Variáveis de desempenho dos sistemas de freio

Abstract

Este trabalho é um estudo sobre as variáveis que atuam sobre o desempenho dos sistemas de freio, o atrito e o desgaste. Segundo a literatura, essas variáveis são: a velocidade de escorregamento, a pressão de contato, a temperatura e a umidade relativa do ar. A maneira como essas variáveis atuam no desempenho dos sistemas está relacionada aos mecanismos de atrito e desgaste envolvidos no processo de frenagem. Existe, portanto, uma inter-relação entre variáveis, mecanismos e desempenho. Escolhido um conjunto de sistemas de freio a disco representativo do mercado, foi realizado um levantamento das velocidades de escorregamento, pressões de contato e temperaturas típicas a que são submetidos esses sistemas. A velocidade de escorregamento e a pressão de contato foram obtidas analiticamente, enquanto que a temperatura foi medida em um ensaio específico que permitisse a comparação dos sistemas de freio entre si. Quanto à velocidade de escorregamento, não foram observadas diferenças significativas, porém, na análise das pressões de contato observou-se que os sistemas pneumáticos operam com pressões consideravelmente superiores, cerca de três vezes maiores que os sistemas hidráulicos. Para avaliar o comportamento térmico dos sistemas, foi realizado um ensaio mantendo-se a mesma velocidade de escorregamento, pressão de contato e densidade de energia (energia por unidade de área). Os resultados das temperaturas demonstraram que nos sistemas com discos ventilados houve diferenças significativas das temperaturas entre as faces lado cubo e lado oposto ao cubo devido à má distribuição de pressão nas pastilhas. A distribuição não-uniforme de pressão é mencionada por alguns autores como devida principalmente à rigidez do sistema de freio assim como folgas. Por fim, optou-se por determinar as características térmicas dos sistemas através da temperatura média medida pelos termopares nos discos ventilados e a temperatura medida por um único termopar no disco sólido, conforme especificam as normas. Os resultados indicaram que os sistemas apresentam um comportamento térmico semelhante.

This is a study about the variables that act over brake system performance, friction and wear. In accordance with literature, these variables are: the sliding velocity, contact pressure, temperature and air humidity. The manner that these variables act in the performance of the brake systems is related to mechanisms of friction and wear involved in the process of braking. Therefore, there are an inter-relation among variables, mechanisms and performance. Having chosen a set of disc brake systems that is representative of the market, it was made a survey of the common range of sliding velocity, contact pressure and temperature that these systems are submitted to. The sliding velocity and the contact pressure were obtained analytically, while the temperature was measured in experimental tests to make possible the comparison of the brake systems. In relation to the sliding velocity there were no significant differences observed. However, in the analyses of the contact pressure it was observed that the pneumatic systems operate with pressures considerably higher, like three times higher than the hydraulic systems. The thermal behavior of the systems was assessed by carrying out an experimental test in which the same sliding velocity, contact pressure and energy density (energy for unit area) were kept. The temperature results demonstrated that in the systems with ventilated discs there were significant differences of temperatures between the faces of the hub and opposite to the hub due to bad distribution of pressure in the pads. The non-uniform pressure distribution in the pads is mentioned by some authors in the literature as mainly due to the stiffness of the systems as well as clearances. Finally, it was decided to determine the thermal characteristics of the systems through the average temperature measured by the thermocouples in the ventilated discs and the temperature measured by one single thermocouple in the solid disc, as it is specified by the standards. The results indicate the systems present a behavior that is similar to each other.