cada caso 
4.2 Freios a tambor com sapatas externas 
A figura 8 mostra o tipo mais comum de freio de tambor de sapatas externas. É utilizado 
em maquinas de elevação, tais como pontes rolantes, elevadores, gruas, etc.. Normalmente é 
composto de duas sapatas simetricamente dispostas em torno de um tambor, que é ligado a 
carga a ser freada. No caso da figura 8, o tambor provavelmente está ligado a outro tambor para 
enrolamento de cabos de aço de um elevador. No sistema mostrado, o acionamento é 
eletromagnético, mas também pode ser pneumático e, mais raramente, hidráulico ou manual. 
Quando o freio é acionado, o conjunto de alavancas atua no sentido de aplicar pressão entre as 
sapatas, que contém o material de atrito substituível, e o tambor. 
 
 
Figura 8 - Freios a tambor de sapatas externas para máquinas de elevação 
O tambor de freios mostrado na figura 8 serve também para dissipar o calor gerado na 
interface com as sapatas. Um freio semelhante a esse é empregado em veículos ferroviários. No 
14 
 
caso desses veículos, a sapata é pivotada em torno de um pino que a liga ao sistema de 
alavancas. A figura 9 mostra uma sapata colocada sobre a roda, à esquerda, e o esquema 
pneumático de aplicação dos freios ferroviários, à direita. Apenas um cilindro é utilizado para 
cada vagão em veículos de carga. Para locomotivas e alguns tipos de carros de passageiros, 
cada roda tem seu próprio cilindro de acionamento. Veículos ferroviários dissipam o calor 
através das rodas, que o transfere por convecção em sua superfície ou por condução no contato 
com o trilho. O aquecimento nas rodas é a causa de diversos problemas encontrados em 
ferrovias de carga, tratados em fontes específicas. 
 
 
Figura 9 - Sapata e esquema de freios a tambor de sapatas externas para veículos ferroviários. 
 
O freio de tambor de sapatas internas é utilizado normalmente como freio traseiro de 
veículos de passeio ou como freio de caminhões e ônibus. Consiste também de duas ou mais 
sapatas que são aplicadas contra um tambor de freios, mas na face interna deste. Para tambores 
cilíndricos sólidos, como o mostrado na figura 9, fica difícil imaginar como as sapatas poderiam 
ser aplicadas na face interna, mas se considerarmos o tambor como um anel ou um cilindro 
vazado as sapatas podem ser colocadas no interior ou sobre a superfície externa, causando o 
mesmo efeito de frenagem. 
A figura 10 mostra um esquema simplificado destetipo de freio. Nele é mostrado o 
cilindro de freio, que recebe a pressão hidráulica do sistema de acionamento; os pistões do 
cilindro, que se movem aplicando a sapata sobre o tambor; as sapatas, que consistem no suporte 
metálico (contrasapata) e na lona de freio; o tambor, que é a parte que gira do conjunto e é 
solidário à roda em veículos; o cabo, que serve para aplicar o freio manualmente através da 
alavanca do freio; e o ajustador de folga, que move a lona para mais perto do tambor conforme 
esta vai sendo desgastada, diminuindo o curso até a frenagem. No tipo de freio mostrado, a 
força gerada no cilindro hidráulico move a parte superior das sapatas, que estão ancoradas no 
15 
 
ajustador de folga. Com essa restrição, as sapatas não se movem lateralmente, mas giram em 
torno do ponto de ancoragem. Fica evidente que o apoio da sapata sobre o tambor se dá 
principalmente na parte superior desta, fazendo com que a pressão de contato seja maior nessa 
região. 
 
 
Figura 10 - Esquema de freios a tambor de sapatas internas para veículos automotivos 
A figura 11 mostra um tambor de freio típico com o ajustador de folga e uma sapata 
mostrados em detalhe. Conforme a sapata é desgastada, a alavanca do ajustador de folga se 
move. A alavanca está apoiada em uma catraca que gira quando a primeira se move. Com o 
movimento da catraca a rosca de um parafuso espaçador também gira, distanciando o ponto de 
ancoragem das sapatas e fazendo com que estas fiquem mais próximas do tambor. Essa 
proximidade controlada é importante para que o tempo de resposta do sistema seja reduzido. 
 
 
Figura 11 - Freios a tambor de sapatas internas com detalhe do ajustador e da sapata 
Freios a disco são pouco sensíveis à contaminação externa, pois o disco é uma superfície 
externa girante, o que expulsa as impurezas por meio do efeito centrífugo. Este conjunto é 
16 
 
menos propenso a falha por fadiga do sistema, decorrente do calor gerado. Os discos de freio 
podem ser uma peça sólida ou ventilada, com canais no seu interior por onde o fluxo de ar possa 
escoar. Um artifício bastante utilizado em motocicletas é perfurar os discos por três motivos: o 
primeiro é melhorar a limpeza dos discos caso haja contaminação por impurezas, óleo, lama e 
água. O segundo é diminuir a massa e a inércia do rotor. Por fim, perfurar os discos melhora a 
dissipação de calor. 
 De acordo com Orthwein, entre os materiais utilizados na fabricação dos discos de freio 
estão o ferro fundido cinzento, o aço-carbono e aço inoxidável. Atualmente, novos materiais 
estão sendo empregados pela indústria para atender automóveis de grande desempenho, com 
destaque para os discos feitos em cerâmica, carbono e alumínio. Quanto à fixação, existem dois 
tipos básicos de discos empregados nas indústrias automotivas. O tipo mais comum é o fixo ao 
cubo 12. Essa flutuação possui a capacidade de compensar pequenos empenos no rotor sem 
introduzir vibrações ao sistema. 
 
 
A Figura 12 mostra de forma esquemática um freio de tambor com sapatas externas 
curtas. Se o ângulo θ subtendido pelo arco de contato entre a sapata e o tambor for pequeno (< 
que cerca de 45°), então podemos considerar a força distribuída entre a sapata e o tambor como 
uniforme, podendo ser substituída por uma força concentrada, Fn, no centro da área de contato, 
como mostrado na Figura 12-b. Para qualquer valor de máxima pressão permissível na forração, 
pmax (Tabela 1), a força Fn pode ser estimada como: 
 
 
𝐹𝑛 = 𝑃𝑚á𝑥𝑟𝜃𝑤 (16) 
 
Figura 12: Geometria e forças para um freio de tambor de sapata externa longa 
17 
 
Onde w é a largura da sapata de freio na direção z e θ, o ângulo subtendido, em Radianos. A 
força de atrito, Ff, é: 
 
𝐹𝑓 = 𝜇𝐹𝑛 (17) 
sendo μ o coeficiente de atrito do material de forração utilizado no freio Tabela 1. 
 
 
O torque no disco de tambor é, então, 
𝑇 = 𝐹𝑓𝑟 = 𝜇𝐹𝑛𝑟 (18) 
Somando os momentos com relação ao ponto O no diagrama de corpo livre 
da Figura x e substituindo a Equação 17, resulta: 
∑ 𝑀 = 0 = 𝑎𝐹𝑎 − 𝑏𝐹𝑛 + 𝑐𝐹𝑓 
 
𝐹𝑎 =
𝑏𝐹𝑛 − 𝑐𝐹𝑓
𝑎
=
𝑏𝐹𝑛 − 𝜇𝐹𝑛
𝑎
= 𝐹𝑛 =
𝑏 − 𝜇𝑐
𝑎
 (20) 
As forças de reação no pivô são determinadas a partir da soma de forças. 
𝑅𝑥 = −𝐹𝑓 
𝑅𝑦 = 𝐹𝑎 − 𝐹𝑛 
 
Freios (ou embreagens) de tambor forçam o material de atrito sobre a circunferência de 
um cilindro, sejam externamente, internamente ou em ambas as faces. Esses dispositivos são 
mais frequentemente utilizados como freios do que como embreagens. A parte à qual o material 
de atrito é rebitado ou colado com adesivo é chamada de sapata de freio, e a parte contra a qual 
atrita tambor de freio. A sapata é forçada contra o tambor para criar um torque de atrito. A 
configuração mais simples de um freio de tambor é o freio de banda, no qual uma sapata flexível 
Tabela 1: propriedades de materiais comuns de forração 
18 
 
é enrolada ao redor da maior parte da circunferência do tambor e apertada contra ele. 
Alternativamente, uma sapata (ou sapatas) relativamente rígida, com guarnição, pode ser 
pivotada contra a circunferência externa ou interna (ou ambas) do tambor. Se a sapata contata 
apenas uma pequena porção angular do tambor, o arranjo é conhecido como um freio de sapata 
curto, caso contrário, é um freio de sapata longo. A geometria de contato no caso curto versus 
longo requer que um tratamento analítico diferente seja aplicado a cada caso 
 
A figura 13 mostra o tipo mais comum de freio de tambor de sapatas externas. É 
utilizado em maquinas de elevação, tais como pontes rolantes, elevadores, gruas, etc... 
Normalmente é composto de duas sapatas simetricamente dispostas em torno de um tambor, 
que é ligado a carga a ser freada. No caso da figura 8, o tambor provavelmente está ligado a 
outro tambor para enrolamento de cabos de aço de um elevador. No sistema mostrado, o 
acionamento é eletromagnético, mas também pode ser pneumático e, mais raramente, 
hidráulico ou manual. Quando o freio é acionado, o conjunto de alavancas atua no sentido de 
aplicar pressão entre as sapatas, que contém o material de atrito substituível, e o tambor. 
 
 
Figura 13 - Freios a tambor de sapatas externas para máquinas de elevação 
 
O tambor de freios mostrado na figura 13 serve também para dissipar o calor gerado na 
interface com as sapatas. Um freio semelhante a esse é empregado em veículos ferroviários. No 
caso desses veículos, a sapata é pivotada em torno de um pino que a liga ao sistema de 
alavancas. A figura 14 mostra uma sapata colocada sobre a roda, à esquerda, e o esquema 
pneumático de aplicação dos freios ferroviários, à direita. Apenas um cilindro é utilizado para 
cada vagão em veículos de carga. Para locomotivas e alguns tipos de carros de passageiros, 
19 
 
cada roda tem seu próprio cilindro de acionamento. Veículos ferroviários dissipam o calor 
através das rodas, que o transfere por convecção em sua superfície ou por condução no contato 
com o trilho. O aquecimento nas rodas é a causa de diversos problemas encontrados em 
ferrovias de carga, tratados em fontes específicas. 
 
 
Figura 14 - Sapata e esquema de freios a tambor de sapatas externas para veículos 
ferroviários 
 
O freio de tambor de sapatas internas é utilizado normalmente como freio trazeiro de 
veículos de passeio ou como freio de caminhões e ônibus. Consiste também de duas ou mais 
sapatas que são aplicadas contra um tambor de freios, mas na face interna deste. Para tambores 
cilíndricos sólidos, como o mostrado na figura 8, fica difícil imaginar como as sapatas poderiam 
ser aplicadas na face interna, mas se considerarmos o tamborcomo um anel ou um cilindro 
vazado as sapatas podem ser colocadas no interior ou sobre a superfície externa, causando o 
mesmo efeito de frenagem. 
A figura 15 mostra um esquema simplificado deste tipo de freio. Nele é mostrado o 
cilindro de freio, que recebe a pressão hidráulica do sistema de acionamento; os pistões do 
cilindro, que se movem aplicando a sapata sobre o tambor; as sapatas, que consistem no suporte 
metálico (contrasapata) e na lona de freio; o tambor, que é a parte que gira do conjunto e é 
solidário à roda em veículos; o cabo, que serve para aplicar o freio manualmente através da 
alavanca do freio; e o ajustador de folga, que move a lona para mais perto do tambor conforme 
esta vai sendo desgastada, diminuindo o curso até a frenagem. No tipo de freio mostrado, a 
força gerada no cilindro hidráulico move a parte superior das sapatas, que estão ancoradas no 
ajustador de folga. Com essa restrição, as sapatas não se movem lateralmente, mas giram em 
torno do ponto de ancoragem. Fica evidente que o apoio da sapata sobre o tambor se dá 
20 
 
principalmente na parte superior desta, fazendo com que a pressão de contato seja maior nessa 
região. 
 
 
Figura 15 - Esquema de freios a tambor de sapatas internas para veículos automotivos 
 
A figura 16 mostra um tambor de freio típico com o ajustador de folga e uma sapata 
mostrados em detalhe. Conforme a sapata é desgastada, a alavanca do ajustador de folga se 
move. A alavanca está apoiada em uma catraca que gira quando a primeira se move. Com o 
movimento da catraca a rosca de um parafuso espaçador também gira, distanciando o ponto de 
ancoragem das sapatas e fazendo com que estas fiquem mais próximas do tambor. Essa 
proximidade controlada é importante para que o tempo de resposta do sistema seja reduzido. 
 
 
Figura 16 - Freios a tambor de sapatas internas com detalhe do ajustador e da sapata 
4.3 Freios de tambor com sapatas externas longas 
 
21 
 
Se o ângulo de contato θ entre a sapata e o tambor na Figura 17-9 exceder cerca de 45°, 
então a hipótese de distribuição uniforme de pressão sobre a superfície da sapata será incorreta. 
A maior parte dos freios de sapata possui um ângulo de contato de 90° ou mais, de maneira que 
deve ser feita uma análise mais precisa que a empregada para sapatas curtas. Uma vez que 
nenhuma sapata de freio é infinitamente rígida, sua deflexão irá afetar a distribuição de pressão. 
Uma análise que leve em conta efeitos de deflexão é muito complicada e não é realmente 
assegurada aqui. À medida que a sapata se desgasta, irá pivotar-se com relação ao ponto O na 
Figura 17, e o ponto B irá viajar mais que o ponto A por causa da sua maior distância do ponto 
O. A pressão em qualquer ponto da sapata também irá variar em proporção à sua distância de 
O. Pressuponha que o tambor rode à velocidade constante e que o desgaste seja proporcional 
ao trabalho de atrito feito, isto é, o produto pV. Assim, em qualquer ponto na sapata, como C 
na Figura 17, a pressão normal p será proporcional a sua distância do ponto O. 
 
𝑝 𝛼 𝑏𝑠𝑖𝑛𝜃 𝛼 𝑠𝑖𝑛𝜃 
 
Uma vez que a distância b é constante, a pressão normal em qualquer ponto é 
proporcional a sen θ. Chamemos a constante de proporcionalidade K. 
𝑃 = 𝐾𝑠𝑖𝑛𝜃 (21) 
Se a máxima pressão permissível no material de forração for pmax (Tabela 1), então a 
constante K pode ser definida como: 
𝐾 =
𝑃
𝑠𝑖𝑛𝜃
=
𝑃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑚á𝑥
 (22) 
onde θmax é o mínimo entre θ2 e 90°. Então, 
𝑃 =
𝑃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃 (23) 
Figura 17: Geometria e forças para um freio de tambor de sapata externa longa. 
22 
 
 
Para obter a força total na sapata, a função de pressão dever ser integrada sobre o 
intervalo angular da mesma. Considere o elemento diferencial dθ mostrado na figura anterior. 
Duas forças diferenciais agem neste elemento, dFn e dFf. Elas possuem braços de momento 
com relação ao ponto O de “bsenθ” e “(r-b)cosθ”, como mostrado na figura. Ao integrar para 
obter os momentos referentes a toda a superfície cin relação a O, temos, para o momento devido 
a força normal: 
𝑀𝑛 = ∫ 𝑝𝑤𝑟𝑑 𝑏𝑠𝑖𝑛𝜃
𝜃2
𝜃1
= ∫ 𝑤𝑟𝑏𝑝 sin 𝜃𝑑𝜃
𝜃2
𝜃1
= ∫ 𝑤𝑟𝑏
𝑃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑚á𝑥
𝜃2
𝜃1
𝑠𝑖𝑛2𝜃𝑑𝜃 
 
𝑀𝑛 = 𝑤𝑟𝑏
𝑃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑚á𝑥
[
1
2
(𝜃2 − 𝜃1) −
1
4
(𝑠𝑖𝑛2𝜃2 − 𝑠𝑖𝑛2𝜃1)] (24) 
 
onde w é a largura do tambor na direção z e as outras variáveis são definidas na Figura 
18. Para o momento devido à força de atrito: 
 
𝑀𝐹𝑓 = ∫ 𝜇𝑝𝑤𝑟𝑑𝜃(𝑟 − 𝑏𝑐𝑜𝑠𝜃) = 
𝜃2
𝜃1
∫ 𝜇𝑝𝑤𝑟
𝑃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃(𝑟 − 𝑏𝑐𝑜𝑠𝜃)𝑑𝜃 
𝜃2
𝜃1
 
 
𝑀𝐹𝑓 = 𝜇𝑝𝑤𝑟
𝑃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑚á𝑥
[−𝑟(𝑐𝑜𝑠𝜃2 − 𝑐𝑜𝑠𝜃1) −
𝑏
2
(𝑠𝑖𝑛2𝜃2 − 𝑠𝑖𝑛
2𝜃1)] (25) 
 
Somando os momentos com relação ao ponto 0 produz: 
 
𝐹𝑎 =
𝑀𝐹𝑛 ± 𝑀𝐹𝑓
𝑎
 (26) 
Onde o sinal superior é para um freio autoenergizante e o inferior, para um freio auto 
desenergizante. Pode ocorrer autotravamento apenas se o freio for autoenergizante e MFf > 
MFn. O torque de frenagem é encontrado integrando a expressão para o produto da força de 
atrito Ff e o raio r do tambor. 
 
23 
 
𝑇 = ∫ 𝜇𝑝𝑤𝑟 𝑑𝜃𝑟
𝜃2
𝜃1
 
𝑇 = ∫ 𝜇𝑝𝑤𝑟
𝑃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑑𝜃𝑟
𝜃2
𝜃1
 
𝑇 = 𝜇𝑤𝑟2
𝑃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑚á𝑥
(𝑐𝑜𝑠𝜃1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃2) (27) 
 
As forças reativas Rx e Ry são encontradas a partir da soma das forças nas direções x e 
y (ver a Figura 12-b): 
𝑅𝑥 = ∫ 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑑𝐹𝑛 + ∫ 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝐹𝑓 = ∫ 𝑤𝑟𝑝𝑐𝑜𝑠𝜃𝑑𝜃 + 𝜇
𝜃2
𝜃1
∫ 𝑤𝑟𝑝𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃
𝜃2
𝜃1
 
 
𝑅𝑥 = ∫ 𝑤𝑟
𝑃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑚á𝑥
𝜃2
𝜃1
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑐𝑜𝑠𝜃𝑑𝜃 + 𝜇 ∫ 𝑤𝑟
𝑃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑚á𝑥
𝜃2
𝜃1
𝑠𝑖𝑛2𝜃𝑑𝜃 (27) 
 
𝑅𝑦 = 𝑤𝑟
𝑃𝑚á𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑚á𝑥
{− (
𝑠𝑖𝑛2𝜃2
2
−
𝑠𝑖𝑛2𝜃1
2
) + 𝜇 [
1
2
(𝜃2 − 𝜃1) −
1
4
(𝑠𝑖𝑛2𝜃2 − 𝑠𝑖𝑛2𝜃1)]}
− 𝐹𝑎 (28) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
24 
 
5 MATERIAIS PARA EMBREAGENS E FREIOS 
 
Os materiais para partes estruturais de embreagens e freios, como os discos e tambores, 
são geralmente feitos de ferro fundido cinzento ou aço. As superfícies de atrito são geralmente 
forradas com um material que possua um bom coeficiente de atrito e com resistência à 
compressão e à temperatura suficientes para a aplicação. A fibra de asbesto foi durante algum 
tempo o ingrediente mais comum em forrações de freios ou embreagens, mas não é mais usada 
em muitas aplicações por causa do risco causado pelo fato de ser cancerígena. Forrações ou 
guarnições podem ser moldadas, tecidas, sinterizadas ou de material sólido. As forrações 
moldadas usam, geralmente, resinas a base de polímeros para juntar uma variedade de materiais 
de preenchimento ou materiais fibrosos. Latão ou fragmentos de zinco são algumas vezes 
adicionados para melhorar a condução de calor e a resistência ao desgaste, além de reduzir o 
ranhuramento de tambores e discos. Materiais tecidos são constituídos de longas fibras de 
asbesto. Os metais sinterizados fornecem maiores resistências às temperaturas e à compressão 
que os materiais moldados ou tecidos. Materiais como cortiça, madeira e ferro fundido também 
são utilizados, como guarnição. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
 
6 APLICAÇÕES 
 
Embreagens e freios são usados de forma corriqueira em todos tipos de maquinaria. 
Todos os veículos necessitam de freios para parar o movimento, da mesma forma que máquinas 
estacionárias. As embreagens são necessárias para interrompero fluxo de potência entre o 
movimentador primário (motor, motor de combustão interna, etc.) e a carga, de maneira que a 
carga possa ser parada (pelo freio) e o movimentador primário possa continuar em movimento. 
Aplicações para sistemas de freios e embreagens. 
Os sistemas freios são utilizados tanto na área automobilística, quanto na indústria. Na 
área automobilística podemos ver os freios a disco, e a tambor. Já na área industrial temos 
outros tipos de freios como por exemplos: Freios estáticos de segurança ou estacionamento, 
freios dinâmicos (serviços e emergência), freios de tensionamento. 
Os freios a disco e a tambor: 
são utilizados para a redução da velocidade em automóveis. Já os freios industriais o 
princípio é o mesmo. 
Freios estáticos de segurança ou estacionamento: 
Destinado a operações onde busca-se o estacionamento ou garantia de parada de 
máquina e equipamento em posição inalterada. Na maioria das aplicações estáticas deve-se 
calcular o torque e acrescentar um fator de segurança, normalmente entre 1,5 a 2,0 para 
compensar a possibilidade de interferência de aspectos externos tais como: contaminação da 
superfície de frenagem e perdas das condições de atrito das pastilhas, além de prover uma 
margem de segurança da frenagem. 
Freios dinâmicos (serviços e emergência) 
: 
Nestas aplicações o freio tem que parar todos os componentes móveis da máquina ou 
equipamento, portanto, deve ser dimensionado para suprir as exigências das frenagens estática 
e dinâmica. Os cálculos devem garantir: um fator de segurança entre 2,0 e 2,5 sobre o torque 
nominal do motor, condições mínimas de temperatura de operação e capacidade de dissipação 
térmica, para que as características ideais de atrito entre as pastilhas e superfície de frenagem 
sejam sempre mantidas. 
Freios de tensionamento: 
Essas aplicações exigem que os freios forneçam torque continuo para tencionar o 
material que passa pelas máquinas e como consequência al capacidade de dissipação térmica, 
por exemplo: enroladeiras, desenroladeiras e rebobinadeiras. Na maioria dos casos operam com 
controle proporcional da força de atuação dos freios, devendo ser dimensionados tendo em vista 
26 
 
considerações especiais (críticas) de operação, para garantir uma longa vida útil de seus 
componentes. Os cálculos sempre devem levar em conta a inércia total do sistema e a 
velocidade máxima de operação das máquinas, acrescidos de um fator de serviço a ser definido 
conforme a aplicação. 
 
Aplicação para embreagem 
É o mecanismo utilizado em diversos veículos, para transmitir a rotação do volante para 
o motor para as engrenagens dá ]caixa de velocidades 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
 
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
NORTON, Rob. Projeto de máquinas: uma abordagem integrada. 2. ed. Porto 
Alegre: Bookman, 2004. 
 
SHIGLEY, Joseph Edward; MISCHKE, Charles R.; BUDYNAS, Richard G. Projeto 
de engenharia mecânica. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2005. 
 
SANTOS JUNIOR, Auteliano A. dos. Freios e embreagens por atrito. 25 f. Apostila 
– Departamento de projeto mecânico, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
.