fiat sistemas de freio
TRANSCRIPT
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
1/55
Mecânica
Sistemas de freio
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
2/55
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
3/55
Sistemas de freio
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
4/55
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
5/55
ÍNDICE
Introdução 05
1ª Parte - Hidráulica 06
2ª Parte - Sistema de freios 30
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
6/55
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
7/55
Sistemas de freio
05
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
8/55
Sistemas de freio
06
1ª Parte - Hidráulica
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
9/55
Sistemas de freio
07
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
10/55
Sistemas de freio
08
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
11/55
Sistemas de freio
09
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
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
12/55
Sistemas de freio
10
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
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
13/55
Sistemas de freio
11
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
14/55
Sistemas de freio
12
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:
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
15/55
Sistemas de freio
13
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
16/55
Sistemas de freio
14
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...
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
17/55
Sistemas de freio
15
...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...
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
18/55
Sistemas de freio
16
...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).
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
19/55
Sistemas de freio
17
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
20/55
Sistemas de freio
18
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
21/55
Sistemas de freio
19
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
22/55
Sistemas de freio
20
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
23/55
Sistemas de freio
21
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
24/55
Sistemas de freio
22
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
25/55
Sistemas de freio
23
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
26/55
Sistemas de freio
24
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
27/55
Sistemas de freio
25
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
28/55
Sistemas de freio
26
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
29/55
Sistemas de freio
27
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
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
30/55
Sistemas de freio
28
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
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
31/55
Sistemas de freio
29
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
32/55
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
33/55
Sistemas de freio
31
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
34/55
Sistemas de freio
32
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
35/55
Sistemas de freio
33
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
36/55
Sistemas de freio
34
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
37/55
Sistemas de freio
35
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
38/55
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
39/55
Sistemas de freio
37
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
40/55
Sistemas de freio
38
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”.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
41/55
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
42/55
Sistemas de freio
40
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
43/55
Sistemas de freio
41
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
44/55
Sistemas de freio
42
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.
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;; ;
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
45/55
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
46/55
Sistemas de freio
44
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
47/55
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
48/55
Sistemas de freio
46
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:
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
49/55
Sistemas de freio
47
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
50/55
Sistemas de freio
48
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.
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
51/55
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
52/55
Sistemas de freio
50
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!
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
53/55
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
54/55
Sistemas de freio
52
-
8/19/2019 Fiat Sistemas de Freio
55/55