Dimensionamento de um sistema de freio hidráulico a disco para um veículo Fórmula SAE

Abstract

O presente Trabalho de Graduação apresenta o dimensionamento de um sistema de freio hidráulico a disco para o protótipo Formula SAE FX14, desenvolvido pela Equipe Fênix Racing da Universidade Estadual Paulista, Campus de Ilha Solteira. O estudo compreendeu revisão bibliográfica, modelagem da dinâmica veicular longitudinal, dimensionamento do pedal de freio, da caixa de pedais, dos cilindros mestres, das pinças, das pastilhas, dos discos e da regulagem da balance bar, além de modelagens tridimensionais e verificações estruturais numéricas por elementos finitos. Foram adotados parâmetros do veículo e coeficientes de atrito fornecidos pelos fabricantes dos pneus e das pastilhas. Os resultados teóricos indicaram torques de frenagem de 718,63 N·m por roda dianteira e 125,52 N·m por roda traseira, superiores aos torques requeridos para o travamento de 678,32 N·m e 120,17 N·m, respectivamente. As verificações estruturais resultaram em fatores de segurança de 1,27 para o pedal de freio, 1,17 para a caixa de pedais e 1,30 para o disco de freio. Uma análise térmica baseada em dados coletados pela equipe indicou temperatura máxima próxima de 247 °C nos discos em frenagens repetitivas. Também foram realizados testes funcionais preliminares fora da competição, os quais não substituem a validação oficial e instrumentada do sistema. Conclui-se que a configuração apresenta viabilidade técnica para o protótipo, com necessidade de validação quantitativa e de aprovação no teste oficial de frenagem.

This Graduation Thesis presents the design of a hydraulic disc braking system for the Formula SAE FX14 prototype developed by the Fênix Racing Team at São Paulo State University, Ilha Solteira campus. The study comprised a literature review, longitudinal vehicle dynamics modeling, the design of the brake pedal, pedal box, master cylinders, calipers, brake pads, discs, and balance bar adjustment, as well as three-dimensional modeling and finite element structural verification. Vehicle parameters and friction coefficients supplied by the tire and brake-pad manufacturers were adopted. The theoretical results indicated braking torques of 718.63 N·m per front wheel and 125.52 N·m per rear wheel, exceeding the required wheel-lock torques of 678.32 N·m and 120.17 N·m, respectively. The structural verifications resulted in safety factors of 1.27 for the brake pedal, 1.17 for the pedal box, and 1.30 for the brake disc. A thermal analysis based on data collected by the team indicated a maximum disc temperature close to 247 °C under repeated braking. Preliminary functional tests were also performed outside the competition; however, they do not replace official and instrumented system validation. The configuration was found to be technically feasible for the prototype, while quantitative validation and the official braking test remain necessary.