DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE FREIO PARA UM VECULO OFF-ROAD DO TIPO BAJA

Clediliano Andr Miranda (guguimiranda@gmail.com)

Eduardo Junges (eduardo.junges@hotmail.com)

Gustavo Adolfo Velazquez Castillo (gavcastillo@gmail.com)

Universidade Estadual do Oeste do Paran

INTRODUO

O Baja SAE uma competio entre instituies de nvel superior em engenharia

que tem por objetivo trazer prtica os conhecimentos adquiridos em sala de aula a

fim de projetar e construir um veculo off-road que seja ao mesmo tempo eficiente,

barato e atrativo ao pblico consumidor. A equipe Baja Cataratas representa a

Unioeste desde 2010 na competio a nvel regional e nacional.

Dentre todos os subsistemas do veculo, um dos mais importantes o sistema de

freio devido a sua funo de garantir a segurana do piloto. Os freios so

mecanismos que propiciam a transformao da energia cintica em energia trmica,

atravs do atrito induzido, a fim de proporcionar a desacelerao do veculo. Os

sistemas mais comuns na atualidade so os freios a disco e a tambor.

OBJETIVOS

Realizar o dimensionamento do sistema de freios de um veculo Baja SAE de formaleve, barata e que atenda o regulamente da competio;

Quantificar os parmetros caractersticos do veculo; Determinar a distribuio ideal de frenagem em funo das condies da pista; Dimensionar o pedal de acionamento dos freios.

DESENVOLVIMENTO

Neste projeto, foi optado por utilizar freios a disco devido a sua maior linearidade

da relao torque de frenagem por fora aplicada, se comparado com os freios a

tambor (NORTON, 2004).

Para o dimensionamento do sistema de freios, foi realizado o equilbrio de foras

dinmicas do diagrama de corpo livre do veculo, como representado na Figura 1.

Fig. 1 Diagrama de corpo livre do veculo quando sujeito a desacelerao.

Assim, so determinadas as equaes de transferncia de peso durante a

frenagem, sendo a Equao 1 para o eixo dianteiro e a Equao 2 para o eixo

traseiro:

=

+( ) (1)

=

+( ) (2)

A partir de um modelo 3D do prottipo em software CAD, extraiu-se as dimenses

essenciais do veculo para o dimensionamento do seu sistema de freios. Os dados

esto disponveis na Tabela 1, onde h a altura do Centro de Massa (CM), a a

distancia do eixo dianteiro at o CM, b a distncia do eixo traseiro ao CM, JFF e JRFso os momentos polares de inrcia dos componentes rotativos nos eixos dianteiro e

traseiro, respectivamente, W o peso do veculo com o piloto e R o raio do pneu.

Tabela 1 Dados caractersticos do veculo

Com as Equaes 3 e 4, determinaram-se os torques de frenagem para o eixo

dianteiro e traseiro, respectivamente, onde, a primeira componente de cada equao

representa a parcela originada devido a fora de atrito e a segunda devido a inrcia

rotacional dos componentes girantes. A partir disso, plotou-se a proporo ideal de

torque em cada eixo e o resultado pode ser observado na Figura 2.

= +

(3)

= +

(4)

Segundo Gillespie (1992), indesejvel o travamento apenas do eixo traseiro,

devido ao surgimento de um comportamento instvel, gerando a perda de controle do

veculo. Por isso, selecionou-se discos e clipers de freio que garantissem o

travamento do eixo dianteiro antes do traseiro.

Para o dimensionamento do pedal, imprescindvel que todo o sistema hidrulico

tenha sido selecionado, devido necessidade do conhecimento dos dimetros dos

mbolos do cilindro mestre e dos clipers. Com isso, determinada a fora que deve

ser aplicada no cilindro mestre para ocorrer o travamento das rodas, como pode ser

visto na Figura 3.

Como essa fora para o terreno encontrado na competio elevada, determina-

se uma relao de comprimentos do pedal adequada, a fim de maximizar a fora

aplicada pelo piloto.

RESULTADOS E DISCUSSES

Com os componentes selecionados, chegou-se a uma distribuio de frenagem de

67% no eixo dianteiro e 33% no eixo traseiro, o que garante um grande campo de

estabilidade direcional durante a frenagem, incluindo o solo que encontrado na

competio ( 0,75).Os discos foram cortados em ao 1045 com espessura de 4 mm. O material para

confeco do pedal foi o alumnio 6063-T6 que, devido sua alta resistncia,

possibilitou utilizar uma chapa de 3 mm de espessura..

.

Fig. 4 Arranjo front-to-rear.

CONCLUSES

A distribuio de frenagem garante um grande campo de estabilidade; Com as dimenses selecionadas para pedal dos freios, alcanou-se uma reduo

de cerca de 80% do esforo necessrio;

O desempenho do sistema de freios cumpriu os requisitos que as normas dacompetio Baja SAE impem aos participantes;

A utilizao de componentes prontamente encontrados no mercado e com umcusto inferior ao de produo em pequena escala facilita a manuteno.

REFERNCIAS

GILLESPIE, T. D. Fundamentals of Vehicle Dynamics. Warrendale: Society of

Automotive Engineers, 1992.

NORTON, R. L. Projeto de Mquinas: Uma abordagem integrada. 2. ed. Porto

Alegre: Bookman, 2004.

0

20

40

60

80

100

0 0,25 0,5 0,75 1

To

rqu

e (

%)

Coeficiente de atrito

Dianteiro

Traseiro

Parmetro Valor

h (m) 0,55

a (m) 0,80

b (m) 0,56

JFF (Kg.m) 0,378

JRF (Kg.m) 1,411

W (Kg) 240

R (m) 0,26

0

500

1000

1500

2000

2500

0 0,25 0,5 0,75 1

Fo

ra (

N)

Coeficiente de atrito

Fig. 2 Torque ideal por eixo. Fig. 3 Fora de frenagem.

Parmetro Valor

Dimetro Cliper (mm) 30

Dimetro Cilindro Mestre (mm) 23

Relao alavanca do pedal 5,1:1

Fora de acionamento pedal (N) 400

Dimetro disco dianteiro (mm) 170

Dimetro disco traseiro (mm) 170

Tabela 2 Informaes tcnicas gerais do sistema de freio.