Neste trabalho foi realizada a seleção da espessura do disco a ser utilizada em um dinamômetro em escala reduzida, chamado Dinamômetro em Escala da Fras-le, a partir de quatro espessuras de disco ensaiadas conforme o procedimento de ensaio chamado de caracterização térmica. A seleção da espessura do disco foi realizada através da comparação dos resultados dos comportamentos térmicos dos discos de diferentes espessuras, ensaiados conforme o ensaio de caracterização térmica, com os resultados de quatro sistemas de freio, ensaiados em dinamômetros convencionais com o mesmo procedimento de ensaio. Os coeficientes de atrito médio por frenagem obtidos no ensaio de caracterização térmica do dinamômetro em escala reduzida e dos quatro sistemas de freio também foram comparados de modo a comprovar que a espessura de disco escolhida foi realmente adequada para este procedimento de ensaio. Esta comparação foi realizada através de três métodos: coeficiente de correlação de Pearson, comparação qualitativa e comparação quantitativa. Após a comparação foi comprovado que o Dinamômetro em Escala da Fras-le reproduz o comportamento do coeficiente de atrito médio por frenagem dos quatros sistemas com o ensaio de caracterização térmica para um material de fricção orgânico. / In this work, a disc thickness for a reduced-scale dynamometer called Fras-le Scale Dynamometer was selected by testing four disc thicknesses with the thermal characterization test procedure. The disc thickness selection was done by comparison of the different thick-disc thermal behavior tested with the thermal characterization procedure, with the results of four brake systems tested with the same procedure in full-scale dynamometers. The mean friction coefficients by braking obtained in the thermal characterization test of the reduced-scale dynamometer and of the four brake systems were also compared to prove that the selected disc-thick is adequate for this test procedure. This comparison was done by three methods: Pearson correlation coefficient, qualitative comparison and quantitative comparison. After this comparison it was verified that the Fras-le Scale Dynamometer can reproduce the behavior of the mean friction coefficient by braking of the four systems with the thermal characterization test for an organic friction material.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um tribômetro para a realização de ensaios com materiais de fricção utilizados em freios veiculares, capaz de servir como uma ferramenta adicional para pesquisa e desenvolvimento de novos produtos. São apresentadas todas as etapas de desenvolvimento da máquina, desde suas premissas básicas, projeto mecânico e de automação e procedimento de calibração até os testes finais para comprovação das suas potencialidades. Construiu-se um equipamento de pequeno porte (dimensões reduzidas), a fim de permitir ensaios rápidos e de baixo custo. O sistema atuador e de rotação foi dimensionado a partir de faixas de velocidade e pressão de contato que ocorrem em sistemas de freio comerciais. O tribômetro permite a troca rápida dos corpos de prova além do ajuste do raio de deslizamento do par de atrito. Além disso, um mecanismo de atuação próprio permite a realização de ensaios sem a influência do tipo de sistema de freio empregado. O sistema de automação, composto por hardware para aquisição de dados e programa para gerar interface gráfica, gerencia todos os processos envolvidos na máquina, além de tornar a sua operacionalidade simples e racional. Um conjunto composto por resistência aquecedora, soprador de ar, relé e termopares é responsável por controlar a temperatura do disco, separando esta variável dos demais parâmetros de operação (pressão e velocidade de escorregamento) durante os ensaios. O procedimento de calibração adotado mostra que o equipamento projetado fornece medições confiáveis da força normal, do torque de frenagem e, conseqüentemente, do coeficiente de atrito. Testes de avaliação do sistema atuador apontam que a força medida sofre a influência da rugosidade do disco, da baixa capacidade do reservatório de ar do sistema pneumático, de efeitos de histerese mecânica e da dilatação térmica e de ruídos eletromagnéticos. Os resultados dos ensaios de frenagem empregados comprovam que a máquina projetada é capaz de separar a variável temperatura do disco dos demais parâmetros de operação e, desta forma, pode servir de ferramenta adicional na compreensão do comportamento do atrito (e do desgaste em um momento posterior) frente às diferentes condições de operação contribuindo, de certa forma, para o aumento do conhecimento dos fenômenos tribológicos. / This work presents the development of a tribometer for friction tests with materials used in vehicular brakes, able to serving as an additional tool for research and development of new products. Every stage of the project are presented since its basic premises, mechanical and automation design, the calibration procedure until the final tests to prove its potential. It was constructed an equipment with small dimensions to enable rapid and low cost testing. The actuator and rotation system has been designed to operate in the range of velocity and contact pressures that occur in commercial brake systems. The tribometer allows the rapid exchange of specimen beyond the adjustment of the wear track radius. Furthermore, a special mechanism of action was designed to allow testing without the influence of the type of brake system employed. The automation system, composed of a data acquisition hardware and software to generate graphical interface, manages all processes involved in the machine, and makes its operation simple and rational. A set composed of heating resistance, air blower, relay and thermocouples is responsible for controlling the temperature of the disk, separating it from other variable operating conditions (pressure and slip velocity) during tests. The calibration procedure performed show that the equipment designed provides reliable measurements of normal force, braking torque and friction coefficient. The tests for evaluating the system actuator suggest that the force measurement has influence of the disk surface roughness, of low air capacity in the tank, of thermal dilation and mechanic hysteresis effects and of electromagnetic noise. The results of braking tests performed show that the designed machine is capable of separating the variable disk temperature of the other operation parameters and thus can serve as an additional tool in understanding the friction behavior (and wear a moment later) under a set of operating conditions. It can contribute, in some way, to enlarge the knowledge with respect to tribologics phenomenons.

A presente tese descreve as etapas de desenvolvimento de um equipamento (tribômetro) e metodologia de ensaio para caracterização do efeito isolado da temperatura sobre o atrito medido em materiais de fricção utilizados em freios veiculares. O projeto deste equipamento foi baseado nas funcionalidades e limitações encontradas nas principais máquinas e procedimentos de ensaio para freios automotivos. São apresentados e discutidos detalhes do projeto mecânico e de automação do tribômetro, bem como são levantadas suas incertezas de medição instrumentais e precisão. Além disso, é proposta uma nova metodologia de ensaio para caracterização do efeito isolado da temperatura sobre os resultados de atrito obtidos durante os testes. O projeto mecânico atual do tribômetro contempla recursos que contribuem para facilitar a operacionalidade do equipamento e, consequentemente, reduzir o tempo envolvido na etapa de preparação dos testes. São exemplos destes recursos um mecanismo de fuso e manivela, o qual é empregado para a regulagem do raio de deslizamento, e um dispositivo para troca rápida da amostra a partir do ajuste de um único parafuso. O atual projeto de automação do tribômetro é composto por circuitos de controle da carga, rotação, torque e temperatura, os quais operam em malha fechada. A incerteza instrumental do sistema de medição de atrito do tribômetro é igual a ±2,9% do valor nominal medido, considerando a faixa típica de aplicação da máquina. Em termos de precisão, verificou-se experimentalmente que o equipamento projetado apresenta uma repetitividade de ±0,013. O projeto de automação também contemplou a ligação do tribômetro a um aquecedor indutivo. O uso da referida tecnologia em conjunto com a metodologia de ensaio proposta na presente tese mostraram-se capazes de caracterizar de forma acelerada e independente o efeito da temperatura sobre o coeficiente de atrito obtido a partir de ensaios de frenagem executados no tribômetro. Complementa o estudo ainda o desenvolvimento de uma técnica para pós-processamento dos dados relativos aos ensaios executados no tribômetro segundo a metodologia proposta. A referida técnica mostrou-se uma maneira eficiente e relativamente simples de avaliar os efeitos simultâneos da carga e da temperatura sobre o atrito. / The current thesis describes the development of equipment (tribometer) and testing procedure for characterizing the isolated effect of temperature on friction measurements obtained from vehicular friction materials. The design of this equipment was based on the features and limitations found in the main machinery and testing procedures for brakes. Details about the mechanical design and automation of the tribometer are presented as well as its instrumental measurement uncertainties and precision. Besides, a new testing procedure is proposed in order to characterize the isolated effect of temperature on friction results obtained in the tests. The current mechanical design of the tribometer comprises some features that contribute to make the equipment operation ease and thus reduce its setup time. A crank and screw mechanism, which is used for adjusting the sliding radius, and a device for rapid exchange of the samples by means of a single screw are both examples of those features. The current automation design of the tribometer consists of circuits for controlling load, speed, torque and temperature, which operate in closed loop mode. The instrumental measurement uncertainty from the friction measuring system is ±2,9% of the nominal friction measurement, considering the typical operating range of the machine. Experimental tests performed on the tribometer showed that the repeatability (precision) of the friction measurements is ±0,013. The automation design also included the connection between the tribometer and an induction heater. The use of this technology together with the proposed testing procedure proved to be a suitable tool for characterizing the isolated effect of temperature on friction during braking tests performed on the tribometer. This work is also complemented by the development of a technique for post-processing the data related to the tests carried out in accordance with the proposed testing procedure for the tribometer. This technique proved to be an efficient and clear way to assess the simultaneous effects of load and temperature on friction measurements.

Devido a um mercado automotivo altamente competitivo e globalizado, as empresas buscam aperfeiçoar cada vez mais seus produtos, investindo em pesquisa e desenvolvimento em busca de produtos melhores, mais seguros e mais confiáveis. Dentro desse contexto, procurou-se aprofundar os estudos sobre fadiga e fadiga de contato, a fim de se obter um embasamento teórico sobre as possíveis causas de trincas e suas conseqüências, em componentes submetidos a esforços cíclicos e a temperaturas elevadas. Importante é salientar que as altas temperaturas resultam em transformações estruturais no ferro fundido. Posteriormente a esse embasamento teórico, realizou-se um caso de estudo (tambor de freio), buscando subsídios e informações sobre freios, tambores de freios e sobre materiais utilizados em sua fabricação. Sobre ele diversos tipos de análise foram realizados; análises de tensões, análises metalográficas em corpos de prova com e sem trinca e simulações da previsão da vida em fadiga, utilizando o modelo de Paris em programas matemáticos. Paralelos a esses estudos, foram realizados testes de eficiência em dinamômetro utilizando diferentes materiais. Foram utilizados componentes em Ferro Fundido Cinzento e em Ferro Fundido Vermicular a fim de se poder avaliar o comportamento dos materiais em aplicações em que se tem a fadiga de contato. Finalmente, são apresentados os resultados das análises e dos testes realizados, fazendose uma discussão acerca dos mesmos, sendo então apresentadas às conclusões e as sugestões para estudos futuros.

Orientador: Edison Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T04:51:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silveira_JoaoViniciosWirbitzkida_M.pdf: 8775567 bytes, checksum: 35a926d080f0ec01d62b71fe89882b3d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: As pastilhas de freio são materiais compósitos que têm sido constantemente aperfeiçoadas, principalmente pela substituição por materiais que melhorem o desempenho destes elementos ou diminuam os impactos ao homem e ao meio ambiente. Com a procura de materiais de fontes renováveis para substituir materiais sintéticos, a lignina, uma macromolécula natural encontrada em vegetais e abundantemente na madeira, se torna uma alternativa altamente viável para emprego em diversos tipos de materiais, entre eles os materiais compósitos. O objetivo desta pesquisa é desenvolver resinas com substituição parcial da resina fenólica por teores diversos de lignosulfonato de amônio e estudar o comportamento de pastilhas de freios fabricadas com tais resinas e reforçadas com fibras de aramida. São empregados ensaios analíticos de caracterização (FT-IR, DSC, TGA, DMA, ângulo de contato, MEV e EDS) e métodos já utilizados na indústria automobilística (ensaio Krauss e desgaste) para caracterizar e verificar o desempenho desses materiais. O lignosulfonato, apesar de possuir menos grupos fenólicos disponíveis para a reação de reticulação que o próprio fenol livre, é capaz de reagir formando uma matriz polimérica, porém as propriedades tribológicas ficam um pouco comprometidas. O coeficiente de atrito médio encontrado é de aproximadamente µm=0,4, um pouco acima dos valores de pastilhas comerciais, entretanto apresentam boa estabilidade quanto ao desempenho dos freios e ao desgaste. A estrutura do compósito vista com auxílio de microscópio eletrônico se apresenta pouco homogênea. Os resultados satisfatórios e compatíveis com os atuais materiais de fricção possibilitam a incorporação desta resina no processo de fabricação de materiais de fricção. / Abstract: Brake pads are composite materials, which have been constantly improved, mainly by the replacement of materials that improve the performance of the braking process, or that reduce the impacts of it on human beings and environment. Through the search for renewable materials to replace the synthetic ones, lignin becomes a highly viable alternative to be employed in several kinds of materials, including the composite ones. Lignin can be found in vegetables and it is plentiful in wood. This research aims to develop a resin with partial replacement of phenolic resin by different contents of ammonium lignosulfonate and to study the behavior of brake pads produced with these resins and reinforced with aramid fibers. Analytical characterization (FT-IR, DSC, TGA, DMA, contact angle, SEM and EDS) and methods commonly used in automotive industry (Krauss method and wear) are used to characterize and verify the performance of these materials. Despite lignosulfonate has less phenolic groups available for reticulation reaction than free phenol itself, it is able to react forming a polymeric matrix, but tribological properties are compromised a bit. Average friction coefficient found is about µm=0,4, a value slightly higher than the one of commercial brake pads. However, they show good stability related to braking performance and wear. Composite structure observed with the aid of scanning electron microscopy shows itself a heterogeneous material. Satisfactory results, compatible with current friction materials, allow the incorporation of this resin in the process of manufacturing friction materials. / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Robson Pederiva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T13:48:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Suetti_AndreGarciaLima_M.pdf: 20585864 bytes, checksum: 84c85d26b6df77562a52c8ca3aa2aedf (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O interesse da indústria automobilística em projetar freios menos ruidosos vem incentivando pesquisas na área de acústica e vibração. A compreensão de um dos principais fenômenos de excitação de vibração em sistemas com atrito, o stick-slip, é de grande importância para o aprofundamento desses estudos, que muitas vezes não consideram uma fonte de excitação bem definida e realimentada, recorrendo a excitações impulsivas ou com frequências aleatórias. O stick-slip é uma vibração auto-excitada que pode ocorrer em um corpo fixo que se atrita com outro corpo que está em movimento, fundamentada na diferença entre o coeficiente de atrito estático e dinâmico. Tendo em vista a aplicação da excitação por stick-slip em vibrações em sistemas de freio, equacionamentos analíticos são propostos nesse trabalho tendo a dificuldade incrementada gradualmente. Um estudo dos efeitos do amortecimento em sistemas com stick-slip é também proposto, apresentando um comportamento que difere de sistemas mecânicos sem realimentação. Com o objetivo de se avaliar esses métodos, realizam-se simulações numéricas e um experimento, que se utiliza de materiais de atrito e disco empregados em freios. Os resultados demonstram a compatibilidade das simulações numéricas e os dados obtidos experimentalmente, o que comprova que os métodos podem ser usados na simulação do problema / Abstract: Interest of the automotive industry in designing quieter brakes has encouraged the researches in the fields of acoustics and vibration. Understanding one of the main phenomena of vibration excitation in systems with friction, stick-slip, is crucial to a deeper study. Many a time these studies do not consider a well-defined and fed back source, falling back on impulsive and random excitations. The stick -slip is a self-excited vibration that may occur when a static body rubs against a dynamic one. It is based on the difference between the static and dynamic friction coefficients. Considering the stick-slip excitation in the braking system vibration, analytical equations with continuous incremental difficulties are proposed herein. A study of the effects of damping in stick -slip systems is also proposed, presenting a kind of behavior that is different from that of mechanical systems without feedback. In order to evaluate these methods, an experimental or sometimes numerical simulation is conducted using friction material and discs used in braking systems. The results are in agreement with the experimental data, proving that the methods can be used in simulations of problems / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Franco Giuseppe Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:55:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Landgraf_LeandroHenrique_M.pdf: 7633333 bytes, checksum: 04b9f282c26607a27576696783e9c35b (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho procurou-se desenvolver estratégias de controle veicular utilizando lógica nebulosa lfuzzy) que fossem simples e eficazes. Para isto inicialmente necessita-se de um modelo da dinâmica veicular que seja confiável. Este modelo pode ser construído a partir da literatura de referência. São propostas duas diferentes estratégias de controle de frenagem assistida utilizando lógica nebulosa lfuzzy), uma de controle de aceleração e outra de controle de deslizamento, e três estratégias de controle de frenagem por regras, dois controles de aceleração e um de deslizamento. Também são desenvolvidas duas estratégias de controle da dinâmica de yaw, uma utilizando lógica nebulosa lfuzzy) e outra por regras. Todas essas estratégias são implementadas, simuladas e comparadas entre si, por meio dos gráficos obtidos. Todos os controles desenvolvidos se mostraram bastante confiáveis e suficientemente simples. Em comparação entre os tipos de controle desenvolvidos, os controles utilizando lógica nebulosa lfuzzy) se mostraram mais eficientes e funcionais, superando as expectativas iniciais / Abstract: In this work were developed fuzzy logic controI strategies that should be simple and effective. To this intent first1y we need a vehicular dynamics model that is sufficient1y exact and credible. This model was based in a model found in the reference literature. We propose two assisted braking control strategies with fuzzy logic, one wheel deceleration control and one wheel slip control, and three rule-based assisted braking controls, two acceleration controls and one slip controI. We also develop two yaw dynamics control strategies, one fuzzy logic control and one rule based yaw dynamics controI. All the strategies are implemented, simulated and compared with each other. All the developed control strategies are enough credible and sufficient1y simple. Comparing all the control strategies, the fuzzy logic controls are more efficient and functional, surpassing our initial expectative / Mestrado / Mecanica dos Solidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores : Hans Ingo Weber , Jaime Szayner / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-16T10:33:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Stavropoulou_Konstantinos_M.pdf: 4886265 bytes, checksum: 8c793baf37f5266f5d68bcdebca7b06a (MD5) Previous issue date: 1981 / Resumo: O veículo em estudo utiliza uma fonte externa de energia elétrica e um volante para armazenamento de energia a bordo. Isto permite recuperar parte da energia cinética do veículo durante a frenagem, em vez de dissipar esta energia nos freios, por atrito. Desenvolveu-se um modelo matemático do sistema e seu comportamento foi simulado em computador digital. simulações indicaram que é possível reduzir o consumo energia de, aproximadamente, 40%, dependendo do ciclo operação / Abstract: The vehicle under study utilizes an external supply of electric energy and an on board flywheel to store energy. This permits the recovery of part of the kinetic energy of the vehicle during braking instead of dissipating this energy on friction brakes. A mathematical model of the system was developed and its behaviour simulated in a digital computer, showing that it is possible to reduce energy consumption by as much as 40%, depending on the driving cycle / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Hans Ingo Weber / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-18T17:37:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barbosa_RobertoSpinola_M.pdf: 2668820 bytes, checksum: 3d8c7edf563c2e7b0537140ef33ee8cb (MD5) Previous issue date: 1993 / Mestrado

O projeto de um sistema de freios a tambor é altamente especializado, por este motivo é um produto terceirizado ou black box, onde os fornecedores investem em pesquisas e detém patentes de sua construção e materiais. Porém, cabe a montadora definir os requisitos do produto, propor o plano de validação do projeto do freio à aplicação no veículo ao qual se destina e interpretar os resultados para aprovação. Parte da execução deste plano é delegada ao fornecedor (DFMEA, simulações numéricas, ensaios acelerados em bancada), enquanto as partes de certificação governamental, desempenho e durabilidade em veículo são de responsabilidade da montadora. A metodologia existente para desenvolvimento de freios a tambor destina-se ao desenvolvimento conjunto de um novo carro e um novo sistema de freio completo. Assim, além das incertezas sobre parâmetros do projeto de veículo que influem no projeto do freio, existe uma maior facilidade de se alterar os sistemas de interface do freio a tambor, uma vez que ainda não existem ferramentais produtivos. Este trabalho apresenta uma metodologia para o desenvolvimento de um novo fornecedor de freios traseiros a tambor para veículos já em produção, sob o ponto de vista da engenharia de produto. A metodologia proposta pretende atender as necessidades das montadoras de automóveis instaladas no Brasil, uma vez que estas necessitam buscar alternativas no fornecimento de sistemas automotivos de grande responsabilidade, com qualidade e custos globalmente competitivos. Esta metodologia é destinada à substituição do fornecedor (e portando no projeto) do freio a tambor, visando especialmente redução de custos, para veículos já em produção, procurando manter inalteradas as peças de interface, além de preservar ou, se possível, exceder os parâmetros de qualidade, durabilidade e desempenho do sistema ao qual virá a substituir. Para comprovar a metodologia apresentada, esta é aplicada a um caso real para um veículo de passeio pequeno, e então são apresentados os resultados parciais. / The project of a system of drum brakes is highly specialized, for this reason is a third part product, so-called black box product, where the suppliers invest in research and withhold patents of its construction and materials. However, the car OEMs define the requirements of the product, propose the validation plan for the brake project to the application in the vehicle it destines and evaluate the results for approval. Part of the execution of this plan is delegated to the supplier (DFMEA, numerical simulations, speed up bench tests), while steps of governmental certification, performance and durability in vehicle are of responsibility of the OEMs. The existing methodology for drum brake development destines to jointly development of a new car and a complete new brake system. Thereby, beyond uncertainties on parameters of the vehicle project that influence in the project of the brake, it is easier to modify the systems of interface with the drum brake, therefore productive tooling not yet exists. The dissertation purpose is to propose a methodology for development of new supplier of rear drum brakes for vehicles already in production, under the point of view of the product engineering. The methodology proposed intends to attend the needs of the car manufacturers installed in Brazil, once those are searching alternatives of suppliers of great responsibility automotive systems, with globally competitive costs and quality. The methodology proposed is destined to replace the supplier (and also the project) of the drum brake, aiming for cost reduction specially, for vehicles already in production, looking for keeping parts of interface unchanged and to maintain or, if possible, to exceed the parameters of quality, durability and performance of the system which it will come to substitute. To confirm the proposed methodology, this is applied to a real case for a small passenger vehicle and then the partial results are shown.