RESUMO Estudo que visa à análise comparativa dos efeitos térmicos e do desgaste sofridos pelo par tribológico de um sistema de freio durante ensaios realizados variando a potência motora de um banco de ensaio de freios. Como é conhecido, o mecanismo de freio é empregado para controlar a velocidade convertendo energia cinética e/ou energia potencial em energia térmica. Neste estudo, objetivou-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, descrito pela norma ABNT NBR 6143/1995. Os ensaios experimentais foram conduzidos em duas etapas. Na primeira, o banco de ensaios foi equipado com um motor de 3cv de potência motora e utilizou-se um planejamento fatorial 23, em que os três fatores de controle considerados foram alterados deliberadamente em dois níveis cada. Para avaliar o desempenho do sistema de freio durante o processo de frenagem, analisaram-se três variáveis de resposta simultaneamente: temperatura final, coeficiente de atrito e desgaste das pastilhas de freio. Na segunda etapa, a potência motora foi aumentada para 10cv; analisou-se o efeito dos fatores pressão de contato e velocidade de escorregamento, que foram alterados em quatro níveis cada. Aqui foi analisada a variável de resposta desgaste das pastilhas de freio. Como resultado da análise comparativa realizada, foi possível constatar que os ensaios da segunda etapa mostraram um maior desgaste e aquecimento do material de atrito do mecanismo de freio estudado, o que promoveu redução do coeficiente de atrito em função do aumento da temperatura, especialmente acima de 300°C, fenômeno este conhecido na literatura como efeito fade de frenagem.

ABSTRACT Study aiming at comparative analysis of the thermal effects and wear suffered by the tribological pair of a brake system during tests performed by varying the motor power of a brake test bench. As is known, the brake mechanism is employed to control speed by converting kinetic energy and/or potential energy into thermal energy. This study aimed to analyze the operating parameters of a motorcycle disc brake system using a test bench based on the Krauss procedure, described by ABNT NBR 6143/1995. Experimental tests were conducted in two steps. In the first one, the test bench was equipped with a 3hp engine of motor power and a 23 factorial design was used, in which the three control factors considered were deliberately changed at two levels each. To evaluate the performance of the brake system during the braking process, three response variables were analyzed simultaneously: final temperature, friction coefficient and brake pad wear. In the second stage, the motor power was increased to 10hp; The effect of contact pressure and sliding velocity factors, which were changed at four levels each, was analyzed. Here the brake pad wear response variable was analyzed. As a result of the comparative analysis, it was found that the tests of the second stage showed greater wear and heating of the friction material of the studied brake mechanism, which promoted a reduction of the coefficient of friction as a function of temperature increase, especially above 300 ° C, a phenomenon known in the literature as the braking fade effect.

RESUMO Neste artigo, buscou-se verificar os parâmetros de operação de um sistema de freio a disco para motocicletas utilizando-se uma bancada de ensaios baseada no procedimento Krauss, descrita pela norma ABNT NBR 6143/1995 [1]. Optou-se por conduzir um Experimento Fatorial 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. Buscou-se analisar as propriedades dos materiais envolvidos novos e após um determinado tempo de uso, denominado materiais assentados. Para avaliar o desempenho do sistema de freios durante o processo de frenagem, analisaram-se quatro variáveis de resposta simultaneamente: temperatura final, coeficiente de atrito, desaceleração e momento da força de frenagem. Foram utilizadas técnicas de Planejamento de Experimentos Fatoriais para analisar os dados coletados. Como resultado, o desempenho tribológico mais satisfatório aconteceu para os materiais constituintes do par de atrito, disco e pastilhas, assentados, e um maior valor de pressão de acionamento da manete de freio. Já para a temperatura, o melhor resultados ocorreu para os materiais do par de atrito novo e um menor valor de pressão. Por fim, foi proposta uma técnica de otimização com o intuito de encontrar a melhor combinação dos níveis de cada fator que otimize o desempenho global das múltiplas variáveis resposta.

ABSTRACT In this paper, we sought to verify the operating parameters of a disc brake system for motorcycles using a bench testing based on Krauss procedure described by the ABNT NBR 6143/1995 [1]. It was decided to conduct an experiment Factorial 23, in which the three control factors considered (type of brake disc, type of chip and the value of the brake lever on working pressure) have changed on two levels each. It sought to analyze the properties of new materials involved, and after a certain time of use, called settlers materials. To evaluate the performance of the brake system during the braking process, we analyzed four response variables simultaneously: final temperature, coefficient of friction, deceleration time and braking force. Factorial Design of Experiments techniques were used to analyze the collected data. As a result, the most satisfactory tribological performance happened to the pair of materials constituting the friction disk and pads, setting, and an increased brake lever of the actuation pressure value. As for the temperature, best results occurred for the friction pair new materials with lower pressure. Finally, it proposed an optimization technique in order to find the best combination of the levels of each factor to optimize the overall performance of multivariable response

RESUMO Sistemas 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.

ABSTRACT Brake 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 most satisfactory tribological performance occurred for the constituent materials of the friction pair, disc and pads, set, and a lower value of brake lever drive pressure. As for the temperature, the best result occurred for the materials of the new friction pair and a lower pressure value. In order to find the best combination of levels of each factor that optimizes the overall performance of these two response variables, a multiple response optimization technique was proposed. As a result, the settling levels of the friction pair and the lowest pressure value were obtained as the ones able to optimize the two response variables simultaneously. Finally, the test bench was adapted with a higher power engine, which made it possible to highlight and clarify more about brake fade or brake reduction effect.