Entenda a Suspensão Pull Rod e Push Rod dos carros Fórmula 1

Foto: 17motor

Foto: 17motor

Tecnicamente a Fórmula 1 sempre representou o topo da engenharia automotiva, embora muitos conceitos que são utilizados lá migrem para o uso civil depois de alguns anos, a curiosidade de entusiastas sobre como funcionam esses carros é enorme. E um dos sistemas que geram muitas discussões em foruns é o sistema de suspensão do f1. Mais precisamente os sistemas de suspensão Push Rod e Pull Rod, e hoje falaremos como funcionam estas eficientes configurações de suspensão.

Double Wishbone Suspension:

doublewishsuspAntes de começar a entrar nos detalhes da suspensão Push Rod e Pull Rod, é importante saber que os carros de F1 utilizam o sistema de suspensão Double Wishbone(Braços Sobrepostos em português), então a configuração Push Rod e Pull Rod é um subtipo de suspensão. Portanto é importante conferir também o funcionamento da suspensão Double Wishbone.
Conhecida no Brasil como Duplo A ou Braços Sobrepostos, este conceito de suspensão como o próprio nome diz se caracteriza por ter dois braços de suspensão(wishbones em inglês), um superior e outro inferior. Esses braços podem ter a forma de A ou de L, e possuem suas extremidades ligadas ao chassi e na manga de eixo, buchas e pivores respectivamente intermediam essa ligação.

Durante uma curva a roda do lado interno da curva tende a positivar a cambagem, perdendo área de contato com o solo, para reduzir esse fenômeno os braços possuem tamanhos diferentes, sendo o superior mais curto que o inferior, o que induz a roda a ter cambagem negativa.
É um tipo de suspensão largamente utilizado em carros de alta performance por combinar facilidade de manutenção e uma grande liberdade para ajuste de diversos parâmetros da geometria da suspensão. Mais detalhes sobre este conceito preferimos deixar para uma matéria especifica.

Amortecedores e molas são dispostos de forma concêntricas e inclinados entre os dois braços, no entanto surgiram diferentes formas de acondicionar amortecedores e molas nos carros de corrida que utilizam este conceito de suspensão, e é nesse contexto que entram as Supensões Pull Rod e Push Rod.

Push Rod e Pull Rod:

pullrodchargesEsta configuração da suspensão Double Wishbone caracteriza-se por ocupar menor espaço no veículo, um conjunto mais compacto e leve se traduz em melhor handling(manuseio) do carro. Nas suspensões Push e Pull Rod sua diferença visível para a suspensão convencional é retirar amortecedores e molas das proximidades da manga de eixo, e trazer para dentro do chassi do veículo. Isso reduz o peso de massa não suspensa, por conseguinte menor exigência em cima dos sistemas de direção e suspensão, e claro, do próprio piloto. Seus componentes são:

  • Molas(de torção)/Springs;
  • Amortecedores/Dampers;
  • Balancins/Rockers;
  • Terceira mola/Inerter ou Third Spring;
  • Barra estabilizadoras ou Anti-torção/Antiroll Bars;
  • Haste de acionamento/Pull Rod, Push Rod ou simplesmente Rod.

Saem de cena as mola helicoidas concentricas com os amortecedores, barras anti-torção, e entram molas(Springs) de torção, amortecedores, balancins(Rockers), a chamada terceira mola(Inerter) e barras anti-torção, tudo isso dentro do chassi. Apenas a haste de acionamento(Rod) e os braços da suspensão podem ser vistas, considerando que carro seja um monoposto “open wheels”. É importante salientar, que existem suspensões pull e push rod com diferentes combinações de componentes.

Both Front DampersQuando a haste de acionamento é fixada na extremidade exterior do braço inferior da suspensão e no balancin em posição superior, a suspensão é chamada Push Rod, pois a haste empurra(push) o balancin que aciona todos os outros componentes da suspensão. Analogamente, quando a haste de acionamento é instalada na extremidade exterior do braço de suspensão superior indo de encontro ao mesmo balancin, porém em posição inferior, a suspensão é chamada Pull Rod, pois a haste de acionamento puxa o balancin, e este ao se movimentar aciona todos os outros componentes do sistema.

Balancin da suspensão pull rod do F-Student das fotos acima. Imagem retirada do programa de simulação de esforços.

Balancin da suspensão pull rod do F-Student das fotos acima. Imagem retirada do programa de simulação de esforços.

Tanto a Push Rod quanto a Pull Rod funcionam de forma parecida, ambas possuem suas particularidades que serão mostradas mais adiante. Cada irregularidade na superfície que a roda passa sobre, gera um movimento seja ele para cima ou para baixo, com isso as hastes acionam os balancins. O balancin é o principal componente do sistema, pois ligado a ele estão amortecedores, molas, barras estabilizadoras e o inerter. Basicamente o balancin transforma a força da haste aplicada sobre ele em movimento rotativo para acionamento das molas e retilíneo para acionar os amortecedores e barras estabilizadoras.
A partir daí, os componentes fazem seu trabalho, os amortecedores controlam os movimentos da suspensão evitando que esta chegue ao fim do curso, as molas suportam a massa do veículo e determinam todo o comportamento deste em qualquer situação, as barras estabilizadoras controlam os movimentos da carroceria, o chamado roling, em outras palavras, a transferência de peso lateral e por fim, a terceira mola é utilizada para impedir que o carro tenha uma reação desagradável ao passar por irregularidades, gerando o fenômeno de “pitch”, o arremessado do carro para cima causando a perda do controle direcional.

As vantagens dessas alterações são a redução CofG(Center of Gravity/Centro de Gravidade), pois os componentes podem ser montados em posições mais baixas, menor interferência na aerodinâmica do veículo e devido as dimensões compactas da configuração, podem ser utilizadas hastes e braços menores ou mais leves. No entanto, as configurações Push e Pull Rod possuem características distintas que são utilizadas pelas equipes de acordo o regulamento vigente.

Push Rod Suspesion – Suspensão Push Rod:

Crédito foto: Badgergp

Crédito foto: Badgergp

É assim chamada pois a haste(nesse caso chamada de push rod) empurra o balancin da suspensão(Rocker), o balancin por sua vez está ligado aos amortecedores, molas e barras anti-rolagem. Quando o carro passa sobre um ondulação(bump) a suspensão sofre um deslocamento para cima, a haste empurra o balancin, ligado ao balancin estão as molas(que nessa caso barras de torção), quando o balancin gira, gira consigo a barra que se torce gerando um efeito mola. O balancin também aciona aciona os amortecedores e a chamada terceira mola(inerter), esta última é um amortecedor que evita que o carro seja arremessado para cima ao passar sobre as ondulações fortes e zebras, e os amortecedores exercem seu papel de controlar os movimentos da suspensão evitando que ela chegue no fim do curso.

pushrodchargeO trunfo  desta configuração se dá pelo fato de ela ser mais resistente aos esforços sofridos pelo carro. Quando a roda se movimenta para cima, a haste exerce uma força sobre o balancin, que também exerce uma força de reação na haste. Assim as forças se anulam e o sistema se desgasta menos. Com isso, o material utilizado nas fabricação das hastes e dos braços de suspensão(wishbones) podem ser menos robustos, e então caimos na excelente combinação de menor custo e menor massa. As hastes de acionamento podem ser mais finas, o que estressa menos a aerodinâmica do veículo naquele local, que caso o contrário, poderia prejudicar o fluxo de ar para o aerofólio traseiro.

Por outro lado, a posição dos componentes é mais alta prejudicando o CofG do carro, e dependendo do projeto do veículo, isso pode comprometer seriamente o desempenho do carro em trechos sinuosos e curvas.

Pull Rod Suspension – Suspensão Pull Rod:

pullrodsuspDe forma análoga funciona a configuração Pull Rod, nesta a haste(pull rod ou apenas rod) aciona o balancin(rocker) empurrando-o(push), e então ocorre o acionamento dos demais componentes da suspensão. Ao ser empurrado o balancin gira acionando molas, amortecedores e o inerter, mas com a diferença de que estes componentes encontram-se na parte inferior do chassi.

pullrodchargeA posição mais baixa dos componentes melhora o CofG do veículo, e por consequência o handling. Contudo, esta configuração gera esforços maiores sobre o braço superior, necessitando de hastes mais robustas, e no caso, a robustez significa uma haste mais grossa. Essa diferença, acaba por prejudicar o fluxo de ar que passa pela suspensão, pois uma haste mais grossa influi ainda mais sobre o caminho que o ar irá percorrer após atravessa-la, atrapalhando um pouco o downforce, além disso por estar na parte mais baixa do chassi, o acesso para manutenção, troca e reparos fica um pouco comprometido, visto que os componentes podem ter seu acesso obstruído, no caso da suspensão traseira, a caixa de marcha pode complicar a vida dos mecânicos.

Pull Rod x Push Rod. Qual a melhor ?

Crédito foto: gurpzf1.files.wordpress.com

Crédito foto: gurpzf1.files.wordpress.com

Ambas as configurações são soluções compactas e possuem o mesmo nível de performance, suas diferenças são o quanto interferem na aerodinâmica do veículo, posição de montagem dos componentes e nas forças de reação na qual hastes e braços de suspensão são expostos.

A posição de montagem dos componentes pode afetar a reparabilidade do veículo, em geral veículos com suspensão pull rod tendem a tornar a manutenção da suspensão mais complicada, pois os componentes ficam na parte de baixo do chassi, podendo ter o seu acesso obstruído, assim o acesso teria de ser feito por baixo do veículo, ao contrário da suspensão push rod, que possui componentes montados em posição superior. No entanto isto não chega a ser uma regra, visto que existem soluções criativas de suspensão pull rod que possuem menor dificuldade para reparos e manutenção. Além da manutenção, a posição dos componentes também afeta o fluxo de ar que passa pelo carro, dependendo do tipo de suspensão as hastes podem mais finas ou mais grossas e robustas, e interferir demasiadamente no fluxo que passar pelo carro, atrapalhando o ar que deveria chegar aos aerofólios,   deixa-se de ganhar um pouco de downforce.

A durabilidade do conjunto é outro fator importante, ambas as configurações(pull e push rod) possuem problemas com a durabilidade de hastes e braços de suspensão. Isto é observado devido a força de reação na qual os componentes são expostos. Em configuração pull rod, a suspensão possui um grande estresse na extremidade exterior do braço de suspensão superior, pois a haste esta ligada a este, e ao balancin. A força de reação das molas retorna pela haste e vai em direção ao braço superior, e acaba se somando a força de reação do chassi, que passa pelo próprio braço de suspensão superior, e este fixado no chassi.
Diferente da suspensão pull rod, a suspensão push rod consegue, com um arranjo oposto ao da pull rod, anular ou reduzir um pouco o estresse em cima de braços e hastes. Basicamente a força de reação das molas sobre as hastes vai em direção a extremidade exterior do braço de suspensão inferior, e se anula com a força com a força que a roda exerce sobre o braço gerando um esforço consideravelmente menor sobre ambos os componentes. Resultado, pode-se utilizar uma haste menos robusta, mais leve e com menor interferência na aerodinâmica do veículo.

Pode parecer que a suspensão push rod é mais resistente, por conseguir anular um parte das forças que agem sobre seus componentes, no entanto sofre de um grande problema quando o veículo passa sobre irregularidades, mais especificamente as que causam o movimento de bump(compressão) da suspensão, a flambagem da haste que não consegue suportar a enorme carga imposta sobre a mesma no movimento ascendente da suspensão. Esse problema pode ser também observado na pull rod, mas por obter um arranjo de peças invertido, a haste acaba por sofrer essa carga quando a suspensão faz um movimento para baixo, e movimentos descendentes não são tão críticos quanto os ascendentes, por fim acaba não tendo tanta influencia no funcionamento.

O que se pode concluir destas duas bem sucedidas configurações de suspensão é que ambas atendem muito bem a proposta de um conjunto robusto e compacto para carros de corrida de alta performance, não apenas na F1, mas em diversos monopostos e open wheels. A definição de qual conceito a ser aplicado no carro vai depender de qual regulamento ou tendências nas quais os carros deverão seguir.

Auto entusiasta, piloto virtual, técnico em Manutenção e Mecânica Automotiva, estudante de Engenharia Mecânica. Automobilista nato!

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