Os revestimentos orgânicos de embreagem são compostos basicamente por matriz orgânica, cargas, lubrificantes sólidos e fibras de reforço. A matriz orgânica possui função estrutural e tem grande influência nas propriedades tribológicas do sistema, isto é, no coeficiente de atrito e taxa de desgaste tanto do material de atrito, quanto do contra-corpo metálico. Baseado nas normas ambientais para indústria automobilística, o presente trabalho estuda a viabilidade de substituir a resina fenólica, utilizada como matriz estrutural na composição de revestimentos de embreagem, por termoplásticos de engenharia especiais. O principal objetivo da substituição é a eliminação do fenol livre no produto final, e conseqüentemente a geração de um refugo classificado, de acordo com a norma NBR 10004, como não perigoso. Plásticos de engenharia especiais apresentam alta temperatura de uso contínuo e manutenção das propriedades mecânicas em altas temperaturas e são, geralmente, empregados em materiais que suportam alta pressão, tais como engrenagens, freios, rolamentos e embreagens. Avaliou-se a influência da velocidade de deslizamento e da carga normal no comportamento tribológico tanto do compósito de resina fenólica (base de comparação) como dos compósitos de resina poli (amida imida) e resina poli (éter éter cetona) quando estes deslizavam a seco em um contra-corpo usinado de ferro fundido cinzento, mesmo material utilizado nas placas de pressão. Foram avaliadas características térmicas e mecânicas dos compósitos, por meio de análises termogravimétricas, dinâmicomecânica e dureza. Após os ensaios tribológicos, as superfícies desgastadas dos corpos poliméricos e dos contra-corpos metálicos foram avaliadas por meio de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura e composição química. Embora os compósitos de resina PAI e resina PEEK sejam classificados como produtos não perigosos, a substituição não é viável pois, nas condições de velocidade de deslizamento e carga normal estudadas, os compósitos de resina PAI e resina PEEK apresentaram menor resistência ao desgaste em comparação ao compósito de resina fenólica. / Organic clutch friction facings are basicly composed of an organic matrix, fillers, solid lubricants and reinforcing fibers. An organic matrix has a structural function and has a large influence over the tribological properties of the system (coefficient of friction and wear rate in both, friction material as for the metal counterpart). Based on the automotive industry environmental standards, this analysis studies the viability of substituting the phenolic resin, used as the structural matrix in the clutch facing composition by high performance polymers. The principle objective for this substitution is to eliminate the free phenol in the final product and consequently produce a classified non-dangerous waste in accordance to the NBR 10004 norm. High performance polymers have high temperature working resistance when in continuous use and also maintain their mechanical properties and are normally used in products that support high pressures, such as gears, brakes, bearings and clutches. The influence of the sliding speed and the normal load under tribological behaviour was evaluated for phenolic composites (comparative basis) and for poly (amide imide) composites and poly (ether ether ketone) composites when these slip under dry conditions against a grey iron machined counterpart, the same material as used for pressure plates. Thermal and mechanical characteristics of the composites, obtained by thermogravimetric analysis, dynamic-mechanical and hardness were analysed. After the tribological tests the worn surfaces of the composites samples and of the metallic counterparts were evaluated with optical microscopy, electro scanning microscopy and chemical composition. The environmental characteristics of these materials classify both materials as not being dangerous, but under the sliding speed and load studied the PAI and PEEK composites showed lower wear resistance than the phenolic composites.

O objetivo deste trabalho, foi investigar o comportamento tribológico - atrito, desgaste e regime de lubrificação - do par cerâmico alumina - alumina no deslizamento em água, e verificar a possibilidade de atingir valores mais baixos de coeficiente de atrito (menor que o obtido anteriormente na literatura ? ? 0,2); para tanto foram estudados: o efeito da velocidade, o efeito da carga, o efeito da adição de modificadores de atrito na água e o efeito de rugosidade inicial do disco. As hipóteses que nortearam a escolha dessas variáveis foram de que a obtenção de baixos coeficientes de atrito decorreria de um sistema de lubrificação hidrodinâmico, através do efeito das variáveis mecânicas, e/ou um sistema de lubrificação limítrofe gerado por uma camada de baixa resistência ao cisalhamento, avaliado pelos efeitos das variáveis químicas. Além dessas variáveis, também foram estudadas as equações que regem os sistemas lubrificados, a fim de tentar ter um melhor entendimento sobre o regime de lubrificação. Os ensaios foram realizados na configuração de ensaio tribológico esfera sobre disco sob carga normal entre 24,7 N e 100,3 N e velocidade de deslizamento entre 0,1 m/s e 2 m/s. A água utilizada nos ensaios foi filtrada, destilada e deionizada; os modificadores de atrito utilizados foram a sílica coloidal amorfa, o hidróxido de alumínio e o carbeto de silício. As esferas de alumina foram adquiridas comercialmente, e os discos de alumina foram provenientes de trabalhos anteriores. Todos os materiais foram caracterizados quanto às suas propriedades físicas e mecânicas. Nos ensaios preliminares, o sistema atingiu, após 100 horas de ensaio (360000 metros), valores de coeficiente de atrito da ordem de µ ? 0,08, menores do que os encontrados na literatura. Quando os ensaios foram realizados com a maior velocidade, o sistema atingiu coeficientes de atrito menores que 0,02. Os ensaios com menor rugosidade inicial apresentaram maiores valores de coeficiente de atrito. Analisando todos os resultados teóricos e experimentais, foi possível verificar que para o par alumina - alumina, o regime de lubrificação provavelmente é o regime misto, parcialmente hidrodinâmico e parcialmente limítrofe. Ademais a partir dos dados experimentais foi possível construir previsões teóricas para o coeficiente de atrito e de desgaste. / The objective of this work was to investigate the tribological behavior - friction, wear and lubrication regime - on the sliding of alumina - alumina ceramic pair in water, and to verify the possibility of reaching low friction coefficient (lower than previously obtained in the literature ? ? 0.2). The effect of the velocity, the effect of the load, the effect of the addition of friction modifiers on the water and the initial roughness effect of the disc were studied. The hypothesis that guided the choice of these variables were that the low friction coefficients would result from a hydrodynamic lubrication system and/or a boundary lubrication system generated by a low shear stress layer. In addition to these variables, the equations that governed the lubricated systems were also studied in order to try to have a better understanding of the lubrication regime. The tests were carried out in the tribological test configuration ball on disc under normal load between 24.7 N and 100.3 N and sliding velocity between 0.1 m/s and 2 m/s. The water used in the tests was filtered, distilled and deionized, the friction modifiers used were amorphous colloidal silica, aluminum hydroxide and silicon carbide. The alumina balls were commercially purchased, and the alumina discs were derived from previous works. All materials were characterized for their physical and mechanical properties. In the preliminary tests, the system reached, after 100 hours of test (360000 meters), values of friction coefficient ? ? 0,08. These values were smaller than the one found in the literature. When the tests were carried out with the highest speed, the system reached coefficients of friction lower than 0.02. The tests with lower initial roughness showed higher coefficient of friction. Analyzing all the theoretical and experimental results, it was possible to verify that for the alumina - alumina pair the lubrication regime is probably the mixed, partially hydrodynamic and partially boundary regime. From the experimental data, it was also possible to construct theoretical predictions for the coefficient of friction and wear.

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.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2015-07-22T14:09:55Z No. of bitstreams: 1 472531 - Texto Completo.pdf: 4997837 bytes, checksum: 1590f79ac735e6692cd0c7dd643ff084 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-22T14:09:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 472531 - Texto Completo.pdf: 4997837 bytes, checksum: 1590f79ac735e6692cd0c7dd643ff084 (MD5) Previous issue date: 2015-03-31 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / The present study aims to evaluate the wear resistance of two different materials (SAE 1045 steels and SAE 52100) in different microstructure conditions without lubrification and using biodiesel (B100), biodiesel-diesel blend (B50) and commercial diesel fuel (B7). Two samples of each material were subjected to hardening heat treatment of quenching (temperature: 850 ?C and cooled in water in SAE 1045 samples and temperature: 830?C cooled in oil in SAE 52100 steel samples) followed by tempering (300?C in samples of SAE 1045 steel and 100?C and 200?C in SAE 52100 steel samples to 100 ? C). It was obtained samples with four different hardness and different microstructure conditions (tempered martensite in steel SAE 1045 and tempered martensite with Chromium Carbide in steel SAE 52100). The experiments will be conducted in a pin-on-disk tribometer, with rotation of 300 RPM, 1,5kg load and 4400 m distance covered, according to the recommendations of ASTM G99-04, followed by the wear track surface hardness measurement and evolution of the samples wear surface with a Scanning Electron Microscope. At the end of the trials, there was a variation of wear resistance between different materials, different microstructures and different lubricants applied in the test. The results showed a tendency to decrease in wear tests with B100 biodiesel lubrication. / O presente trabalho tem por objetivo avaliar a resist?ncia ao desgaste de dois diferentes materiais (tr?s amostras de SAE 1045 e tr?s amostras de a?o SAE 52100) em diferentes condi??es microestruturais, sem lubrifica??o e com lubrifica??o (utilizando biodiesel B100, ?leo diesel B50 e ?leo diesel comercial B7). Duas amostras de cada material foram submetidas a tratamento t?rmico de t?mpera (850?C resfriado em ?gua nas amostras de SAE 1045 e 830?C resfriado em ?leo nas amostras de a?o SAE 52100) seguida de revenimento (100?C e 300?C nas amostras de SAE 1045 e 100?C e 200?C nas amostras de a?o SAE 52100). Assim, foram obtidas amostras com quatro durezas diferentes e diferentes condi??es microestruturais (martensita revenida no a?o SAE 1045 e martensita revenida com uma terceira fase prioritariamente de carbeto de cromo no a?o SAE 52100). Os ensaios foram realizados em um trib?metro do tipo pino-sobre-disco, com rota??o de 300 RPM, 1,5kg de carga e 4400m de dist?ncia percorrida, seguindo as recomenda??es da norma ASTM G99?04, medi??o da microdureza superficial da pista de desgaste e avalia??o da superf?cie desgastada das amostras com um Microsc?pio Eletr?nico de Varredura (MEV). Ao final dos ensaios, observou-se a varia??o da resist?ncia ao desgaste entre os diferentes materiais, diferentes microestruturas e diferentes lubrificantes aplicados no ensaio. Os resultados indicaram uma tend?ncia de diminui??o de desgaste nos ensaios realizados com lubrifica??o de biodiesel B100.

acarretar em uma série de fenômenos que irão desgastar ambas. O emprego de conceitos tribológicos de forma a reduzir a taxa de desgaste nas superfícies de ferramentas e melhorar o acabamento superfícial de peças produzidas fez com que tratamentos superficiais e revestimentos. Entre os tratamentos superficiais, um dos mais aplicados é a nitretação a plasma, que consiste em criar uma camada de nitretos, aumentando a dureza e resistência ao desgaste do material, podendo ele ser feito com corrente direta (método convencional) e gaiola catódica, um método deenvolvido para reduzir as heterogeneidades. Dureza e resistência ao desgaste são conceitos normalmente confundidos, mas há uma série de outros parâmetros que devem ser considerados, como o aspecto topográfico da superfície. Alguns pesquisadores concluíram que a superfície nitretada com gaiola catódica possuía um aspecto lisoe não atacada por bombardeamento iônico como a nitretada via processo convencional. Este trabalho comparou diferentes parâmetros de nitretação a plasma, caracterizando não só a superfície através de medições de microdureza Vickers e rugosidade superficial média, como também o desgaste através da formação de diferentes pares tribológicos com materiais metálicos (alumínio, aço inoxidável e aço baixo carbono), através de técnicas de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. Foi possível concluir que camadas nitretadas com menor rugosidade superficial pós-tratamento associadas a um incremento de dureza superficial reduziram o coeficiente de atrito do sistema tribológico, além disso, foi evidente a redução de material aderido na superficie nitretada com gaiola catódica para as esferas de aço inoxidável e alumínio. / The mechanical contact between two surfaces and its relative movement promotes a range of phenomena that will causes wear in both materials. The use of tribological concepts to reduce wear rate on tool surfaces and improve the surface finish of pieces produced brought the development of surface treatments and coatings. Between the surface treatments, plasma nitriding is one of the most applied, which consists in the creation of a nitrided layer that improves surface hardness and wear resistance, it may be carried out by direct current (conventional) or cathodic cage, a method developed to reduce heterogeneities. Hardness and wear resistance are concepts often related, but there are other parameters to be considered, as the surface topography. Some researchers showed that the cathodic cage plasma nitrided surface is smooth and non-attacked by sputtering as the direct current plasma nitrided surface. This work compared different plasma nitriding parameters of the AISI M2 tool steel, characterizing the surface by Vickers microhardness and average roughness and the wear by the creation of different tribopairs with metallic materials (aluminum, stainless steel and low carbon steel) using optical microscopy and scanning electron microscopy techniques. The plasma nitrided surfaces with smaller surface roughness obtained lower friction coefficient for its tribological systems, besides that, it was evident the smaller material adhesion on the cathodic cage plasma nitrided surface for the tribopairs created with the aluminum and stainless steel.

As características tribológicas do poli-éter-éter-cetona (PEEK) contendo de 0% a 40% de fibra de carbono, sob deslizamento em ambiente lubrificado com óleo, foram estudadas para diferentes acabamentos superficiais da contrapeça. Os quatro acabamentos escolhidos, comumente usados na indústria automobilística, foram o torneamento, a retífica, o brunimento e o polimento. O sistema de teste usado foi o tri-pino-disco, com o pino em PEEK e a contrapeça em aço, sendo totalmente imersos no óleo ATF Dexron VI. Alguns parâmetros de teste foram mantidos constantes como a pressão aparente de 2 MPa, a velocidade linear de deslizamento de 2 m/s e a temperatura do óleo em 85°C. Analisou-se o efeito do tempo de deslizamento na taxa de desgaste e no atrito para o PEEK com 30% de fibra de carbono contra disco acabado por torneamento, estudou-se o efeito do acabamento do disco no atrito e desgaste do PEEK natural e do PEEK com 30% de fibra de carbono, avaliou-se o efeito da adição da fibra de carbono na taxa de desgaste e atrito em acabamento torneado e foi definido o regime de lubrificação para os acabamentos de polimento e torneamento para o PEEK natural e para os acabamentos de polimento, brunimento, retífica e torneamento para o PEEK com 30% de fibra de carbono nas condições de 2 MPa e 2 m/s. Constatou-se que o regime permanente de desgaste ocorreu a partir de 60 minutos após a estabilização da taxa de desgaste e coeficiente de atrito. O atrito e o desgaste do PEEK e seus compósitos se mostraram sensíveis ao acabamento da contrapeça, pois este foi o principal fator que definiu os regimes de lubrificação. Nas condições de teste supracitadas o polimento operou em regime hidrodinâmico, o torneamento e a retífica em regime limítrofe, e o brunimento em regime misto. Foi levantada a curva de Stribeck para o PEEK com 30% de fibra de carbono deslizando contra o disco com acabamento de brunimento para a faixa de pressão de 1 MPa a 14 MPa. Nestas condições foram observados os três principais regimes de lubrificação, tornando possível gerar um mapa que relaciona o regime de lubrificação com pressão, velocidade e coeficiente de atrito. / The sliding tribological properties of poly-ether-ether-ketone (PEEK) containing from 0 to 40% of carbon fiber were studied within oil lubricated environment for different surface finishing of the counterpart. Four different finishing processes commonly used in the automotive industry were chosen for this study: turning, grinding, honing and polishing. The test system used was three pin-on-disc with pins made of PEEK and counterpart made of steel, they were fully immersed in the Dexron VI ATF oil. Some test parameters were held constant as the apparent pressure of 2 MPa, the linear velocity of 2 m/s and the oil temperature at 85 °C. It was analyzed the effect of the sliding time on friction and wear of PEEK with 30% of carbon fiber on turning disk, studied the effect of disc finishing on friction and wear of natural PEEK and PEEK with 30% of carbon fiber, evaluated the effect of carbon fiber on wear rate and friction for turning counterbody finishing and the lubrication regime was for polishing and turning finishes for natural PEEK and polishing, honing, grinding and turning for PEEK with 30% of carbon fiber under 2 MPa and 2 m/s. It was found that steady state of wear occurred from 60 minutes of test after wear rate and friction coefficient stabilization. The friction and wear of PEEK and its composites were sensitive to the counterbody finishing; it was the main factor which defined the lubrication regimes. In the above test conditions polishing operated in hydrodynamic regime, turning and grinding on boundary condition and honing in mixed regime. The Stribeck curve was raised for PEEK with 30% carbon fiber by sliding against the honing finishing disk under 1 MPa to 14 MPa of apparent pressure range. Under these conditions the three main lubrication regimes were observed and it was possible to create a map that relates lubrication regime with pressure, speed and coefficient of friction.

O presente estudo descreve procedimentos aplicáveis aos ensaios de desgaste que privilegiam a documentação dos fenômenos de superfícies, característicos de biotribossistemas como os protéticos articulares, quando testados em simulador mecânico. Para validar os procedimentos propostos, um simulador mecânico foi projetado e fabricado de acordo com as normas ISO 14242-1 e ISO 14242-3, específicas para os ensaios de desgaste em próteses articulares de quadril. Pelo fato destas normas apresentar curvas de movimentos e cargas com baixa resolução (prescritas por poucos pontos), interpoladores distintos foram testados e aqueles que apresentaram o melhor desempenho na preservação da suavidade e forma das curvas foram selecionados para obter trajetórias com alta resolução. A validação do simulador mecânico e das curvas foi realizada em um ensaio com o uso de um conjunto protético articular do quadril de referência. Este ensaio teve a duração de 12 milhões de ciclos, sendo 6 milhões de ciclos realizados com cada uma das normas da série ISO 14242. Após a validação do mecanismo, dois conjuntos protéticos, manufaturados no Brasil, de mesmo modelo e lote, foram caracterizados e submetidos aos ensaios de desgaste. Cada conjunto protético foi testado com um protocolo de movimento por 1 milhão de ciclos, o que equivale à, aproximadamente, um ano de uso das próteses in vivo. A metodologia aplicada aos ensaios de desgaste permitiu documentar fenômenos de superfícies como: transferência de materiais entre os componentes, surgimento de resíduos, desplacamento de material transferido e ocorrência de mecanismos abrasivos que geram sulcos nas interfaces de contato. Tais fenômenos comprometem a durabilidade do tribossistema protético em questão, que deveria suportar cinco vezes o número de ciclos realizados. Os parâmetros que caracterizam as superfícies das próteses testadas com as normas ISO 14242-1 e ISO 14242-3 foram comparados em um teste estatístico, indicando que as diferentes cinemáticas (realizadas por um mesmo simulador mecânico) exercem influência no desempenho dos conjuntos protéticos. / This work presents procedures applicable to wear tests, which aid the documentation of the surfaces phenomena. The foccus is on tribosystems like joint prosthesis tested in mechanical simulators. In order to validate the proposed procedures, a mechanical simulator has been designed and built according to ISO 14242-1 and 14242-3 standards, which are specific for wear tests on hip joint prosthesis. Since these standards present curves of movement and load curves of low resolution (prescribed by few points), different interpolators have been tested. Interpolation techniques that have shown better performance in terms of smoothness and shape were selected to generate high resolution trajectories. The validation of the mechanical simulator and the proposed trajectories was performed through a wear test of a reference hip joint prosthesis. This wear test had 12 millions cycles, whereas, 6 million cycles were performed according to ISO 14242-1 and 6 million cycles were performed according to ISO 14242-3. After validation of the mechanism and trajectories, brazilian made prosthetic sets, of the same model and same batch, were characterized and wear tested. Each prosthetic set was tested with distinct kinematics and 1 million cycles, which is roughly equivalent to one year of in vivo prosthesis use. The proposed and applied methodology for the wear tests allowed documenting several surface phenomena, namely, material transfer between the components, residues associated to abrasive mechanisms, indicated by grooves observed on contact interfaces. Such adverse phenomena suggest low prosthesis durability, which should stand five folds more test cycles, 5 million cycles. The surface parameters of the tested prosthesis generated by ISO 14242-1 and 14242-3 standards were compared through a statistic test, showing that different kinematics (performed by the same mechanical simulator) influenced joint prosthetic performance.

Estudos recentes mostram que o cobre oriundo do desgaste de materiais de fricção de freio automotivo é a principal fonte do depósito deste metal em rios e lagos, afetando negativamente o meio ambiente. Consequentemente, novas legislações de agências governamentais internacionais têm imposto uma redução drástica da utilização do cobre em materiais de fricção nos próximos anos, sendo esta uma tendência a ser seguida por governos de todo o mundo. Embora o cobre seja largamente utilizado em materiais de fricção, a compreensão dos mecanismos de ação deste metal para esta aplicação ainda é bastante limitada. Este trabalho tem como intuito contribuir para uma melhor compreensão do papel do cobre em pastilhas de freio automotivo no que diz respeito ao coeficiente de atrito e ao desgaste. Ensaios de frenagens foram realizados no tribômetro do Laboratório de Tribologia da UFRGS, onde três tipos de pastilhas de freio (contendo 0%, 10% e 30% de cobre cada) foram testadas em diferentes temperaturas (100 ºC, 200 ºC e 300 ºC). Foram aplicados métodos para avaliar o coeficiente de atrito, desgaste de pastilha, desgaste de disco, parâmetros morfológicos de platôs de contato e depósito de filme no disco O material sem cobre em sua composição apresentou valores de coeficiente de atrito maiores do que os materiais com cobre para os três patamares de temperatura. O material com 10% de cobre apresentou maior sensibilidade do atrito em função da velocidade de deslizamento do que os outros dois materiais. Correlação inversa forte foi observada entre desgaste de pastilha e desgaste de disco. A quantidade de platôs de contato foi o parâmetro morfológico que mais se correlacionou com o coeficiente de atrito em diferentes temperaturas. Em alguns ensaios foi observada uma variação abrupta do coeficiente de atrito em determinadas frenagens dos materiais sem cobre e com 10% de cobre. Juntamente com esta variação, foi constatada uma perturbação do filme depositado sobre o disco, onde este é removido quando ocorre o aumento repentino do atrito. Entretanto, este fenômeno ocorreu apenas para a temperatura de 100 ºC, indicando que esta variação de atrito e perturbação do filme ocorre apenas em baixas temperaturas, e independente do percentual de cobre. / Previous studies have shown that the copper originated from the wear of automotive brake friction materials is the main source of the deposit of this metal in rivers and lakes, leading to environmental impacts. As a result, recent legislations from international governmental agencies have forced a drastic reduction of the copper used in friction materials in next years, which is likely to be followed by other governments in the world. Although the copper is widely used in friction materials, the understanding of the action mechanisms of this metal in friction materials is quite limited. This work aims to contribute to a better understanding of the role of copper in automotive brake pads in terms of friction and wear. Tests were carried out in the tribometer of the Laboratory of Tribology of UFRGS, where three kinds of brake pads (with 0%, 10% and 30% of copper each) were subjected to different temperatures (100 ºC, 200 ºC e 300 ºC). Methodologies to evaluate friction, wear of brake pads, wear of discs, morphological parameters of contact plateaus and deposit of film on disc surface were used. The sample without copper presented higher friction than the samples with copper for the three temperature levels. The material with 10% of copper presented higher friction sensibility due the sliding speed than other samples. Strong inverse correlation between wear of brake pads and wear of discs was observed. Quantity of contact plateaus was the parameter that presented the higher correlation with the friction in different temperatures. An abrupted variation of friction was observed in some experiments for samples without copper and with 10% of copper. At the same time, it was observed a disturbance of the film deposited on the disc surface, where the film was removed when the sudden increase of the friction occurs. However, this phenomenon occurred only at 100 °C, indicating that the variation of friction and the disturbance of film occurs only at low temperatures, and seems to be regardless of percentage of copper.

A presente dissertação descreve o desenvolvimento e análise de um experimento concebido para avaliar a contribuição de materiais de fricção sobre vibrações induzidas na superfície de um disco de freio. O aparato proposto é equipado com um excitador modal (shaker), utilizado para promover e controlar o sinal de excitação que foi aplicado sobre os materiais de fricção avaliados. A resposta dessa excitação na superfície do disco de freio foi mensurada através de acelerômetros. Além da aplicação sobre o experimento proposto, foram avaliados o coeficiente de atrito e a distribuição de asperezas da superfície das oito amostras utilizadas. A característica modal do disco utilizado foi descrita através das suas frequências naturais, amortecimento e formas modais, parâmetros identificados através da aplicação de análise modal experimental. O experimento proposto foi utilizado para identificar as principais características de resposta do disco quando a excitação é realizada através do material de fricção. Essa condição também foi comparada com aquela em que a excitação foi aplicada diretamente no disco A métrica mais adequada para avaliação desse experimento foi identificada como o valor médio da magnitude da Função Resposta em Frequência (FRF), calculado através do estimador H3. O aparato proposto se mostrou capaz de identificar diferenças nas amostras avaliadas quanto à propensão dessas à produção de vibrações na superfície do disco. As amostras foram avaliadas no experimento proposto nas condições sem e com filme tribológico sobre a sua superfície, as quais correspondem ao estado das amostras antes e depois, respectivamente, do processo de caracterização do coeficiente de atrito destas, utilizando o tribômetro do LATRIB/UFRGS. Foi observado que as amostras com filme produziram maior vibração do que as amostras sem filme. Os resultados obtidos demonstraram uma forte correlação entre a propensão das amostras à produção de vibrações e a distribuição de asperezas da superfície das amostras. Esses resultados indicam que materiais de fricção com superfícies planas são capazes de transmitir mais vibração à superfície do disco do que aqueles com superfícies mais rugosas. / The present work describes the development and analysis of an experimental apparatus designed to evaluate the contribution of friction materials in vibrations induced on the surface of a brake disc. The proposed apparatus is equipped with a modal exciter (shaker), which was used to promote and control the excitation signal applied in the evaluated friction material. The response of this excitation in the disc surface was measured with accelerometers. The eight samples evaluated in this study was also characterized in terms of its friction coefficient and the asperity distribution of its surface. The modal characteristic of the disc was described in terms of its natural frequencies, damping and modal shapes, whose parameters were obtained by application of experimental modal analysis. The proposed apparatus was used to identify the main characteristics of the disc response when the excitation is applied throw the friction material. This case was also compared to the condition in which the disc was excited directly by the shaker. The most adequate metric to evaluate this experiment was selected as the mean value of the Frequency Response Function (FRF) spectrum, calculated by the H3 estimator The proposed apparatus showed being capable of identifying differences between the evaluated samples, regarding its propensity to produce vibrations on the disc surface. The samples were evaluated in with and without tribological film deposited on its surface. It was shown that the analyzed samples had the vibration increased with tribological film compared to the condition without the film. The obtained results demonstrated a strong correlation between the samples propensity to the production of vibration and the asperity distribution of the samples surfaces. These results indicate that friction materials with flat surfaces are capable to transmit more vibrations to the disc surface than those samples with rough asperity distribution.

O presente estudo descreve procedimentos aplicáveis aos ensaios de desgaste que privilegiam a documentação dos fenômenos de superfícies, característicos de biotribossistemas como os protéticos articulares, quando testados em simulador mecânico. Para validar os procedimentos propostos, um simulador mecânico foi projetado e fabricado de acordo com as normas ISO 14242-1 e ISO 14242-3, específicas para os ensaios de desgaste em próteses articulares de quadril. Pelo fato destas normas apresentar curvas de movimentos e cargas com baixa resolução (prescritas por poucos pontos), interpoladores distintos foram testados e aqueles que apresentaram o melhor desempenho na preservação da suavidade e forma das curvas foram selecionados para obter trajetórias com alta resolução. A validação do simulador mecânico e das curvas foi realizada em um ensaio com o uso de um conjunto protético articular do quadril de referência. Este ensaio teve a duração de 12 milhões de ciclos, sendo 6 milhões de ciclos realizados com cada uma das normas da série ISO 14242. Após a validação do mecanismo, dois conjuntos protéticos, manufaturados no Brasil, de mesmo modelo e lote, foram caracterizados e submetidos aos ensaios de desgaste. Cada conjunto protético foi testado com um protocolo de movimento por 1 milhão de ciclos, o que equivale à, aproximadamente, um ano de uso das próteses in vivo. A metodologia aplicada aos ensaios de desgaste permitiu documentar fenômenos de superfícies como: transferência de materiais entre os componentes, surgimento de resíduos, desplacamento de material transferido e ocorrência de mecanismos abrasivos que geram sulcos nas interfaces de contato. Tais fenômenos comprometem a durabilidade do tribossistema protético em questão, que deveria suportar cinco vezes o número de ciclos realizados. Os parâmetros que caracterizam as superfícies das próteses testadas com as normas ISO 14242-1 e ISO 14242-3 foram comparados em um teste estatístico, indicando que as diferentes cinemáticas (realizadas por um mesmo simulador mecânico) exercem influência no desempenho dos conjuntos protéticos. / This work presents procedures applicable to wear tests, which aid the documentation of the surfaces phenomena. The foccus is on tribosystems like joint prosthesis tested in mechanical simulators. In order to validate the proposed procedures, a mechanical simulator has been designed and built according to ISO 14242-1 and 14242-3 standards, which are specific for wear tests on hip joint prosthesis. Since these standards present curves of movement and load curves of low resolution (prescribed by few points), different interpolators have been tested. Interpolation techniques that have shown better performance in terms of smoothness and shape were selected to generate high resolution trajectories. The validation of the mechanical simulator and the proposed trajectories was performed through a wear test of a reference hip joint prosthesis. This wear test had 12 millions cycles, whereas, 6 million cycles were performed according to ISO 14242-1 and 6 million cycles were performed according to ISO 14242-3. After validation of the mechanism and trajectories, brazilian made prosthetic sets, of the same model and same batch, were characterized and wear tested. Each prosthetic set was tested with distinct kinematics and 1 million cycles, which is roughly equivalent to one year of in vivo prosthesis use. The proposed and applied methodology for the wear tests allowed documenting several surface phenomena, namely, material transfer between the components, residues associated to abrasive mechanisms, indicated by grooves observed on contact interfaces. Such adverse phenomena suggest low prosthesis durability, which should stand five folds more test cycles, 5 million cycles. The surface parameters of the tested prosthesis generated by ISO 14242-1 and 14242-3 standards were compared through a statistic test, showing that different kinematics (performed by the same mechanical simulator) influenced joint prosthetic performance.