COMO FUNCIONA A DIREÇÃO DO CARROSAUX. Serviços AutomotivosProf° Anderson Glatz Ferreira

COMO FUNCIONA A DIREÇÃO DO CARROS• Você sabe que ao

virar o volante do seu carro, as rodas mudam de direção. É só uma questão de causa e efeito, certo? Mas uma série de coisas interessantes acontecem entre o volante e os pneus para que isso ocorra.

Mudando de direção

• Você ficará surpreso ao saber que, ao virar o volante de seu carro, as rodas dianteiras não apontam na mesma direção.

• Para um carro realizar uma curva suavemente, cada roda deve seguir um círculo diferente. Como a roda interna segue um círculo com raio menor, na verdade ela faz uma curva mais fechada do que a roda externa.

• Se você desenhar uma linha perpendicular a cada roda, as linhas irão se interceptar no ponto central da curva.

• A geometria dos elementos de transmissão de movimento da direção faz com que a roda interna esterce mais do que a roda externa.

• Há tipos diferentes de mecanismos de direção. O mais comum são o tipo pinhão e cremalheira e a de esferas recirculantes.

Direção de pinhão e cremalheira

• A direção de pinhão e cremalheira está se tornando rapidamente o tipo mais comum de direção nos carros, caminhonetes e utilitários esportivos. Ela é realmente um mecanismo bastante simples.

• Um conjunto de engrenagens de pinhão e cremalheira é encerrado em um tubo metálico, com cada extremidade da cremalheira saindo do tubo.

• Uma haste, chamadabarra de direção, se conecta a cada extremidade da cremalheira.

• O pinhão é fixado à árvore de direção. Quando você vira o volante, o pinhão gira e movimenta a cremalheira. A barra de direção em cada extremidade da cremalheira se conecta aobraço de direção na manga de eixo (veja o diagrama acima).

• O conjunto de engrenagens de pinhão e cremalheira faz duas coisas:

• converte o movimento de rotação do volante de direção no movimento linear necessário para girar as rodas;

• proporciona uma redução por engrenagens, o que facilita virar as rodas.

• Na maioria dos carros, são necessárias três ou quatro voltas completas do volante para fazer com que as rodas se movam de batente a batente (de totalmente à esquerda para totalmente à direita).

• A relação de direção é a relação entre o tanto que você gira o volante e o tanto que as rodas giram. Por exemplo, se uma volta completa (360 graus) do volante resulta em um giro das rodas do carro em 20 graus, então a relação de direção corresponde a 360 dividido por 20, ou 18:1.

• Uma relação mais alta significa que você tem de girar o volante mais vezes para que as rodas girem um determinado número de graus. No entanto, será necessário um menor esforço por causa da relação de transmissão das engrenagens mais alta.

• Geralmente, carros esportivos mais leves têm relações de direção mais baixas do que as de carros maiores e caminhões. A relação mais baixa proporciona uma resposta mais rápida (você não tem de girar tanto o volante para que as rodas girem um determinado número de graus), o que é desejável em carros esportivos.

• Esses carros menores são leves o suficiente para que o esforço requerido para girar o volante seja adequado, mesmo com relação de direção mais baixa.

• Alguns carros têm direção de relação variável, que usa um conjunto de pinhão e cremalheira com dentes de passo (número de dentes por centímetro) diferente no centro e nas extremidades.

• Isso torna a resposta do carro mais rápida ao iniciar uma curva (a cremalheira está próxima ao centro) e também reduz o esforço necessário nas proximidades dos limites de esterçamento das rodas.

Direção hidráulica de pinhão e cremalheira

• Quando pinhão e cremalheira se encontram em um sistema de direção assistida hidráulica, o desenho da cremalheira é um pouco diferente.

• Parte da cremalheira contém um cilindro com um pistão na porção intermediária.

• O pistão está conectado à cremalheira. Há duas entradas de fluido, uma de cada lado do pistão.

• O fornecimento de fluido sob alta pressão força o movimento do pistão a um lado, o que por sua vez movimenta a cremalheira, proporcionando assistência hidráulica.

• Vamos conferir neste artigo os componentes que fornecem fluido sob alta pressão, assim como aqueles que decidem para qual lado da cremalheira devem fornecê-lo. Primeiro, vamos dar uma olhada em outro tipo de direção.

Direção de esferas recirculantes

• A direção de esferas recirculantes é usada em muitos caminhões e utilitários esportivos atualmente. A articulação que gira as rodas é ligeiramente diferente do sistema de pinhão e cremalheira.

• O mecanismo de direção por esferas recirculantes contém uma engrenagem sem-fim. Você pode imaginar a engrenagem em duas partes. A primeira parte é um bloco de metal com furo rosqueado. Esse bloco possui dentes de engrenagem em seu lado externo, os quais se acoplam na engrenagem que movimenta o braço pitman (veja o diagrama acima).

• O volante de direção se conecta a uma haste com rosca similar a um parafuso que se encaixa no furo do bloco. Quando o volante gira, o sem-fim gira com ele. Em vez de girar e penetrar ainda mais no bloco, como faria um parafuso comum, este é mantido fixo de modo que, quando ele gira, move o bloco, o qual movimenta a engrenagem que gira as rodas.

• Em vez de o parafuso fazer contato direto com a rosca no bloco, todos os filetes são preenchidos com esferas que recirculam através da engrenagem enquanto ela gira. Na verdade, as esferas atendem a duas finalidades: primeiro, elas reduzem o atrito e o desgaste da engrenagem, em segundo lugar, elas reduzem a folga de engrenamento. Essa folga seria sentida quando você mudasse a direção do volante. Sem as esferas, os dentes perderiam o contato uns com os outros por um momento, dando a impressão que o volante estivesse solto.

• A direção assistida hidráulica em um sistema de esferas recirculantes funciona de modo similar ao sistema de pinhão e cremalheira. A assistência se dá através do fornecimento de fluido sob alta pressão a um lado do bloco.

• Agora vamos dar uma olhada nos outros componentes que compõem um sistema de assistência de direção.

A assistência hidráulica

• Há alguns componentes fundamentais da assistência de direção hidráulica, além do mecanismo de pinhão e cremalheira ou de esferas recirculantes.

•  

Bomba

• A energia hidráulica para a direção é fornecida por uma bomba rotativa de palhetas (veja o diagrama abaixo). Essa bomba é acionada pelo motor do carro por meio de uma polia e correia. Ela contém um conjunto de palhetas retráteis que giram no interior de uma câmara oval.

• À medida que as palhetas giram, elas sugam o fluido hidráulico sob baixa pressão da linha de retorno e o forçam para a saída sob alta pressão.

• A vazão fornecida pela bomba depende da rotação do motor do carro. A bomba deve ser projetada para fornecer uma vazão adequada quando o motor estiver em marcha lenta.

• Como resultado, a bomba movimenta muito mais fluido do que o necessário quando o motor funciona em rotações mais elevadas.

• A bomba contém uma válvula de alívio de pressão para assegurar que a pressão não se eleve em excesso, especialmente em altas rotações do motor quando muito fluido é bombeado.

Válvula rotativa

• Um sistema de direção hidráulica deve fornecer assistência ao motorista somente quando ele exerce uma força sobre o volante (como quando inicia uma curva).

• Quando o motorista não faz força (como quando ele dirige em linha reta), o sistema não deve fornecer nenhuma assistência.

• O dispositivo que monitora a força exercida no volante de direção chama-seválvula rotativa.

• O fundamental na válvula rotativa é a barra de torção. A barra de torção é uma fina haste metálica que se torce quando um torque é aplicado a ela.

• A parte superior da barra está conectada ao volante e a parte inferior é conectado ao pinhão ou à engrenagem sem-fim (que vira as rodas), de modo que a quantidade de torque que atua na barra de torção é igual à quantidade de torque que o motorista utiliza para virar as rodas.

• Quanto mais torque o motorista usa para girar as rodas, maior será a torção da barra.

• A entrada a partir da árvore de direção forma a parte interna de um conjunto de válvula-carretel.

• Ela também se conecta à extremidade superior da barra de torção. A parte inferior da barra de torção se conecta à parte externa da válvula-carretel.

• A barra de torção também gira a saída da engrenagem de direção, se conectando ao pinhão ou a engrenagem sem-fim, dependendo do tipo de direção do carro.

• À medida que a barra se torce, ela gira o interior da válvula-carretel em relação ao lado externo.

• Como a parte interna da válvula carretel também está conectada á arvore de direção (e portanto ao volante de direção), a quantidade de rotação entre as partes interna e externa da válvula-carretel depende de quanto torque o motorista aplica ao volante.

• Quando o volante não está sendo virado, ambas as linhas hidráulicas fornecem a mesma quantidade de pressão à engrenagem da direção. Mas se a válvula-carretel é virada em um sentido ou outro, as passagens se abrem para fornecer fluido sob alta pressão à linha apropriada.

• Acontece que esse tipo de sistema de direção assistida é bastante ineficiente. Vamos dar uma olhada em alguns avanços dos próximos anos que ajudarão a melhorar a eficiência.

O futuro da direção assistida

• Como a bomba da direção assistida na maioria dos carros atuais funciona constantemente, bombeando fluido o tempo todo, ela desperdiça potência. Essa potência desperdiçada se traduz em desperdício de combustível.

• Você verá diversas inovações que reduzirão o consumo de combustível. Uma das idéias mais legais na prancheta dos projetistas é o sistema "steer-by-wire" ou "drive-by-wire".

• Esses sistemas eliminarão completamente a conexão mecânica entre o volante e a caixa de direção, substituindo-a por um sistema de controle puramente eletrônico.

• Essencialmente, o volante funcionaria como aquele que você utiliza para jogar em seu computador.

• Ele conteria diversos sensores que informariam ao carro o que o motorista está fazendo ao volante, e alguns motores elétricos embutidos proporcionariam o retorno de informações ao motorista sobre o que o carro está fazendo.

• A saída desses sensores seria usada para controlar um sistema de direção motorizado. Isso eliminaria a árvore de direção e livraria espaço no compartimento do motor, além de reduzir a vibração no interior do carro.

• Nos últimos cinqüenta anos, os sistemas de direção dos carros não mudaram muito. Mas na próxima década, veremos avanços na direção dos carros que resultarão em carros mais eficientes e em rodar mais confortável.

PERGUNTAS??