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UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARANDIRETORIA DE GRADUAO E EDUCAO PROFISSIONALCURSO DE ENGENHARIA MECNICA

BRUNO BOTTURA TESTAJOO MARCELO ABREU BERNARDI

EMBREAGENS E FREIOS DE ATRITO

TRABALHO DE ELEMENTOS DE MQUINAS

CORNLIO PROCPIO2015

BRUNO BOTTURA TESTAJOO MARCELO ABREU BERNARDI

EMBREAGENS E FREIOS DE ATRITO

Trabalho, apresentado disciplina de Elementos de Mquinas, do Curso Superior de Engenharia Mecnica do Departamento Acadmico de Mecnica DAMEC da Universidade Tecnolgica Federal do Paran UTFPR, como requisito para aprovao na disciplina.Orientador: Prof. Me. Jose Aparecido Lopes Junior

CORNLIO PROCPIO2015

LISTA DE ILUSTRAOFigura 1 - Classificao de embreagens e freios6Figura 2 - Embreagem de contato positivo6Figura 3 - Uma embreagem de disco de placas mltiplas atuada por presso de fluido7Figura 4 - Embreagens de sobremarcha: (a) embreagem de escovas; (b) embreagem de mola enrolada9Figura 5 - Embreagens magnticas: (a) embreagem de atrito operada magneticamente, (b) embreagem de histerese11Figura 6 - Disco de embreagem axial de superfcie nica17Figura 7 - Freio de disco utilizado em bicicletas18Figura 8 - Freios a tambor de sapatas externas para mquinas de elevao20Figura 9 - Sapata e esquema de freios a tambor de sapatas externas para veculos ferrovirios21Figura 10 - Esquema de freios a tambor de sapatas internas para veculos automotivos22Figura 11 - Freios a tambor de sapatas internas com detalhe do ajustador e da sapata23

LISTA DE TABELASTabela 1 - Propriedades de materiais comuns de forrao para embreagens/freio16

SUMRIO1.Introduo62.Tipos de freios e embreagens72.1.Embreagens de contato positivo72.2.Embreagens de atrito92.3.Embreagens de velocidade102.4.Embreagens centrfugas122.5.Embreagens magnticas e freios122.6.Embreagens e freios de partcula magntica132.7.Embreagens e freios de histerese magntica132.8.Embreagens de corrente de rendimento143.Seleo e especificao de embreagens / freios153.1.Fatores de servio153.2.Localizao de embreagens164.Materiais para embreagens e freios185.Embreagens de disco196.Freios de disco207.Freios de tambor217.1.Freios a tambor com sapatas externas218.Atrito269.Referncias27

1. Introduo

Embreagens e freios so dispositivos o mesmo dispositivos basicamente. Sendo que cada um deles prov uma conexo de atrito magntica, hidrulica ou mecnica entre dois componentes. Se os componentes conectados podem rodar, ento chamado de embreagem. Se um dos elementos roda, enquanto outro fixo, chamado de freio.Freios e embreagens so utilizados em mquinas de produo de todos os tipos, no apenas em aplicaes envolvendo veculos nos quais so indispensveis para parar o movimento e permitir que o motor de combusto interna possa permanecer rodando quando o veculo est parado. Embreagens tambm permitem que uma carga de alta inrcia seja movimentada com um motor eltrico menor que o que seria necessrio se esta fosse diretamente conectada. As embreagens so utilizadas muitas vezes para manter um torque constante em um eixo de tensionamento de abas ou filamentos. Uma embreagem pode ser utilizada como um dispositivo de desconexo em eventos de emergncia, pois separa o eixo do motor em casos de emperramento de uma mquina. Em tais casos, um freio tambm ser adequado para levar o eixo a uma parada rpida quando submetido a um caso desses. Freios antifalhas trabalham acoplados, a menos que seja aplicada potncia para desacopl-los. Portanto, eles falham de forma segura e param a carga se a energia falhar. Freios de ar de caminhes de autoestrada so desse tipo. A presso do ar libera o freio, que trabalha normalmente acoplado. Se o vago de trem ou o reboque de um caminho se separar e cortar a sua mangueira de conexo ao motor ou trator, o freio automaticamente acoplado.

2. Tipos de freios e embreagens

Freios e embreagens podem ser classificados de vrios modos, por meio da forma de atuao, pela maneira como transferem energia entre elementos e pela maneira do acoplamento. A Figura 1 mostra um diagrama de fluxo salientando essas caractersticas. As formas de atuao podem ser mecnicas, como ocorre em um automvel quando acionado um pedal, pneumtica ou hidrulica, onde a presso exercida por um fluido move um pisto para fazer mecanicamente o acoplamento ou desacoplamento, como ocorre em freios de veculos, eltrica, que tipicamente empregada para excitar uma espira magntica, ou automtica, como no caso do freio contra derrapagem que se acopla pelo movimento relativo entre elementos.

2.1. Embreagens de contato positivo

As formas de transferncia de energia podem ser por meio de um contato mecnico positivo, como no caso de uma embreagem de dentes ou em forma de serra, que se acopla por interferncia mecnica, como mostrado na Figura 2. O engajamento se caracteriza pela interferncia mecnica obtida por meio de agarras quadradas ou em forma de dentes de serra, ou com dentes de vrias formas. Esses dispositivos no so to teis para freios (exceto como dispositivos de suporte), porque eles no podem dissipar grandes quantidades de energia, como um freio de atrito, e, como embreagens, eles s podem ser engajados a velocidades relativamente baixas (cerca de 60 RPM mx. para embreagens de mandbula e 300 RPM mx. para embreagens de dentes). Suas vantagens residem nos acoplamentos positivos e uma vez acoplados, podem transmitir grandes torques sem escorregamento. Elas so combinadas algumas vezes com embreagens de atrito, que levam os dois elementos aproximadamente mesma velocidade antes que as mandbulas e os dentes se engajem. Este o princpio das embreagens sincronizadas em transmisso automotiva manual.

Figura 1 - Classificao de embreagens e freiosFonte: Norton

Figura 2 - Embreagem de contato positivoFonte: Norton

2.2. Embreagens de atrito

So os tipos mais comumente utilizados. Duas ou mais superfcies so pressionadas entre si por meio de uma fora normal para criar um torque de atrito. As superfcies de atrito podem ser planas e perpendiculares ao eixo de rotao, caso em que a fora normal axial, como mostrado na Figura 3, ou podem ser cilndricas com a fora normal na direo radial, ou cnica. Embreagens cnicas podem tender a agarrar, emperrar e no se separar.

Figura 3 - Uma embreagem de disco de placas mltiplas atuada por presso de fluidoFonte: Norton

Pelo menos uma das superfcies de atrito geralmente metlica (ferro fundido ou ao), e a outra normalmente feita de um material com alto atrito, conhecido como material de forro. Se existirem apenas dois elementos, haver uma ou duas superfcies de atrito para transmitir torque. Um arranjo cilndrico (freio de tambor ou embreagem) possui uma superfcie de atrito apenas, e um arranjo axial (disco de freio ou embreagem) possui uma ou duas superfcies dependendo de o disco ser colocado em forma de sanduche entre as duas superfcies do outro elemento ou no. Para maior capacidade de torque, embreagem de disco e freios construda frequentemente com discos mltiplos para aumentar o nmero de superfcies de atrito, como mostrado na Figura 3. A habilidade que uma embreagem ou freio tem de transmitir o calor gerado pelo atrito pode ser o fator limitante de sua capacidade. Embreagens de discos mltiplos so de resfriamento mais difcil e, portanto, indicadas para aplicaes envolvendo altas cargas e baixas velocidades. Para cargas dinmicas de alta velocidade, um nmero menor de superfcies de atrito melhor.Embreagens de atrito podem ser operadas secas ou molhadas, estas ltimas trabalhando em um banho de leo. Ainda que o leo diminua sensivelmente o coeficiente de atrito, ele aumenta muito a transferncia de calor. Coeficientes de atrito para combinaes de materiais de embreagens/freios giram normalmente entre 0,05 para leo e 0,60 para condies de atrito seco. Embreagens molhadas normalmente utilizam discos mltiplos para compensar o baixo coeficiente de atrito. Transmisses automticas para automveis e caminhes contm vrias embreagens molhadas e freios operando em leo, que circulado para fora da transmisso com o intuito de ser resfriado. Transmisses manuais de veculos rsticos para fora de estrada, como motocicletas, utilizam embreagens molhadas, cheias de leo, em reservatrios selados, com discos mltiplos para proteger as superfcies de poeira, gua e sujeira. Transmisses manuais de automveis e caminhes utilizam normalmente embreagens de um nico disco, secas.

2.3. Embreagens de velocidade

Operam automaticamente com base na velocidade relativa de dois elementos. Elas atuam na circunferncia e permitem rotao relativa em uma s direo. Se a rotao tende a se inverter, a geometria interna do mecanismo da embreagem agarra o eixo e trava. Essas embreagens de travamento em reverso podem ser utilizadas em guinchos para evitar que a carga caia se a energia que move o eixo for interrompida, por exemplo. Essas embreagens tambm so utilizadas como mecanismos de indexamento. O eixo de entrada pode oscilar para trs e para frente, porm o de sada roda intermitentemente em apenas uma direo. Outra aplicao comum de embreagens de sobrevelocidade ocorre no cubo traseiro de uma bicicleta que permite que a roda rode livre quando a velocidade desta excede aquela da roda dentada de transmisso. Vrios outros mecanismos so utilizados em embreagens de sentido nico. A Figura 4a mostra uma embreagem de escovas que possui uma pista interna e outra externa, como um rolamento de esferas. Mas, em vez das esferas, o espao entre as pistas preenchido com escovas de estranhas formas, que permitem o movimento em uma direo, mas que emperram e travam as pistas uma outra, transmitindo um torque unidirecional, na outra direo. Um resultado semelhante obtido com esferas e roletes prisioneiros em cmaras com forma de cunha entre as pistas, no que ento conhecido como embreagem de roletes. A Figura 4b mostra outro tipo de embreagem de um s sentido de rotao, ou embreagem de sobrevelocidade, chamada de embreagem de mola, que utiliza uma mola enrolada de forma apertada ao redor do eixo. A rotao em uma direo enrola a mola de forma a apert-la mais contra o eixo, transmitindo torque. A rotao em sentido contrrio abre a mola ligeiramente, fazendo com que escorregue.

Figura 4 - Embreagens de sobremarcha: (a) embreagem de escovas; (b) embreagem de mola enroladaFonte: Norton

2.4. Embreagens centrfugas

Acoplam automaticamente quando a velocidade do eixo excede certo valor. Elementos de atrito so forados radialmente para fora contra um tambor cilndrico para que a embreagem acople. As embreagens centrfugas so utilizadas algumas vezes para acoplar motores de combusto interna ao trem de transmisso. O motor pode ficar em ponto morto desacoplado das rodas e, quando o injetor de combustvel se abre, aumentando a velocidade do motor, a embreagem acopla automaticamente. Essas embreagens so comuns em karts. Utilizadas em serras de corrente pela mesma razo, elas tambm servem para alvio em situaes de sobrecarga, j que escorregam, permitindo que o motor continue girando quando a serra emperra na madeira.

2.5. Embreagens magnticas e freios

So construdos de diversas formas. As embreagens de atrito so operadas eletromagneticamente, como mostrado na Figura 5a. Elas possuem vrias vantagens, como tempos de resposta rpidos, facilidade de controle, partida e parada suaves, e podem funcionar acopladas ou desacopladas. Existem ambas as verses de embreagem e freio disponveis, assim como mdulos combinados de embreagem-freio.

Figura 5 - Embreagens magnticas: (a) embreagem de atrito operada magneticamente, (b) embreagem de histereseFonte: Norton

2.6. Embreagens e freios de partcula magntica

No possuem contato direto envolvendo atrito entre o disco de embreagem e a carcaa e, portanto, nenhum material para consumir por desgaste. A folga entre as superfcies preenchida por um p ferroso fino. Quando a espira energizada, as partculas de p formam correntes ao longo das linhas de fluxo magntico e acoplam assim o disco carcaa sem escorregamento. O torque pode ser controlado variando a corrente na espira, e o dispositivo ir escorregar quando o torque aplicado exceder o valor determinado pela corrente na espira, proporcionando uma tenso constante.

2.7. Embreagens e freios de histerese magntica

No possuem qualquer contato mecnico entre os elementos rotativos e, portanto, tm atrito zero quando desacopladas. O rotor, tambm chamado de copo de arraste, arrastado conjuntamente (ou freado) pelo campo magntico estabelecido pelo campo de espira (ou im permanente). Esses dispositivos so utilizados para o controle de torque de eixos em aplicaes como mquinas de enrolar, onde uma fora constante deve ser aplicada aba ou ao filamento de material medida que este enrolado. O torque em uma embreagem de histerese controlvel independentemente da velocidade. Esses dispositivos so extremamente suaves e quietos, possuindo vida longa uma vez que no existe contato mecnico dentro da embreagem exceo dos seus mancais. Este tipo de embreagem est sendo mostrado na Figura 5b.

2.8. Embreagens de corrente de rendimento

So similares em construo aos dispositivos de histerese magntica na medida em que no apresentam contato mecnico entre rotor e polos. A espira estabelece contracorrentes que magneticamente acoplam a embreagem. Existir sempre algum escorregamento neste tipo de embreagem, uma vez que precisa existir movimento relativo entre o rotor e o polo para gerar as correntes que criam a fora de acoplamento, portanto, um freio de correntes parasitas no pode suportar uma carga estacionria, apenas diminuir a sua velocidade. Essas embreagens possuem vantagens similares aos dispositivos de histerese e so utilizadas em aplicaes similares como enroladores de espira ou filamento, etc.

3. Seleo e especificao de embreagens / freios

Fabricantes de embreagens e freios especializados fornecem uma quantidade extensa de informao com relao capacidade em termos de torque e potncia dos diferentes modelos apresentados em catlogos. Eles tambm definem procedimentos de especificao e seleo, em geral baseados no torque e na potncia antecipados para a aplicao em pauta e nos fatores de servio sugeridos, que tratam de compensar as diferentes condies de carga, instalao ou fatores de meio ambiente com relao aos que foram utilizados nos testes dos produtos. Por exemplo, a potncia-padro divulgada por um fabricante para um modelo de embreagem pode basear-se em um acionador suave, como um motor eltrico. Se, contudo, a aplicao em particular requer o uso de um motor de combusto interna da mesma potncia, haver cargas impulsivas, e uma embreagem ou freio de maior capacidade que a estabelecida pela potncia mdia ter que ser selecionado. Isso conhecido como ps-capacitao de uma embreagem (ou freio), significando que a capacidade real nas condies antecipadas de uso considerada menor que aquela capacidade anunciada para o dispositivo escolhido.

3.1. Fatores de servio

De acordo com muitos fabricantes de embreagens, uma causa comum de problemas em embreagens redunda da aplicao incorreta, por parte do projetista, de fatores de servio que levam em conta condies particulares da aplicao. Isso pode, em parte, ser resultado da confuso causada pela falta de padronizao das definies relativas a fatores de servio. Um fabricante pode recomendar um fator de servio de 1,5 para uma condio particular, enquanto outro pode recomendar 3,0 para a mesma condio. Ambos estaro corretos relativamente aos seus projetos de embreagem porque, em um caso, o fabricante pode j ter um coeficiente de segurana embutido, enquanto o outro requer a aplicao de um fator de servio. O projetista sensato ir seguir cuidadosamente as recomendaes do fabricante quanto seleo de seus produtos, reconhecendo que estas se baseiam normalmente em programas extensivos de teste, assim como em experincias de campo com o produto em questo. Uma embreagem ligeiramente pequena para determinada aplicao de carga ir escorregar e superaquecer. Uma embreagem muito grande para a carga tambm inadequada, j que adiciona inrcia desnecessria e pode sobrecarregar o motor que deve aceler-la. A maior parte dos fabricantes de componentes para mquinas so generosos no fornecimento de ajuda tcnica no que concerne engenharia necessria para dimensionar de maneira adequada e especificar seus produtos para qualquer aplicao. A preocupao principal do projetista de mquinas deve ser a de definir cuidadosamente a carga e as condies ambientais que o dispositivo deve enfrentar. Isso pode requerer clculos bastante extensos e cansativos de coisas como momentos de inrcia para todos os elementos no trem de transmisso de uma embreagem ou freio

3.2. Localizao de embreagens

Quando uma mquina possui eixos com velocidades altas e requer-se o uso de uma embreagem no sistema, imediatamente surge a questo de se a embreagem deve ser localizada no lado de baixa ou alta velocidade do redutor. Algumas vezes, a resposta ditada pela funo. Por exemplo, far pouco sentido pr uma embreagem automotiva no eixo de sada de uma transmisso em vez de coloc-la do lado de entrada, uma vez que, neste caso, o propsito principal da embreagem o de interromper a conexo entre o motor e a transmisso, portanto, deve ir ao lado de alta velocidade. Em outros casos, a funo no dita o posicionamento da embreagem.O torque e qualquer carga de choquem so maiores no eixo de baixa velocidade do que no eixo de alta, de acordo com a razo de transmisso. A potncia essencialmente a mesma em ambas as localizaes, mas a energia cintica no eixo de alta velocidade maior, variando com o quadrado da razo de transmisso. Uma embreagem no lado de baixas velocidades deve ser maior para poder trabalhar com um torque maior. Contudo, uma embreagem menor e mais barata no lado de alta velocidade deve dissipar a maior energia cintica presente naquela posio e, portanto, pode superaquecer mais facilmente. Alguns fabricantes recomendam que se utilize sempre o lado de alta velocidade como localizao para a embreagem cuja funo o permita, optando pela economia inicial maior. Outros fabricantes de embreagens sugerem que o custo inicial da embreagem maior, de baixa velocidade, ser compensado pelo seu menor custo de manuteno ao longo da vida til.

4. Materiais para embreagens e freios

Os materiais para partes estruturais de embreagens e freios, como os discos e tambores, so geralmente feitos de ferro fundido cinzento ou ao. As superfcies de atrito so geralmente forradas com um material que possua um bom coeficiente de atrito e com resistncia compresso e temperatura suficientes para a aplicao. A fibra de asbesto foi durante algum tempo o ingrediente mais comum em forraes de freios ou embreagens, mas no mais usada em muitas aplicaes por causa do risco causado pelo fato de ser cancergena. Forraes ou guarnies podem ser moldadas, tecidas, sinterizadas ou de material slido. As forraes moldadas usam, geralmente, resinas a base de polmeros para juntar uma variedade de materiais de preenchimento ou materiais fibrosos. Lato ou fragmentos de zinco so algumas vezes adicionados para melhorar a conduo de calor e a resistncia ao desgaste, alm de reduzir o ranhuramento de tambores e discos. Materiais tecidos so constitudos de longas fibras de asbesto. Os metais sinterizados fornecem maiores resistncias s temperaturas e compresso que os materiais moldados ou tecidos. Materiais como cortia, madeira e ferro fundido tambm so utilizados, como guarnio. A Tabela 1 mostra algumas propriedades friccionais trmicas e mecnicas de materiais utilizados como forrao.

Tabela 1 - Propriedades de materiais comuns de forrao para embreagens/freioFonte: Norton

5. Embreagens de disco

A embreagem de disco mais simples consiste em dois discos, um com material de forrao de alto atrito, pressionado axialmente com uma fora normal que gera a fora de atrito necessria para transmitir torque, como mostrado na Figura 6. A fora normal pode ser fornecida mecnica, pneumtica, hidrulica ou eletromagneticamente e costuma ser muito alta. A presso entre as superfcies da embreagem pode ser aproximada por meio de uma distribuio uniforme sobre a superfcie se os discos forem rgidos o bastante. Em tais casos, o desgaste ser maior no dimetro externo, porque o desgaste proporcional presso multiplicada pela velocidade e a velocidade aumenta linearmente com o raio. Contudo, como os discos se desgastam preferencialmente em direo parte externa, a perda de material ir mudar a distribuio de presso para no uniforme e a embreagem ir aproximar a condio de desgaste uniforme. Assim, os dois extremos so a condio de presso uniforme e desgaste uniforme. Uma embreagem flexvel pode estar prxima condio de presso uniforme quando nova, mas tender condio de desgaste uniforme quando em uso. Uma embreagem rgida ir aproximar mais rapidamente a condio de desgaste uniforme com o uso. Os clculos relativos a cada condio so diferentes e a hiptese de desgaste uniforme produz uma classificao mais conservativa da embreagem, sendo preferida, por isso, por muitos projetistas.

Figura 6 - Disco de embreagem axial de superfcie nicaFonte: Santos Junior6. Freios de disco

As equaes para embreagens de disco tambm se aplicam a freios de disco. Contudo, estes so raramente fabricados com forrao cobrindo a circunferncia completa de face, porque eles iriam superaquecer. Enquanto as embreagens so utilizadas com ciclos leves de carga, os freios frequentemente tm que absorver grandes quantidades de energia em aplicaes repetidas. Freios de disco com pina, como aqueles utilizados em automveis, usam pastilhas de atrito aplicadas contra uma pequena parte da circunferncia de disco, deixando o restante exposto ao esfriamento. Algumas vezes, o disco ventilado com passagens internas de ar que proporcionam esfriamento. A pina normalmente envolve o disco e contm duas pastilhas, cada uma das quais atritando um lado do disco. Isso cancela a fora axial e reduz as cargas axiais nos mancais. O freio comum de pina utilizado em bicicletas, como mostrado na Figura 7, outro exemplo em que o aro do pneu o disco e os garfos atuam sobre apenas uma pequena parte da circunferncia. Freios de disco so hoje em dia normalmente utilizados em automveis, especialmente nas rodas dianteiras, que proporcionam mais que metade da fora de frenagem. Algumas vantagens de discos sobre tambores resultam da boa controlabilidade e linearidade dos primeiros.

Figura 7 - Freio de disco utilizado em bicicletasFonte: Santos Junior7. Freios de tambor

Freios (ou embreagens) de tambor foram o material de atrito sobre a circunferncia de um cilindro, sejam externamente, internamente ou em ambas as faces. Esses dispositivos so mais frequentemente utilizados como freios do que como embreagens. A parte qual o material de atrito rebitado ou colado com adesivo chamada de sapata de freio, e a parte contra a qual atrita tambor de freio. A sapata forada contra o tambor para criar um torque de atrito. A configurao mais simples de um freio de tambor o freio de banda, no qual uma sapata flexvel enrolada ao redor da maior parte da circunferncia do tambor e apertada contra ele. Alternativamente, uma sapata (ou sapatas) relativamente rgida, com guarnio, pode ser pivotada contra a circunferncia externa ou interna (ou ambas) do tambor. Se a sapata contata apenas uma pequena poro angular do tambor, o arranjo conhecido como um freio de sapata curto, caso contrrio, um freio de sapata longo. A geometria de contato no caso curto versus longo requer que um tratamento analtico diferente seja aplicado a cada caso

7.1. Freios a tambor com sapatas externas

A figura 8 mostra o tipo mais comum de freio de tambor de sapatas externas. utilizado em maquinas de elevao, tais como pontes rolantes, elevadores, gruas, etc... Normalmente composto de duas sapatas simetricamente dispostas em torno de um tambor, que ligado a carga a ser freada. No caso da figura 8, o tambor provavelmente est ligado a outro tambor para enrolamento de cabos de ao de um elevador. No sistema mostrado, o acionamento eletromagntico, mas tambm pode ser pneumtico e, mais raramente, hidrulico ou manual. Quando o freio acionado, o conjunto de alavancas atua no sentido de aplicar presso entre as sapatas, que contm o material de atrito substituvel, e o tambor.

Figura 8 - Freios a tambor de sapatas externas para mquinas de elevaoFonte: Santos Junior

O tambor de freios mostrado na figura 8 serve tambm para dissipar o calor gerado na interface com as sapatas. Um freio semelhante a esse empregado em veculos ferrovirios. No caso desses veculos, a sapata pivotada em torno de um pino que a liga ao sistema de alavancas. A figura 9 mostra uma sapata colocada sobre a roda, esquerda, e o esquema pneumtico de aplicao dos freios ferrovirios, direita. Apenas um cilindro utilizado para cada vago em veculos de carga. Para locomotivas e alguns tipos de carros de passageiros, cada roda tem seu prprio cilindro de acionamento. Veculos ferrovirios dissipam o calor atravs das rodas, que o transfere por conveco em sua superfcie ou por conduo no contato com o trilho. O aquecimento nas rodas a causa de diversos problemas encontrados em ferrovias de carga, tratados em fontes especficas.

Figura 9 - Sapata e esquema de freios a tambor de sapatas externas para veculos ferroviriosFonte: Santos Junior

O freio de tambor de sapatas internas utilizado normalmente como freio trazeiro de veculos de passeio ou como freio de caminhes e nibus. Consiste tambm de duas ou mais sapatas que so aplicadas contra um tambor de freios, mas na face interna deste. Para tambores cilndricos slidos, como o mostrado na figura 8, fica difcil imaginar como as sapatas poderiam ser aplicadas na face interna, mas se considerarmos o tambor como um anel ou um cilindro vazado as sapatas podem ser colocadas no interior ou sobre a superfcie externa, causando o mesmo efeito de frenagem.A figura 10 mostra um esquema simplificado deste tipo de freio. Nele mostrado o cilindro de freio, que recebe a presso hidrulica do sistema de acionamento; os pistes do cilindro, que se movem aplicando a sapata sobre o tambor; as sapatas, que consistem no suporte metlico (contrasapata) e na lona de freio; o tambor, que a parte que gira do conjunto e solidrio roda em veculos; o cabo, que serve para aplicar o freio manualmente atravs 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 at a frenagem. No tipo de freio mostrado, a fora gerada no cilindro hidrulico move a parte superior das sapatas, que esto ancoradas no ajustador de folga. Com essa restrio, as sapatas no se movem lateralmente, mas giram em torno do ponto de ancoragem. Fica evidente que o apoio da sapata sobre o tambor se d principalmente na parte superior desta, fazendo com que a presso de contato seja maior nessa regio.

Figura 10 - Esquema de freios a tambor de sapatas internas para veculos automotivosFonte: Santos Junior

A figura 11 mostra um tambor de freio tpico com o ajustador de folga e uma sapata mostrados em detalhe. Conforme a sapata desgastada, a alavanca do ajustador de folga se move. A alavanca est apoiada em uma catraca que gira quando a primeira se move. Com o movimento da catraca a rosca de um parafuso espaador tambm gira, distanciando o ponto de ancoragem das sapatas e fazendo com que estas fiquem mais prximas do tambor. Essa proximidade controlada importante para que o tempo de resposta do sistema seja reduzido.

Figura 11 - Freios a tambor de sapatas internas com detalhe do ajustador e da sapataFonte: Santos Junior

8. Atrito

Toda vez que um corpo se movimenta, ou est na iminncia de movimentar-se, pode ser observado um fenmeno que bsico para existncia e sobrevivncia dos seres vivos: o atrito. O atrito classificado em dois tipos bsicos: esttico e dinmico. Definem tambm um parmetro adimensional denominado coeficiente de atrito (esttico ou dinmico) para representar seu efeito. Este parmetro uma medida da resistncia ao movimento de um corpo em contato com outro corpo quando ambos se movem em velocidades diferentes. Estudos demonstram que o coeficiente de atrito esttico entre dois materiais maior que o dinmico em condies equivalentes. Ambos dependem das caractersticas dos materiais e de fatores tais como acabamento, rugosidade, lubrificao, limpeza, contaminao, etc. O coeficiente de atrito dinmico tambm pode variar com a diferena de velocidade entre as superfcies, mas esta uma caracterstica geralmente desconsiderada nos materiais normalmente utilizados em freios, j que o este alcana um valor estvel a partir de baixas velocidades.Duas outras variveis so importantes no estudo do coeficiente de atrito de materiais de freios e embreagens: a presso especfica e a temperatura. Estudos realizados em sistemas de freio ferrovirios e automobilsticos mostram que quanto maior a presso especfica, ou seja, a fora de aplicao sobre a rea do material de atrito, menor o coeficiente de atrito. Os mesmos estudos demonstraram que a temperatura tambm influencia no sentido de reduzir o coeficiente de atrito e isso ocorre de duas formas: simplesmente atuando sobre a propriedade ou modificando a estrutura do material para que esta fique mais dura e lisa. A segunda forma, bem mais significativa, a principal responsvel por caminhes e nibus perderem os freios em descidas longas. Para o projeto de sistemas de freios, usual considerar o atrito dinmico que, por ser menor que o esttico, permite o dimensionamento em favor da segurana.

9. Referncias

NORTON, Rob. Projeto de mquinas: uma abordagem integrada. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2004.

SANTOS JUNIOR, Auteliano A. dos. Freios e embreagens por atrito. 25 f. Apostila Departamento de projeto mecnico, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.

SHIGLEY, Joseph Edward; MISCHKE, Charles R.; BUDYNAS, Richard G. Projeto de engenharia mecnica. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2005.