Transcript Direção - Anderson Glatz Ferreira

AUX. Serviços Automotivos
Prof° Anderson Glatz Ferreira
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Há alguns componentes fundamentais da assistência de
direção hidráulica, além do mecanismo de pinhão e
cremalheira ou de esferas recirculantes.
•
• 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.
• 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 válvulacarretel 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.
• 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.