Os principais mecanismos de desgaste, presentes em discos de freio ventilados automotivos, foram determinados utilizando ensaios de bancada em dinamometro inercial. Foram medidas a temperatura, rugosidade, taxa de desgaste, tensões residuais, coeficiente de atrito e desempenho de frenagem. Foi analisado o tribocontato através de técnicas de microscopia eletrônica e ótica. / The main mechanims of wear, present in ventilated brake disc had been determined, when submited to the braking test in inertial dynamometric simulator. Were measured wear taxes, temperature, residual stresses, friction coeficient, topographic of relief and analised their tribographics.

O objetivo deste trabalho é a obtenção de formulações ótimas de fluidos para freios do tipo ABNT 3 e que satisfaçam especificações técnicas e de mercado, pela utilização de técnicas de modelagem e otimização de cinco propriedades físico-químicas. É proposta uma metodologia baseada na utilização de informações disponíveis em banco de dados que contém resultados de testes para o desenvolvimento de formulações comerciais. Propõe-se que o conhecimento que se encerra dentro destes bancos de dados seja explorado de maneira sistemática através da construção de modelos que correlacionam as características de interesse com as substâncias das formulações. As características de interesse das misturas neste trabalho são: Ponto de Ebulição, Viscosidade Cinemática a -40ºC, Perda por Evaporação, Ponto de Ebulição Úmido e Efeito sobre a Borracha de SBR a 120ºC. São construídos modelos de mistura através de técnicas adequadas a sistemas com informação incompleta ou redundante, tais como a Regressão por Componentes Principais (PCR) e a Regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLS). Os modelos são utilizados na formulação matemática do problema, que é resolvido através de técnicas de Programação Linear Mista Inteira (MILP). Podem ser adicionadas equações ao problema a fim de restringir a solução ao conjunto em que a informação está disponível de modo a evitar possíveis extrapolações que poderiam resultar em um excessivo número de ensaios para confirmação das predições. Os resultados obtidos pelos modelos desenvolvidos têm mostrado boa concordância com aqueles oriundos de experimentos de validação. Esta metodologia pode ser aplicada a outros tipos de fluidos para freios. / The aim of this work is to obtain optimal formulations of brake fluids ABNT 3 type while satisfying technical and market specifications, by utilizing modelling and optimization techniques of five physical and chemical properties. A methodology for the design of commercial products, based on the usage of the information available in databases where previous test results are recorded is proposed. It is proposed that the knowledge stored in those databases be employed in a systematic manner in order to build models that correlate final product properties with the substances in formulations. The characteristics of interest of the mixtures are: Boiling Point, Kinematic Viscosity at -40ºC, Evaporation Loss, Wet Boiling Point and Effect on SBR Rubber at 120ºC. Mixture models are built with adequate techniques for systems with incomplete or redundant information, such as Principal Components Regression (PCR) and Partial Least Squares Regression (PLS). The models are used in order to develop mathematical representations of the problem that is solved by Mixed Integer Linear Programming (MILP) techniques. Equations that restrain the solution to the set where the information is available to avoid possible extrapolations that could result in an excessive number of experiments to confirmation of predictions can be added to the problem. The results obtained by the models developed present a good agreement with the ones from validation experiments. This methodology can be applied to other types of brake fluids.

Sistemas de freio automotivos são frequentemente suscetíveis a gerarem ruídos de alta frequência como resultado de uma vibração autoexcitada. Este fenômeno é genericamente nominado squeal noise e constitui o tema de diversos estudos publicados com o intuito de identificar e descrever seu mecanismo de excitação e de propor alternativas para evitar sua ocorrência. Um ponto fundamental que ainda não foi completamente explorado sobre a geração de tal fenômeno constitui-se da relação entre as propriedades do material de fricção e a propensão à ocorrência de squeal noise. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um número adimensional obtido através de análise dimensional (teorema de Buckingham) capaz de relacionar a ocorrência de squeal noise as quatro principais propriedades dos compósitos de fricção: dureza, tamanho de partícula e concentração do abrasivo utilizado na formulação, além de sua compressibilidade. Resultados experimentais foram obtidos a partir de ensaios desenvolvidos com seis diferentes materiais de fricção nos quais a concentração ou dureza ou tamanho de partícula foi alterada de modo a oportunizar a identificação do impacto destas variáveis sobre a ocorrência de squeal noise. A ocorrência de ruídos foi verificada através da aplicação de um método de ensaio em dinamômetro inercial especialmente desenvolvido a um conjunto de amostras dos materiais de fricção moldados a pastilhas de freio e aplicados a um sistema de freio a disco convencional. Os resultados obtidos validaram o número adimensional proposto (índice de excitação 2) na medida em que foi possível estabelecer sua relação com a ocorrência de ruídos verificada experimentalmente através de uma equação logarítmica (R²=0,9). Foi estabelecida também uma relação entre o aumento do coeficiente de atrito, em função da redução da velocidade de escorregamento, e o aumento da ocorrência de squeals. Uma breve investigação a respeito da relevância da rigidez de contato sobre o comportamento vibroacústico do sistema de freio também é conduzida, tendo sido demonstrado que o aumento da magnitude desta propriedade reduz a ocorrência de ruídos do tipo squeal. / Automotive brake systems are very often susceptible to generate high frequency noise as a result of a self excited vibration. This phenomenon is generically nominated brake squeal noise and is the subject of many studies which intend to identify and describe its exciting mechanism and to propose counter measures to avoid its occurrence. One key subject yet to be explored about squeal noise generation is the relation between friction material properties and its occurrence propensity. This work presents the development of an adimentional number obtained by dimensional analysis (Buckingham theorem) capable to relate the squeal noise occurrence with four main properties from the friction composite: abrasive hardness, particle size and concentration and also its compressibility. Experimental results were obtained by testing six different friction material formulations, in which the concentration of abrasive or its hardness or its particle size was altered in order to explore the impact of these variables on the squeal noise occurrence. The noise generation was accessed by testing the friction materials molded to brake pads using a standard disc brake system in an inertial dynamometer under a specially developed test procedure. The obtained results validated the proposed adimentional number (excitation index 2) since was possible to establish a logarithmic equation (R²=0,9) relating it to the squeal noise occurrence verified on the conduced tests. It was also established a relation between the friction coefficient increase, as a function of the sliding speed reduction, with the increase on squeal noise occurrence. A brief investigation about the relevance of the contact stiffness to the vibroacustic behavior of the brake systems was developed, showing that higher values of this property can reduce the squeal noise generation.

Nos sistemas de freio automotivo, o principal componente que determina seu desempenho é o material de fricção, pois um bom material de fricção deve garantir estabilidade no atrito em diferentes condições de uso, além de possuir resistência à corrosão, longa vida útil, baixa taxa de desgaste, boa relação custo versus desempenho e baixo ruído. Desde que o conforto dos veículos tornou-se um fator importante para indicar sua qualidade, eliminar ou reduzir os ruídos e vibrações de seus componentes passou a ser uma vantagem competitiva no mercado automotivo, e, o problema de ruído nos sistemas de freios vem sendo um dos maiores causadores de reclamações de clientes nos últimos anos. O ruído de freio é na maioria das vezes o resultado de uma vibração auto excitada induzida pela fricção ou uma instabilidade dinâmica do sistema de freio. O processo de stick-slip é um típico exemplo de oscilação induzida por atrito, observada em baixas velocidades de deslizamento e geralmente resulta em vibrações, que geram ruídos graves e rangidos. Com o objetivo de verificar a viabilidade da utilização das medições de vibração durante a ocorrência do fenômeno do stick-slip para a caracterização de materiais de fricção utilizando um tribômetro, foram preparados seis materiais de fricção produzidos pela empresa Fras-le, fabricante de materiais de fricção para freios automotivos. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Tribologia (Latrib) da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). No tribômetro utilizado nos ensaios foi instalado um acelerômetro sobre o suporte onde é fixada a pastilha do material de fricção a ser ensaiado. Vários ensaios foram realizados, cada um sob ação de força normal e velocidade de giro do disco constantes. Os resultados dos ensaios demonstraram que o tribômetro apresenta excelente desempenho para caracterização de materiais de fricção, possibilitando o desenvolvimento de novos materiais a partir de ensaios realizados neste equipamento. A avaliação da resposta da aceleração da vibração obtida nos ensaios demonstrou que a resposta da vibração é dependente dos diversos parâmetros medidos, como deslocamento, velocidade e variação de torque, e para melhor prever a propensão de um determinado material em apresentar vibração de stick-slip deve-se levar em consideração, além da variação de torque, o torque máximo de cada ciclo de stick-slip. Além disso, o uso do acelerômetro para avaliação de ensaios de stick-slip mostrou-se viável e seu uso deve ser estimulado em trabalhos futuros. / In automotive brake systems, the main component that determines their performance is the friction material, because good friction material must ensure stability in friction under different conditions of use, as well as corrosion resistance, long life, low wear rate, good relation between cost and performance, and low noise. Since the comfort of vehicles has become important factor to indicate its quality, eliminate or reduce the noise and vibration of its components has become a competitive advantage in the automotive market, and the problem of noise in brake systems has been a cause of customer complaints in recent years. The brake noise is most often the result of a self-excited vibration induced friction or dynamic instability of the brake system. The stick-slip phenomenon is a typical example of oscillation induced by friction observed at low sliding speeds and generally results in vibrations which generate noise. In order to check the feasibility of using vibration measurements during the occurrence of the stick-slip phenomenon in the characterization of friction materials using a tribometer, were prepared six friction materials produced by the company Fras-le, manufacturer of friction materials for automotive brake. The tests were performed in the Laboratory of Tribology (Latrib) of the School of Engineering at Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). In tribometer used for testing an accelerometer was installed on the support of the pad of friction material to be tested. Several tests were conducted, each under constant normal force and speed of rotation of the disk. The test results showed that the tribometer shows excellent performance for characterization of friction materials, enabling the development of new materials from tests performed on this equipment. The evaluation of the response of vibration acceleration obtained in the tests demonstrated that the response of vibration is dependent on various measured parameters, such as displacement, velocity and torque variation, and to better predict the propensity of a material to present vibration stickslip must take into account both the variation of torque and the maximum torque of each cycle of stick-slip. Furthermore, the use of accelerometer for assessing stick-slip tests was viable and its use should be encouraged in future work.

Este trabalho traz um estudo de veículos rodoviários articulados pesados durante o processo de freagem incluindo uma revisão bibliográfica sobre aspectos humanos, ambientais, legais, veiculares e operacionais relacionados com o desempenho, a estabilidade e a segurança veicular e uma descrição da técnica dos mapas de desempenho. Tal técnica é original e inovadora e foi desenvolvida através de modelo matemático e respectivo programa computacional para analisar o desempenho e a estabilidade de veículo-trator-semi-reboque durante a freagem em trecho retilíneo. Com esta técnica é possível obter o desempenho e a estabilidade direcional de veículos articulados pesados na freagem, obedecendo as restrições geométricas do veículo-trator-semi-reboque e de peso estabelecidas pelo fabricante e pela legislação, para todas as condições de carregamento e qualquer condição operacional. Os resultados teórico-experimentais que validaram o modelo matemático adotado também são mostrados neste trabalho. Este trabalho foi desenvolvido com o apolo da Mercedes-Benz do Brasil, resultando numa integração entre Empresa e Universidade que trouxe uma contribuição efetiva para o uso do veículo-trator-semi-reboque com maior eficiência, e segurança, unindo esforços da Empresa e da Universidade em prol da segurança veicular e do desenvolvimento tecnológico do Brasil. / This work describes a study of articulated heavy vehicles during braking process including the state-of-the-art of human, environmental, legal, vehicular and operational aspects related with performance, stability and vehicular safety and a description of performance charts technique. This technique is original and innovative and was developed with mathematical model and related computer program to analize the tractor-semi-trailer performance and stability during the braking process in a straight line path. With this technique is possible to obtain the performance and directional stability of articulated heavy vehicles during braking process, obeying the geometrical restrictions of the tractor-semi-trailer and the legal and maker\'s weight restrictions, for all states of loading and any operational conditions. The theoretical-experimental results that validated the mathematical model adopted are also shown in this work. This work was developed with the support of Mercedes-Benz of Brazil, resulting in a Company and University integration that brought an effective contribution for the more efficient and safe use of tractor-semi-trailer, enlarging the Company and University efforts to the benefit of vehicular safety and technological development in Brazil.

Le crissement de frein résulte d’une instabilité vibratoire du système de freinage induite par le frottement des garnitures sur le disque. Ce phénomène se traduit par des bruits hautes fréquences, de 1kHz à 20kHz, et pouvant atteindre des niveaux de 110dB. L’objectif de cette thèse est d’enrichir la filière de simulation actuelle afin de mieux prédire ce phénomène. La taille grandissante des modèles de calcul est aujourd’hui un frein à l’utilisation de méthodes, plus complexes que la classique analyse de stabilité et coûteuses en temps de calcul. De plus, ces modèles ne rendent pas compte du comportement viscoélastique de certains composants. Dans un premier temps, l’analyse expérimentale du crissement nous permet d’identifier les points clés de la modélisation du phénomène. Ensuite, une stratégie de réduction de la taille des modèles, via la réduction de l’interface de contact et la génération de super-élément est mise au point. Puis, une méthode d’implémentation du comportement viscoélastique dans les calculs de stabilité est proposée. Enfin, une analyse de sensibilité est menée afin d’identifier les paramètres fortement influents sur l’estimation des instabilités. / Brake squeal is due to a vibrational instability of the brake system induced by the friction between the pads and the disc. It results in a high frequency noise of 1kHz to 20kHz, up to 110 dB. The objective of this thesis is to enrich the current numerical process to better predict the squeal noise. The growing size of the numerical models is now an obstacle to the use of methods, more complex than the conventional stability analysis, but time consuming. Moreover, these models do not take into account the viscoelastic behavior of some component. First, the experimental analysis of squeal allows us to identify the key points of the modeling of brake squeal. Then, a strategy in order to minimize the size of the model, thanks to the reduction of the contact interface and super-element generation is developed. Then, a method for integrating viscoelastic behaviour in stability analysis is proposed. Finally, a sensitivity analysis is performed to identify highly influential parameters on the estimation of instabilities.

The casualty rate of road vehicle accidents in South Africa is one of the highest in the world. This trend has persisted with little variation over the years, despite the efforts of local road safety organisations and research institutions to decrease them. Some of these road vehicle accidents are due to a mechanical failure of the vehicle. The main goal of this study is to establish how high the incidence of mechanical failure is in these accidents. And further to assess if these percentages of mechanical failures do coincide with trends already indicated nationally as well as internationally. Detailed information on the condition of vehicles was collected in and around the Pretoria area. Surveys were conducted to obtain local road and traffic information about vehicle conditions. The one survey was defined as Potential Mechanical Defect Tests (PMDT) where vehicles were stopped and given a brief mechanical inspection, and the other was a Minibus Survey where information was obtained about the age of the vehicle and the overall condition and pressure of tyres. Additional information was obtained from the Accident Response Unit (ARU) and the Forensic Sciences Laboratories, both of the South African Police Services in Pretoria. The findings of the study are that according to the data collected by the ARU over a period of 2,5 years, on average 3,3% of the accidents reported per year in the region were caused by mechanical failures. These identified percentages correspond with values obtained for international countries. The PMDT data indicate that 40% of the vehicles surveyed in suburban areas and 29% of the vehicles surveyed on the highway had mechanical defects that contravened current road and traffic regulations. The difference between the percentages indicates that the condition of vehicles inspected in the suburban area differs significantly from the condition of those using the highway. In the Minibus Survey, large irregularities in tyre pressure were identified as cause for concern. In general, all of the above findings indicated that maintenance on older vehicles seemed to receive less attention. It is proposed that annual vehicle inspections should be introduced, especially for vehicles carrying fare-paying passengers, to improve road safety standards on South African roads. / Dissertation (M Eng (Mechanical Engineering))--University of Pretoria, 2006. / Mechanical and Aeronautical Engineering / unrestricted

Nos sistemas de freio automotivo, o principal componente que determina seu desempenho é o material de fricção, pois um bom material de fricção deve garantir estabilidade no atrito em diferentes condições de uso, além de possuir resistência à corrosão, longa vida útil, baixa taxa de desgaste, boa relação custo versus desempenho e baixo ruído. Desde que o conforto dos veículos tornou-se um fator importante para indicar sua qualidade, eliminar ou reduzir os ruídos e vibrações de seus componentes passou a ser uma vantagem competitiva no mercado automotivo, e, o problema de ruído nos sistemas de freios vem sendo um dos maiores causadores de reclamações de clientes nos últimos anos. O ruído de freio é na maioria das vezes o resultado de uma vibração auto excitada induzida pela fricção ou uma instabilidade dinâmica do sistema de freio. O processo de stick-slip é um típico exemplo de oscilação induzida por atrito, observada em baixas velocidades de deslizamento e geralmente resulta em vibrações, que geram ruídos graves e rangidos. Com o objetivo de verificar a viabilidade da utilização das medições de vibração durante a ocorrência do fenômeno do stick-slip para a caracterização de materiais de fricção utilizando um tribômetro, foram preparados seis materiais de fricção produzidos pela empresa Fras-le, fabricante de materiais de fricção para freios automotivos. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Tribologia (Latrib) da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). No tribômetro utilizado nos ensaios foi instalado um acelerômetro sobre o suporte onde é fixada a pastilha do material de fricção a ser ensaiado. Vários ensaios foram realizados, cada um sob ação de força normal e velocidade de giro do disco constantes. Os resultados dos ensaios demonstraram que o tribômetro apresenta excelente desempenho para caracterização de materiais de fricção, possibilitando o desenvolvimento de novos materiais a partir de ensaios realizados neste equipamento. A avaliação da resposta da aceleração da vibração obtida nos ensaios demonstrou que a resposta da vibração é dependente dos diversos parâmetros medidos, como deslocamento, velocidade e variação de torque, e para melhor prever a propensão de um determinado material em apresentar vibração de stick-slip deve-se levar em consideração, além da variação de torque, o torque máximo de cada ciclo de stick-slip. Além disso, o uso do acelerômetro para avaliação de ensaios de stick-slip mostrou-se viável e seu uso deve ser estimulado em trabalhos futuros. / In automotive brake systems, the main component that determines their performance is the friction material, because good friction material must ensure stability in friction under different conditions of use, as well as corrosion resistance, long life, low wear rate, good relation between cost and performance, and low noise. Since the comfort of vehicles has become important factor to indicate its quality, eliminate or reduce the noise and vibration of its components has become a competitive advantage in the automotive market, and the problem of noise in brake systems has been a cause of customer complaints in recent years. The brake noise is most often the result of a self-excited vibration induced friction or dynamic instability of the brake system. The stick-slip phenomenon is a typical example of oscillation induced by friction observed at low sliding speeds and generally results in vibrations which generate noise. In order to check the feasibility of using vibration measurements during the occurrence of the stick-slip phenomenon in the characterization of friction materials using a tribometer, were prepared six friction materials produced by the company Fras-le, manufacturer of friction materials for automotive brake. The tests were performed in the Laboratory of Tribology (Latrib) of the School of Engineering at Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). In tribometer used for testing an accelerometer was installed on the support of the pad of friction material to be tested. Several tests were conducted, each under constant normal force and speed of rotation of the disk. The test results showed that the tribometer shows excellent performance for characterization of friction materials, enabling the development of new materials from tests performed on this equipment. The evaluation of the response of vibration acceleration obtained in the tests demonstrated that the response of vibration is dependent on various measured parameters, such as displacement, velocity and torque variation, and to better predict the propensity of a material to present vibration stickslip must take into account both the variation of torque and the maximum torque of each cycle of stick-slip. Furthermore, the use of accelerometer for assessing stick-slip tests was viable and its use should be encouraged in future work.

This Master thesis is focused on electromagnetic brakes for servomotors. In the first chapter is described principle of operation, later then design and main parameters are explained. The main part of thesis is focused on calculation of dynamic parameters of electromagnetic brakes. Calculations are solved first by analytic method in Matlab–Simulink, then by finite element analysis. Results are compared with measurements on prototype brake.

The thesis is focused on studying deformation of the circular holes in the limit bending space, depending on the material type, distance from bend, the thickness of material and diameter of hole. After analyzing all necessary technological parameters was bending technology on press brake selected. An experiment for which the tools and press brake Trumpf TruBend 5170 were selected was designed and performed. Samples for the study were designed, bent and measured. The charts have been prepared for practical use in the company from measuring. In addition, simulations were processed in Ansys program and graphs were compiled to compare the main effect of the hole deformations. Two methods were chosen to prevent deformation in limit bending space. Under-cutting method by laser and method of using special Rollbend tool. In the end, economic studies for the Rollbend tool were developed instead of under-cutting hole with grinding.