Fiat Sistemas de Freio

8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio

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Mecânica

Sistemas de freio


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ÍNDICE

Introdução 05

1ª Parte - Hidráulica 06

2ª Parte - Sistema de freios 30


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Introdução

Abordaremos nesta apostila uma das mais importantes e vitais partes de um veículo, ou seja, oSistema de Freios. Uma frenagem segura está relacionada com os cuidados dispensados a todoo sistema, visto que o mesmo está sujeito às mais diversas condições de tráfego. Diante disso, aconservação e verificação periódica de todo o sistema é essencial para proporcionar rendimentoe maior segurança às frenagens.


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1ª Parte - Hidráulica


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Hidráulica, um pouco de história

Transformar pequenos esforços em grandes forças sempre foi uma necessidade do ser humano.

Foi Pascal, um sábio francês, o primeiro pesquisador a descobrir que aplicando pressão a umlíquido...

...este se transmitia igualmente a todos os pontos do recipiente em que está contido.


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O princípio em que se baseou foi:

• “os fluidos transmitem, integralmente e em todos os sentidos, as pressões que suportam”

Para entender como funcionam os dispositivos hidráulicos em um veículo, é necessário um conhe-

cimento elementar de hidráulica.

Princípios de hidráulica

Hidráulica é parte da hidrodinâmica que estuda as propriedades dos fluidos.

Quando aplicamos na superfície de um líquido uma força exercida por uma massa de 1 kgsobre uma secção de 1 m2 de área, essa pressão se transmitirá igualmente em todas as direçõesno recipiente.


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Mas como essa pressão chega nas paredes do recipiente?

A resposta está na segunda parte do Princípio de Pascal.

P = F A

Ex.: P = 10 Kgf = 2 Bar5 cm2

P = 10 Kgf = 1 Bar10 cm2

“As pressões transmitidas são proporcionais à área das paredes que as recebem”.

Observe que se colocarmos um peso de 10 kg no ponto “A” e forçá-lo num curso de 10 cm,o ponto “B”, sustentará o peso de 10 kg movimentando num curso também de 10 cm, pois asáreas “A” e “B” são iguais.

A B

10 kg 10 kg

10 cm 10 cm

Se ramificarmos a extremidade “B” em duas saídas iguais, verificamos que, para o mesmo cursodo ponto “A”, podemos sustentar o mesmo peso em cada extremidade ramificada, porém em umcurso de apenas 5 cm em cada uma.

A B1 B2

10 kg 10 kg 10 kg

10 cm 5 cm


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Se aumentarmos a extremidade “B” para 4 saídas, continuamos a sustentar o peso de 10 kg,no entanto, com um curso de 2,5 cm.

A B1 B2 B3 B4

10 kg 10 kg 10 kg 10 kg 10 kg

10 cm

2 , 5 c m

Perceba que, com a mesma força de 10 kg, podemos sustentar40 kg, embora a área das quatro saídas seja quatro vezes maior.

Então deduzimos que se aplicarmos uma força em 1 cm2 num curso de 10 cm, poderemossustentar um peso de até 1.000 kg, desde que a área de saída seja 100 vezes maior.Evidentemente o curso diminuirá em cem vezes.

A B

10 kg1000 kg

10 cm

1 m m


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Verificou-se que o que se ganhava em força, perdia-se proporcionalmente em curso útil, devidoao aumento da área.

Esse princípio é utilizado em muitas situações no campo industrial, como em prensas, elevadores,direção/freios hidráulicos etc.

Nos freios hidráulicos, um esforço no cilindro mestre faz com que as rodas recebam a mesmapressão, sendo suficiente para freá-las.


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Podemos observar ainda que se necessitarmos diminuira força para frear, basta reduzirmos o diâmetro docilindro mestre e aumentarmos o curso.

Lembre-se que a força aplicada no cilindro mestresó será atuante quando todas as lonas estiveremencostadas nos tambores.

Assim, a pressão será igual em todos os cilindros e ao mesmo tempo.

Dentre os elementos que compõem o freio hidráulico, um tem importância fundamental nosistema:


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O fluido de freio

Uma das mais importantes aplicaçõesindustriais das experiências de Pascal foia utilização dos líquidos para a transmissão

de força no sistema de freios hidráulicos.

As primeiras experiências foram feitas com água, porém logo se verificou que o líquido deveriater outras características.

Sendo assim, foram feitas experências com vários tipos

de misturas líquidas. No entanto, surgiram muitos problemas.


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Alguns materiais utilizados eram incompatíveis com o líquido, apresentando oxidação evazamentos em conseqüência de sua deterioração.

Dessa forma, uma combinação entre óleo de mamona, álcool e um neutralizante demonstrou-sesatisfatória...

...pois o óleo de mamona apresenta alta viscosidade, separação a baixa temperatura edegradação.

Com o desenvolvimento dos veículos, a produção de calor nas frenagens aumentou, exigindouma dissipação mais rápida...


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...e um líquido dotado de características químicas e físicas que garantisse condições detrabalho nas diversas circunstâncias.

No Brasil, a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) é o órgão que regulamenta asespecificações sobre os fluidos. Mas quais são as características mais importantes?

Ponto de ebulição

Temperatura em que o líquido, quando aquecido, começa a mudar de fase. O fluido devepossuir um ponto de ebulição de 2050C ou 2350C conforme prescrição de serviço...


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...e mesmo após prolongado aquecimento, manter o ponto de ebulição estável.

Viscosidade

É a resistência interna de um fluido ao escoamento.

PH e corrosão

O fluido de freio deve ter PH entre 7 e 11,5 (de neutro a alcalino).


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Tolerância com água

É a condição de absorver pequenas quantidades de água quando contaminado pelo contatocom o ar e permanecer homogêneo.

Prova de congelamento

O fluido de freio deve permanecer sem solidificar sob baixas temperaturas.

Perda por evaporação

Perda de características após uso contínuo e por temperaturas elevadas.


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Um outro freio que merece nossa atenção é o freio a vácuo.

Para entender melhor o princípio de funcionamento desse freioé necessário que saibamos um pouco sobre:

O vácuo e a pressão atmosférica

Estamos constantemente fazendo uso da combinaçãovácuo (depressão) e pressão atmosférica, emboranão percebamos.

Quando tomamos um refrigerante com o canudinho, primeiramente extraímos o ar existente emseu interior.

O ar atmosférico faz pressão na superfície do líquido e oempurra para dentro do canudo.


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Esteja atento! O vácuo não suga nada, apenas cria

uma pressão menor que a pressão atmosférica.

Pressão atmosférica

Nosso planeta está envolvido em uma camada de ar chamada atmosfera.

Supõe-se que essa camada de ar não exceda 1.000 km.


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O ar também é atraído devido à gravidade, pesando sobre a terra e produzindo a “pressãoatmosférica”.

À medida que subimos em relação à atmosfera, a pressão vai caindo. Como isso acontece?

Suponha que a atmosfera se divida em várias camadashorizontais sobrepostas. A camada mais inferior suportatodo o peso da atmosfera.

Essa camada é a mais comprimida e, por conseguinte,mais densa e pesada.


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Diante disso, Galileu observou que uma bomba aspirante não conseguia elevar a água a umaaltura superior a 10,3 m.

10,3 m

Depois, Torricelli conseguiu avaliar o porquê dessa limitação.

Encheu de mercúrio um tubo de 90 cm de comprimento.


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Tampou a extremidade e o mergulhou numa cuba que também

continha mercúrio.

O mercúrio desceu parando numa altura de 76 cm.

76 cm

Restou um espaço desprovido de ar que chamamos de “vácuo barométrico”.Vácuo

Barométrico

A pressão atmosférica pesa sobre o mercúrio da tina,sustentando os 76 cm da coluna de mercúrio.


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Então dizemos que a pressão atmosférica equivale a uma coluna de mercúrio de 76 cm dealtura.

Podemos fazer uma relação da experiência de Torricellisubstituindo o mercúrio pela água.

A água pesa 13,6 vezes menos que o mercúrio.

Assim, a coluna de água deverá ser 13,6 vezes mais alta,ou seja, 10,33 m ou 0,76 m x 13,6.


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Podemos concluir então que uma coluna de água de 10,33 m pesa igualmente a uma coluna demercúrio de 0,76 m.

É importante lembrar que todos esses cálculos consideram o nível do mar como a superfície maisbaixa da terra. Portanto, suporta a maior e mais pesada camada de ar.

Assim, cada cm2 da superfície suporta uma força exercida por uma massa de 1 kg.

Um homem médio com 15.000 cm2 de superfície suporta uma pressão de 15 toneladas.


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A

B

É essa pressão que utilizamos no campo automotivo.

O vácuo

Na física definimos o vácuo como uma pressão inferior à pressão atmosférica.

O vácuo é medido pela pressão diferencial em um tubo graduado.Tomemos um tubo com duas extremidades “A” e “B”.

Na extremidade “A” ligamos um dispositivo que retira o ar dedentro do tubo.


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A extremidade “B”, após estar em contato com o ar ambiente, é mergulhada em uma tina demercúrio.

Quando provocamos vácuo na parte de cima, a pressão empurra o mercúrio tubo acima.

Vácuo

A graduação do tubo indicará a pressão diferencial. O tubo temgraduação em polegadas e é chamado de “manômetro diferencialde mercúrio”.

Para fins industriais e automotivos, esse tubo é substituído por um dispositivo chamado devacuômetro, que indica o total de vácuo gerado.


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A ação de um cilindro a vácuo

Para entender bem a utilização do vácuo no campo

automotivo, vamos tomar como exemplo o servofreio avácuo.

Utilizaremos a atuação do vácuo e pressão atmosférica sobre um êmbolo dentro do cilindro.

Observe que as duas extremidades “A” e “B” do cilindro estão abertas à atmosfera.

Há uma pressão de ar igual a 14,7 libras-força por polegada quadrada em cada face doêmbolo.

Pressão

Atmosférica

A B

14,7 lbf /pol2

14,7 lbf /pol2

Pressão

Atmosférica


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Dessa forma o êmbolo não se moverá em nenhum sentido, pois as pressões estão balanceadas.

Vamos retirar parcialmente o ar da extremidade “A”. A pressão ficará reduzida a 4,7 libras-força por polegada quadrada.

Vácuo

A B

Pressão

Atmosférica

14,7 lbf /pol2

14,7 lbf /pol2

P.B. > P.A. = 14,7 - 4,7 = 10 lbf/pol2

Pressão diferencial de 10 lbf/pol2

Então temos uma pressão diferencial de 14,7 (extremidade “B”) menos 4,7 (extremidade “A”)sob pressão de 10 lbf/pol2.

Se tanto a extremidade “A” quanto a “B” estivessem fechadas e houvesse vácuo parcial nascâmaras, o êmbolo não se moveria ficando “suspenso em vácuo” até que abríssemos uma dasextremidades à atmosfera.

A B A B


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Assim funcionam os freios, admitindo um volume de ar no circuito de forças do motor.

Perceba que, ao combinarmos o ar atmosférico e ovácuo com os devidos cuidados,...

...podemos enumerar grandes vantagens para a aplicação no campo automotivo.

Principalmente para o sistema de freios que será o tema que estudaremos na próxima parte.Até lá.


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Os freios e sua história

A roda se constituiu em uma das mais importantes invenções. Sabemos que foi ela que permitiutransportar cargas que escapavam à capacidade da força humana.

Uma vez em movimento, algo deveria pará-las quando chegassem ao destino.

Foi diante dessa necessidade que surgiram os primeiros sistemas de freios, ainda que arcaicos.

Por algum tempo, usou-se cunhas que eram colocadas debaixo das rodas.

No entanto, o desgaste com o atrito foi exigindo que se desenvolvessem métodos maisaprimorados.


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Assim, foi criado um dos primeiros freios que usavam duas cintas flexíveis de aço em volta de umtambor também de aço.

Porém, o desgaste da cinta era rápido, sendo necessária a utilização de outros materiais como amadeira que, rebitados na cinta, aumentavam a eficiência do freio.

Contudo, esse sistema ficava exposto às impurezas...

... e os freios eram submetidos a grandes esforços de frenagemcausando desgastes nos componentes.


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Com a evolução dos automóveis, as potências aumentaram e conseqüentemente asvelocidades...

...tornando necessária a introdução dos freios nas quatro rodas.

Os freios eram puramente mecânicos, o que resultava emgrandes esforços físicos.

A partir daí, o homem tem desenvolvido e aprimorado a cada dia o Sistema de Freios,

utilizando a mecânica e a eletrônica para construir os mais modernos mecanismos.

Para chegar a essa fase, muito estudo teve que ser desenvolvido, principalmente sobre o atrito.


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Quando uma força é aplicada para retardar ou parar um corpo em movimento...

...resultará entre os dois corpos em contato o que chamamos de atrito.

A força utilizada para esse objetivo é denominada de ação da pressão. As superfícies atritadas

resistirão a qualquer movimento entre elas.

Perceba que, se aumentarmos o peso e modificarmos o material em contato, o atrito será maisefetivo.


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É importante considerar a qualidade do material usado

nas superfícies de atrito. Diferentes materiais comdiferentes características de atrito resultam no quechamamos Coeficientes de Atrito.

Nos automóveis, quando o atrito entre o disco e a pastilha for alto, será necessário um menoresforço de frenagem, porém com maior desgaste dos pneus.

Quando o atrito do material de fricção for baixo, ocorrerá o inverso, ou seja, maior esforço defrenagem e menor desgaste dos pneus.


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Quando duplicamos a velocidade de um veículo,a potência deve ser quadruplicada e os freios, emconseqüência, absorverão e dissiparão quatro vezes

mais calor.

Nessas condições, quando mantemos a mesma potência de frenagem, aumentará a distâncianecessária para parar um veículo desde o início da freada. Como será que isso acontece?

Aplicação do princípio de frenagem

Quando freamos um veículo em velocidade, o sistema de freios atuaprogressivamente, controlando o atrito.

O calor gerado é dissipado nos intervalos da frenagem, ou seja, quando o freio não está sendoutilizado.


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Lembre-se que, embora a freada efetiva seja aplicada nos tambores,

Sapatas

Superfície de

atrito do tambor

...é no contato dos pneus com o solo (pavimento) que consideramos oatrito atuante.

Esse atrito determinará a frenagem até a parada total.

Se os freios superarem o atrito no pavimento, o calor produzido ficará restrito a uma pequenaárea do pneu que deslizará.

O efeito máximo de retardamento sobre o solo, é uma das forças que determinam o total dedesaceleração conhecida por fator “K”.


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Quando a lona é pressionada contra o tambor, produz uma força quechamamos ”Auto-energizante”.

Quando há o afastamento da sapata do tambor, acontece a oposição deforça atuante chamada desenergização...

…que transforma a sapata em uma alavanca, auxiliando as forças atuantes e auto-energizantesa comprimir as sapatas contra o tambor.

Auto-energizante Desenergizante

Se a resultante estiver muito próxima da extremidade livre, a ação da sapata será incontrolável.


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O rendimento da ação da frenagem é uma constante preocupação dos projetistas que, paraisso, desenvolvem componentes cada vez mais modernos para compor o freio das rodas.

Freio das rodas é o mecanismo que transforma as pressões de aplicação em forças mecânicaspara retardar o movimento das rodas até pará-las.

Existem vários tipos de construções de freios dentre eles:

Simplex Duplex

Sem esquecer, é claro, do freio de estacionamento.

São freios incorporados às sapatas das rodas traseiras e acionados por um sistema de cabos deaço ligados a uma alavanca de comando manual.


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Há também os freios a disco com freio de estacionamento. São auto-reguláveis e não estãosujeitos às anomalias de um freio convencional a tambor.

Funcionam incorporados a uma unidade hidráulica que freia com mais eficiência que osconvencionais.

Esse sistema permite o acionamento através de cabos que são equipados com um mecanismo deregulagem automática acondicionada no interior da pinça.

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Vamos ver agora um componente muito importante e que influi diretamente na força que éimprimida no pedal de freio.

Servofreio

É acionado pelo vácuo fornecido pelo motor do veículo e pela pressão atmosférica. Consiste em

três elementos básicos combinados: uma seção de vácuo, uma válvula de controle e umcilindro-mestre.


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Posição de equilíbrio

Quando o freio é aplicado, a reação contra o êmbolo da válvula fecha a passagem do aratmosférico e abre para o vácuo. Com as duas passagens fechadas, o servofreio permanece emposição de equilíbrio.

Funcionamento sem auxílio do vácuo

Vários fatores podem ocasionar a falta de ar no sistema. Quando isso ocorrer, o freiofuncionará por completo uma vez, ou ainda, por diversas vezes parcialmente, bastando paraisso um aumento do esforço no pedal de freio.

Freios hidráulicos

Nesse sistema, a pressão exercida pelo pedal de freio é transmitida à sapata de formaampliada. Os componentes básicos são: cilindro mestre, tubulações e cilindros de rodas.


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Vazamento no circuito dianteiro

Se o vazamento estiver no circuito dianteiro, os êmbolos percorrerão livremente até que obatente do êmbolo secundário encoste no fundo da câmara. Assim haverá como comprimir ofluido para acionar a parte traseira.

A verificação das tubulações é muito importante, pois qualquervazamento ou entrada de ar tornam o sistema de freios precário.

Sangria

Na manutenção dos freios, é necessário que se retire possíveis bolhas de ar de dentro dosistema. Essa operação pode ser:


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manual...

...ou com pressurizador.

Lembre-se que, para efetuar a sangria, oreservatório deve estar cheio de fluido limpo.

É importante não reutilizar o fluido de freiopois poderá obstruir o sistema.


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Corretor de frenagem

Os primeiros veículos fabricados dispunham de um sistema de freios que atuavam nas quatrorodas sem levar em consideração a carga suportada no eixo traseiro e dianteiro.

Esse sistema não era adequado visto que as rodas traseiras, que suportavam menos peso,travavam primeiro que as rodas dianteiras.

A primeira mudança efetuada foi a diminuição da área doscilindros traseiros para diminuir a força de frenagem.


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Funciona a partir de uma mola que é comprimida por uma haste e que libera mais ou menosfluido para a frenagem, de acordo com a carga imprimida nos eixos.

Bem, chegamos ao final de mais uma apostila.

Agora é praticar e estar atento a esse sistema tão importante dos veículos. Vá em frente!


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