Análise de materiais de fundo de alto amortecimento e de seus efeitos em pastilhas de freio

Abstract

Ruídos de freio apresentam-se hoje como um dos principais problemas relacionados ao conforto do motorista em automóveis modernos. O elevado fator de atrito entre disco e pastilhas, necessário para proporcionar um adequado desempenho de frenagem aos atuais veículos de passeio, tem aumentado significativamente a propensão à ocorrência de ruídos do tipo squeal. A solução encontrada é a utilização de apêndices chamados insulators ou chapas anti-ruído, aderidos à plaqueta metálica da pastilha de freio. Esses componentes são especialmente desenvolvidos para aumentar o amortecimento do sistema vibratório composto por disco, pastilhas e pinça de freio, reduzindo o ruído produzido durante as frenagens. Essa opção, entretanto, tem um significativo impacto no custo do produto, podendo, muitas vezes, superar inclusive o custo do material de atrito utilizado em determinada pastilha de freio. O trabalho desenvolvido propõe a utilização de compósitos que, quando utilizados na função de materiais de fundo, são capazes de agregar amortecimento à pastilha de freio e, dessa forma, reduzir a geração de ruídos de freio. A formulação desses materiais enfatizou a utilização de elastômeros como matriz do compósito, dadas às propriedades de amortecimento associadas a esses materiais. Todos os ensaios desenvolvidos com o objetivo de caracterizar as propriedades físicas e mecânicas desses, bem como seu efeito quando utilizados como materiais de fundo em pastilhas de freio, foram também conduzidos com compósitos utilizados atualmente como materiais de fundo pela empresa fabricante de materiais de fricção FRAS-LE S.A. Assim, foram caracterizados os módulos de elasticidade dinâmico e estático, além da densidade dos compósitos. Em pastilhas equipadas com os diferentes materiais de fundo foram determinadas as freqüências naturais dos quatro primeiros modos de vibração, bem como o amortecimento associado a estes e a deflexão do bloco formado pelo material de atrito e de fundo em ensaio de compressibilidade. Para analisar a eficácia dos diferentes compósitos na redução de ruídos de freio, um par de pastilhas equipadas com cada material foi submetido ao procedimento de avaliação, em dinamômetro, da propensão à ocorrência de ruídos em sistemas de freio, SAE J2521. Ao final do trabalho, os resultados mostraram que o aumento do amortecimento associado a pastilhas de freio por meio da utilização de materiais de fundo de matriz elastomérica é viável. Associações entre diferentes propriedades mecânicas das pastilhas de freio estudadas e a ocorrência de ruído, durante o procedimento em dinamômetro, foram desenvolvidas, demonstrando que, para as amostras avaliadas nesse trabalho, o valor da compressibilidade apresenta significativa correlação com o número de frenagens ruidosas produzidas durante o ensaio procedimento SAE J2521.

Brake noise has become as a major concern related to drivers comfort on modern automobiles. The high friction coefficient between disc and pads, necessary to induce a convenient brake performance to current vehicles, has significantly increased the propensity of squeals noise. The usual solution to overcome this kind of problem is the use of an insulator shim attached to pads’ back plate. This is a component specially designed to increase damping on disc, pads and caliper vibrational system witch reduces brake noise as consequence. This option, however, has a significant impact on products cost and many times overcome cost of the friction material used on some brake pads. The developed work proposes the utilization of composites that, when used as underlayer materials, are capable to increase pads’ damping and reduce noise generation. The composites formula uses elastomers as its matrix due to the damping characteristics associated to these materials. All the tests done with the objective of characterize composites physical and mechanical properties of it, as well as its effects when utilize as underlayer materials, were done also with current composites used as underlayer materials by friction materials company FRASLE S.A.. Were characterized dynamic – on several different temperatures - and static Young´s modulus besides composites density. On brake pads equipped with them were determined the natural frequencies of first four vibration modes as well as the loss factor associated to them and the compressibility of the block formed by the friction and underlayer materials. To confirm the composites efficiency on brake noise reduction a par of pads equipped with each one were submitted to a dynamometer noise scattering procedure, SAE J2521. By the end of this work the presented results assure that is possible to increase pads damping by the utilization of elastomeric matrix underlayers. Some associations between pads mechanical properties and noise occurrence during dynamometer tests were conducted. Where demonstrated the compressibility value has a significant correlation with the number of noisy brake stops during SAE J2521 procedure