Aplicação de Técnicas de Planejamento de Experimentos para Otimização do Comportamento Tribológico e Térmico de Materiais de Atrito Durante o Processo de Frenagem

Abstract

RESUMOSistemas de freio têm a finalidade de reduzir ou manter a velocidade de um veículo, levá-lo à imobilidade ou mantê-lo imóvel. O princípio básico dos sistemas de freios por atrito é a conversão da energia cinética do veículo em energia térmica. Neste estudo, buscou-se analisar os parâmetros de operação de um sistema de freio a disco para motocicletas utilizando-se um banco de ensaios baseado no procedimento Krauss, descrita pela norma ABNT NBR 6143/1995. Optou-se por conduzir um Experimento fatorial completo 2³, em que os três fatores de controle considerados (tipo de disco de freio, tipo de pastilha e o valor da pressão de acionamento da manete de freio) foram alterados deliberadamente em dois níveis cada. Analisou-se as propriedades dos materiais envolvidos novos e após um determinado tempo de uso, denominado materiais assentados. Para avaliar o desempenho do sistema de freio durante o processo de frenagem, analisaram-se duas variáveis de resposta simultaneamente: coeficiente de atrito e temperatura final. A partir dos experimentos, o desempenho tribológico mais satisfatório ocorreu para os materiais constituintes do par de atrito, disco e pastilhas, assentados, e um menor valor de pressão de acionamento da manete de freio. Já para a temperatura, o melhor resultado ocorreu para os materiais do par de atrito novo e um menor valor de pressão. Com o intuito de encontrar a melhor combinação dos níveis de cada fator que otimize o desempenho global destas duas variáveis resposta, foi proposta uma técnica de otimização de múltiplas respostas. Como resultado, obteve-se os níveis assentados do par de atrito e o menor valor de pressão como os capazes de otimizar as duas variáveis resposta simultaneamente. Por fim, o banco de ensaios foi adaptado com um motor de maior potência, o que possibilitou evidenciar e esclarecer mais sobre o efeito brake fade. Palavras-chave: Material de atrito, Frenagem, Sistemas de Freio, efeito fade ABSTRACTBrake systems are employed to reduce or maintain the speed of a vehicle, take it to stillness or keep it motionless. The basic principle of friction brake systems is the conversion of the kinetic energy of the vehicle into thermal energy. This study aimed to analyze the operating parameters of a disc brake system for motorcycles using a test bench based on the Krauss procedure described by ABNT NBR 6143/1995. It was decided to conduct a complete 2³ factorial experiment, in which the three control factors considered (type of brake disc, type of pad and the value of brake lever drive pressure) were deliberately altered in two levels each. The properties of the new materials were analyzed and after a certain time of use, called seated materials. To evaluate the performance of the brake system during the braking process, two response variables were analyzed simultaneously: friction coefficient and final temperature. From the experiments, the