Adelson Moacir Bornhold

DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE FREIO PARA VECULO

OFFROAD DE PEQUENO PORTE

Horizontina

2012

Adelson Moacir Bornhold

DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE FREIO PARA VECULO OFFROAD DE PEQUENO PORTE

Trabalho Final de Curso apresentado como requisito parcial para a obteno do ttulo de Bacharel em Engenharia Mecnica, pelo Curso de Engenharia Mecnica da Faculdade Horizontina.

ORIENTADOR: Ademar Michels, Dr.

Co-orientador: Ricardo Ferreira Severo, Ms.

Horizontina

2012

FAHOR - FACULDADE HORIZONTINA

CURSO DE ENGENHARIA MECNICA

A Comisso Examinadora, abaixo assinada, aprova a monografia:

Dimensionamento de um sistema de freio para veculo offroad de pequeno porte

Elaborada por:

Adelson Moacir Bornhold

Como requisito parcial para a obteno do grau de Bacharel em

Engenharia Mecnica

Aprovado em: 10/12/2012 Pela Comisso Examinadora

________________________________________________________ Doutor. Ademar Michels

Presidente da Comisso Examinadora Orientador

_______________________________________________________

Mestre. Ricardo Ferreira Severo FAHOR Faculdade Horizontina

Co-orientador

______________________________________________________

Especialista em Desenvolvimento de Produto. Valmir Vilson Beck FAHOR Faculdade Horizontina

Horizontina

2012

AGRADECIMENTO

Agradeo a Deus, pela vida e a oportunidade de chegar at aqui com

condies para a realizao deste trabalho, aos meus pais Elvira e Egon, a minha

irm Simone, que sempre me apoiaram em minhas decises, dando-me fora e

coragem para seguir em frente, auxiliando em todos os momentos e torcendo para

que tudo desse certo e contribuindo para meu crescimento.

Ao orientador Prof. Dr. Ademar Michels e ao co-orientador Prof. Ms. Ricardo

Severo pela oportunidade, amizade, orientao e conhecimentos repassados.

Ao Prof. Valmir Vilson Beck, pela amizade, pelas lies de vida e

conhecimento passados nos cursos de Aprendizagem Industrial, curso Tcnico em

Mecnica e posteriormente na graduao.

Ao Prof. Ms. Anderson Dall Mollin, Prof. Dr. Edio Polacinski, Prof. Ms. Jos

Antnio Sala, obrigado por terem sido grandes mestres.

Aos amigos que participaram comigo no projeto Baja pela Equipe Sinuelo,

Adriano, Claudia, Lauri, Rafael, Renan, Ronan e Sidinei, obrigado pelo trabalho em

equipe, aprendizado conjunto e conquistas.

Em fim, obrigado a todos aqueles, que de uma forma ou outra contriburam

para a construo deste trabalho, que estiveram presentes em muitos momentos da

minha vida acadmica e que de certa forma contriburam para a minha formao,

sou muito grato.

A todos, meu sincero MUITO OBRIGADO!

RESUMO

O presente trabalho objetivou dimensionar um sistema de freio para veculo fora de estrada (offroad ) Baja SAE, Sociedade dos Engenheiros Automotivos, (Society of Automotive Engineers), e testar a eficincia das alteraes projetadas em um veculo offroad construdo pela Equipe Sinuelo FAHOR de Baja, considerando que o sistema adotado deve ser eficiente, respeitar as normas que a competio Baja SAE impe aos veculos participantes e visando principalmente proporcionar maior segurana tanto para o piloto do veculo como para os indivduos que possam estar nas proximidades deste. Com tal ensejo, foram analisados alguns conceitos de sistema de freio, a fim de detectar o que melhor se adaptaria ao veculo offroad em questo, no caso optando-se pelo sistema de freio a disco. Foi realizado levantamento de dados relacionados ao veculo, como peso, dimenses entre eixos e posio do centro de gravidade a fim de coletar informaes primordiais para a realizao do dimensionamento do sistema de freio escolhido e, no presente projeto, optou-se por alterar o material utilizado na elaborao do sistema de freio utilizado nas verses anteriores dos veculos Baja da equipe Sinuelo FAHOR de Baja, deixando de utilizar Ao Inoxidvel Martensitico do tipo AISI 420 para fazer uso de Ferro Fundido cinzento, sendo alterado tambm o dimensional do disco de freio aumentando o dimetro externo em 6% e a espessura em 22% para proporcionar um dimensional ideal para o sistema, aumentando eficincia e confiabilidade deste. Atravs de simulao feita pelo Software Anys foi analisada a resistncia dos materiais empregados, visando comprovar que o projeto atende as necessidades exigidas, primando pela segurana do condutor e transeuntes. Alm da utilizao do software para simular o rendimento trazido pelas alteraes no projeto, foi feito comparativo por meio de testes prticos com o modelo anterior e o modelo projetado neste trabalho, levando em considerao material e dimensionamento, para comparar a eficincia dos componentes. Por fim, conclui-se que tanto a alterao de material quanto do dimensionamento foram positivas, alando o objetivo proposto, revelando eficincia, rendimento e segurana.

Palavras-chaves: Freio a disco, veculo offroad, segurana.

ABSTRACT

This paper aims at sizing a brake system for a Baja SAE off-road vehicle and assessing the efficiency of the projected alterations in offroad vehicle built by the Baja team from FAHOR Sinuelo, considering that the chosen system should be efficient, respecting the norms that the SAE Baja competition demands from the contestant vehicles and aiming mainly to provide more safety both to the driver and the people that might be nearby. With this objective, we have analysed some concepts of brake systems seeking to detect which of them would best adapt to the off-road vehicle in question, from which we have chosen the disc brake. The collection of the car data was done considering the weight, the dimensions between the axis, and the position of the gravity center, in order to obtain fundamental information to carry out the dimensioning of the chosen brake system. In this project, we have opted for changing the material used in the making of the brake system used in the previous models of the off-road vehicles of FAHOR Sinuelo Baja team, opting from not using the AISI 420 martensitic stainless steel but using gray cast iron instead, also modifying the dimensions of the front brake disk enlarging the external diameter in 6% and the thickness in 22% to provide ideal dimensions for the system, increasing its efficiency and reliability. Through the simulation done by the Ansys, it was possible to analyse the resistance of the materials used, aiming at proving that the project meets the requirements, prioritizing the safety of the driver and the passersby. Besides the use of the software to simulate the performance with the changes in the project, we had some practical tests carried out to compare the old model and the one used in this project, taking into consideration the material and the sizing, to compare the efficiency of the components. At the end, we have concluded that both the changes on the material and the dimensioning were positive, allowing us to achieve the proposed goal, showing efficiency, good performance and safety.

Key words: disk brake, off-road vehicle, safety.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Equipe Sinuelo .................................................................................................... 16 Figura 2 - Tendncias de bloqueio das rodas do veculo .............................................................17 Figura 3 - Freio automotivo ................................................................................................................18 Figura 4 - Sistema do pedal de freio ................................................................................................19 Figura 5 - Cilindro mestre ...................................................................................................................20 Figura 6 - Disco de freio ....................................................................................................... 21 Figura 7 - Pina fixa ............................................................................................................................22 Figura 8 - Pina flutuante ...................................................................................................................22 Figura 9 - Pastilha de freio .................................................................................................................23 Figura 10 - Freio a tambor .................................................................................................................24 Figura 11 - Freio a tambor .................................................................................................................25 Figura 12 - Componentes do sistema ABS .......................................................................... 27 Figura 13- Dimenses bsicas do veculo .....................................................................................29 Figura 14 - Anlise do disco de freio dianteiro ..............................................................................40 Figura 15 - Anlise do disco de freio traseiro ................................................................................40 Figura 16 - Mangueira Aeroquip ......................................................................................... 41 Figura 17 - Pina de freio dianteiro .................................................................................................41 Figura 18 - Pina de freio traseiro ...................................................................................................41 Figura 19 Cilindro de freio .............................................................................................................42 Figura 20 - Disco de freio dianteiro .................................................................................................42 Figura 21 - Disco de freio traseiro ....................................................................................... 43 Figura 22 - Dimensionamento do pedal ...........................................................................................43 Figura 23 - Grfico de desempenho de frenagem ........................................................................44

SUMRIO

1. INTRODUO ......................................................................................................... 12

1.1 PROBLEMA DA PESQUISA ....................................................................................... 12 1.2 JUSTIFICATIVA .......................................................................................................... 12 1.3 OBJETIVO GERAL ..................................................................................................... 13 1.3.1 Objetivos especficos ............................................................................................. 13 1.4 ESCOPO E DELIMITAO DO TRABALHO ............................................................... 14 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO .................................................................................... 14

2. REFERENCIAL TERICO ....................................................................................... 15

2.1 PROJETO SAE BRASIL BAJA EQUIPE SINUELO FAHOR ...................................... 15 2.2 SISTEMA DE FREIO ................................................................................................... 16 2.3 PEDAL DE ACIONAMENTO ....................................................................................... 18 2.4 CILINDRO MESTRE ................................................................................................... 19 2.5 SISTEMA DE FREIO A DISCO .................................................................................... 20 2.5.3 Pina de freio .......................................................................................................... 21 2.5.4 Pastilhas de freio .................................................................................................... 22 2.5.5 Disco de freio .......................................................................................................... 23 2.6 SISTEMA DE FREIO A TAMBOR ................................................................................ 24 2.7 FLUDO DE FREIO ..................................................................................................... 25 2.8 ATRITO DO SOLO COM O PNEU ............................................................................... 26 2.9 SISTEMA ANTIBLOQUEIO (ANTILOCK BRAKING SYSTEMS - ABS) ................................. 26 2.10 NORMAS DE SEGURANA SAE BRASIL .................................................................. 27 2.11 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE FREIO ......................................................... 28

3. MTODOS E TCNICAS UTILIZADOS .................................................................. 33

3.1 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS ................................................................................ 33

4. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS ............................................. 35

4.1 MEMORIAL DE CLCULO .......................................................................................... 35 4.1.1 Dimensionamento do sistema de freio na dianteira ............................................ 36 4.1.2 Dimensionamento do sistema de freio na traseira .............................................. 38 4.2 ANLISE DO MATERIAL DO DISCO .......................................................................... 40 COMPONENTES DO SISTEMA DE FREIO ................................................................ 41 DETALHAMENTO DO SISTEMA DE FREIO ............................................................... 42 4.5 TESTES COM O VECULO ......................................................................................... 43

5. CONCLUSO .......................................................................................................... 45

SUGESTO PARA TRABALHOS FUTUROS .................................................................... 46

REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................................... 47

1

1. INTRODUO

1.1 PROBLEMA DA PESQUISA

Os veculos automotores so constitudos por vrios sistemas que cumprem

funes distintas visando atender funo global de transportar passageiros e

cargas com segurana.

Dentre esses sistemas destaca-se o sistema de freio que tem por funo efetuar

a frenagem do veculo. Trata-se de uma funo e que obedece a requisitos rigorosos

de segurana.

A Faculdade Horizontina FAHOR participa de uma competio a nvel regional

e outra a nvel nacional promovida pela SAE Brasil que rene equipes dos cursos de

Engenharia Mecnica do Brasil, onde so apresentados os projetos de veculos de

competio offroad Baja.

Em cada edio, as equipes participantes buscam aprimorar seus projetos,

visando aplicao de novas tecnologias, promovendo variaes em todos os seus

sistemas, dentre eles o Sistema de Freios.

Dessa maneira, a problemtica desta pesquisa trata da necessidade de garantir

maior eficincia e segurana ao sistema de freio em relao ao mdulo atualmente

utilizado pela equipe de Baja da FAHOR.

1.2 JUSTIFICATIVA

As competies coordenadas pela SAE Brasil, desafiam os acadmicos a

colocarem a teoria das salas de aula em prtica, desenvolvendo projetos de veculos

do tipo offroad - Baja.

Durante a competio, os projetos so apresentados para clientes fictcios. Esses

clientes requerem que os veculos estejam de acordo com as normas que a SAE

Brasil estabelece. Na competio, juzes avaliam todos os sistemas do veculo.

Aqueles que atendem as normas de segurana so classificados para

participarem de um enduro de resistncia, validando assim o melhor projeto terico e

prtico.

A instituio de ensino FAHOR possui uma equipe de Baja, chamada Sinuelo

FAHOR de Baja. A Equipe Sinuelo FAHOR de Baja est em constante evoluo,

tendo alcanado resultados expressivos at o momento. A sua busca crescente por

13

aprimoramento, aliada a inovao propiciada por correes em detalhes percebidos

no decorrer das competies, refletem os resultados alcanados.

Uma das dificuldades enfrentadas pela equipe nas ltimas competies se deu

em relao ao sistema de freio adotado, onde o mesmo teve uma perda de eficincia

considervel ao longo das provas em que participava, como a perda de presso das

pastilhas em contato com o disco de freio, propiciando desgaste prematuro.

Este trabalho busca realizar o dimensionamento de um sistema de freio para a

equipe, objetivando que o mesmo realize com eficincia a sua funo, trazendo

maior segurana para o piloto, assim como para as demais equipes e expectadores,

elaborando um sistema que esteja dentro das normas que a competio requer, e

que seja de custo acessvel para a equipe adquirir e manufaturar seu produto,

buscando alcanar patamares de maior destaque no mbito regional e nacional.

O trabalho tem importncia significativa na rea de engenharia mecnica, pois

trata do dimensionamento de um sistema de freio, item extremamente importante no

conjunto mecnico de um veculo, mesmo este sendo veculo de pequeno porte,

como o caso do veculo objeto do estudo. As premissas do dimensionamento do

sistema de freios podem ser utilizadas em veculos de grande porte, alm de

colocarem em prtica os conhecimentos adquiridos ao longo do curso.

1.3 OBJETIVO GERAL

Dimensionar um sistema de freio, que ir realizar a frenagem de acordo com as

normas que a competio impe, trazendo maior segurana para todos que esto

prximos ao veculo e principalmente ao piloto.

1.3.1 Objetivos especficos

Elaborar o conceito de um novo sistema de freio;

Definir os requisitos de dimensionamento para o novo sistema de freio;

Realizar anlise da resistncia do material do disco de freio;

Elaborar os desenhos detalhados do novo sistema de freio;

Comparar em termos de eficincia o novo sistema de freio com o atualmente

utilizado.

14

1.4 ESCOPO E DELIMITAO DO TRABALHO

Neste trabalho ser apresentado o dimensionamento de um novo sistema de

freio para um veiculo fora de estrada (offroad), atendendo os requisitos de

segurana e ergonomia que a SAE Brasil estabelece.

O trabalho em sua fase final atingir o nvel de dimensionamento ideal, onde

resultar em uma relao de componentes atravs do desenvolvimento e

embasamento terico. Estes componentes sero colocados em testes prticos

validando-os para as competies em que o Baja ir participar.

1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO

Alm do presente captulo, no qual apresenta-se o problema de pesquisa, a

justificativa, os objetivos e a delimitao do trabalho, este relatrio est composto

por mais quatro captulos.

No captulo 2, abordado o referencial terico, apresentando os principais

conceitos existentes no mercado, necessrios para a elaborao do

dimensionamento do sistema de freio.

No captulo 3, apresenta-se o mtodo de pesquisa utilizado no presente trabalho.

Ainda, nesse captulo, a estratgia, o delineamento da pesquisa, assim como as

atividades realizadas so discutidas detalhadamente.

No captulo 4, apresenta-se o dimensionamento do sistema de freio, uma anlise

atravs do software Ansys e o resultado de testes prticos.

E na ltima parte do trabalho abordam-se as concluses do trabalho e propostas

para trabalhos futuros.

2. REFERENCIAL TERICO

Neste captulo, o trabalho aborda o projeto Baja, e suas normas de

segurana para o uso do sistema de freios. Traz uma anlise dos tipos de sistemas

de freio encontrados no mercado e aborda tambm a eficincia da frenagem em

diferentes pisos de rodagem.

2.1 PROJETO SAE BRASIL BAJA EQUIPE SINUELO FAHOR

O projeto SAE Baja uma competio entre Instituies de Ensino Superior

de Engenharia, que desafia estudantes atravs do projeto e desenvolvimento de um

veculo offroad, visando aplicao prtica dos conhecimentos adquiridos em sala

de aula (SAE BRASIL, 1994).

O objetivo das equipes projetar e construir um prottipo recreativo offroad,

robusto, monoposto, visando sua comercializao ao pblico entusiasta e no

profissional. O veculo deve ser seguro, facilmente transportvel, de simples

operao e manuteno. Deve ser capaz de vencer terrenos acidentados em todas

as condies climticas sem apresentar danos (SAE BRASIL, 1994).

Cada equipe compete para ter seu projeto aceito por um fabricante fictcio.

Para isso, os acadmicos devem trabalhar em equipe para projetar, construir, testar,

promover e competir com um veculo que respeite as regras impostas, alm de

conseguir suporte financeiro para o projeto. Tudo deve ser executado respeitando

sempre as prioridades acadmicas (SAE BRASIL, 1994).

O veculo desenvolvido deve ser atrativo, pelo seu visual, desempenho,

confiabilidade e facilidade de operao e manuteno. Alm disso, deve ser

fabricado com ferramental padro, requerendo pouca ou nenhuma mo-de-obra

especializada. A operao segura do veculo deve ser uma considerao essencial

na definio do projeto (SAE BRASIL, 1994).

O Baja deve ser capaz de operar seguramente sobre terrenos acidentados,

incluindo pedras, areia, lama, troncos de rvores, grandes inclinaes e lminas de

gua em qualquer ou todas as combinaes e em qualquer condio climtica,

tambm dever ser capaz de transportar um piloto de at 113,4 kg (SAE BRASIL,

1994).

A Equipe SINUELO-FAHOR (Figura 1) formada por cerca de 20

acadmicos voluntrios dos cursos de Engenharia Mecnica e Engenharia de

16

Produo da Faculdade Horizontina - FAHOR. A Equipe nasceu em abril de 2006,

atravs da iniciativa do Professor Daniel Werner Zacher, membro da diretoria da

SAE Brasil Seo Porto Alegre, ele incentivou alguns estudantes a montarem uma

equipe de Baja para participar de competies e eventos, focando principalmente a

Competio SAE Brasil Petrobrs de Baja (EQUIPE SINUELO, 2006).

Esta experincia traz consigo maturidade e conhecimento ao grupo que

compe a equipe. O nome SINUELO tem sua origem do vocabulrio tpico do Rio

Grande do Sul, significando o cavalo manso que serve de guia ou reponte, para os

outros animais xucros (FERREIRA, 2008). Esta expresso demonstra a ideia de

confiabilidade, qualidade e principalmente liderana (EQUIPE SINUELO, 2006).

Figura 1 - Equipe Sinuelo. (2011).

2.2 SISTEMA DE FREIO

O sistema de freio uma combinao de peas cuja funo reduzir

progressivamente a velocidade de um veculo em movimento, ou faz-lo parar, ou

conserv-lo imvel se j estiver parado (FERREIRA, 2008).

Os veculos automotores so divididos em vrios subsistemas, um deles,

denominado sistema de freio constitui-se em uma das partes de maior importncia e

vitais para a segurana dos veculos. Um veculo demanda de tempo e espao para

atingir uma velocidade razovel, j o sistema de freios dever em tempo e distncia

muito menores, reduzirem essa velocidade a zero, ou diminu-la at a velocidade

desejada. Se os mecanismos encarregados de tracionar o veculo no forem

eficientes, as consequncias estaro relacionadas com o nvel de desempenho do

veculo. J na frenagem, se isso ocorrer, na melhor das hipteses, haver o

17

aumento da distncia de parada, ou falta de dirigibilidade do veculo, com

consequncias imprevisveis (ROSA; LEAL; NICOLAZZI, 2008).

O processo de frenagem dos veculos (principalmente os de grande porte)

possui dois momentos: o primeiro, enquanto o p do motorista sai do acelerador e

chega ao pedal do freio, conhecido como freio motor e o segundo que corresponde

presso exercida no pedal do freio. Para executar a frenagem sempre

aconselhvel a utilizao do freio motor, assim como a reduo de marchas antes ou

durante o acionamento do pedal de freio, de modo a evitar o bloqueio de rodas, que

pode provocar a perda de controle do veculo. A (Figura 2) ilustra o que pode

acontecer dentro do intervalo de apenas 0,5 s aps o bloqueio (x) de uma ou mais

rodas no processo de frenagem (SILVA, 2001).

Figura 2 - Tendncias de bloqueio das rodas do veculo. Fonte: Silva (2001).

Os sistemas de freio possuem como funo primordial a desacelerao do

veculo, transformando sua energia cintica em trmica, dissipando-a para o meio

ambiente. Para este sistema apresentar eficincia, dever apresentar como

caractersticas a resistncia eroso, pouco peso, elevada vida til, reduo do

rudo e taxa de desgaste, porm com uma relao aceitvel entre custo e

desempenho (LIMPERT; BLAU apud LUCIANO, 2005).

Alm de considerar as transformaes de energia cintica em trmica os

engenheiros devem observar alguns fatores para a realizao do projeto como a

estabilidade de frenagem, distribuio de foras de freio, o pneu utilizado e seu

estado de conservao, o atrito do terreno onde o veculo ir trafegar, a frenagem

em curvas, a fora aplicada no pedal, a distncia de travagem, paradas bruscas, e

principalmente o desgaste dos freios prevendo sua vida til (LIMPERT, 1999).

Uma das variveis de fundamental importncia para o sistema de freios a

acelerao, depende basicamente do nvel de conforto requerido na frenagem, da

segurana e dos dispositivos que a executam. Um freio perfeitamente regulado, com

18

pneus novos e calibrado, no plano, estrada asfaltada com rugosidade normal e seca,

carga bem distribuda, a acelerao de - 6 m/s para um sistema de freio a tambor

de - 7 m/s para um sistema com freio a disco e essa acelerao um fator de

projeto e dever estar apropriada as condies do veculo (DIAS apud ROSA; LEAL;

NICOLAZZI, 2008).

O sistema de freio (Figura 3) constitudo por diversos componentes que

formam seu layout e esses componentes normalmente so: Pedal de acionamento,

cilindro mestre, mangueiras, reservatrio do fludo, e um rotor que pode ser

classificado quanto a sua geometria como freio a disco ou freio a tambor (CROLLA,

2009).

Figura 3 - Freio automotivo. Fonte: Halderman (2012).

2.3 PEDAL DE ACIONAMENTO

O pedal de freio responsvel direto pelo inicio do processo de frenagem de

um veiculo, onde uma vez acionado o pedal, move-se o pisto do cilindro mestre,

que comprime o fluido que est em seu compartimento, e assim promove a

frenagem (LIMPERT, 1999).

O dimensionamento do sistema de alavancas (razo entre L1 e L2) do pedal

de freio (Figura 4) deve ser realizado a partir da presso que o sistema requer em

freadas de emergncia. O mecanismo de acionamento deve ser projetado em

19

funo de fatores ergonmicos para o sexo feminino, j que na atualidade, as

mulheres so grandes consumidoras de veculos automotores. No se pode

esquecer que, com o avano da cincia, a idade mdia das populaes nas regies

mais desenvolvidas cresceu, o que implica que pessoas cada vez mais idosas so

consumidoras de automveis (ROSA; LEAL; NICOLAZZI, 2008).

Ao ser dimensionado o pedal de freio deve ser observado para que a relao

fora/desacelerao fique entre 440 e 490N/g (g = acelerao da gravidade 9,8m/s)

para sistemas no servo assistidos, ou entre 220 e 330 N/g para sistemas servo

assistidos. J os deslocamentos do pedal no devem exceder 90 mm (L 1) e 150

mm (L 2). Os valores so estabelecidos em funo dos valores mximos de fora no

p direito para homens e mulheres (823 N e 445N, respectivamente), e da

velocidade de deslocamento do mesmo, que de aproximadamente 1m/s

(LIMPERT, 1999).

Figura 4 - Sistema do pedal de freio. Fonte: Halderman (2012).

Em uma situao em que o pedal de freio requer uma ou mais vezes ser

acionado, ocorre a indicao de fuga de fluido, ou problemas com os retentores nos

cilindros de rodas ou no cilindro mestre. Outro fator a ser observado a existncia

de ar na canalizao hidrulica do freio, para eliminar este fator dever ser realizada

uma sangria no sistema, ou seja, retirar o ar deste sistema. Esses testes devem

ser feitos com o carro parado e o motor ligado se possuir servo freio assistido com

vcuo. Nos veculos com freio assistido a vcuo e o motor desligado, depois de

acionado duas ou trs vezes em sequncia, o pedal fica mais duro, dado que a

cmara de vcuo tem a sua depresso diminuda em cada acionamento (ROSA;

LEAL; NICOLAZZI, 2008).

2.4 CILINDRO MESTRE

20

Este componente geralmente encontrado em automveis comerciais leves

em alguns caminhes leves e um dos responsveis diretos aps ser acionado pelo

pedal a dar o inicio no processo de frenagem de um veculo. Uma vez acionado o

pedal de freio, o pisto do cilindro mestre, passa a comprimir o fluido que esta em

seu compartimento, e a partir dessa primeira compresso iniciar a gerao de

presso em todo o circuito de atuao hidrulica. Sua funo tambm a de manter

a presso residual nos circuitos de freio (LIMPERT, 1999).

Os regulamentos de segurana exigem que veculos sejam equipados com

um sistema que efetue a frenagem das rodas dianteiras e traseiras de maneira

independente. Uma forma adota o uso de dois cilindros mestres, um responsvel por

realizar a frenagem das rodas dianteiras e o outro pelas traseiras. Outra forma utiliza

um cilindro mestre (Figura 5) com dois pistes alojados dentro de um furo nico.

Cada seo da unidade atuando com nico cilindro e o pisto mais prximo do pedal

chamado de pisto principal, enquanto o outro chamado de pisto secundrio

(CROLLA, 2009).

Caso ocorra um vazamento no interior do circuito primrio, o pisto primrio

avana seu curso total indo ao encontro do mbolo secundrio. A fora da haste

transmitida diretamente para o mbolo secundrio atravs do contato dos pistes,

permitindo assim que o mbolo secundrio possa pressurizar o circuito secundrio.

Inversamente, se ocorrer falha no circuito secundrio, os pistes se movimentaro

sem muita resistncia. Basta continuar apertando o pedal e vencer a forca da mola

proveniente do segundo cilindro at que todo o conjunto de pistes encoste no fundo

do cilindro mestre. O curso do primeiro cilindro fica assim inalterado e a presso

acumulada normalmente no circuito primrio (HALDERMAN, 2012.).

Figura 5 - Cilindro mestre. Fonte: Halderman (2012).

2.5 SISTEMA DE FREIO A DISCO

21

Este sistema (Figura 6) composto por disco, o qual est montado

fixamente sobre o eixo que liga a roda. Para realizar o travamento do mesmo

acoplado uma pina, o qual possui um cilindro que comprime as pastilhas de freio

contra o disco realizando a seu travamento. Este sistema normalmente utilizado

nos eixos dianteiros de veculos de pequeno porte, devido o seu custo de fabricao

ser mais elevado em relao ao sistema de freio a tambor, que normalmente

utilizado nos eixos traseiros (LIMPERT, 1999).

O sistema de freio a disco composto basicamente por trs componentes

bsicos: o disco, a pina, e as pastilhas de freio (GONALVES, 2004).

Figura 6 - Disco de freio. Fonte: Limpert (1999).

2.5.3 Pina de freio

A pina um dispositivo do veculo, est fixado em sua estrutura, e

constitudo por um ou mais pistes que realizam a compresso das pastilhas no

disco de freio. Quanto ao acionamento, a pina pode ser classificada como

pneumtica, empregada em veculos ferrovirios e alguns freios de caminhes e

nibus; hidrulica, usada na maioria dos veculos comerciais de pequeno porte; ou

eltrico magntico, por esforo centrfugo. (JUNIOR, 2012).

Quanto a forma que os pistes so alojados na pina, ela pode ser

classificada em flutuante (Figura 7) ou fixa (Figura 8). As pinas fixas contm um ou

mais pares de pistes que atuam de forma simultnea em cada lado do disco. Desta

forma, permitem que os pistes recebam a mesma presso do sistema.

(GONALVES, 2004).

22

Figura 7 - Pina fixa. Fonte: Rehkopf e Halderman apud Pittel (2011).

As pinas fixas foram sendo substitudos a partir da dcada de 90 pelas

flutuantes, devido principalmente a fatores como reduo de peso, custo e espao

fsico. A montagem do pisto localizada em apenas um lado da pina, aplicando a

presso do sistema em toda a rea da pastilha. Assim que o material de frico toca

no disco, por reao, faz com que a pastilha externa entre tambm em contato com

o disco realizando a sua travagem (REHKOPF, HALDERMAN apud PITTEL, 2011).

Figura 8 - Pina flutuante. Fonte: Rehkopf; Halderman apud Pittel (2011).

2.5.4 Pastilhas de freio

Para facilitar a manuteno, o material de atrito deve localizar-se nas

pastilhas, e no nos discos. As pastilhas (Figura 9) so compostos qumicos

constitudos de vrios elementos, estes elementos, so formados por fibras e

material de atrito na forma de p. As empresas especializadas realizam diversos

23

testes em laboratrio, para constituir a pastilha de maior resistncia, durabilidade, e

de menor custo, apresentam um coeficiente de atrito entre 0,35 a 0,45 (LIMPERT,

1999).

Figura 9 - Pastilha de freio. Fonte: Limpert (1999).

2.5.5 Disco de freio

Os discos de freio sofrem com um elevado torque, normalmente at duas ou

trs vezes maior do que o do motor, acarretando um aumento da temperatura dos

discos, necessitando de uma grande rea de resfriamento. Entretanto parte de sua

superfcie utilizada como superfcie de atrito a cada instante (JUNIOR, 2012).

O sucesso do freio a disco se deve a sua pouca sensibilidade ao fading (

quando ocorre pouca dissipao de calor no disco as pastilhas reduzem seu

coeficiente de atrito e o piloto dever acionar mais vezes o sistema de freio) . Este

sistema possui uma excelente refrigerao, j que a sua forma construtiva expe

diretamente a regio de atrito do disco com o ar. Devido sua forma de manufatura,

possvel projetar com uma espessura elevada e agregar desta forma canais

internos radiais para ventilao. Este tipo de construo, denominada de disco

ventilado, permite que o disco trabalhe como um ventilador centrfugo, aumentando

significativamente a eficincia da refrigerao. Nos discos, o efeito das deformaes

trmicas, que tambm so causadoras de fading em freios a tambor, no tem

influncia na forma da regio de contato pastilha/disco, j que o disco plano

(ROSA; LEAL; NICOLAZZI, 2008).

Normalmente o disco de freio manufaturado em ferro fundido, pois

apresenta baixo coeficiente de dilatao trmica, alm de apresentar alto coeficiente

de atrito. Ele apresenta basicamente duas formas construtivas: slido e ventilado. O

disco slido, normalmente utilizado em menores potncias. Para o disco ventilado,

a otimizao dos canais de ventilao confere a cada disco uma forma diferenciada.

24

Variaes de formato nos canais de ventilao permitem a otimizao do fluxo de ar

e, por conseguinte, a refrigerao do disco e estes canais realizam a remoo de

impurezas provenientes do material das pastilhas. Isto aumenta o rendimento de

frenagem e evita a reduo de atrito por aquecimento (GONALVES, 2004).

2.6 SISTEMA DE FREIO A TAMBOR

So caracterizados pelo uso de sapatas de freio constitudas de material de

atrito, que so pressionados radicalmente contra o tambor. utilizado nos EUA e no

Brasil devido ao alto fator de frenagem e a fcil incorporao de freio de

estacionamento (GILLESPIE, 1992).

O freio a tambor (Figura 10) consiste em duas sapatas pivotadas em dois

pinos. A aplicao de uma fora de atuao (Pa) empurra a lona contra o tambor,

gerando uma fora de atrito cuja magnitude uma a carga normal (NA ou NB) ao

coeficiente de atrito () da lona de freio contra o tambor. A energia do movimento

que deve ser absorvida no atrito, deve tambm ser dissipada pelo tambor de freio na

forma de calor (BONIATTI, 2003).

Figura 10 - Freio a tambor. Fonte: Boniatti (2003).

Este sistema (Figura 11) por se tratar de uma estrutura fechada possui

dificuldade de dissipar o calor, que resulta em aumento de temperatura atingindo o

25

fading. Com este aumento da temperatura o tambor se dilata afastando as lonas,

consequentemente ele requer um maior curso do pedal para aplicar o torque de

frenagem equivalente (HALDERMAN apud INFANTINI, 2008).

Figura 11 - Freio a tambor. Fonte: Limpert (1999).

2.7 FLUDO DE FREIO

O fludo consiste num lquido sinttico que no ataca a borracha e, no

danifica os vedadores dos freios. Tem por funo transmitir a presso no sistema,

acionando os cilindros de roda, para assim efetuar a frenagem do veculo. O fludo

armazenado em um reservatrio situado em local de boa visibilidade e fcil acesso.

A necessidade de completar o nvel do reservatrio indica que existe algum ponto de

vazamento, necessitando reviso geral do sistema (ROSA; LEAL; NICOLAZZI,

2008).

O mesmo autor relata que o emprego de pastilhas de metal sinterizado e

consequente com alta condutividade trmica (baixo isolamento trmico), aquece o

fluido de freio ocasionando a sua vaporizao. A presena deste vapor no sistema

de acionamento hidrulico pode causar o travamento dos freios e a perda da ao,

levando os fabricantes de fluidos de freio a desenvolver em novos produtos com

grande resistncia a vaporizao. Outro aspecto importante deste aquecimento

que a temperatura tambm causa a deteriorao dos selos de borracha dos cilindros

hidrulicos das rodas, podendo levar ao travamento dos pistes dos cilindros

hidrulicos das pinas, pelo acmulo de poeira e p de pastilha.

26

2.8 ATRITO DO SOLO COM O PNEU

O atrito ocasionado pela transmisso de esforos entre o pneu e a pista,

esforos que ocorrem durante os processos de frenagem e acelerao ou quando

da absoro de foras laterais, como a fora centrpeta em curvas. Depende do

atrito disponvel no contato, tambm chamado aderncia entre pneu e pista. Quanto

maior for o coeficiente de atrito () da pista de rolagem (Tabela 1), maior ser a

capacidade de frenagem do veculo em uma menor distncia, contrapondo quanto

menor o coeficiente de atrito maior ser a derrapagem maior equivaler a distncia a

ser percorrida pelo veculo (ROSA; LEAL; NICOLAZZI, 2008).

A aderncia pode ser atribuda, principalmente, a duas diferentes formas de

interao entre a borracha e o piso: adeso molecular, que depende dos materiais

em contato, e deformao da borracha em contato com as irregularidades do solo,

que propicia uma interpenetrao entre ambas. A umidade da pista tambm altera a

aderncia e quanto maior for a umidade da pista, menor ser sua aderncia (ROSA;

LEAL e NICOLAZZI, 2008).

Tabela 1 - Coeficiente de atrito das pistas de rolagem.

Fonte: Rosa; Leal; Nicolazzi (2008).

2.9 SISTEMA ANTIBLOQUEIO (Antilock braking systems - ABS)

So dispositivos de controle do sistema de freio (Figura 12), que evitam o

bloqueio das rodas na frenagem, mantendo a dirigibilidade e a estabilidade do

veculo em uma desacelerao, reduzindo as distncias de frenagem (BOSCH,

2005).

So instalados sensores nas rodas que comandam vlvulas magnticas que

so instaladas entre o cilindro mestre e o cilindro da roda. Caso ocorra uma

desacelerao abruta da roda (risco de bloqueio), a presso na roda no poder

27

subir. O sensor ir ativar o comando de vlvulas de entrada e sada e as deixar

fechadas, mantendo a presso constante (COSTA, 2002).

Mantendo a desacelerao, a vlvula de sada dever ser aberta, para

reduzir a presso. O fludo bombeado de volta ao cilindro mestre pela bomba de

retorno. A presso no cilindro diminui e aplicada uma menor fora na pastilha,

deixando a roda exercer seu movimento, este processo aumenta a estabilidade do

veculo, deixando o sobre controle do motorista/piloto (COSTA, 2002.).

Figura 12 - Componentes do sistema ABS. Fonte: Costa (2002).

2.10 NORMAS DE SEGURANA SAE BRASIL

O carro deve ser equipado com um sistema de freio hidrulico que atua

sobre todas as rodas e operado por apenas um p. No so permitidos cabos

entre o pedal e o cilindro mestre de freio. O sistema de freio deve ser capaz de

travar as 4 rodas quando o carro estiver parado ou andando. Qualquer tipo de

acionador de freio permitido (SAE BRASIL, 2009).

O veculo deve ter pelo menos 2 sistemas hidrulicos independentes para o

caso de um sinistro ou uma falha em qualquer ponto do sistema. Pois o freio deve

ser mantido em pelo menos 2 rodas. Cada sistema hidrulico deve ter seu prprio

reservatrio separado, ou usar um represado. Linhas de freio de plstico no so

permitidas(SAE BRASIL, 2009).

Conforme SAE Brasil (2009) o veculo deve estar equipado com luz de freio,

de preferncia uma marcada com SAE Sou U ou se no for certificada, como

SAE J759, ela deve ser igual ou exceder esse padro. Os times devem providenciar

28

documentao que certifique que a luz atende os requisitos padres. Luzes originais

automotivas podem ser usadas. Os juzes avaliaro se a luz atende ou no os

requisitos. A luz de freio deve ser independente das chaves corta corrente e

permanece funcionando o tempo todo.

O veculo ser submetido demonstrao da capacidade de frenagem,

antes de realizar as provas prticas. Neste caso, um piloto da equipe deve oper-lo,

acelerando-o no espao demarcado at velocidade alta o suficiente e aplicando o

freio, de modo travar as 4 rodas. Ser aprovado, o veculo que reconhecidamente

travar todas as rodas. No obtendo sucesso, podero ser executadas quantas

tentativas forem necessrias. At a aprovao, o veculo s pode ter o motor

operado na rea de teste (SAE BRASIL, 2009).

O funcionamento efetivo de todo o sistema de freio ser verificado durante

todo o evento. Se forem detectadas falhas o veculo ser removido da competio

at o problema for resolvido (SAE BRASIL 2009).

2.11 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE FREIO

No dimensionamento do sistema de freio foi adotada a metodologia de

Gillespie (1999). Nela determinado realizar a coleta de informaes estticas

Figura 13 e dinmicas. Dentre as estticas so destacadas a massa do veculo com

o piloto, dimenses entre eixo e posio do centro de gravidade (CG) e a distncia

de frenagem. Nas informaes dinmicas necessrio determinar a velocidade

inicial do veculo, neste sentido foi realizado testes com o mesmo conforme quadro

1, resultando em uma velocidade inicial de 9,5 m/s.

Quadro 1 Velocidade inicial do veculo (2012).

29

Figura 13- Dimenses bsicas do veculo (2012).

Realizada est coleta de informaes, parte-se para os clculos estticos e

dinmicos do sistema. Primeiro calcula-se o peso mximo do veculo, equao 1, e o

esttico sobre cada eixo, equao 2 e 3, levando em considerao a massa do

piloto. Aps calculado a desacelerao mxima do veculo, equao 4. No terceiro

passo calculado a transferncia de cargas dinmicas entre os eixos dianteiro,

equaes 5.1 e 5.2, e traseiro, equao 6.1 e 6.2, para cada sistema adotado a

equao cuja representa a maior resultante.

(1)

Onde: W = Peso do veculo (N); m = Massa total do veculo (kg); g = Acelerao da gravidade (m/s).

( ) (2)

Onde: ( ) x = Razo entre a carga normal do eixo traseiro e o peso total do veculo.

(3)

Onde:

30

= Peso esttico sobre o eixo traseiro (N).

(4)

Onde:

= Velocidade final (m/s); = Velocidade inicial (m/s);

= Desacelerao (m/s); = Distncia percorrida (m).

(

)

(

)

(5.1)

(5.2)

Onde:

= Peso dinmico no eixo dianteiro do veculo na frenagem (N); c = Distncia do CG ao eixo traseiro (m); L = Distncia entre eixos (m); h = Altura do CG (m).

(

)

(

)

(6.1)

(6.2)

Onde:

= Peso dinmico no eixo traseiro do veculo na frenagem (N); b = Distncia do CG ao eixo dianteiro (m).

Definidos estes dados parte-se para determinar o momento toror entre a

roda e o disco de freio dianteiro e traseiro, para assim determinar a fora mxima

que dever ser exercida pela pina, equaes 7 a 10, observando que para calcular

a fora transversal na roda mais carregada dever ser utilizada para a dianteira e

para a traseira a equao 7. Seguindo o principio da disciplina Mecnica dos Slidos

sobre o esforo que uma alavanca produz, onde maior o brao da alavanca menor

ser seu esforo, definiu-se o maior dimetro do disco possvel para montar no

veculo, tambm observou-se a mxima espessura possvel para alojar na pina,

desta forma diminuindo o curso de deslocamento do mbolo.

31

.

(7)

Onde: Fora transversal na roda mais carregada (N);

= Coeficiente de atrito pneu/solo.

(8)

Onde:

= Momento aplicado no disco nas rodas dianteiras (N.m); = Fora (N);

= Raio do pneu (m).

(9)

Onde:

= Fora aplicada no disco (N); = Raio do disco (m).

. (10)

Onde: F = Fora aplicada nas pastilhas da pina (N);

= Coeficiente de atrito nas pastilhas da pina.

Para definir o sistema de freio (pina e cilindro mestre) buscou-se adotar

peas comerciais desta forma facilitando eventuais reposies. Para a dianteira foi

optado pela aquisio de duas pinas do modelo da Motocicleta Honda Modelo CG

150, j para a traseira foi optado pela utilizao de uma pina travando assim as

duas rodas, reduzindo assim peso caso fosse utilizado duas, neste sentido optou-se

pelo modelo da Motocicleta Honda Falcon Modelo NX 400, devido que a mesma

possui dois mbolos aumentando assim a rea de contato, reduzindo o esforo de

acionamento do freio. J para o cilindro optou-se pela utilizao de duas unidades

do modelo da Motocicleta Honda Falcon Modelo NX 400, uma para o acionamento

na dianteira e o outro na traseira, para assim aumentar a confiabilidade do sistema.

Para comprovar que o mesmo ter o desempenho esperado foi calculado

atravs da relao de reas entre o mbolo da pina e o cilindro mestre a partir das

equaes 11 e 12. Para o dimensionamento do pedal, equao 13 observou-se

aspectos de ergonomia, como a fora mxima exercida no pedal.

(11)

Onde: P = Presso (Pa); A = rea do mbolo da pina (m); n = Nmero de mbolos.

(12) Onde:

= Fora no cilindro mestre (N); A = rea do cilindro mestre (m).

(13)

Onde: =Relao de esforo do pedal;

= Fora no cilindro mestre (N); = Fora de acionamento (N).

33

3. MTODOS E TCNICAS UTILIZADOS

O trabalho desenvolvido qualifica-se quanto a natureza, como do tipo pesquisa

aplicada e como motivao, a necessidade de produzir conhecimento para aplicao

de seus resultados, com o objetivo de construir para fins prticos, visando soluo

mais ou menos imediata do problema encontrado na realidade (BARROS;

LEHFELD, 1989).

Esta forma de pesquisa depende de dados que podem ser coletados de formas

diferenciadas, tais como pesquisas de laboratrios, pesquisa de campo, entrevistas,

gravaes em udio e/ou vdeo, dirios, questionrios, formulrios, analise de

documentos, etc (MICHEL, 2005).

Como procedimento de execuo de pesquisa aplicada, definiu-se para o

presente estudo o seguinte:

Coletar informaes sobre novos conceitos de sistema de freio, atravs de

uma pesquisa bibliogrfica, realizando um comparativo dentre os sistemas

existentes e o que melhor se adapta ao veculo offroad Baja e que atende a norma

da SAE Brasil, alm de possuir um custo de fabricao baixo;

Realizar o levantamento de dados relacionados ao veculo como: o peso;

velocidade mxima; dimenses como altura, largura, comprimento e posio do

centro de gravidade; coeficientes de atrito dos pneus com os diferentes tipos de

solo. Posteriormente realizar os clculos do dimensionamento do sistema de freio,

analisando a desacelerao da frenagem, o esforo requerido no pedal, a

durabilidade das pastilhas ou lonas de freio, considerando todos os parmetros

necessrios para uma eventual fabricao;

Comparar os desempenhos de frenagem em diferentes velocidades, com o

dimensionamento de freio do Baja anterior para assim validar o dimensionamento do

atual.

3.1 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS

Para realizar o dimensionamento utilizou-se um notebook modelo HP,

processador Intel (R) Core (TM) i5-2410M CPU 2.30 GHz, memria instalada (RAM)

6 GB.

34

Para auxiliar nas anlises de resistncia do material do disco de freio, alm de

realizar os desenhos detalhados do projeto foram utilizadas tcnicas de projeto

assistido por computador que incluem anlise estrutural atravs do software Ansys.

Utilizou-se um GPS para realizar os testes prticos do veculo, verificando

deslocamento e velocidade mxima.

35

4. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS

4.1 MEMORIAL DE CLCULO

Neste capitulo sero apresentados os clculos para o dimensionamento do

sistema de freio, e consiste na aplicao das equaes do captulo 2.10. Dentre os

sistemas de freio adotou-se o de freio a disco, pois se adapta melhor ao veculo

offroad, alm de possuir peas de reposio acessveis para a equipe.

Peso mximo do veculo Equao 1:

W = 3081,12 N

Peso sobre o eixo dianteiro Equao 2:

( ) = 314,40 . (1-0,60) . 9,80

= 1232,45 N

Peso sobre o eixo traseiro Equao 3:

= 3081,12 1232,45

= 1848,67 N

Acelerao mxima em uma eventual freada, onde as rodas sero travadas em

uma distncia de 8 metros, no levando em considerao para este clculo o tempo

de reao do piloto para acionar o pedal at executar o travamento do disco de freio

no disco, Equao 4:

( ) ( )

= - 5,64 m/s

Transferncia de carga dinmica para o eixo dianteiro Equaes 5.1 e 5.2,

respectivamente:

(

)

(

(

))

(

)

(

)

1866,90 N

Transferncia de carga dinmica resultante no eixo traseiro Equaes 6.1 e

6.2, respectivamente:

(

)

(

(

))

(

)

(

)

1214,22 N

4.1.1 Dimensionamento do sistema de freio na dianteira

Fora aplicada na roda mais carregada Equao 7:

= 1782,63 N

37

Momento aplicado no eixo na roda dianteira Equao 8:

0,28 490,22 N.m

Fora aplicada no disco Equao 9:

5602,56 N

Fora aplicada na pastilha da pina Equao 10:

.

5602,56 . 0,4

F = 2241,02 N

Presso no sistema Equao 11:

P= 2241023,58 Pa

Fora aplicada no cilindro mestre Equao 12:

= 1120,51 N

Relao de esforo no pedal de acionamento do sistema Equao 13:

( )

4.1.2 Dimensionamento do sistema de freio na traseira

Fora aplicada na roda mais carregada Equao 7:

= = 1144,43 N

Momento aplicado no disco na roda dianteira Equao 8:

0,28

314,72 N.m

Fora aplicada no disco Equao 9:

2538,05 N

Fora aplicada na pastilha da pina Equao 10:

.

. 0,4

F = 1015,22 N

Presso no sistema Equao 11:

P= 564011,99 Pa

Fora aplicada no cilindro mestre Equao 12:

= 564,01 N

Relao de esforo no pedal de acionamento do sistema:

( )

Atravs dos resultados foi possvel realizar o dimensionamento do sistema,

sendo o dimetro do disco de freio dianteiro 175 milmetros (mm), e do disco de freio

traseiro 248 mm. Os cilindros devero ser montados de maneira que apenas um

pedal realize o seu acionamento, como os mesmos possuem regulagem, no

constitui problema a diferena de presso existente entre o sistema de freio na

dianteira e na traseira. A relao de esforo dever corresponder ao maior valor

encontrado ente os dois sistemas (2,24 mm).

40

4.2 ANLISE DO MATERIAL DO DISCO

Aps realizado o dimensionamento do disco de freio, partiu-se para uma

anlise esttica do mesmo, empregando a fora de aperto das pastilhas (resultado

da Equao 10) empregada na frenagem e uma fora contrria, sendo o momento

toror que ocorre no disco (resultado da Equao 8).

A partir das anlises do disco de freio dianteiro, Figura 14, e do disco de freio

traseiro, Figura 15, a tenso mxima atuante ser de 40 e 31,7 MPa,

respectivamente. Desta forma pode-se confirmar que o ferro fundido cinzento ir

suportar o esforo solicitado pelo sistema de freio, considerando-se que seu limite ao

escoamento de 250 MPa e os resultados apresentados foram inferiores.

Figura 14 - Anlise do disco de freio dianteiro (2012)

Figura 15 - Anlise do disco de freio traseiro (2012).

41

4.3 COMPONENTES DO SISTEMA DE FREIO

As mangueiras, Figura 16 para transportar o fludo de freio sero do modelo

Aeroquip, por possurem baixa deformao quando submetidas presso interna do

fluido de freio, uma vez que so fabricadas em politetrafluretileno com revestimento

em malha de ao inoxidvel, seu dimetro interno ser de 6,4mm ele

desconsiderado no dimensionamento do sistema de freio, onde ter a funo de

transportar o fludo.

Figura 16 - Mangueira Aeroquip (2012).

As pinas de freio na dianteira, Figura 17, sero do modelo da Motocicleta

Honda Modelo CG 150, j para a traseira, Figura 18, ser uma pina do modelo da

Motocicleta Honda Falcon Modelo NX 400.

Figura 17 - Pina de freio dianteiro (2012).

Figura 18 - Pina de freio traseiro (2012).

42

O cilindro de freio, Figura 19, ser do modelo da Motocicleta Honda Falcon

Modelo NX 400.

Figura 19 Cilindro de freio (2012).

4.4 DETALHAMENTO DO SISTEMA DE FREIO

A seguir, est apresentado o dimensionamento dos discos de freio dianteiro e

traseiro e as unidades so em milmetros (mm), Figuras 20 e 2.

Figura 20 - Disco de freio dianteiro (2012).

43

Figura 21 - Disco de freio traseiro (2012).

A Figura 22 representa o pedal, onde L1 representa 33,3 milmetros e L2

representa 150 milmetros.

Figura 22 - Dimensionamento do pedal. Adaptado de Halderman (2012).

4.5 TESTES COM O VECULO

Para executar os testes, buscou-se realizar um comparativo entre o sistema de

freio anterior e o atual. Realizou-se em piso de rodagem de asfalto, sendo que o

veculo percorria uma distncia de 100 metros empregando sua mxima acelerao

e aps, uma frenagem brusca, verificando assim a mxima distncia percorrida com

as 4 rodas do veculo travadas. Estes dados foram coletados atravs de um GPS.

A figura a seguir mostra este comparativo, sendo que as marcaes em

vermelho no grfico representam o sistema de freio anterior com os discos de ao

inoxidavel martensitico AISI 420 e as marcaes em azul representam o sistema de

freio dimensionado neste trabalho, com os discos de ferro fundido cinzento. Conclui-

se que o sistema atual possui uma eficincia de cerca de 25% maior do que o

anterior, Figura 23.

44

Figura 23 - Grfico de desempenho de frenagem (2012).

Foi realizado outro teste, verificando o desgaste das pastilhas. O veculo rodou

em uma pista durante quatro horas, sendo duas com o sistema de freio anterior e

duas com o desenvolvido neste trabalho, com pastilhas do mesmo material.

As pastilhas do sistema de freio dimensionado neste trabalho tiveram um

desgaste 25% menor do que as pastilhas do sistema anterior.

45

5. CONCLUSO

O trabalho que aqui finaliza, teve como propsito fundamental, dimensionar um

sistema de freio para um veculo offroad Baja construdo pela Equipe Sinuelo

FAHOR de Baja, atendendo os requisitos que a norma da competio Baja SAE

impe aos veculos, visando maior segurana tanto para o piloto do veculo como

para os indivduos que possam estar nas proximidades deste.

Por meio da coleta de informaes sobre os diversos sistemas de freio,

realizou-se foi realizados comparativos para definir o que melhor se adaptaria ao

veculo em questo, tambm buscou-se maximizar o potencial do sistema de freio

escolhido.

Com as anlises atravs do software e testes prticos, comprovou-se um

aumento na confiabilidade do sistema em 25%, proporcionando maior durabilidade

do equipamento.

Como principais resultados, pode-se apontar que os de frenagem cumprem os

requisitos que as normas da competio impem aos participantes, sendo que o

sistema de freio adotado no trabalho executa o travamento das quatro rodas em

uma resposta rpida em relao ao seu acionamento.

Por meio de clculo da transferncia de carga dinmica entre os eixos

possibilitou-se dimensionar o disco de freio ideal para executar a frenagem com um

menor esforo de acionamento do pedal. Adotou-se uma reduo em 55% do

esforo de acionamento do pedal recomendado por Limper (1999), desta forma

aumentando a ergonomia do piloto. Com o novo material do disco de freio e sua

geometria as pastilhas de freio apresentarem um desgaste inferior as antigas em

25%, aumentando assim a confiabilidade do equipamento.

Atravs de anlise realizada no software Ansys possibilitou-se confirmar as

expectativas quanto a aplicao do material ferro fundido cinzento no disco de freio.

Por fim, os resultados abonam o sistema de freio desenvolvido no trabalho

como confivel e seguro para o piloto e os indivduos que estiverem ao seu redor,

assim como ganho em conhecimento para a Equipe Sinuelo FAHOR de Baja.

46

SUGESTO PARA TRABALHOS FUTUROS

Para estudos futuros, sugere-se pesquisas sobre a transferncia de calor

que ocorre entre a pastilha e o disco durante uma frenagem, buscando adequao a

um modelo ideal de pastilha, bem como estudos abordando questo ergomtrica do

piloto quando do acionamento dos pedais, dimensionando o conjunto banco, pedal

para que o mesmo tenha ergonomia satisfatria.

REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS

BARROS, A.; LEHFELD, N. Fundamentos de metodologia. So Paulo: McGraw-Hill, 1989.

BONIATTI, D. L. Anlise do comportamento de fadiga para estruturas submetidas a temperaturas elevadas aliadas a esforos cclicos. 2003. Dissertao (Mestrado em Engenharia Mecnica)- Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre 2003.

BOSCH, R. Manual de tecnologia automotiva. Trad. de H. Madjderey, G. W. Prokesch, E. de J. Zerbini, S. Pfeferman-So Paulo: Edgard Blcher, 2005.

COSTA, P. G. A Bblia do Carro. [S.l.]: [s.n.], 2002.

CROLLA, D. A. Automotive Engineering. United States of America: Elsevier Inc., 2009.

Equipe Sinuelo. O QUE A EQUIPE SINUELO FAHOR DE BAJA? (2006). Disponvel em: < http://baja.fahor.com.br/index.php?option=com_content&view=article&id=8&Itemid=23/>. Acesso em: Maro 2012.

FERREIRA, A. B. de H. Mini Aurlio, 7. ed., Curitiba: Positivo, 2008.

GILLESPIE, T. D. Fundamentals of vehicle dynamics. Warrendale - EUA: SAE International, 1999.

GONALVES, J. Otimizao de parmetros de materiais de atrito de sistemas de frreio usando algoritmos geneticos. 2004. Tese (Doutor em Engenharia Mecnica)- Universidade Federal de Santa Catarina. Florianpolis 2004.

HALDERMAN, J. D. Automotive Technology. 4. ed. Nova Jersey: Prentice Hall, 2012.

INFANTINI, M. B. Variveis de desempenho dos sistemas de freio. 2008. Dissertao (Mestrado em Engenharia Mecnica)- Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre 2008.

JUNIOR, A. A. dos S. Freios e embreagens por atrito (2012). Disponvel em: < www.fem. unicamp.br/~lafer/em718/arquivos/FreiosEmbreagens.doc>. Acesso em: Maro 2012.

LIMPERT, R. Brake design and safety. 2. Ed. Warrendale - EUA: SAE International, 1999.

LUCIANO, M. A. Reutilizao de informaes e conhecimentos para apoio ao projeto de material de atrito. 2005. Ps-Graduao (Engenharia de Produo) - Universidade Federal de Santa Catarina. Florianpolis 2005.

MICHEL, M. H. Metodologia e pesquisa cientifica em cincias sociais. So Paulo Atlas, 2005.

PITTEL, F. M. M. A influncia dos resduos e do tempo de resfriamento do disco de freio sobre o comportamento do atrito em frenagens. 2011. Monografia (Engenheiro Mecnico)- Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre 2011.

ROSA, da E.; LEAL, L. da C. M.; NICOLAZZI, L. C. Uma introduo modelagem quase esttica de veculos automotores de rodas (2008). Disponvel em: < http://www. grante.ufsc.br>. Acesso em: Maro 2012.

48

SAE BRASIL. O que o Baja? (1994). Disponvel em: < http://www.saebrasilorg.br/eventos /ProgramasEstudantis/site/>. Acesso em: Maro 2012.

SAE BRASIL. Regras e relatrios (2009). Disponvel em: < http://www.saebrasil.org.br/eventos/ProgramasEstudantis/site/baja2012/index.html>. Acesso em: Maro 2012.

SILVA, P. C. M da. Elementos dos sistemas de trfego (2001). Disponvel em: < http://vsites.unb.br/ft/enc/pagdisc/engtraf/apostilas/APOSTILA1.pdf>. Acesso em: Maro 2012.