MaqEleTra-U3

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UNIDADE 3 
Mecanismo de Retenção e Freios 
 
 
 
 
 
Objetivos 
 Estudar os dispositivos de parada de carga, considerando seus principais elementos de retenção e frenagem. 
Conteúdos 
 Introdução aos conceitos de retenção de carga. 
 Dispositivos de retenção por roletes. 
 Dispositivo de retenção por freios de sapatas. 
 Dispositivos de freios controlados. 
 Dispositivo para freios centrífugos. 
 Dispositivos para freios aplicados pela carga elevada. 
Orientações para o estudo da unidade 
Antes de iniciar o estudo desta unidade, leia as orientações a seguir: 
1) Não se limite ao conteúdo desta obra; busque outras informações em sites confiáveis e/ou nas referências 
bibliográficas apresentadas ao final de cada unidade. Lembre-se de que, na modalidade EaD, o engajamento 
pessoal é um fator determinante para o seu crescimento intelectual. 
2) Para obter um bom rendimento no estudo de Máquinas de Elevação e Transporte, é necessário ter 
conhecimento de alguns conceitos estudados em estudos anteriores. Dessa forma, conhecer elementos de 
máquinas, Mecânica, Física e resistência dos materiais nos ajudará muito em nossos estudos. A seguir, 
apresentamos algumas referências que poderão auxiliar nos seus estudos: 
 BRASIL, H. V. Máquinas de levantamento. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1985. 
 COLLINS, J. A. Projeto mecânico de elementos de máquinas. Rio de Janeiro. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006. 
 HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física: Mecânica. Rio de Janeiro: LTC. v. 1, 2006. 
 HIBBELER, R. C. Dinâmica: Mecânica para a Engenharia. São Paulo: Pearson, 2011. 
 ______. Mecânica geral. São Paulo: Pearson, 2007. 
 ______. Resistência dos materiais. 5. ed. São Paulo: Pearson, 2004. 
 
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 MELCONIAN, S. Mecânica técnica e resistência dos materiais. 17. ed. São Paulo: Érica, 2006. 
 RUDENKO, N. Máquinas de elevação e transporte. Rio de Janeiro: LTC, 1978. 
 SCIGLIANO, W. A. Manual para a utilização de gruas. São Paulo: Fm Gruas, 2008. 
3) Os materiais complementares que estão disponíveis no Conteúdo Digital Integrador têm a intenção de auxiliar a 
aprendizagem; então, quando tiver alguma dificuldade, não hesite em consultá-los. 
 
 
UNIDADE 3 – Mecanismo de Retenção e Freios 
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1. INTRODUÇÃO 
 Os mecanismos de retenção utilizados no transporte das cargas são usados para frear os dis-
positivos de transporte, bem como assegurar que a carga permanecerá imóvel enquanto não tiver 
recebendo nenhum comando de operação. São de extrema importância, pois representam a segu-
rança das operações, garantindo que a carga não caia quando estiver sendo erguida ou descida. 
Segundo Rudenko (1978), são usados para segurar a carga elevada pelos guinchos. Vamos tratar 
desses mecanismos nesta unidade. 
2. CONTEÚDO BÁSICO DE REFERÊNCIA 
O Conteúdo Básico de Referência apresenta, de forma sucinta, os temas abordados nesta uni-
dade. Para sua compreensão integral, é necessário o aprofundamento pelo estudo do Conteúdo 
Digital Integrador. 
2. 1. MECANISMOS DE RETENÇÃO: FREIOS DE ROLETE 
Freios de rolete (Figura 1) compreendem uma roda de catraca e uma lingueta (RUDENKO, 
1978). Os dentes da catraca podem ser dispostos externa ou internamente à roda, de forma que a 
carga consiga ser elevada. O travamento é acionado apenas quando o movimento cessa ou há al-
guma parada brusca, o que evita que a carga desça. 
 
Fonte: Rudenko (1978, p. 143). 
Figura 1Mecanismo de catraca com dentes externos. 
Dependendo de sua finalidade, a roda de catraca pode ser projetada com diferentes números 
de dentes (Z): 
 Z=6-8: para macacos de cremalheira e pinhão, catracas e freios aplicados pela carga 
elevada (talha de parafuso sem fim); 
 Z = 12-30: para retenção por catraca independente; 
 Z = 16-25: para freios do tipo catraca. 
O comprimento dos dentes é selecionado levando-se em conta a pressão unitária linear, calcu-
lada pela equação: 
P
b
p
 
 
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Nela temos: 
 P: força periférica 
 p: pressão unitária linear. 
Segundo Rudenko (1978), a pressão unitária será de cerca de 50 a 100 kgf/cm para lingueta de 
aço e catraca de ferro fundido, e de 150 a 300 kgf/cm para lingueta de aço e roda de catraca de aço. 
A verificação dos dentes de uma catraca com engrenamento externo se dá conforme a Equação 37: 
32
. .[ ]
flex
M
m
z 
 (37) 
Nela temos: 
 m : módulo igual ao passo sobre o diâmetro externo dividido por  . 
 M : torque transmitido, em kgf/cm. 
 z : número de dentes, 
b
m
 
= 1,5 a 3,0. 
 flex

: tensão de flexão admissível. 
Segundo Rudenko (1978), a velocidade periférica da roda da catraca é diretamente proporcio-
nal ao seu diâmetro. Como a força de impacto entre a lingueta e o dente cresce proporcionalmente 
ao quadrado da velocidade, deve-se evitar um aumento prejudicial da velocidade periférica. 
O impacto a altas velocidades é diminuído pelo emprego de passos e dentes menores; pode-se 
usar duas ou mais linguetas, cujos pontos de engrenamento sejam deslocados por uma fração cor-
respondente do passo. No mecanismo de catraca independentes, ou freios de catraca, a roda da 
catraca é sempre fixada à árvore. 
Os dentes internos das rodas de catracassão muito mais fortes que os externos. Por essa ra-
zão, sua equação de resistência tem fórmula um pouco diferente: 
3
. .[ ]
flex
M
m
z 
 (38) 
Quando uma carga está sendo elevada, o dente de uma roda da catraca escorrega debaixo da 
lingueta e produz um ruído metálico e pouco agradável, principalmente quando a roda se movimen-
ta em alta velocidade. Esse ruído pode ser eliminado com o emprego de linguetas silenciosas (Figura 
2), operadas por meio de anéis de atrito. Essas linguetas encontram aplicação somente em catracas 
de freio. 
 
Fonte: Rudenko (1978, p. 147). 
Figura 2Linguetas operadas por molas e anéis de freios. 
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Segundo Rudenko (1978), os mecanismos de retenção por atrito (Figura 3) oferecem algumas 
vantagens em relação aos dispositivos de catraca: operam silenciosamente e sem apresentar sola-
vancos, contudo suas aplicações são limitadas, devido ao fato de as compressões nos elementos de 
fixação serem mais altas. 
 
Fonte: Rudenko (1978, p. 149). 
Figura 3Dispositivo de retenção por atrito. 
Para evitar uma ação unidirecional, o mecanismo de retenção é sempre provido de duas lin-
guetas colocadas em pontos diametralmente opostos. A compressão no pino da lingueta é dada 
pela equação: 
0
P
P
tg
 (39) 
Sendo P a força periférica. 
O disco do freio deve ser enrijecido com nervuras, por levar em conta a carga, devido à com-
pressão da lingueta (RUDENKO, 1978). 
Catracas de rolete (Figura 4a) são amplamente usadas e normalmente empregadas em combi-
nação com freios, seguindo os seguintes modos de operação, indicados na Figura 4: a árvore (1), que 
deve ser parada, suporta a bucha (2), provida de recessos para os roletes (3). O anel (6) é ajustado 
sobre a chaveta (5), no corpo (4). Os roletes (3) não dificultam a rotação anti-horária da bucha (2), 
juntamente com a árvore (1). Quando a árvore (1) começa a girar, nosentido horário, sob ação da 
carga, a árvore suporta um tambor em torno do qual estão enrolados os cabos de elevação da car-
ga. Os roletes tornam-se cunhas nos recessos da bucha (2) e são forçados contra o anel fixo (6) (RU-
DENKO, 1978). 
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Fonte: Rudenko (1978, p. 150). 
Figura 4Catraca de roletes. 
A Figura 5 mostra alguns projetos de catracas de roletes. 
 
Fonte: Rudenko (1978, p. 150). 
Figura 5Catraca de roletes. 
O vídeo indicado no Tópico 3. 1 trata de freios de rolete. Neste momento, você deve assistir a 
esse vídeo para se aprofundar no tema abordado. 
2. 2. MECANISMOS DE RETENÇÃO: FREIOS DE SAPATAS 
Em maquinários de elevação, os freios têm por objetivo controlar a velocidade de descida da 
carga ou mantê-la suspensa, parada. Os freios também são usados para absorver a inércia das mas-
sas em movimento e, dependendo de sua finalidade, os freios são classificados como de estaciona-
mento (parada), de descida e tipos que combinam controle de velocidade e parada (RUDENKO, 
1978). 
Há freios que são operados manualmente e automáticos. Os primeiros incluem os freios de 
sapatas ou bloco, de fita, cônicos, de disco, de catraca e freios, com manivelas de segurança; já den-
tre os automáticos, destacam-se os freios centrífugos, destinados ao controle da velocidade, e os 
freios aplicados pelo peso da carga elevada (RUDENKO, 1978). 
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Segundo Rudenko (1978), os freios de sapatas são projetados com sapatas externas, comu-
mente usados em máquinas de elevação. Já os freios de sapatas internas são restritos aos serviços 
de guindastes montados sobre carros de transporte. 
 
Fonte: adaptado de Rudenko (1978, p. 155). 
Figura 6Freios de sapatas. 
Uma grande variedade de projetos de freios de sapatas – diferentes, principalmente, pelo ar-
ranjo dos seus sistemas de alavancas – são empregados em máquinas de elevação e transporte. A 
maior parte constitui projetos de duas sapatas ligadas às alavancas do freio rígida ou articuladamen-
te. Sapatas rigidamente ligadas conduzem a um desgaste desigual das guarnições do freio e desen-
volvem forças que podem fletir a árvore do freio. Por isso, freios de sapatas articuladas encontram 
ampla aplicação (RUDENKO, 1978). 
Os freios de sapata somente são empregados para retardar pequenos torques, em um acio-
namento manual, considerando um diâmetro de árvore ≤ 50 mm. A compressão exercida pela sapa-
ta de ferro fundido, na polia do freio, deve ser tal que a força de atrito produzida na superfície da 
polia contrabalance a força periférica. Segundo Rudenko (1978), embora seja aceita essa condição, 
verdadeiramente a força de atrito é aplicada sobre um braço maior do que o raio do tambor do 
freio. 
Freios de duas sapatas são geralmente usados em mecanismos de elevação, translação e rota-
ção de guindastes e distinguem-se do freio de uma sapata por não produzirem deformação de fle-
xão na árvore do freio. Guinchos e guindastes acionados eletricamente usam quase que exclusiva-
mente freios de duas sapatas (Rudenko, 1978). 
 
Os vídeos indicados no Tópico 3. 2 tratam de freios de sapata. Neste momento, você deve as-
sistir a esse vídeo para se aprofundar no tema abordado. 
2. 3. MECANISMOS DE RETENÇÃO: FREIOS CONTROLADOS 
Freios eletromagnéticos operados por dispositivos eletro-hidráulicos, acionados automatica-
mente quando a corrente é desligada, são projetados para frenagem do mecanismo com uma carga 
nominal. Por essa razão, mecanismos sem carga ou com cargas mais leves param antes dos carrega-
dos, o que acarreta deformações adicionais sobre os elementos, causando rápido desgaste do me-
canismo (RUDENKO, 1978). 
O operador do guindaste pode controlar o processo de frenagem somente com a ajuda de 
freios controlados, que o capacitam a diminuir gradualmente a aceleração e chegar a uma parada 
suave e precisa, melhorando a eficiência e as condições da operação dos elementos no mecanismo. 
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Freios controlados encontram ampla aplicação nos mecanismos de translação e rotação. Nos 
mecanismos de elevação, nos quais o torque de frenagem é necessário não só para parar a carga 
mas também para mantê-la suspensa, freios controlados são empregados em guinchos de pequena 
capacidade somente para controle da velocidade de descida da carga (RUDENKO, 1978). Nesse caso, 
pode-se usar freios cujo torque nominal é gerado pelo peso da carga ou pela tensão de uma mola, e 
cujo controle manual serve para soltar a polia do freio. 
Segundo Rudenko (1978), os freios aplicados nos mecanismos de rotação e translação são 
usados freios normalmente soltos e combinados. Nos freios normalmente soltos, sem força aplicada 
ao pedal ou alavanca de controle, o freio, o freio está na posição solta. Uma força aplicada ao pedal 
um efeito de frenagem. 
 Comumente, o freio é solto por uma mola comprimida, cuja tensão deve ser suficiente para 
vencer a resistência nos elementos do sistema de freios, quando este está solto. 
O uso de freios combinados é estipulado por regras de segurança (RUDENKO, 1978), as quais 
apontam que mecanismos de translação de guindastes e carros devem ser providos com dispositi-
vos de frenagem, aplicados automaticamente, quando o guindaste atinge a posição extrema e tam-
bém no caso da falta temporária de energia elétrica. O freio combinado é projetado de maneira a 
assegurar ações independentes do acionamento controlado e aplicação automática quando o siste-
ma estiver desligado. 
Uma grande variedade de projetos de freios controlados são empregados em máquinas de 
elevação e transporte, apenas diferenciando-se em seus modos de operação. Em pontes rolantes, 
com cabina, o freio do mecanismo de translação é controlado por um pedal instalado no meio da 
ponte. A força é transmitida por meio de um cabo, alavanca ou sistema hidráulico. 
Observando a Figura 7, observamos que o sistema de controle hidráulico do freio (Figura 7a) 
compreende cilindro mestre (1), no qual é criada a pressão do fluido; cilíndrico hidráulico (2), atu-
ando no sistema de alavancas do freio de sapata e operando pela pressão criada no cilindro mestre; 
tanque de alimentação (3), contendo uma quantidade suficiente de fluido para preencher todo o 
sistema; tubulação de cobre (4), mangueira de pressão, juntas e grampos (RUDENKO, 1978). 
 
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Fonte: Rudenko (1978, p. 175). 
Figura 7Sistema hidráulico de um freio de sapatas controlado por pedal. 
Tanto o cilindro mestre como o cilindro hidráulico no freio são providos de um pistão. Ambos 
os pistões são equipados com selos retentores especiais, que evitam o vazamento do fluido e possi-
bilitam reconstruir a pressão. O pistão do cilindro mestre é controlado por um pedal de frenagem. O 
fluido, forçado do cilindro mestre pelo pistão móvel, é dirigido ao longo da tubulação para o cilindro 
hidráulico, onde exerce pressão contra seu pistão e, atuando no sistema de alavancas, produz o 
efeito de frenagem. Aumentando-se a compressão do pedal do cilindro mestre, aumenta-se a com-
pressão sobre as sapatas (RUDENKO, 1978). 
Quando não há a compressão, os freios são soltos por uma mola, forçando o retorno do fluido 
pela tubulação. O fluxo de retorno do fluido é também facilitado pelo vácuo,que se estabelece no 
cilindro mestre, quando o pistão retorna à sua posição inicial. Se o pedal for rapidamente solto, o 
pistão do cilindro mestre pode mover-se muito rápido, estabelecendo um vácuo nos cilindros e tu-
bulações, e o ar é forçado por trás do copo do pistão do cilindro hidráulico e penetra no sistema. 
Isso pode interferir seriamente na operação (RUDENKO, 1978). 
Segundo Rudenko (1978), o ar deve ser completamente excluído do sistema hidráulico de con-
trole, pois sua presença em qualquer parte do sistema pode acarretar falhas dos freios. O ar pode 
penetrar no sistema quando o nível do fluido no reservatório de abastecimento estiver baixo ou 
através de juntas defeituosas. 
O abastecimento dos fluidos de freios no sistema hidráulico de frenagem é feito com fluido de 
composição homogênea e propriedades físicas uniformes. Deve possuir viscosidade estável, ser 
pouco afetado pelas variações de temperatura e não possuir efeitos químicos danosos sobre borra-
cha e partes metálicas (RUDENKO, 1978). 
 
O vídeo indicado no Tópico 3. 3 trata de controlados. Neste momento, você deve assistir a es-
se vídeo para se aprofundar no tema abordado. 
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2. 4. MECANISMOS DE RETENÇÃO: FREIOS CENTRÍFUGOS 
Os freios centrífugos encontram aplicação nos mecanismos de elevação, não incorporando 
propriedades de autofrenagem. Segundo Rudenko (1978), são projetados para controlar a velocida-
de de descida da carga automaticamente, quando o freio de parada está completamente solto. Os 
freios centrífugos estão, portanto, na classe dos freios automáticos de descida. O tipo de freio cen-
trífugo mais difundido é mostrado na Figura 8. 
 
Fonte: Rudenko (1978, p. 232). 
Figura 8Freio centrífugo com sapatas internas. 
A partir dela, podemos observar seu funcionamento: Na polia (1) do freio de fita de parada, 
chavetado na árvore do mecanismo, são fixados pinos de articulação de três patins contrapesados, 
cujas extremidades são ligadas às buchas de ajuste (3), pelas conexões (2). A mola espiral (4), conec-
ta-se a bucha (3) e ao cubo da polia (1). Os patins (5) são presos às sapatas de atrito (6). O aro fixo 
atua como segunda superfície de atrito. Quando a polia (1) alcança uma certa velocidade, os patins 
(5) expandem-se, separadamente, pela força centrífuga e, vencendo a força da mola (4), são com-
primidos contra o aro interno. A mola é projetada por uma força que conserva o freio solto a baixas 
temperaturas. 
 
O vídeo indicado no Tópico 3. 4 trata de freios centrífugos. Neste momento, você deve assistir 
a esse vídeo para se aprofundar no tema abordado. 
2. 5. MECANISMOS DE RETENÇÃO: FREIOS APLICADOS PELA CARGA ELEVADA 
Esses freios pertencem à classe dos freios automáticos de descida. Dependendo de seus prin-
cípios de operação, são classificados como: 
 freios de força constante (com a mesma carga); 
 freios de força variável (também com a mesma carga). 
Segundo Rudenko (1978), para o caso de freios de força constante, a ação de frenagem é obti-
da pelas forças axial e de empuxo. São freios empregados somente em guinchos e talhas com rosca 
sem fim, irreversível. 
Em rosca sem fim, a força periférica da coroa, devido à ação da carga suspensa, tende a deslo-
car axialmente a árvore da rosca. Essa força é usada para desenvolver uma resistência de atrito que 
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equilibra o momento, devido à carga. Quando a carga é abaixada, o excesso de resistência de frena-
gem é vencida pelo acionamento do dispositivo que é feito manualmente (RUDENKO, 1978). 
Um exemplo desse dispositivo é o freio cônico bloqueado por catraca, como o que aparece na 
Figura 9. Trata-se de um dispositivo compreendido por um disco cônico preso à árvore da rosca e 
disco (2), com um recesso cônico, dente de catraca e um moente de esfera, pelo qual ele se apoia 
sobre o mancal (3), da caixa fixa (4) da transmissão, por rosca sem fim. O pino (5) da articulação da 
lingueta é preso na caixa fixa. Os dentes da catraca são dirigidos, de modo a possibilitar ao disco (1) 
girar livremente na elevação da carga, e pará-lo na descida (RUDENKO, 1978). 
 
 
Fonte: Rudenko (1978, p. 234). 
Figura 9Freio cônico de força constante operado pela carga. 
Já freios de força variável são largamente usados em talhas, guinchos e guindastes. A Figura 10 
apresenta seus princípios de operação. 
 
 
Fonte: Rudenko (1978, p. 236). 
Figura 10Freio a disco de carga variável operado pela carga. 
Nessa imagem, o disco (2) é chavetado sobre a árvore motora (1). Outro disco (3), interiço 
com a engrenagem (4) que transmite a rotação à árvore da polia, é montado na rosca grossa da ár-
vore (1). A roda de catraca (5) é montada livremente entre os discos (2 e 3). O sentido da rosca da 
árvore gira para elevar a carga, o disco (3) se desloca para a esquerda, mais próximo do outro disco 
(2), e prende a roda da catraca (5). Esses dois discos e a roda de catraca giram juntamente porque a 
lingueta não engrena os dentes da catraca. 
A lingueta controlada opera pelo seguinte princípio: enquanto a carga é elevada, as forças de 
atrito tendem a rodar os colares (6) – comprimidos contra a bucha (7) do disco (3) pelas molas (8) – 
e, por meio de um sistema de alavancas (9), levantam a lingueta (10) acima dos dentes da roda 
(5),cessando o ruído da catraca. 
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Na parada (no início do movimento reverso), a mesma força de atrito inverte o sistema, a lin-
gueta engrena os dentes da roda da catraca, porque a esta está engrenada pela força de atrito com 
o disco (2), devido ao peso da carga elevada, evitando, assim, a rotação da engrenagem (4). Nesse 
caso, o momento de atrito na rosca deve ser, consideravelmente, menor do que o momento, devido 
às forças de inércia das partes girantes do mecanismo de acionamento — caso contrário, a carga 
pode descer. 
Para descer a carga, a árvore (1) gira no sentido contrário. Tão logo o disco (3) começa a se 
deslocar para a direita, a compressão na roda de catraca (5) diminui. Isso continua, até que o mo-
mento de atrito entre os discos se torne insuficiente para impedir que o disco (3) e a engrenagem 
(4) girem. Assim que a árvore de acionamento acelere, tende a aumentar sua velocidade angular 
relativa à velocidade do disco (3). Nesse ponto, a engrenagem (4), devido à sua rosca, desloca-se 
novamente para a esquerda e retarda a rotação da árvore contra o disco fixo (preso pela lingueta) 
da roda de catraca (RUDENKO, 1978). 
Segundo Rudenko (1978), como resultado desses deslocamentos, que são gradualmente 
transformados em escorregamento contínuo dos discos (2 e 3) sobre o disco da catraca (5), a engre-
nagem (4) girará a uma velocidade não superior àquela da árvore motora e a carga será descida pela 
velocidade designada. Se a árvore de acionamento for estacionária, o torque da carga será compen-
sado, nesse freio, pelo momento de atrito no parafuso e entre os discos (2 e 3), isto é: 
1 2' . ( )
2
méd
R R
M Sr tg S  

   (40) 
Nessa equação, temos: 
1) S : empuxo axial; 
2) pr : raio primitivo da rosca do parafuso; 
3)  : ângulo da hélice da rosca; 
4)  : ângulo de atrito da rosca; 
5) 2R e 1R : raios interno e externo das superfícies de atrito. 
Portanto: 
1 2
'
. ( )
2
p
M
S
R R
r tg   


 
 (41) 
Segundo Rudenko (1978), o empuxo axial, devido à carga que comprime as duas superfícies de 
atrito, produzirá um momento de atrito entre os discos(2 e 3) – torque de frenagem real), conforme 
a Equação 42: 
1 2
1 2
2 ( )
2
br
R R
M S S R R 

   (42) 
Uma operação segura de freio requer que brM seja maior do que 'M . Consequentemente, a 
principal condição, para a operação normal do freio, pode ser expressa pela seguinte desigualdade 
(Equação 43): 
1 2 ( )
2
p
R R tg
r
 

 
 (43) 
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Determinando as duas expressões entre o torque de frenagem brM e o torque de carga 'M 
pelo coeficiente de frenagem 1  , obtemos para as duas superfícies de atritopela seguinte relação 
(Equação 44): 
1 2
( )
2
p
tg
R R r
 



  (44) 
Quando há a necessidade de grandes troques para a frenagem do dispositivo, duas superfícies 
de contato podem não ser suficientes. Em tais casos, em vez de um único par de discos, empregam-
se vários discos, conforme representado na Figura 11, na qual os discos (1) são presos à roda da ca-
traca e outros discos (2), à engrenagem. 
 
Fonte: Rudenko (1978, p. 236). 
Figura 11Freio a disco de força variável operando pela carga, 
A Figura 12 mostra um mecanismo de redução do dispositivo de elevação de uma talha elétri-
ca do tipo Sheppardcom freio de descida de força variável, operada pela carga. Uma seção através 
do mecanismo de elevação é mostrada na Figura 13. O mecanismo de elevação é dotado de dois 
freios: 
 freio de parada A, controlado por eletromagneto; 
 freio de parada B, controlado pelo peso da carga elevada (freio mecânico). 
Se o freio A falhar, o freio B tornar-se-á um freio de parada e deterá a carga (RUDENKO, 1978). 
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Fonte: Rudenko (1978, p. 238). 
Figura 12Freio a disco de força variável, operando pela carga, no redutor do mecanismo de elevação. 
 
 
Fonte: Rudenko (1978, p. 238). 
Figura 13Freio mecânico de talha elétrica Sheppard. 
Podemos ver, pela seção transversal do mecanismo redutor da Figura 13, que o freio de para-
da (A) é montado na árvore do motor. Ele é um freio comum, a disco, e opera somente quando o 
motor está desligado. Segundo Rudenko (1978), ele é projetado para o torque pleno de frenagem 
necessário para manter a carga suspensa. O freio é solto por um magneto monofásico e aplicado 
por uma mola. Já o segundo freio (B) é aplicado pela carga em elevação e solto pelo motor. É um 
freio a disco em combinação com uma catraca de roletes. Serve para manter a carga parada, sus-
pensa, e a uma velocidade constante de descida, definida pelo motor. 
Nas Figuras 14 e 15, podemos ter uma noção de como é o princípio de operação de um freio 
mecânico. Vamos analisar, primeiro, a Figura 14: 
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Fonte: Rudenko (1978, p. 238). 
Figura 14Operação de um freio mecânico numa talha elétrica – elevação da carga. 
 
Segundo Rudenko (1978), na elevação da carga (Figura 14), a árvore do motor I com a engre-
nagem (1) na rotação horária (por exemplo), gira os pinhões planetários (2 e 3), que rolam em volta 
da engrenagem interna (4) estacionária durante a elevação da carga e gira o braço (5). O mecanismo 
interno é montado livremente na caixa (6) e é provido de um lado com uma tira (7), presa em três 
pontos e tendo as superfícies de trabalho inclinadas. Os roletes (10) são colocados entre as tiras (7 e 
9) – estando uma delas (9) presa sobre o lado do mecanismo interno fixo. Os três roletes estão dis-
postos em ângulo de 120° um do outro, em pinos presos na gaiola (11). 
Devido à ação da carga, o pinhão planeta (3) tende a girar a engrenagem interna (4) no senti-
do anti-horário;como resultado, as tiras (7) e os roletes (10) apertam as placas (12 e 13) do freio 
mecânico, para o qual a reação da engrenagem interna (4) é transmitida, porque esta última se 
mantém estacionária durante a elevação. 
Consequentemente, o braço (5) com a engrenagem (14) rodará, como foi mencionado acia. 
Como a engrenagem interna (8) do segundo estágio é fixa, o braço (15) do segundo estágio, ao qual 
o tambor de elevação II é preso, também girará. A outra extremidade do braço (5) suporta o mem-
bro interno (16) da catraca de roletes, a qual corre livremente no membro externo (17), quando a 
carga está em elevação. A velocidade com a qual a carga é elevada depende da relação de transmis-
são do mecanismo e da velocidade do motor. 
Na parada da carga, o freio de parada é acionado quando a corrente elétrica é desligada. 
Quando a carga para, o sentido das forças não varia porque o sentido do torque do freio de parada 
na árvore do motor coincide com o sentido do torque do motor em elevação. O sentido do torque 
aplicado ao tambor pela carga também permanece o mesmo durante elevação, parada e descida. 
Dessa maneira, o sentido das forças se mantém constante em todas as conexões, de modo 
que a engrenagem (4) tende a girar no mesmo sentido de elevação, isto é, anti-horário e, por isso, 
conserva sua posição inicial. Os roletes (18) da catraca correm livremente porque o tambor não roda 
no sentido contrário. 
Passemos agora à análise da Figura 15: 
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Fonte: Rudenko (1978, p. 238). 
Figura 15Operação de um freio mecânico numa talha elétrica – descida da carga. 
 
Na descida da carga (Figura 15), o freio A é solto e o motor é invertido. As forças que atuam 
sobre o pinhão duplo-planeta são invertidas. A engrenagem interna (4) desloca-se para fora do en-
costo e solta o freio mecânico. O sentido das forças no pinhão duplo-planeta pode ser invertido so-
mente quando sua aceleração angular for menor do que a aceleração imprimida pelo motor devido 
à carga em descida e a presença de resistências retardadoras no mecanismo. De outro modo, o freio 
mecânico B não será plenamente solto. Segundo Rudenko (1978), grande aumento de velocidade da 
carga muda o motor assíncrono da ação motora para a geradora; isto inverterá de novo as forças no 
pinhão duplo-planeta, as placas do freio mecânico serão novamente apertadas e a velocidade da 
carga descendente, reduzida. 
Quando a carga está em descida, os membros (16 e17) da catraca de roletes giram juntos no 
sentido anti-horário (Figura 14), porque, se o freio mecânico estiver solto, os roletes 18 serão ligei-
ramente apertados. 
Segundo Rudenko (1978), se a força for desligada durante a elevação da carga e o freio ele-
tromagnético falhar devido à ruptura da mola, os roletes serão encunhados, engatando, com isso, o 
freio mecânico, que deterá a carga. 
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No projeto de um freio mecânico, segundo Rudenko (1978), um mecanismo de elevação é 
provido com dois freios de parada (na árvore e no motor) e de descida. Este último se torna um 
freio de parada automático se o primeiro falhar em operação. Isso produz uma operação com maior 
segurança do mecanismo de elevação. 
Para deter a carga com freio mecânico, providências devem ser tomadas para um efeito de 
autofrenagem em conformidade com as condições descritas. Temos que o momento da engrena-
gem interna (4), devido ao peso da carga em elevação, é: 
' [ ( ) ]médM Sr tg      (45) 
No momento de atrito no freio mecânico, brM(torque de frenagem real) é dado pela Equação 
41: 
1 [ ( ) ]médzS R Sr tg      (46) 
Com isso, chegamos a: 
1
[ ( ) ]
med
r tg
z
R
  

 
 (47) 
Nessas equações, temos: 
1) S : empuxo axial da engrenagem interna (4); 
2) méd
r
: raio médio da engrenagem (4), nos locais onde as tiras (7) são presas; 
3)  : ângulo de inclinação da tira; 
4)  : ângulo de atrito (resistência nos roletes  ); 
5)  : coeficiente de atrito nas extremidades das faces da engrenagem interna (4); 
6) 1

: coeficiente de atrito dos freios a disco; 
7) R : raio médio dos freios a disco; 
8) z : número de superfície de atrito do freio mecânico igual a 
1
z n

 (sendon o número 
total de discos em operação). 
O ângulo de atrito pode ser determinado pela Equação 48, onde: 
2
2
r
d f
D



 (48) 
Nessa equação temos: 
1) d : diâmetro do munhõesdo u ; 
2) 2

: coeficiente de atrito nos munhões; 
3) f : coeficiente de atrito de rolamento dos roletes; 
4) r
D
: diâmetro do rolete. 
Exemplo 
Vamos determinar as dimensões de um freio de descida do tipo a disco, de força variável, ope-
rando pela carga, para um guincho operando à mão, como mostrado na Figura 10. 
 
 
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São dados: 
1) o torque, devido a carga na árvore do freio, M’ = 2500 kgf.cm; 
2) raio (primitivo) da rosca do parafuso, pr = 3cm; 
3) ângulo da rosca,  =22°; 
4) os discos são guarnecidos com ferodo  =0,3. 
Consideremos os raios de disco como R1 e R2. Tomamos o ângulo de atrito na rosca como 
 =6° e o coeficiente de frenagem para o mecanismo operado à mão,  =1,3. 
Vamos começar aplicando a equação: 
1 2
( ) 0,532
2 1,3.2.3 13,85
0,3
p
tg
R R r cm
 



    
Das condições do projeto, admitimos R2 = 4 cm e obtemos: R1 = 13,85 – R2 = 9,85 cm. 
Nessa operação, considera-se R1 = 10 cm e R2 = 4 cm. 
2) Para o torque de frenagem real, Mbr é igual a: 
' 2500.1,3 2500 .brM M kgf cm   
Já o empuxo axial S , para duas superfícies de atrito, é encontrado pela fórmula: 
1 2
3250
775[ ]
( ) 0,3(10 4)
br
M
S kgf
R R
  
 
 
Por fim, passemos à verificação do freio quanto à pressão específica (quanto ao desgaste). A 
superfície circular de frenagem de um disco é: 
1 2( ² ² ) 3,14(10² 4²) 264[ ]F R R kgf     
Já a pressão específica será: 
775
2,95[ / ²]
264
S
p kgf cm
F
  
Esse valor é permissível para o freio de descida. 
 
O vídeo indicado no Tópico 3. 5 trata de freios aplicados pela carga elevada. Neste momento, 
você deve assistir a esse vídeo para se aprofundar no tema abordado. 
 
Vídeo complementar _____________________________________________________________ 
Neste momento, é fundamental que você assista ao vídeo complementar 3. 
 Para assistir ao vídeo pela Sala de Aula Virtual, clique na aba Videoaula, localizado na barra superior. Em seguida, 
busque pelo nome da disciplina para abrir a lista de vídeos. 
 Caso você adquira o material, por meio da loja virtual, receberá também um CD contendo os vídeos complementares, 
os quais fazem parte integrante do material. 
 _______________________________________________________________________________ 
 
 
 
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3. CONTEÚDO DIGITAL INTEGRADOR 
O Conteúdo Digital Integrador é a condição necessária e indispensável para você compreender 
integralmente os conteúdos apresentados nesta unidade. 
3. 1. MECANISMOS DE RETENÇÃO: FREIOS DE ROLETE 
Para conhecer um pouco mais sobre sistemas de freios de roletes para dispositivos de eleva-
ção de carga, assista ao vídeo: 
 FÁBRICA CASEIRA. Freios do guindaste detalhado. 2019. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=5waXlV08mF0>. Acesso em: 23 jul. 2019. 
3. 2. MECANISMOS DE RETENÇÃO: FREIOS DE SAPATA 
Para conhecer um pouco mais sobre os sistemas de freios com sapatas para dispositivos de 
elevação de carga, assista aos vídeos: 
 ROGERIOSTZ. Ajuste e teste de freios de ponte rolante com inversor. 2017. Disponível 
em: <https://www.youtube.com/watch?v=eD12xk2mEbY>. Acesso em: 23 jul. 2019. 
 CANAL DO ELEVADOR. Elevador – liberando freio – procedimento resgate. 2018.. Dis-
ponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=9tnusb7C4UY>. Acesso em: 23 jul. 
2019. 
3. 3.MECANISMOS DE RETENÇÃO: FREIOS CONTROLADOS 
Para conhecer um pouco mais sobre sistemas de freios controlados para dispositivos de ele-
vação de carga, assista ao vídeo: 
 ROGERIOSTZ. Ajuste e teste de freios de ponte rolante com inversor. 2017. Disponível 
em: <https://www.youtube.com/watch?v=eD12xk2mEbY>. Acesso em: 23 jul. 2019. 
3. 4.MECANISMOS DE RETENÇÃO: FREIOS CENTRÍFUGOS 
Para conhecer um pouco mais sobre sistemas de freios centrífugos para dispositivos de eleva-
ção de carga, assista ao vídeo: 
 MAYR. ROBA-topstop. 2014. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=cf51Wx1pCh4>. Acesso em: 23 jul. 2019. 
3. 5.MECANISMOS DE RETENÇÃO: FREIOS APLICADOS PELA CARGA ELEVADA 
Para conhecer um pouco mais sobre sistemas de freios aplicados pela carga elevada para 
dispositivos de elevação de carga, assista ao vídeo: 
 AUGUSTO, D. et al. Freio por perda de tração no cabo de aço. 2009. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=2bqGgfsk1qY>. Acesso em: 23 jul. 2019. 
 
 
 
 
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4. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS 
A autoavaliação pode ser uma ferramenta importante para você testar o seu desempenho. Se 
encontrar dificuldades em responder as questões a seguir, você deverá revisar os conteúdos estu-
dados para sanar as suas dúvidas. 
1) A um elevador de carga em movimento descendente é aplicado o freio, que provoca desaceleração constante 
até sua parada. Considere que o módulo da desaceleração seja a, e que g seja a aceleração da gravidade. 
Durante esse movimento, uma caixa de massa m no interior do elevador exercerá sobre o piso uma força ex-
pressa por: 
a) m.g. 
b) m.a. 
c) m(g + a). 
d) m(g–a). 
e) m(a–g). 
2) Os cabos de aço são especificados normalmente com altos coeficientes de segurança, principalmente para 
elevadores. A opção a seguir que não influencia a escolha do coeficiente de segurança é: 
a) incerteza das propriedades mecânicas dos cabos de aço. 
b) segurança de pessoal e carga. 
c) velocidade de subida/descida do elevador. 
d) sistema de frenagem do elevador. 
e) peso do elevador e alongamento do cabo. 
3) O tipos de freios mais comuns utilizado pelos dispositivos de elevação de carga são: 
a) Mecânico e hidráulico. 
b) Hidráulico e hidramático. 
c) Mecânico e eletromagnético. 
d) Antifricção e hidropneumático. 
e) Hidráulico e eletromagnético. 
4) A figura do dispositivo de retenção abaixo, indica que o sistema de freios é do tipo: 
 
Fonte: adaptado de Rudenko (1978, p. 155). 
Figura 16 Diagrama de um freio, aplicado por uma mola. 
a) Catraca. 
b) Retenção por atrito. 
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c) Catraca de reletes. 
d) Eletrohidráulico. 
e) Sapatas. 
 
Gabarito 
Confira, a seguir, as respostas corretas para as questões autoavaliativas propostas: 
1) c. 
2) d. 
3) a. 
4) e. 
 
5. CONSIDERAÇÕES 
Nesta unidade, vimos os principais mecanismos de retenção e freios utilizados pelas máquinas 
e dispositivos de transporte e elevação de carga, bom como aspectos relacionados a segurançaquanto a operação destes dispositivos. 
Sugiro a você que se aprofunde nos estudos sobre os sistemas de frenagem das máquinas e 
dispositivos de elevação de carga e em seu método preciso para o projeto destes elementos de re-
tenção, consultando as referências bibliográficas, os vídeos e fazendo os exercícios para aprofundar 
os seus conhecimentos sobre o assunto. 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
BRASIL, H. V. Máquinas de levantamento. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1985. 
COLLINS, J.A. Projeto mecânico de elementos de máquinas. Rio de Janeiro. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006. 
HIBBELER, R.C. Dinâmica: Mecânica para a Engenharia. São Paulo:Pearson, 2011. 
______. Mecânica geral. São Paulo:Pearson, 2007. 
MELCONIAN, S. Mecânica técnica e resistência dos materiais. 17. ed. São Paulo: Érica, 2006. 
RUDENKO, N. Máquinas de elevação e transporte. Rio de Janeiro: LTC, 1978. 
SCIGLIANO, W.A. Manual para a utilização de gruas. São Paulo:Fm Gruas, 2008.