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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO ENGENHARIA MECÂNICA
EM37 – ELEMENTOS DE MÁQUINAS II
AULA 16 EMBREAGENS E FREIOS
Profa.: Dra. Alexandra de Oliveira França Hayama 15 de outubro de 2012
ELEMENTOS DE MÁQUINAS II EMBREAGENS FREIOS FREIO A DISCO FREIO A TAMBOR
ELEMENTOS DE MÁQUINAS II
EMBREAGENS FREIOS FREIO A DISCO FREIO A TAMBOR
EMBREAGENS
A função de uma embreagem é permitir, de forma suave e gradual, o acoplamento e o desacoplamento componentes com um eixo de rotação comum.
de
dois
Em uma embreagem de fricção, como a embreagem a disco, um dos objetivos é maximizar o coeficiente de atrito, mantendoo uniforme para uma ampla faixa de condições de operação e, ao mesmo tempo, minimizar o desgaste.
Em um automóvel, a embreagem possibilita que a caixa do câmbio seja desengatada conforme as necessidades do trânsito e também assegura a perfeita mudança das marchas.
EMBREAGENS
Quando se pisa no pedal da embreagem de um automóvel, há o desacoplamento da mesma, o que permite a troca de marchas.
Quando se solta o pedal da embreagem, há o acoplamento da embreagem e ocorre a transmissão da potência (rotação) do motor para a caixa de transmissão, o que deve ter como resultado uma partida suave do automóvel.
Quando o pedal da embreagem é solto bruscamente, o acoplamento entre as partes desta é feito muito rapidamente, o que faz com que o automóvel dê “trancos” entre a troca de marchas ou durante a saída do repouso.
As funções da embreagem em um automóvel são: → Permitir acoplamentos suaves e sem ruídos; → Transmitir o torque do motor para a caixa de transmissão (posição acoplada); → Permitir a interrupção da transmissão de torque para possibilitar as mudanças de marchas (posição desacoplada).
EMBREAGEM A DISCO
O conjunto da embreagem é montado no interior da carcaça cônica da caixa de câmbio e parafusado ao volante do motor.
Uma embreagem de automóvel é composta pelas seguintes partes:
→ Volante → Platô ou placa de pressão → Disco da embreagem ou placa da embreagem → Mola helicoidal; mola-diafragma → Eixo primário do câmbio → Cabo da embreagem → Rolamento de desengate
EMBREAGEM A DISCO
EMBREAGEM A DISCO
Informações adicionais: → Platô ou placa de pressão: As molas instaladas entre o platô e sua tampa externa permitem que as superfícies de atrito do disco da embreagem sejam pressionadas contra o volante do motor e não deslizem.
→ Rolamento de desengate: é ligado ao garfo da embreagem. Quando o pedal da embreagem é pressionado, o garfo força o contato entre o rolamento de desengate e o centro do platô. Isso libera a mola-diafragma, o que faz o disco da embreagem entrar em atrito com o platô e o volante do motor. Nos carros mais novos esse sistema é composto por um rolamento de esferas blindado.
EMBREAGEM A DISCO
Funcionamento: → O volante do motor, o disco da embreagem e o platô giram com o virabrequim.
→ Quando o pedal da embreagem é pressionado, uma articulação mecânica (sistema por cabo) ou hidráulica, que está ligada a ele, desacopla a embreagem do volante do motor.
→ Ao liberar o pedal da embreagem, a superfície conduzida, ou disco da embreagem, força a placa de pressão ou platô em direção ao volante do motor, acoplando o disco da embreagem, ocorrendo o atrito. Vídeos 01 e 02: Sistemas de transmissão e de embreagem
EMBREAGEM A DISCO
Disco da embreagem: consiste em duas metades: → A parte central estriada do disco encaixa-se na externa, onde está um revestimento de grande aderência.
→ Entre as duas metades há molas que atuam como amortecedores, absorvendo o choque inicial após o engate do disco.
→ O revestimento mais comum do disco da embreagem é a base de celulose e resina fenólica, que substituiu o asbesto (amianto), devido ao fato do amianto ser cancerígeno.
EMBREAGEM A DISCO
Nos sistemas de embreagens de automóveis mais antigos, eram utilizadas molas helicoidais para manter o platô prensado contra o disco, esses sistemas eram compostos por várias peças.
Nos sistema de embreagem utilizando molas helicoidais: → Quando a embreagem é engatada, as molas helicoidais mantêm o platô firmemente prensado contra o disco da embreagem, comprimindo-o ao volante. → Ao pressionar o pedal da embreagem, move-se o disco da embreagem contra o anel de encosto (ou mancal de liberação). Este, por sua vez, aciona a patilha (ou alavanca de liberação), que puxa o platô para trás.
Nos sistemas de embreagens mais modernos, as molas helicoidais foram substituídas pela moladiafragma (chamadas vulgarmente de “chapéu chinês”), reduzindo o número de peças móveis e diminuindo, assim, os custos de manutenção.
EMBREAGEM A DISCO
Embreagem a disco utilizando molas helicoidais:
EMBREAGEM A DISCO
EMBREAGEM A DISCO
EMBREAGEM A DISCO
EMBREAGEM A DISCO
→ Acionamento da embreagem por sistema hidráulico: Quando o pedal é pressionado, força-se o fluido a sair do cilindro mestre e ir para o servocilindro. Isso movimenta o pistão em seu interior e o garfo é acionado. Exemplo de automóveis que utilizam este tipo de embreagem: Ka, Fiesta, Corsa (modelo a partir de 2002).
EMBREAGEM A DISCO
→ Acionamento da embreagem por cabo: Quando o pedal é pressionado, o cabo de aço transmite esse movimento para o garfo, que desengata a embreagem. Exemplo de automóveis que utilizam embreagem por cabo: Gol, Celta, Palio, Mille.
EMBREAGEM A DISCO
Os discos de embreagem podem ser projetados para operar tanto a seco quanto em banho de óleo.
As embreagens de automóveis com um único disco são secas. As embreagens compostas por múltiplos discos operam sob banho de óleo. O óleo atua como um efetivo refrigerante durante o acoplamento da embreagem, e o uso de múltiplos discos compensa a redução do coeficiente de atrito.
As embreagens de múltiplos discos são empregadas em veículos automotivos, como caminhões de pequeno porte, caminhonete, máquinas agrícolas e transmissão automática.
Como vantagem, ocupa um espaço radial muito menor do que as embreagens convencionais a seco; como desvantagem, ocupam um espaço axial muito maior.
EMBREAGEM A DISCO
Embreagem de múltiplos discos:
EMBREAGEM CÔNICA
A embreagem cônica é similar à embreagem de disco e pode ser considerada como um caso geral, no qual o disco é particularmente posicionado a um ângulo de cone α. No caso da embreagem de disco o ângulo α é de 90º.
Embreagens cônicas são utilizadas quando se deseja grande amplificação da força de aplicação sem que haja limitação axial para deslocamento.
A grande vantagem desse tipo de embreagem é permitir um grande esforço normal nas superfícies em contato sem um apreciável esforço de engate. A desvantagem é o movimento axial, nem sempre possível na maioria dos dispositivos.
EMBREAGEM CÔNICA
Embreagem cônica:
ELEMENTOS DE MÁQUINAS II EMBREAGENS FREIOS
FREIO A DISCO FREIO A TAMBOR
FREIO
A função básica de um freio é absorver energia, isto é, converter energia cinética (energia de rotação) e potencial (por exemplo, em um elevador sendo) em calor por atrito, e dissipar o calor resultante sem que altas temperaturas, danosas ao sistema, sejam desenvolvidas.
Os freios reduzem a velocidade ou param o automóvel provocando atrito entre suas partes.
Nas aplicações em que os freios são utilizados de forma aproximadamente contínua por longos períodos de tempo, deve-se prover um meio rápido de transferir calor das partes do freio para o meio ambiente.
FREIO
Todos os automóveis têm dois sistemas de frenagem independentes: o de pedal e o de mão.
Em uma emergência, se o pedal falha, pode-se usar o freio de mão para fazer o carro parar. Sendo por esta razão que os dois têm funcionamento diferente.
→ O freio de mão, de acionamento mecânico, atua apenas nas rodas traseiras. A alavanca manual puxa um cabo ou barra que aciona os freios.
→ O freio de pedal tem acionamento hidráulico e atua sobre as quatro rodas do carro.
FREIO
Freio de pedal: o pedal se liga por uma barra a um cilindro do qual parte uma tubulação que se ramifica para cada uma das rodas.
O cilindro e os tubos contêm o fluido de freio, que possui alto ponto de ebulição.
O alto ponto de ebulição é uma característica importante, pois o fluido de freio deve resistir ao calor gerado na frenagem sem ferver, o que introduziria bolhas no sistema.
Quando se pisa no pedal do freio, um pistão comprime o fluido hidráulico até as rodas através dos dutos. Nas rodas, a pressão do fluido movimenta outro pistão, acionando o freio, que pode ser de dois tipos: a disco ou a tambor.
FREIO A DISCO
Funcionamento de um freio a disco: → Neste tipo de freio, um disco de metal é ligado ao cubo da roda e gira com ela.
→ Abraçando o disco existe uma pinça, que aloja um par de pastilhas (uma de cada lado do disco) encostadas a dois pistões dentro de cilindros. Um duto flexível liga o conjunto ao sistema hidráulico.
→ Quando se pisa no pedal do freio, devido à pressão no fluido, os pistões são acionados e empurram as pastilhas contra o disco, diminuindo sua rotação.
FREIO A DISCO
Pastilhas de freio
Disco de freio
FREIO A DISCO
Uma abertura na pinça permite checar o estado das pastilhas. À medida que elas se desgastam, os pistões compensam a folga entre as pastilhas e o disco.
A pinça pode ter acionamento pneumático, como em veículos ferroviários e alguns freios de caminhões e ônibus, ou hidráulico, como na maioria dos veículos comerciais de pequeno porte.
Devido ao grande torque a ser transmitido, normalmente até duas ou três vezes maior do que o do motor, os discos necessitam de grande área de resfriamento. Por isso, apenas parte de sua superfície é utilizada como superfície de atrito a cada instante.
FREIO A DISCO
Para facilitar a reposição, o material de atrito fica nas pastilhas e não nos discos, que são normalmente metálicos (por exemplo, de ferro fundido cinzento).
Os discos podem ser sólidos, para menores potências de frenagem, ou ventilados.
→ Os discos ventilados podem ter aletas internas ou furos na superfície de atrito.
→ A função das aletas ou furos é dispersar mais facilmente o calor gerado durante a frenagem.
→ Os furos também têm a função de retirar o material desgastado da região de contato entre a pastilha e o disco.
FREIO A DISCO
Freio a disco sólido:
Freio a disco ventilado:
FREIO A DISCO
Os elementos de atrito, ou as pastilhas de freio, podem ser: orgânicos, semi-metálicos, metálicos ou sinterizados.
→ Orgânicos: são feitos a base de celulose e resina fenólica, antigamente se utilizava asbesto (amianto) para melhorar as propriedades em altas temperaturas, mas atualmente esse material está proibido por ser cancerígeno. São mais indicados para uso urbano e em motos de pequena cilindrada. A maioria dos automóveis utiliza pastilhas orgânicas.
→ Semi-Metálicos: tem, tipicamente, latão, ferro e/ou alumínio adicionados em diferentes proporções à resina, de forma à manter suas características em altas temperaturas e também a resistência mecânica. A maioria das motos médias (250 a 600 cilindradas.) saem de fábrica com este tipo de pastilha.
FREIO A DISCO
→ Metálicos: Levam uma carga maior de pó metálico do que os semi-metálicos. São utilizados em motos de maior cilindrada (acima de 600 cilindradas.). Assim como os semimetálicos, tem longa vida útil e proporcionam frenagens mais progressivas.
→ Sinterizados: são feitos de uma mistura de metais em pó (tipicamente alumínio, cobre, ferro) e cerâmicas, são voltados para altas temperaturas. São moldados utilizando alta temperatura e pressão de forma a obter-se um bloco sólido e homogêneo. São utilizados em motocicletas de corrida.
Observação: cilindrada é o volume varrido por um pistão dentro de um cilindro considerando um ciclo completo de deslocamento (ida e volta).
FREIO A TAMBOR
Nos freios a tambor, como o conjunto é fechado, o calor gerado não se dispersa com facilidade.
Num declive acentuado e sob solicitação prolongada, pode ocorrer a chamada “fadiga” ou perda do poder de frenagem.
O sistema a tambor é fechado, impedindo em grande parte que água, sujeira e outros detritos penetrem no sistema, mas se for mergulhado em água (o que acontece quando se atravessa em uma rua inundada), perde a eficiência.
Nos freios a disco, os problemas de fadiga e encharcamento quase não existem, pois a circulação de ar através das passagens interiores, como as existentes nos discos ventilados, propicia um significativo resfriamento adicional, dissipando o calor e secando a água rapidamente.
FREIO A TAMBOR
Apesar das vantagens apresentadas pelos freios a disco, a maioria dos automóveis ainda utiliza esse tipo de freio apenas nas rodas dianteiras, devido a dois fatores:
→ Durante a frenagem, o peso do veículo se transfere para a frente, cabendo aos freios dianteiros suportar a maior parte do esforço, o que pode superaquecê-los se forem freios a tambor.
→ Os freios traseiros são, em geral, a tambor, pois, além de mais baratos, suas sapatas (ou lonas) exigem trocas menos frequentes, já que o desgaste se distribui por uma área maior do material de atrito e também suportam um esforço de frenagem bem menor.
FREIO A TAMBOR
Perda do poder de frenagem ou “fadiga” dos freios: Quando os freios são exigidos continuamente por grandes percursos como, por exemplo, quando se desce uma estrada com declive muito acentuado, eles podem superaquecer.
O problema é conhecido como “fadiga” e afeta principalmente o sistema a tambor, que dissipa menos calor e se superaquece com mais facilidade que o sistema a disco.
A fadiga será mais grave se o óleo do freio estiver velho, pois pode ter absorvido umidade do ar. Nesse caso, o superaquecimento ferverá o fluido, com a formação de bolhas no sistema. Isso deixará o pedal do freio mole, sem pressão, podendo mesmo ocasionar a perda total do freio.
Portanto, em declives longos, engrene uma marcha mais reduzida, ao invés de usar apenas os freios.
FREIO A TAMBOR COM SAPATAS EXTERNAS
Freio a tambor com sapatas externas: Normalmente é composto de duas sapatas simetricamente dispostas em torno de um tambor, que é ligado à carga a ser freada.
Quando o freio é acionado, o conjunto de alavancas atua no sentido de aplicar pressão entre as sapatas, que contém o material de atrito substituível, e o tambor.
Freios a tambor com sapatas externas para máquinas de elevação:
FREIO A TAMBOR COM SAPATAS INTERNAS
Freio a tambor com sapatas internas: é utilizado normalmente como freio traseiro de veículos de passeio.
Consiste em um tambor de ferro fundido preso ao cubo da roda, portanto girando com ela.
→ No interior do tambor há um par de sapatas semicirculares, também chamadas de lonas, que podem ser fabricadas de algodão trançado impregnado com resinas e que possuem elevado coeficiente de atrito.
Duas extremidades da sapata são ligadas aos pistões, no interior de um cilindro (este completa o círculo formado pelas sapatas). As outras duas extremidades se ligam no ajustador de folga.
FREIO A TAMBOR COM SAPATAS INTERNAS Partes de um freio a tambor com sapatas internas: → Cilindro de freio: recebe a pressão hidráulica do sistema de acionamento.
→ Pistões do cilindro: se movem forçando a sapata sobre o tambor. → Sapatas: consistem no suporte metálico e na lona de freio. → Tambor: é a parte que gira do conjunto e é solidário à roda em veículos. → Cabo: serve para aplicar o freio manualmente através da alavanca do freio.
→ Ajustador de folga: move a lona para mais perto do tambor conforme esta vai sendo desgastada, diminuindo o curso até a frenagem.
FREIO A TAMBOR COM SAPATAS INTERNAS
Funcionamento do freio a tambor com sapatas internas: → Quando o pedal do freio é acionado, a pressão no fluido de freio (ou fluido hidráulico) chega ao cilindro da roda, afastando os pistões.
→ Os pistões, por sua vez, empurram as sapatas contra a parede interna do tambor (que gira), fazendo com que a roda perca a rotação.
→ Quando o pedal do freio é aliviado, ou seja, quando o condutor tira o pé do freio, um par de molas presas às sapatas puxa-as de volta à posição anterior e libera o tambor.
FREIO A TAMBOR COM SAPATAS INTERNAS
Duas sapatas afastam-se por ação de um par de pistões e pressionam o tambor:
FREIO A TAMBOR COM SAPATAS INTERNAS
Freio de mão: Quando o freio de mão é acionado, ele puxa um ou mais cabos de aço, ligados aos freios a tambor das rodas traseiras.
O sistema atua sobre o mesmo par de sapatas do freio de pedal, pressionando-as contra os tambores e travando as rodas.
O freio de mão é acionado quando se traz a alavanca para cima, esse movimento puxa um cabo interno, que aciona as sapatas mecanicamente. Pressionando-se o botão da trava, esta se solta do dente da catraca em que está fixada e a alavanca desce até o fim do curso. Nessa posição, as rodas estão liberadas.
Vídeo 03: Sistema de freios
FREIO ABS
Muitos automóveis modernos têm sistemas antitravamento ou antibloqueio das rodas.
Esses sistemas são chamados ABS (expressão alemã Antiblockier-Bremssystem, embora mais frequentemente traduzido para o inglês como Anti-lock Braking System).
Esse sistema de frenagem evita que a roda bloqueie (quando o pedal de freio é pisado fortemente) e entre em derrapagem, deixando o automóvel sem aderência à pista, evitando o descontrole do veículo (permitindo que obstáculos sejam desviados enquanto se freia).
A derrapagem é uma das maiores causas ou agravantes de acidentes.
FREIO ABS
O ABS é um sistema eletrônico que, utilizando sensores, monitora a rotação de cada roda e a compara com a velocidade do carro.
Em situações de frenagem cotidianas, o sistema ABS não é ativado.
Quando a velocidade da roda cai muito em relação à do carro, ou seja, na iminência do travamento, o sistema envia sinais para válvulas e bombas no sistema de óleo do freio, aliviando a pressão.
Essa operação causa uma vibração quando se "pisa fundo” no pedal do freio, o que deve ser considerado pelo motorista como operação normal do sistema.
FREIO ABS
O sistema ABS aplica, de modo automático, uma espécie de frenagem progressiva ao detectar que uma roda está para se travar, liberando o freio nessa roda e depois aplicando-o imediatamente.
Para obter tal efeito, o arranjo conta com três funções principais: uma para detecção do travamento da roda; outra destinada a liberar o freio correspondente, e a terceira, que restaura a pressão na mangueira de freio, após a liberação.
Sem ABS: As rodas travam, o veículo continua em linha reta e colide.
Com ABS: As rodas não travam e permitem saída em curva.
EXERCÍCIOS 1 – Explique a função de cada uma das partes de uma embreagem a disco de um automóvel. 2 – Explique o funcionamento de uma embreagem a disco. 3 – Explique o funcionamento de um: a) Freio a disco b) Freio a tambor com sapatas internas 4 – Qual a função das aletas ou furos nas superfícies de atrito nos discos de freio ventilados? 5 – Explique quais são as partes de um freio a tambor com sapatas internas. 6 - Apesar das vantagens apresentadas pelos freios a disco, a maioria dos automóveis ainda utiliza esse tipo de freio apenas nas rodas dianteiras, esse fato se deve a que fatores?
