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Introdução a Freios Automotivos Guilherme Rossi Zangarini FEM UNICAMP 2006

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Freios automotivos

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Introdução a Freios

Automotivos

Guilherme Rossi Zangarini

FEM – UNICAMP – 2006

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Introdução a Freios Automotivos Apostila escrita por Guilherme Rossi Zangarini Aluno graduando de Engenharia Mecânica FEM – UNICAMP E-mail: [email protected] [email protected] Campinas, janeiro de 2006. Qualquer dúvida, sugestão e/ou correção, por favor, entre em contato.

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Introdução a Freios Automotivos – Guilherme Rossi Zangarini

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Índice

Índice ............................................................................... 3

1. História dos Freios ....................................................... 5

2. Introdução .................................................................... 8

3. Fundamentos ............................................................. 13

3.1. Momento ........................................................... 13 3.2. Principio de Pascal ........................................... 14 3.3. Atrito Estático e Atrito Dinâmico ........................ 15

3.4. Aderência pneu/solo ......................................... 16 3.5. Esquema simplificado de freio .......................... 17

4. Material de Fricção .................................................... 19

4.1. O Asbesto ......................................................... 24

4.2. Propostas de Substitutos para o Asbesto ......... 25

5. Física da frenagem .................................................... 28

6. Freio a Disco .............................................................. 30

6.1. Componentes .................................................... 31

6.2. Dimensionamento ............................................. 32 6.3. Roteiro sugerido para dimensionamento .......... 35 6.4. Recomendações de Projeto .............................. 35

6.5. Tipos de Disco .................................................. 36 6.6. Exemplos de Disco ........................................... 38 6.7. Cuidados com a Instalação e Manutenção ....... 38

7. Freio a Tambor .......................................................... 40

7.1. Componentes e funcionamento ........................ 40 7.2. Tipos de Freio a Tambor ................................... 41

7.2.1. Freio Hidráulico Simplex .......................... 41

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7.2.2. Freio Hidráulico Duo-Servo ...................... 42 7.3. Dimensionamento ............................................. 43

7.4. Roteiro sugerido para dimensionamento .......... 44 7.5. Cuidados com a Instalação e Manutenção ....... 45

8. Comparações entre Freio a Disco e a Tambor .......... 47

9. Defeitos mais comuns ................................................ 48

10. Cilindro Mestre ......................................................... 51

10.1. Componentes .................................................. 51 10.2. Funcionamento ............................................... 53

11. Servo Freio .............................................................. 56

12. ABS (Anti-lock Brake System) ................................. 57

12.1. Componentes .................................................. 57

12.1.1. Sensores de Velocidade nas rodas e Rotores Dentados .............................................. 58

12.1.2. Atuador Hidráulico .................................. 58 12.1.3. Módulo de Controle ................................ 59

12.2. Operação do ABS ........................................... 59 12.3. O ABS como Item de Segurança .................... 60

13. Bibliografia ............................................................... 62

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1. História dos Freios

Os primeiros sistemas eram muito precários em relação aos atuais, que em compensação são muito mais complexos. Séculos atrás, quando surgiram as primeiras bicicletas, o método utilizado para frear era colocando o calçado entre o garfo e a roda. Em 1838, Kirkpatrick Macmillan, um ferreiro escocês, criou o conceito de pinçar contra a roda – spoon brake – onde a alavanca exercia compressão em um bloco de madeira com eventuais tiras de couro contra o pneu da bicicleta, atualmente é contra o aro.

Os primeiros veículos utilizavam este conceito, com variações de como colocar o bloco em contato com as roldanas de transmissão. Porém havia problemas, pois o atrito era concentrado em uma pequena superfície, forçando a roda ou as roldanas e retardando em muito a parada do veículo.

Os sistemas seguintes a surgir eram externos, envolvendo os cubos de roda com correias ou cabos de aço, com ou sem blocos de atrito, aumentando a área de contato.

Em meados de 1900, uma significativa melhora foi introduzida pelo francês Louis Renault, o freio a tambor por expansão interna, ainda usado atualmente. Inicialmente, os tambores eram de aço estampado (havia problemas de flexão e alto nível de ruído), pequenos e as sapatas eram de ferro. Rapidamente o material passou a ser aço fundido.

Herbert Frood e Ferodo, ingleses, foram os primeiros a estudar os materiais de atrito sendo responsáveis pela sua evolução. Em 1908, eles apresentaram um material contendo resina, impregnado de amianto e reforçado com arames de latão,

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melhorando significativamente o desempenho em frenagem.

Os primeiros carros só tinham freios traseiros, pois se acreditava que freios dianteiros causariam instabilidade e desvio. Mas na verdade ocorre o oposto e na década de 1920 surgem freios nas quatro rodas. Também nesta época surgiram vários dispositivos para ampliar e assistir a força muscular do condutor para acionar os freios. Dentre elas, surgiu a idéia de assistência gerada pelo vácuo do motor, utilizada atualmente. Além disso, foi montado os primeiros carros com assistência hidráulica em 1921 pela Dusenberg e depois pela Chrysler.

Os freios a tambores apesar de serem revolucionários, tinham problemas com a dissipação de calor em altas velocidades e perda de eficiência em poças de água.

Assim, surgem os freios a discos montados inicialmente no Crosley em 1948. Seu conceito inicial foi idealizado em meados de 1890, e em 1898, umas das primeiras versões foram utilizadas por Elmer Ambrose Sperry num carro elétrico onde a pastilha era forçada contra o disco por meio eletromagnético.

Os carros ingleses e franceses começaram a serem produzidos com discos de freio em escala industrial nos anos de 1950 e os americanos em 1960.

A atual combinação de discos na dianteira e tambores na traseira trouxe melhorias para o desempenho da frenagem e foi seguida de um dispositivo para controlar de modo variável a pressão exercida nos freios traseiros de acordo com a distancia entre chassi e eixo. Este conceito, denominado de válvula sensível a carga, foi introduzido nos anos de 1970 pela Fiat.

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Por último, um conceito que melhorou significativamente a frenagem em carros comuns foi o ABS (Anti-lock Braking System). Originalmente desenvolvido para aviões, a patente da versão mecânica foi apresentada nos anos 1920 e nos anos 1970 surgiram as versões eletrônicas que monitoram a velocidade de cada roda, e quando uma delas reduza a velocidade são acionados pulsos de pressão hidráulica prevenindo o travamento da roda.

Figura 1 – Eventos importantes na historia da frenagem

automotiva.

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2. Introdução

Freios automotivos possuem três funções básicas: parar o carro rapidamente, fazer com que fique estacionado na ausência do condutor e diminuir/manter constante a velocidade num declive.

O funcionamento do freio hidráulico tem por base a aplicação da "Lei de Pascal". O motor desenvolve uma potência que leva o veículo do estado de repouso até a respectiva velocidade. Essa potência precisa ser transformada quando se deseja diminuir a velocidade do veículo ou pará-lo totalmente, tarefa que cabe ao freio. O freio atua no sentido de transformar a energia cinética do veículo em calor, através do atrito.

Figura 2 – Transferência de peso durante a frenagem.

Cerca de 70% do poder de frenagem está

concentrado nos freios dianteiros, o que submete o sistema a temperatura e esforços extremos. Alguns sistemas têm uma estrutura ventilada para permitir o melhor resfriamento do sistema. No sistema traseiro o esforço é menor, mas, no entanto, alguns componentes são mais sensíveis e suscetíveis à falhas.

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Figura 3 – Esquema de freio geralmente utilizado num

veículo.

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Há dois tipos de sistemas de freio a disco: fixos (possuem pistões em ambos os lados, que quando acionados encostam as pastilhas no disco) e flutuantes (empurra o pistão e encosta a pastilha interna contra o disco de freio e ao mesmo tempo a pinça movimenta-se para trás do pistão. Apresenta construção mais compacta).

A pressão hidráulica para acionamento do sistema é gerada através do cilindro mestre, acionado pelo condutor. O reservatório de fluido garante o fornecimento de fluido quando aumenta a absorção devido ao desgaste das pastilhas. O equilíbrio da pressão quando não é aplicado o freio é dado pelo furo de compensação (0,7mm de diâmetro). Há dois tipos de cilindro mestre: simples e duplo.

Logo há vários tipos de circuito de freio:

com cilindro mestre simples: a saída do cilindro alimenta todos os freios simultaneamente, logo um vazamento acarreta a perda total do freio.

com cilindro mestre duplo por eixo: cada saída alimenta um eixo.

com cilindro mestre duplo cruzado: uma saída alimenta a roda dianteira esquerda e a traseira direita e a outra saída alimenta as rodas restantes. Neste caso o pistão primário do cilindro tem curso útil igual ao secundário e o raio de rolagem deverá ser negativo na suspensão dianteira.

Devido ao fato de frear ser uma das operações

mais repetitivas ao ato de dirigir um carro, procura-se diminuir esse esforço utilizando sistemas auxiliares. O

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servo freio utiliza como fonte de energia o vácuo existente na admissão do motor.

Resumindo temos o quadro abaixo:

Cilindro Mestre: Cilindro Mestre é acionado através do pedal de freio do veículo, cuja função é transmitir pressão hidráulica para acionar as pastilhas contra o disco e parar as rodas do veículo.

Servofreio: O Servofreio é um equipamento destinado ao motorista para um maior conforto no acionamento do pedal de freio, podemos dizer que o Servofreio é um multiplicador de forças. Ele se ultiliza da pressão atmosférica combinada com o vácuo gerado pelo motor.

Válvulas Equalizadoras de Pressão: Atuam como reguladoras de pressão entre as rodas dianteiras e traseiras. São as responsáveis pelo equilíbrio do veículo no momento da frenagem.

Cilindro de Roda: Sua função é transformar a pressão vinda do cilindro mestre através do fluído em força mecânica aplicada sobre as sapatas de freio.

Freio a Disco: Para proporcionar uma melhor frenagem foi desenvolvido o Sistema de Freio a Disco onde os principais componentes são: Disco, Conjunto de Pinça e Pastilha.

Freio a Tambor: A dois tipos: Simplex e Duo-servo. O tambor faz atrito com as lonas no momento da frenagem.

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Fluido de Freio Responsável pela transmissão de pressão gerada no cilindro mestre para os freios das rodas.

Sistema ABS: Com esse sistema se obtém algumas vantagens como: Melhor dirigibilidade - controle sobre as rodas dianteiras; Melhor estabilidade - controle sobre as rodas traseiras; Menores distâncias de paradas no ato da frenagem.

Material de Fricção Geram atrito suficiente para diminuir ou parar a roda de um veículo.

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3. Fundamentos

Para fazer com que o sistema de freios tenha a eficiência necessária, dois princípios de Física são aplicados em um sistema básico:

Momento

Multiplicação hidráulica

3.1. Momento

Este é o primeiro princípio utilizado, assim como

no freio da bicicleta, porém de forma otimizada, ele também é conhecido por "alavanca". Observando a figura 4, pode-se entender melhor como se consegue maior um aumento da força empregada no pedal de freio.

Figura 4 – Esquema simplificado de “alavanca”.

No exemplo, se apoiar uma alavanca em um

ponto, de forma a termos de um lado o dobro da distância existente do lado oposto, pode colocar um objeto de 10 kg do lado mais comprido, que ele equilibrará um objeto de 20 kg do lado mais curto. Ou seja, a força aplicada na extremidade mais longa, aparece duplicada na extremidade mais curta. Caso as

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relações de comprimento ao invés disso, fossem de 3 para 1, a força aplicada ao lado maior, seria 3 vezes maior do outro lado e, assim sucessivamente.

Porém mesmo usando uma alavanca no pedal de freio, o tamanho da alavanca teria que ser muito grande. Outro inconveniente vem do fato que o curso seria igualmente grande para gerar a força necessária a frenagem adequada do veículo, já que o deslocamento do lado mais longo é tantas vezes maior que o presente do outro lado, quantas vezes um braço é maior que o outro.

3.2. Principio de Pascal

Como a “alavancagem” não gera sozinha a força

necessária, este princípio é usado de forma a multiplicar a força obtida pela aplicação do primeiro.

A pressão do fluido é a mesma em todo o sistema. Sabemos que os automóveis utilizam fluido no seu sistema de freios. Sua utilização vem sendo pesquisada e aperfeiçoada desde que o Blaise Pascal, filósofo, físico e matemático francês, nascido em 19 de junho de 1623, estudou pressões hidráulicas e descobriu fundamentos importantíssimos, denominados "LEIS DE PASCAL". Uma destas leis diz o seguinte: "A pressão exercida sobre um líquido em câmara selada transmite-se por igual em todas as direções”.

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Figura 5 – Esquema demonstrativo o Princípio de Pascal.

Imagine dois tubos preenchidos de um líquido

pouco compressível (como óleo), em que o primeiro tenha 2 cm de diâmetro e o segundo, 6 cm de diâmetro e unidos pela sua base como aparece na animação a seguir.

Este princípio nos garante que uma força aplicada em um ponto de um líquido incompressível (em geral óleos no caso dos freios) se transmite aos todos pontos do fluído. Desta forma, no nosso exemplo - onde os êmbolos apresentam uma relação onde o segundo tem uma área nove vezes maior (Área = Pi*r²) do que o primeiro - se aplicarmos uma força de 100 KGF (cem kilogramas-força, ou a força exercida por um objeto de 100 kg) ao lado esquerdo, seremos capazes de fazer mover um corpo de 900 kg no êmbolo da direita. Este mesmo princípio é utilizado nos macacos hidráulicos.

3.3. Atrito Estático e Atrito Dinâmico

É mais fácil um objeto continuar o seu movimento,

do que iniciá-lo. O atrito não é o mesmo, quando as

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partes que estão se "esfregando" se encontram paradas, ou quando estão em movimento uma em relação à outra. O atrito existente quando as partes encontram-se paradas, chama-se atrito estático. Quando as partes se acham em movimento, tem-se o atrito dinâmico.

3.4. Aderência pneu/solo

Além dos três princípios básicos, um conceito

muito importante é a aderência pneu/solo. O atrito dos freios tem uma limitação que é o atrito

existente entre o pneu e a estrada. Assim sendo, quem limita a freada máxima do veículo é o atrito entre o pneu e a estrada. Isto pode ser claramente notado ao dirigir-se em uma estrada molhada, quando então não se pode, de maneira alguma, aplicar completamente os freios.

Quando ocorre travamento das rodas dianteiras o carro perde o controle direcional, mas tem frenagem estável. E quando as rodas traseiras travam há instabilidade direcional (tende a rodar). O objetivo do ABS é evitar que as rodas travem para evitar isso.

FR=força de retardamento = m*b Onde m=massa e b=desaceleração a = b I g (a = % g) m = G I g FR = G .b I g = G .a = Fed + Fet

Chama-se de aproveitamento do coeficiente de

aderência a relação a/f e imaginando uma situação em que todas as rodas atinjam a relação a/f=1, significa que conseguimos obter o máximo aproveitamento sob o ponto de vista físico, também chamado ideal. Neste caso a aderência dos pneus dianteiros e traseiros fica igual à desaceleração do veículo. Porém, a desaceleração ideal

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não é realizável principalmente pelo ponto máximo da curva de aderência não ser estável, pois a escorregamento relativo pneu-solo.

3.5. Esquema simplificado de freio

Com os conceitos acima ficou claro como que a

Física consegue ajudar a produzir a força necessária para fazer o carro parar. Combinado as partes 3.1 e 3.2 surge o exemplo abaixo:

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Figura 6 – Esquema simplificado de freio.

No esquema da figura 6, uma vez que se

pressione o pedal do freio, ele faz funcionar um esquema de “alavanca” com uma relação de 4 para 1. Simultaneamente aciona-se também o êmbolo do cilindro mestre (burrinho) que possui uma relação de área de 1 para 9 em relação ao pistão do freio, como na ilustração acima.

Desta forma, para cada 1 kgf aplicado ao pedal, teremos 36 kgf aplicados sobre o disco de freio, uma multiplicação de força considerável, se pensarmos que com um sistema destes, com apenas 2 kgf, é possível obter força necessária para levantar um adulto médio.

Obviamente este é um esquema bem simples, mas que ilustra bem o funcionamento da maior parte dos sistemas de freio convencionais utilizados atualmente. Peças adicionais, como válvulas e servos, além de outros, fazem parte do conjunto a fim de garantir um perfeito funcionamento e maior eficiência do sistema.

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4. Material de Fricção

O material de fricção é um aglomerado de matérias, submetidos a mistura em proporção o conforme formulação.

Este é prensado quando é pó, calandrado quando é massa, manufaturado seu formato, acabamento e secagem em fornos. No caso de utilização em freios, deve estar capacitado para suportar as seguintes condições:

Resistência ao impacto, tendo uma determinada dureza;

Flexibilidade, com o objetivo de acompanhar as deformações;

Resistência térmica, devido a necessidade de suportar temperaturas sem grandes modificações físicas;

Baixo coeficiente de desgaste;

Baixo nível de ruído;

Não ser excessivamente agressivo;

Boa estabilidade em seu coeficiente de atrito.

Os freios têm evoluído, de modo que sua

eficiência se encontra em proporcionalidade com as altas velocidades que atingem os veículos modernos. O freio é considerado o aspecto mais importante na segurança de um automóvel.

O material de fricção de um sistema de freio é uma dos mais complicados materiais de compósitos e usualmente contém mais de dez ingredientes. Este é desenvolvido para manter a força de fricção estável,

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dureza confiável e uma boa resistência ao desgaste nas mais variadas condições de uso.

Os primeiros freios foram eitos de couro e de tecidos de algodão impregnados com asfalto/borracha. A partir de 1905 o asbesto (ou amianto) foi usado como material de fricção de guarnições, lonas de freios e discos de embreagem para automóveis, caminhões, tratores..., devido a suas excelentes características térmicas as quais lhe conferem boas propriedades, como material de reforço, mas devido ao efeito cancerígeno em seres humanos o asbesto está sendo proibido em diversos países. Logo, procura fibras para substituir o asbesto como material de reforço.

Segundo LIMBERT (1999), a composição básica das pastilhas de freio é descrita da seguinte maneira:

Reforços (Fibras): Provêm a resistência e rigidez necessária para as pastilhas. No caso de ressecamento as fibras mantêm a forma prévia do material. Para altas temperaturas no material de fricção as fibras proporcionam estabilidade térmica. Os materiais de fibra incluem asbesto (ou outras fibras) e palha de aço.

Modificadores de fricção: geralmente são elastômeros que proporcionam propriedades mecânicas e resistência ao desgaste, agentes de cura e outros que afetam a uniformidade da fricção. Latão, zinco ou outros metais são adicionados para controlar as propriedades abrasivas e para limpesa total da superfície do disco. Alguns tipos de elastômeros são:

o Borracha natural: caiu em desuso devido ao seu alto custo e ao fato de

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que exala um forte cheiro quando aquecida.

o Borracha de estireno butadieno: usada em combinação com resinas fenólicas, oferece rigidez e resistência mecânica adicional.

o Borracha de acrilonitrila butadieno: oferece melhor resistência ao calor que outras borrachas, auxilia na eficiência e melhora a compressão contra a superfície oposta.

o Ligantes (Matrizes): São os materiais aglutinantes que mantém os materiais da pastilha juntos. Os ligantes mais comunmente usados são os fenolformaldeídos e podem ser de dois tipos:

o Resina crisol: São duras e quebradiças mais resistem ao calor.

o Novolak: precisa de um agente para completar a cura. Outras resinas alternativas são:

o Resinas de óleo modificado (de linhaça, de rícino, de soja) – oferecem flexibilidade e aumentam as cargas de fricção.

o Resinas de óleo de castanha de caju – Aumentam a eficiência e ternam o freio mais silencioso.

o Resinas fenólicas modificadas por elastômeros – oferecem flexibilidade e altos coeficientes de fricção.

o Resinas fenólicas modificadas por óxidos metálicos – aumentam a

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resistência ao calor e reduzem os tempos de cura.

o Resinas fenólicas modificadas por ácido bórico – melhoram a resistência ao calor e diminuem o desgaste.

Material de preenchimento (Recheio ou Cargas Minerais): São minerais indispensáveis para aumentar a vida da pastilha, preenchendo os espaços e minimizando os custos. Tais materiais podem ser:

o Sulfato de bário: Famoso pelo baixo custo, embora possus grande densidade específica. Aumenta um pouco o desgaste e reduz o nível de fricção. Tem alta estabilidade térmica.

o Carbonato de cálcio: Tem menor densidade específica entretanto é menos resistente ao calor que o sulfato de bário.

o Sílica (dióxido de silício): É um abrasivo suave e pode aumentar o peso do material de fricção em até 5%.

Para aumentar o nível de fricção alguns abrasivos

são incluídos nos materiais de fricção. Alguns destes são:

Óxido de alumínio: anidro (alumina): é um material bastante duro e abrasivo, apresenta estabilidade em altas temperaturas. Uma fina poeira de alumina

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misturada com uma solução de resina fenólica é usada para pintar a superfície final da pastilha. Dessa forma é possível polir e moldar a superfície do disco durante os 100 primeiros quilômetros de uso, combatendo a baixa fricção inicial sem reduzir a vida da pastilha.

Óxido de cromo: aumenta a fricção mas não é usado devido ao alto custo.

Óxido de zinco: tem algum efeito lubrificante e oferece resistência ao desgaste, porém pode causar o desgaste do disco.

Cal (hidróxido de cálcio): oferece dureza e combate a ferrugem em fórmulas contendo palha de aço e partículas de ferro.

Óxido de cobre: aumenta o nível de fricção mas não garante a qualidade da superfície do disco.

Óxido de ferro: os diferentes tipos são usados para aumentar o nível de fricção e dar alguma estabilidade térmica.

Óxido de ferro vermelho (hematita): é um suave abrasivo, usado como agente polidor da superfície.

Óxido de ferro preto (magnetita): em fórmulas semi-metálicas é usada para elevar a fricção à frio.

Óxido de magnésio: usado para aumentar a estabilidade térmica das resinas. No estado fundido aumenta o nível da fricção.

Grafite: reduz o nível de fricção e evita o superaquecimento instantâneo com redução do atrito conhecido como “fade”.

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Lascas de latão: até 4% em peso é suficiente para controlar o “fade”.

Pó de cobre: Aumenta a eficiência, é bom condutor, em altas quantidades provoca desgaste.

Chumbo: oferece estabilidade friccional em altas temperaturas é altamente tóxico.

4.1. O Asbesto

O asbesto (ou amianto) é um mineral fibroso

natural. Muito usado em roupas e equipamento à prova de fogo. Devido a toxidade o material deixou de ser largamente empregado como isolamento térmico na construção civil em meados dos anos 80. Diversos tipos de câncer de pulmão foram associados à exposição profissional ao asbesto, hoje banido em vários países. Além do câncer de pulmão a exposição ao asbesto também pode levar ao desenvolvimento de doenças como: asbestose e câncer do intestino.

O risco do asbesto está na inalação do pó liberado por materiais destruídos ou danificados. O cimento de amianto e as lonas de freio contendo asbesto são considerados menos tóxicos por não serem friáveis, isto é, não se transformam em pó quando submetidos à pressão. Mesmo assim a obtenção de um material substituto é uma boa nova para a indústria automobilística.

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4.2. Propostas de Substitutos para o Asbesto

Segundo AGUILA (1999), a metodologia proposta

em seu trabalho mostrou-se adequada para a produção de compósitos com redução do tempo de cura. Os compósitos reforçados com fibras de panos e polpa de aramida apresentam bons desempenho de atrito, o compósito apresentou as mesmas propriedades de frenagem das pastilhas de asbesto, em testes feitos com pastilhas fornecidas por um fabricante de freios. Este compósito é obtido em um estágio intermediário no processo de fabricação da fibra de carbono.

Outras alternativas avaliadas atualmente são:

Wollastonite (CaSiO3): possui tamanho de fibras variável e apresenta baixo custo.

Vermiculite: trata-se de um mineral, um silicato de alumínio e magnésio hidratado. Resistente ao calor e de baixa densidade. Não é fibroso, portanto não acrescenta resistência mecânica ao produto. È usado como preenchimento de baixo custo, melhora as características de desgaste e reduz o inchaço e o crescimento.

Mica: se houver um bom ligante entre a mica e a resina ela irá aumentar a resistência mecânica.

Fibra de basalto: possui pouca quantidade de ferro e pouco cálcio.

Fibra cerâmica: alta resistência térmica e baixo custo.

Poliacrilonitrila: rende seis vezes mais que o asbesto. Reforça a resistência mecânica do material, é usada em freios pesados.

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Fibras de celulose: tornam o freio mais silencioso e o material mais elástico.

Poliéster: é uma fibra orgânica, mas possue desempenho inferior ao da poliacrilonitrila.

Fibra de vidro: tem tido sucesso em substituir o asbesto mas possui ponto de fusão baixo.

Fibras de algodão: presentes em muitos materiais de fricção em veículos pesados.

Fibras de aramida: possui propriedades que oferecem resistência mecânica e ao calor, além de facilitar a manufatura das fórmulas sem asbesto. Entretanto seu custo fez com que as fórmulas tivessem seu teor reduzidos.

Carbono: apresenta peso reduzido, boa condutividade térmica, alto calor específico, possui resistência mecânica e é termicamente estável.

Figura 7 – Pastilhas de freios com resinas sólidas.

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Outros aspectos devem ser considerados na

formulação do material de fricção além do desempenho:

Tendência a segregação das partículas;

Facilidade construtiva;

Bolhas e laminações;

Estabilidade dimensional;

Capacidade de eliminação de resíduos.

Figura 8 – Valores médios calculados para os ensaios

realizados com todos os fornecedores de todas as marcas para pastilhas novas.

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5. Física da frenagem

Consideremos um veículo tipo automóvel, de massa m em movimento no plano horizontal desacelerado por ação das forças de atrito F1 e F2 atuando nas rodas dianteiras e traseiras, respectivamente. A figura abaixo apresenta o esquema das forças atuantes:

Figura 9 – Esquema de forças atuantes num veículo.

As condições de equilíbrio no eixo vertical e

dinâmicas no eixo horizontal, implicam em:

gmPNN 21 (5.1)

mFF 21 (5.2)

A condição de equilíbrio rotacional, por sua vez,

introduz:

02121 hFFbNaN (5.3)

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A expressão empírica para as forças de atrito

fornece as condições subsidiárias:

222

111

NF

NF

(5.4a)

(5.4b)

As equações (5.1), (5.2), (5.3), (5.4b) e (5.4b)

formam um sistema que pode ser facilmente resolvido para a, fornecendo:

hba

bag

21

12

(5.5)

Da expressão acima, observa-se claramente que a

aceleração α = m.g, normalmente utilizada como primeira aproximação para o cálculo de velocidades, é obtida ao se impor em (5.5) m1 = m2, independentemente do valor de h.

O valor de alfa introduzido pela equação (5.5) depende de diversos fatores. Mesmo no caso em que a = b, isto é, para veículos com o peso distribuído homogeneamente entre as rodas dianteiras e traseiras, a será função de m1 e m2. É o caso, por exemplo, de veículos que dispõem de freios a disco nas rodas dianteiras e a tambor nas traseiras, nos quais, em geral, em decorrência da melhor eficiência dos freios a disco. Outros casos similares ocorrem quando o veículo apresenta pneus gastos na traseira, e bons na dianteira ou quando o freio é dimensionado pela engenharia do veículo para melhor desempenho em um dos pares de rodas.

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6. Freio a Disco

O freio a disco recebe pressão hidráulica gerada pelo cilindro mestre, transformando-a em força mecânica através dos êmbolos, que pressiona as pastilhas contra o disco.

Por causa de sua concepção, não está sujeito a certos tipos de defeitos que normalmente ocorrem nos sistemas de freio a tambor, por efeitos como sujeiras, lama, água, etc.

Por ser mais exposto que o freio a tambor, a sua refrigeração é muito maior, principalmente quando o veículo está em movimento, dissipando o calor rapidamente e dificultando que o material de atrito (pastilhas de freio) venha a perder sua eficiência por excesso de calor, quando o freio for muito solicitado.

Os freios a disco foram projetados para equipar os freios das rodas dianteiras dos veículos, mas devido a sua eficiência, praticidade e baixo custo de manutenção estão sendo também, largamente empregados nos freios das rodas traseiras dos veículos, como também em veículos de médio e grande porte.

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6.1. Componentes

Figura 10 – Componentes da pinça (cáliper) de freio.

1. Cáliper: Aloja as pastilhas e o êmbolo. 2. Anel de Vedação: Veda o fluido de freio e faz

retornar o êmbolo. 3. Êmbolo: Empurra as pastilhas contra o disco. 4. Suporte: Fixa o conjunto do freio ao veículo. 5. Pinos Deslizantes: Dão a estabilidade

(compensação) ao movimento do cáliper. 6. Molas: Prendem as pastilhas de freio.

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7. Pastilhas de Freio: São comprimidas pelo êmbolo, se atritando ao disco.

8. Parafuso Sangrador: Adequadamente, elimina o ar do sistema hidráulico.

9. Coifas: Revestem as partes devidas protegendo-as da contaminação por sujeiras.

10. Coifas dos pinos deslizantes: Revestem as partes devidas protegendo-as da contaminação por sujeiras.

6.2. Dimensionamento

Considerações são impostas para realização dos cálculos:

Forças de resistência do ar foram desprezadas.

Foi assumido que a frenagem é efetuada sem travamento das rodas, portanto utilizamos nos cálculos o atrito estático entre a roda e o solo.

Coeficiente de atrito entre a pastilha e o disco, caso NÃO tenha dado específico: 0,4.

Força máxima aplicável no pedal por uma pessoa: 160 N.

A desaceleração desejada foi calculada

considerando o veículo como um corpo sólido em movimento retilíneo uniformemente variável,

XVV o 222 (6.1)

onde:

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V = Velocidade final Vo = Velocidade máxima α = Desaceleração do veículo

X =Espaço máximo para frenagem

O coeficiente de atrito estático entre o pneu e o solo sem derrapagem é obtido de g , onde g é

aceleração da gravidade. Como a distribuição da massa do veículo,

geralmente, não é uniforme nem no sentido vertical e, principalmente, nem no horizontal, as rodas traseiras e as dianteiras sofrerão forças substancialmente diferente.

Ao acionar o freio do veículo, as reações normais nos eixos passam a ser diferentes daquelas que acontecem em uma situação estática, isso devido à desaceleração da frenagem. Para quantificar as novas reações normais para um regime dinâmico, usa a seguinte fórmula:

))(( hadgd

mFeixo (6.2)

onde: Feixo = Reação normal no eixo em situação dinâmica m = Massa do veículo d = Distância de entre eixos a = Distância horizontal do eixo ao C.G. h = Altura do C.G.

Sabe-se que a força que a pinça aplica no disco é

uma função da razão entre as áreas dos pistões do cilindro mestre e da pinça, da força aplicada no cilindro mestre e da alavanca no pedal do freio (Princípio de

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Pascal); e que, na dianteira, o torque produzido pelo freio é igual ao torque das duas rodas, chega-se à equação:

discoc.mestreA

pinçaA

pedalFpastμ2

2

pneuR

eixoF

Rlsolo

(6.3)

onde:

solo = Atrito com o solo sem derrapagem Rpneu = Raio do pneu

pastilha = Coeficiente de atrito entre a pastilha e o disco de freio. l = Razão de alavanca do pedal de freio Fpedal = Força aplicada ao pedal de freio Apinça = Área do pistão da pinça Ac.mestre = Área do pistão do cilindro mestre Rdisco = Raio efetivo do disco de freio (distância da linha de centro dos pistões até o centro do disco)

Constatada uma diminuição substancial no peso incidente no eixo traseiro, dimensiona-se o disco traseiro para a desaceleração máxima requerida, assim, para desacelerações menores o pneu desenvolverá essa força sem travamento, já que nessa condição a transferência longitudinal de peso é menor.

Se tiver dos freios no eixo traseiro utiliza-se a formula (6.3), e se for um usa a (6.4), já que o torque produzido pelo freio é duas vezes o torque da roda:

discoc.mestreA

pinçaA

pedalFlpastμ2pneuR

eixoF R

solo

(6.4)

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6.3. Roteiro sugerido para dimensionamento

1. Obtenha o centro de gravidade (C.G.), a massa, o

Rpneu e a velocidade final do veículo. 2. Determine uma distância para o veículo quando

estiver em velocidade final pare totalmente. 3. Com esses dados obtêm-se as reações normais

em cada eixo.

4. Imponha um solo a partir da utilização do veículo. 5. Faça um calculo prévio estimando Apinça, Rdisco,

Ac.mestre e l. 6. A partir destes dados, escolha as peças do

sistema de freio. 7. Dimensione o disco de freio dianteiro. 8. Sempre respeite a pressão máxima admissível da

pastilha. 9. Utiliza-se a formula (6.3) para obter l. 10. Por ultimo dimensiona o disco traseiro.

6.4. Recomendações de Projeto

Recomenda-se que o reservatório deverá ter

capacidade para o nível de fluido estar acima da metade quando as pastilhas estiverem totalmente gastas.

O sistema deverá trabalhar na menor temperatura possível. Nunca jogue água diretamente no sistema, uma alternativa é borrifar água no ambiente para abaixar a temperatura do ar.

Todas as linhas devem ser resistentes a vibrações e deverão ser usadas linhas flexíveis para ligar qualquer parte móvel.

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O disco deve ser o mais leve possível para ter menor inércia girante. Veja a seção 9 para a escolha do melhor tipo de disco para a aplicação requerida.

Os discos devem ser usinados a partir de tarugos (e nunca de chapas!) devido as suas características metalográficas para não empenarem.

Escolha o fluido de freio que suporte altas temperaturas e que tenha especificações de acordo com a exigência do projeto.

6.5. Tipos de Disco

Discos simples, o tipo mais comum.

Discos ventilados, existe um espaço no meio do disco que permite que o ar entre e ajude a arrefecer os discos quando solicitados melhorando assim a eficiência dos mesmos.

Disco furados, permitem um maior movimento do ar e, por conseguinte um maior arrefecimento dos discos, além de serem mais leves. Os gases formados pela fricção das pastilhas nos discos e as partículas que se criam

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também passam a ter um local para sair e quanto mais "limpa" for a superfície de contacto melhor será a eficiência do freio. Com chuva, eles têm um comportamento muito melhor, pois permitem escoar a água muito mais rapidamente. Em uso off road serve também para a eliminação de lama.

Discos com ranhuras, que ajuda a criar a tal superfície "limpa" e permite que os gases que se criam durante a frenagem se dissipem mais rapidamente. A superfície do disco não fica muito reduzida devido a esses "rasgos" o que

tem vantagens, o que já foi explicado. Outra vantagem é que duram mais do que os perfurados. Normalmente estes tipos de discos são preferíveis em relação aos perfurados.

Disco com furos e ranhuras combinados, juntando as características dos dois tipos.

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6.6. Exemplos de Disco

Stock car

Os discos de freio são fabricados pela Fremax especialmente para a Stock Car. São discos ventilados, que melhoram a eficiência da frenagem. As pinças de freio são americanas com seis

pistões na dianteira e quatro na traseira e utilizam pastilhas especialmente desenvolvidas pela Cobreq. Cada roda tem sistema independente de acionamento dos freios.

Moto da marca KTM

Dianteiro Traseiro

6.7. Cuidados com a Instalação e Manutenção

Substitua os discos de freio quando atingirem a espessura mínima;

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Na troca de pastilhas sempre substitua ou retifique os discos de freio;

A espessura dos discos de freio do mesmo eixo deve ser igual;

Troque sempre os discos de freio e as pastilhas de freio do mesmo eixo;

Lave os discos de freio com desengraxante antes de ser montado no veículo;

Limpe as faces de contato entre o disco de freio e o cubo;

Depois de retirada, a pinça de freio não deve ser fixada apenas pelo flexível. O correto é pendurá-la de forma que não force o flexível, evitando assim possíveis vazamentos e formação de bolsas;

Não use alavancas ou chaves de fenda para recuar as pastilhas e êmbolos. Deve-se abrir o sangrador para evitar que o fluído contido nas pinças não retorne para o reservatório;

O ideal é usar o "sargento" para o recuo das pastilhas e êmbolos da pinça, com o sangrador aberto, recua-se até o fim do curso do êmbolo.

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7. Freio a Tambor

O calor produzido durante a frenagem precisa se dissipar rapidamente na massa de material do tambor de freio e se transfira imediatamente ao ar ambiente para limitar o aumento da temperatura no freio a tambor. O tambor de freio deve ter suficiente condutibilidade térmica e deve ainda resistir à fadiga causada pela diferença de temperatura entre a superfície interior e a exterior. A superfície interna do tambor serve de contato para a lona de freio. Para uma frenagem eficiente, é necessário que este contato seja superior a 90% da área de trabalho da lona.

7.1. Componentes e funcionamento

Na figura 11 são mostrados 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 (contra-sapata) 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

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principalmente na parte superior desta, fazendo com que a pressão de contato seja maior nessa região.

Figura 11 – Esquema de um Freio a Tambor.

7.2. Tipos de Freio a Tambor

7.2.1. Freio Hidráulico Simplex

Neste tipo de freio, as sapatas agem

independentemente. As extremidades de ancoragem são livres para se movimentarem, deslizando sobre a ancoragem, daí a denominação flutuante. Essa flutuação

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resulta na centralização automática das sapatas no tambor.

Este tipo tem uma menor razão torque por força exercida pelo pedal de freio. Quando o veículo se movimenta para frente, a sapata primária é mais solicitada do que a sapata secundária, com isso damos à sapata primária o nome de sapata energizada e para a sapata secundária damos o nome de sapata desenergizada. Com o veículo se movimentando à ré, a atuação das sapatas se inverte.

7.2.2. Freio Hidráulico Duo-Servo

Nos freios tipo uni e duo-servo, o tipo de projeto é

o mesmo, estando a diferença em que o uni-servo possui cilindro com um único êmbolo, tendo, portanto, ação unidirecional atuando sobre a sapata primária, fazendo com que o freio tenha ação de servo somente quando o veículo se movimenta para a frente. Já o tipo duo-servo, possui cilindro com dois êmbolos, portanto, com dois sentidos de aplicação atuando sobre as sapatas primárias e secundárias. Desta forma, a ação de servo atua tanto no movimento para frente como no movimento de ré. Esse freio é conhecido pela servo-ação da sapata primária sobre a secundária e vice-versa quando for duo-servo.

A pressão exercida contra o tambor por uma das sapatas é aumentada substancialmente pela servo-ação da outra sapata; por exemplo, quando o veículo se movimenta para a frente, temos: Aplicando-se o freio, o movimento do tambor de freio tende a arrastar a sapata primária (energização); essa força de arraste é então aplicada à sapata secundária, por intermédio do conjunto

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de regulagem automática, adicionando-se a força aplicada pelo cilindro de freio.

Isto resulta numa multiplicação de forças e, conseqüentemente, numa diminuição do esforço por parte do motorista ao frear o veículo, daí a denominação servo.

7.3. Dimensionamento

A pressão hidráulica, através do Princípio de Pascal, é calculada pela fórmula 7.1:

crcm

cm

hA

F

A

FP (7.1)

Onde Fcm é a força gerada pelo cilindro mestre, Acm é a área do embolo deste, F é a força aplicada e Acr é a área do embolo do cilindro de roda.

As medidas d, c, r, Θ1 e Θ2 podem ser observadas na figura 11. A medida w é a largura da sapata e Θmax é o mínimo entre Θ2 e 90º. As equações (7.2) e (7.3), respectivamente, são o momento devido à força normal e o momento devido à força de atrito.

1212

max

max 2224

sensensen

drwPM n

(7.2)

1221

max

max 2cos2cos4

coscos

br

sen

wrPM f

(7.3)

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Com a soma dos momentos é possível obter a força aplicada F:

0 fn MMcF (7.4)

O torque de frenagem é obtido pela equação (7.5):

21

max

max2 coscos

sen

PrwT (7.5)

Sendo 2

pneusoloeixo RFT

conforme foi visto nas

equações (6.2) e (6.3).

7.4. Roteiro sugerido para dimensionamento

1. Obtenha o centro de gravidade (C.G.), a massa, o

Rpneu e a velocidade final do veículo. 2. Determine uma distância para o veículo quando

estiver em velocidade final pare totalmente. 3. Com esses dados obtêm-se as reações normais

em cada eixo.

4. Imponha um solo a partir da utilização do veículo. 5. Dimensione o freio dianteiro, que provavelmente

será a disco. 6. A partir destes dados, escolha as peças do

sistema de freio. 7. Utiliza-se a formula (6.3) para obter l. 8. A partir das equações (6.2) e (7.5) dimensione o

tambor e as sapatas num processo iterativo. 9. E com as equações (7.1) a (7.4) dimensione o

cilindro de roda.

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7.5. Cuidados com a Instalação e Manutenção

Substitua os tambores de freio quando atingirem o diâmetro máximo permitido. A retífica do tambor de freio deve ser realizada sempre nos dois tambores de um mesmo eixo; isto quer dizer que os diâmetros dos tambores de freio devem ser iguais entre si. O tambor de freio suporta durante as frenagens altas temperaturas e esforços mecânicos extremos. O uso de tambor de freio com diâmetro acima do máximo permitido poderá ocasionar sérios problemas, como:

o Maior possibilidade de superaquecimento dos freios devido à menor quantidade de material;

o Menor resistência mecânica da peça, podendo ocorrer ovalização, trincas ou até mesmo a quebra total do tambor de freio.

Choques mecânicos como marteladas ou quedas podem causar ovalização nos tambores, provocando trepidação no pedal de freio durante a frenagem;

Na troca das lonas, substitua ou retifique os tambores de freio;

Troque sempre os tambores e as lonas de freio do mesmo eixo;

Lave os tambores de freio com desengraxante antes de montá-los no veículo;

Evite contaminar a superfície de atrito do tambor e das lonas de freio com graxa ou fluido de freio durante o manuseio, pois a presença

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destas impurezas reduz o atrito entre as lonas e o tambor, tornando a frenagem ineficiente;

Freadas contínuas ou carregamento impróprio do veículo causam o superaquecimento dos freios, comprometendo sua performance;

Verifique o sistema de freio a cada 5.000 km.

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8. Comparações entre Freio a Disco e a Tambor

Freios a tambor são muitos sensíveis às mudanças no coeficiente de fricção que varia conforme a razão da força de fricção com a força atuante definindo a efeciência do freio. Uma pequena mudança no coeficiente de fricção requer uma força normal bem maior na sapata para o mesmo torque. Já o freio a disco não tem esse problema, porque seu torque desenvolvido é linearmente proporcional ao coeficiente de fricção e uma pequena mudança no coeficiente não o afeta tanto. Contudo, o principal problema do freio a disco é a falta da auto-energização. Devido a esse problema o freio a disco necessita de maior potência.

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9. Defeitos mais comuns Alavanca ou pedal de freio sem resistência (Freio a Disco)

Bolhas de ar ou vazamentos no sistema hidráulico.

Pastilha/disco contaminados com óleo.

Retentor do pistão da pinça gasto.

Reparo do cilindro mestre gasto.

Pastilha de freio e/ou disco gastos.

Pinça de freio não desliza adequadamente.

Nível de fluido de freio baixo.

Passagem de fluido obstruída.

Disco de freio empenado ou gasto.

Pistão da pinça gasta. Alavanca ou pedal de freio duro (Freio a Disco)

Pistão da pinça preso.

Pinça de freio não desliza adequadamente.

Passagem do fluido obstruída.

Retentor do pistão da pinça gasto.

Pistão do cilindro mestre travado.

Alavanca/pedal de freio torto. Alavanca de freio dura ou demora a retornar (Freio a Tambor)

Mola de retorno gasta/quebrada.

Ajuste incorreto do freio.

Tambor de freio pegando devido à contaminação.

Sapata de freio gasta na área de contato com o excêntrico.

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Cabo de freio prendendo.

Excêntrico do freio gasto.

Sapatas de freio instaladas incorretamente. Carro puxando de lado nas frenagens (Ambos)

Freios de um lado estão freando mais que os do outro.

Calibragem dos pneus e se estão sendo usados pneus iguais dos dois lados.

Chassi torto.

Problemas nos rolamentos, componentes de suspensão ou direção.

Discos com espessuras diferentes.

Pinça de freio travando.

Tubulações ou flexíveis obstruídos.

Pastilhas (ou lonas) diferentes, vidradas ou contaminadas com óleo ou fluido de freio.

Dificuldade em girar a roda (Ambos)

Freio desajustado.

Disco de freio empenado.

Rolamentos da roda com defeito.

Engrenagem defeituosa do velocímetro. Freio agarrando (Freio a Disco)

Mangueira do freio obstruída.

Roda desalinhada.

Disco de freio empenado.

Pinça de freio não desliza adequadamente. Freio com funcionamento deficiente

Freio a Disco o Disco de freio contaminado com óleo.

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o Pastilha gasta. o Problemas no reparo do burrinho. o Ar no sistema. o Nível do fluido de freio baixo. o Fluido de freio contaminado com água.

Freio a Tambor o Ajuste incorreto do freio. o Lona de freio gasta. o Tambor de freio gasto. o Excêntrico do freio gasto. o Sapatas de freio instaladas

incorretamente. o Cabo de freio prendendo. o Lonas de freio contaminadas. o Sapata de freio gasta na área de contato

com o excêntrico. Trepidação no freio (Freio a Tambor)

Lona de freio gasta.

Tambor de freio gasto.

Lonas de freio contaminadas.

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10. Cilindro Mestre

Através do cilindro mestre se inicia a "Hidráulica do Freio", introduzindo e controlando o processo de frenagem, injetando e comprimindo o óleo, gerando a pressão necessária para todo o Sistema de Freios. Sua função é gerar uma pressão hidráulica em todo o sistema de freios.

Existem vários tipos de cilindro mestre. Os mais utilizados são:

Figura 12 – Cilindros mestre duplo (esquerda) e simples

(direita).

10.1. Componentes

Seja na figura 13 os seguintes componentes:

1. Carcaça: Aloja todo o mecanismo interno deste conjunto.

2. Reservatório: Armazena o fluido de freio. 3. Válvula de Pressão Residual: Mantém a pressão

interna no circuito hidráulico, impedindo a entrada de ar.

4. Mola de Retorno: Empurra o êmbolo para trás quando na condição de retorno.

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5. Gaxeta Primária: Veda a câmara geradora de pressão na condição de acionamento.

6. Arruela Protetora: Protege a gaxeta primária, evitando que ela se danifique.

7. Êmbolo: Sua ação deslizante é responsável pela alimentação e drenagem do óleo.

8. Gaxeta Secundária: Veda o fluído sem pressão. 9. Arruela Trava: Age como topador de mola de

retorno. 10. Anel Trava: Impede que a Arruela Trava se solte. 11. Coifa: Proteção envolvente da gaxeta primária.

Figura 13 – Componentes do cilindro mestre.

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10.2. Funcionamento

Na situação de repouso todo sistema está cheio

de líquido e a pressão interna do cilindro é a mais próxima da pressão atmosférica, com a compensação necessária de volume do fluido em todo o sistema.

O fluido passa do reservatório para as câmaras do cilindro através dos furos de compensação e alimentação.

Quando o pedal é acionado, o êmbolo é empurrado e, com isso, a gaxeta primária veda o furo de compensação, interrompendo a comunicação da câmara geradora de pressão. Na câmara geradora, o fluido está sob pressão. O fluido sob pressão aciona os cilindros das rodas e, conseqüentemente, as pastilhas, freando o veículo.

A gaxeta primária veda, eficientemente, a câmara geradora de pressão, pois o seu formato favorece a compressão contra a parede do cilindro com uma força diretamente proporcional à pressão atuada.

A arruela protetora tem a função de proteger a gaxeta primária (que é forçada para trás) para que ela não se deforme, não permitindo a passagem de óleo para a câmara anterior.

Na câmara anelar, o fluido está sob pressão atmosférica, pois está em contato com o reservatório, através do furo de alimentação. Note que na tampa do reservatório existe um furo de respiro, ele iguala as pressões internas e externas do reservatório e evita formação de vácuo no caso do nível do fluído baixar.

O fluido passa do reservatório para as câmaras do cilindro através dos furos de compensação e alimentação.

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Com o pedal do freio liberado, o êmbolo retorna rapidamente ao repouso, empurrado pela pressão hidráulica do circuito e mola de retorno do próprio cilindro.

À medida que o êmbolo do cilindro mestre retorna, a pressão do circuito diminui. E ao mesmo tempo as molas de retorno das sapatas empurram de volta os êmbolos dos cilindros das rodas. Dessa forma, ocorre o retorno do fluido para o cilindro mestre.

No conjunto do cilindro mestre são encontrados pequenos orifícios, que dificultam o retorno do fluido para o seu interior, mesmo com a mola de retorno do cilindro forçando o recuo do fluido. Note que foi representado que, em situação de retorno, o êmbolo volta rapidamente.

O fluido presente no sistema, devido à sua inércia, não volta com a mesma velocidade, pois isso acarretaria uma pressão negativa na câmara geradora de pressão.

Nessa situação, a pressão na câmara geradora de pressão diminui, ficando inferior à pressão atmosférica. Na câmara anelar, a pressão é igual à atmosférica, pois o fluido está ligado ao reservatório pelo furo de alimentação.

Essa diferença de pressão faz com que a gaxeta primária permita que o fluido, que se encontra na câmara anelar com pressão atmosférica, atravesse, por um orifício do êmbolo, facilmente pelo lado externo dos lábios e passe para a câmara geradora de pressão.

Nesse estágio de retorno observa-se as seguintes características:

Evita que numa segunda freada o condutor sinta uma sensação de vazio, o que causaria insegurança.

Que numa segunda freada o pedal fique mais alto, devido ao excesso de fluido.

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Com o êmbolo em posição de repouso, esse excesso de fluido retorna ao reservatório pelo furo de compensação.

Essa válvula dispõe de uma mola que, devido à

sua carga, mantém o fluido sob pressão positiva no circuito hidráulico, mesmo quando o freio não está sendo aplicado, de maneira que, com o menor aumento de pressão quando acionado o cilindro mestre, ocorra imediatamente, o efeito da frenagem, reduzindo o chamado "curso morto" do pedal.

É utilizada somente em freios a tambor, por possuírem molas de retorno que concedem equilíbrio ao sistema. Através dessa pressão residual, a válvula evita a entrada de ar pela gaxeta dos cilindros de roda.

No Sistema de Freios a Disco, como não há mola de retorno do êmbolo, se houvesse pressão residual, os freios ficariam acionados, prendendo as rodas mesmo na condição de liberadas.

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11. Servo Freio

A função do servo de freio é reduzir a força aplicada pelo motorista no pedal de freio, o processo se dá através da diferença de pressão entre o vácuo gerado pelo motor ou bomba de vácuo e a pressão atmosférica, amplificando a força de atuação sobre o cilindro mestre e proporcionando maior conforto ao motorista. Ele é acionado mecanicamente através do pedal de freio em conjunto com o vácuo (produzido pelo motor do veículo ou pela bomba de vácuo), mais a pressão atmosférica.

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12. ABS (Anti-lock Brake System)

O sistema ABS evita que, durante uma frenagem, a roda trave e comece a deslizar no chão. Em resumo, o sistema de antitravamento de freios é a mais sofisticada tecnologia, em se tratando de sistema de freios, que proporciona ao veículo a máxima eficiência na frenagem, sem considerar as condições do piso, para que o veículo mantenha sua trajetória mesmo em situações críticas.

Foi criado pela empresa alemã Bosch, tornando-se disponível para uso em 1978, com o nome "Anti-lock Brake System", embora houvesse tipos de ABS mecânicos desde os anos 1950.

O sistema hidráulico do freio atua reduzindo a pressão a fim de evitar o travamento das rodas, mantendo o atrito entre as rodas e a pista num valor ótimo. Já o sistema eletrônico do ABS age recebendo sinal dos sensores e enviando sinais de comando para o atuador hidráulico.

12.1. Componentes

Os componentes do ABS são:

Sensores de velocidade nas rodas;

Coroa dentada;

Atuador hidráulico;

Módulo de controle Electronic Control Unit (ECU).

O sistema pode ser aplicado nas duas rodas traseiras ou nas quatro rodas.

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12.1.1. Sensores de Velocidade nas rodas e Rotores Dentados

Esses sensores são utilizados para determinar a

razão de rotação das rodas. A extremidade do sensor está localizada perto do coroa dentada, que é geralmente preso ao eixo do veículo ou na articulação guiada e gira na mesma velocidade das rodas. Quando o rotor gira, uma tensão é induzida no sensor. O módulo e freqüência dessa tensão variam em relação à velocidade da roda. O sensor de velocidade pode vir montado em cada roda ou na carcaça do eixo ou ainda na transmissão.

12.1.2. Atuador Hidráulico

O atuador hidráulico é a unidade que tem a

capacidade de aumentar, diminuir ou manter a pressão no freio. Ele age baseado em sinais recebidos do módulo de controle. O atuador hidráulico consiste basicamente nos seguintes componentes:

Conjunto bomba/motor, que supre o acumulador com fluido de freio pressurizado;

Acumulador, que recebe o fluido de freio altamente pressurizado;

Conjunto de válvulas bloqueadoras, que contêm as válvulas solenóides hidráulicas.

No sistema intregrado ABS, o conjunto cilindro mestre/elevador de pressão é uma parte integral da unidade hidráulica. Nesses sistemas, o acionamento assistido é provido pelo fluido de freio pressurizado que é suprido pelo acumulador. Em um sistema não integrado,

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um conjunto convencional cilindro mestre/bomba é usado.

Alguns veículos são equipados com atuadores que utilizam motores elétricos ao invés de válvulas hidráulicas para regular a pressão do freio.

12.1.3. Módulo de Controle

Um módulo de controle anti-bloqueamento é um

computador que usa sinais dos sensores de velocidade da roda para determinar quando e como o sistema antibloqueamento deve operar em uma determinada situação. Quando a roda está próxima à uma condição de bloqueamento, o módulo de controle emite sinais para o atuador hidráulico para regular a pressão do fluido que afeta a roda em questão.

12.2. Operação do ABS

Durante o período de frenagem normal, a porção

anti-bloqueamento do freio não opera. Apesar disso, os sensores continuam monitorando a velocidade de rotação das rodas e enviando sinais para o módulo de controle. Quando o pedal do freio é pressionado, fluido de freio escoa do cilindro mestre, através do atuador hidráulico, até o freio.

Quando o módulo de controle detecta que a roda está aproximando do bloqueamento, ele emite sinais para a válvula solenóide no atuador hidráulico para bloquear a passagem de fluido entre o cilindro mestre e o freio da roda em questão. A pressão do fluido do cilindro mestre não pode, assim, escoar através da válvula

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solenóide, e, a pressão do freio, na roda afetada, é mantida constante.

Quando o módulo de controle detecta um bloqueamento completo, ele comanda o atuador a diminuir a pressão na roda afetada. Para realizar isso, a válvula solenóide no atuador move-se para interromper a pressão de fluido vinda do cilindro mestre e permite que o fluido, atuando no freio, escoe para o reservatório do acumulador. No mesmo instante, a bomba contida dentro do atuador, força o fluido do acumulador de volta ao cilindro mestre. Quando isso ocorre, a pressão atuante na roda diminui.

Quando todas as rodas estão girando normalmente, a válvula solenóide no atuador retorna à sua posição original e o sistema de frenagem convencional volta a funcionar.

Se for necessário, um sistema típico anti-bloqueamento pode repetir esse ciclo por volta de 15 vezes por segundo.

12.3. O ABS como Item de Segurança

A maior vantagem do ABS é o seu princípio e seu

funcionamento, ou seja, o antitravamento das rodas nas frenagens de emergência. Em todas as situações, o motorista poderá "pisar" fundo no freio, com a máxima força, sem que haja o travamento das rodas. A segurança do condutor aumentará e a vida útil dos pneus se prolongará, pois os próprios pneus não serão arrastados sobre o solo.

Os sensores de rotação nas rodas informam a unidade de comando se haverá o travamento (bloqueio) de uma das rodas ou mais. A unidade (módulo) de

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comando impedirá este bloqueio, dando um conjunto de sinais ao comando hidráulico, que regulará a pressão do óleo de freio individualmente, em cada roda.

Assim, o motorista poderá frear o veículo ao máximo, sem que trave as rodas, proporcionando assim, uma boa dirigibilidade com tranqüilidade e segurança. O ABS permite que se aplique o freio com o máximo de força sobre o pedal ao contornar uma curva em alta velocidade mesmo com a pista molhada ou escorregadia, mantendo o total controle do veículo. O ABS é um importantíssimo avanço tecnológico rumo à segurança total dos condutores de veículos.

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