Sistema de Suspensão para Veículos Automotores


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Se os automóveis fossem equipados apenas com as quatros rodas (leia-se roda, o conjunto aro e pneu) rigidamente conectadas a estrutura do veículo, somente a capacidade de amortecimento e elasticidade dos quatro pneus não seriam satisfatórias para prover uma boa dirigibilidade do veículo, mesmo considerando que este veículo trafegaria em condições ótimas. Portanto, é necessário que um mecanismo se encarregue da difícil função de absorver os impactos que a roda recebe do solo, este é o sistema de suspensão.

O sistema de suspensão é um mecanismo que promove uma ligação entre as rodas e a carroceria, permitindo que aquelas possam se deslocar verticalmente compensando as irregularidades do solo. O sistema também permite que as rodas dianteiras e traseiras sejam direcionais, mas possui diferenças nas aplicações nos eixos dianteiro e traseiro devido ao próprio sistema de direção e os pontos de suporte da suspensão no chassi.

Em uma abordagem mais profunda, as rodas são consideradas parte do sistema de suspensão, o que coloca este como um meio entre a carroceria (ou chassi) do veículo e a pista. Entretanto, o escopo deste artigo é explicar em nível técnico o funcionamento do sistema de suspensão e seus componentes.

 

Função

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O maior desafio do sistema de suspensão é prover ao veículo (neste caso, veículos para uso civil, de passeio) estabilidade e conforto. Estas duas características, em algum momento do desenvolvimento, entram em conflito. Resumidamente, carros que priorizam a estabilidade tornam-se um pouco mais duros e suscetíveis as vibrações provocadas pelas irregularidades do solo. Por outro lado, projetos focados no conforto ao rodar, tendem a sacrificar a firmeza de uma suspensão dita “estável” em prol do conforto dos ocupantes, mas a carroceria tende a oscilar mais e a estabilidade é, de certa forma, comprometida.

O sistema de suspensão deve funcionar bem em outras diversas situações de operação do veículo, não apenas a rodagem em si, mas também a aceleração, frenagem e curvas, são alguns exemplos.

A forma como a suspensão reage à superfície da pista determina todas as características de dirigibilidade do veículo. Estas são resultantes do constante contato dos pneus com o solo, que devem estar em uma determinada posição em relação a pista de modo que gerem forças laterais.

A posição da roda na pista varia devido a fatores como, alinhamento das rodas e movimento da carroceria. Estes fatores são dependentes das condições de operação do veículo na qual a carga sobre os pneus e a tração estão em constante alteração.

Dessa forma, a função do sistema de suspensão pode ser resumida a duas necessidades básicas dos automóveis:

Isolamento de vibrações

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É a função que está diretamente ligada ao conforto do veículo, mesmo em caso de utilitários, a suspensão deve ser capaz de absorver ao máximo as vibrações do solo.

Dirigibilidade

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Um veículo com boa dirigibilidade que seja fácil de ser conduzido por qualquer pessoa, capaz de desempenhar bons níveis de estabilidade tanto em curvas como em situações de aceleração e frenagem. A reação da suspensão nestas não deve alterar em excesso a posição da roda na pista, os pneus devem sempre estar em contato com a pista em qualquer manobra.

Para atender a essas funções, alguns requisitos são importantes:

  • Independência do movimento das rodas;
  • Menor massa não suspensa do conjunto;
  • Fluxo favorável de forças pelo sistema;
  • Custo adequado de produção e manutenção;
  • Manutenção fácil;
  • Comportamento do veículo.

 

Tipos

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Diversos fatores determinam o tipo de suspensão a ser aplicado em um veículo. De uma forma superficial, a finalidade do veículo é um dos fatores mais importantes. Entretanto, partindo de um ponto de vista mais aprofundado, a engenharia por de trás da suspensão requer que esta possua o mínimo de variação de alinhamento das rodas possível, mantendo a roda constantemente em contato com a pista.

Tendo em vista que muitos sistemas de suspensão surgiram ao longo da evolução do automóvel e sua engenharia, cada um destes possui atributos que se adequam as diferentes necessidade das mais variadas categorias de automóvel. Dessa forma, os sistemas de suspensão são classificados da seguinte forma:

De acordo com o nível de independência das rodas, os sistemas são classificados em:

  • Independente;
  • Semi-independente;
  • Dependente.

Suspensão independente

Esboço em 3D de um veículo esportivo com suspensão independente, tipo braços sobrepostos com amortecedores telescópicos.
Crédito foto: http://www.tophotrod.net/

Este tipo de suspensão substituiu quase que totalmente o sistema dependente. Nessa variação, as rodas são articuladas de forma independente umas das outras, ou seja, o movimento de uma roda não exerce influência alguma na outra roda.

Pode ser aplicada tanto no eixo dianteiro, como no eixo traseiro, em ambos é possível que as rodas possuam um sistema de direção. Entretanto, a aplicação de uma suspensão independente direcional é padrão na dianteira, enquanto que no eixo traseiro tornou-se apenas um acessório ao conjunto do veículo.

As articulações das suspensões independentes são realizadas por meio braços, que se ligam a manga de eixo através de um pivô (ballsocket). O outro ponto de articulação do braço é na carroceria do veículo, mas é frequente a utilização de um subchassi (agregado) para melhor absorção da vibração. Coxins são utilizado nas articulações dos braços com o objetivo de tornar o conjunto flexível, eles cedem quando expostos a cargas e assim absorvem vibrações sem serem rígidos e ao mesmo tempo variando a posição das rodas o mínimo possível.

A variação da posição da roda devido a flexibilidade dos coxins são determinadas no projeto da suspensão, geralmente o eixo é feito de forma que a mínima variação da roda favoreça a um comportamento subesterçante do veículo.

A vantagens deste sistema em relação ao sistema de suspensão dependente e semi-independente são:

  • Controle individual de cada roda;
  • Necessita de pouco espaço para alojamento;
  • Baixo peso;
  • Variação da posição da roda de forma a provocar o subesterço;
  • Melhor dirigibilidade.

Os tipos de suspensão independente são:

  • McPherson;
  • Braço arrastado e semi-arrastado (Trailling Arm);
  • Braços sobrepostos (Double Wishbone);
  • Multibraço (Multlink).

Suspensão semi-independente

Suspensão tipo eixo de torção.
Crédito foto: www.invetr.com

A principal característica deste tipo de suspensão é o equilíbrio de atributos, que a deixam como um meio termo entre a eficiente independente e a robusta dependente (também chamada de rígida.). É assim chamada pois as rodas não são independentes, os cubos de roda estão aparafusados em uma estrutura que os conecta, e também por não estarem articulados ao chassi do veículo. Entretanto, esta estrutura permite um considerável nível de flexibilidade do eixo, permitindo que as rodas possuam um limitado movimento vertical.

Este tipo de suspensão tornou-se largamente utilizada, pois se encaixou perfeitamente na necessidade dos automóveis produzidos em massa, a redução de custo. Em um veículo produzido para as massas, os sistemas que o compõe devem ser duráveis e fáceis de reparar. Como tornou-se padrão equipar automóveis populares e fabricados em grande escala com tração dianteira, optou-se por utilizar uma suspensão semi-independente na traseira em detrimento da independente.

As vantagens mostram como o sistema é adequado a proposta de carros com motor dianteiro e tração dianteira:

  • Baixo custo de manufatura;
  • Grande robustez;
  • Manutenção fácil;
  • Requer pouco espaço para alojamento.

O principal tipo de suspensão semi-independente é:

  • Eixo de torção.

Suspensão dependente

Suspensão eixo rígido com feixe de molas.
Crédito foto: http://www.jimmeyerracing.com/

Este tipo de suspensão, também chamada de suspensão rígida, é assim chamada devido a total dependência entre as rodas. Um eixo rígido conecta os dois cubos de roda entre si, as rodas não são articuladas no chassi, portanto, ao passarem sobre alguma irregularidade, transferem os seus movimentos para o eixo, e consequentemente para a outra roda. Dessa forma o eixo se desloca verticalmente, tendo como curso, o curso da mola utilizada no sistema.

A maior vantagem desse tipo de suspensão é a sua robustez, baixo custo de fabricação e simplicidade de projeto. Por outro lado, é um sistema pesado que penaliza a massa não suspensa do veículo, além de requerer um grande espaço no assoalho do veículo para sua alocação. Por esse motivo, entrou em desuso para aplicações no eixo dianteiro de carros de passeio e utilitários de médio porte.

Para esse tipo de suspensão, suas variações são:

  • Eixo rígido
    • Eixo rígido com feixe de molas – suspensão Hotchkiss;
    • Eixo rígido guiado;
  • Suspensão De Dion;
Cinemática da suspensão

Análise cinemática da suspensão realizada em software.
Crédito foto: http://www.dynatune-xl.com/

Analisando o movimento das rodas do automóvel, é fácil perceber que estas se movimentam na vertical e giram em torno do eixo do pino mestre.

O movimento vertical das rodas são permitidos para que estas acompanhem as irregularidades do solo. Este movimento tem um curso, o do amortecedor, sendo então limitado pelos batentes deste. Na teoria, as rodas se deslocariam apenas no sentido vertical, dessa forma as articulações da suspensão seriam totalmente rígidas sem o menor nível de elasticidade. Entretanto, não é dessa forma que a suspensão trabalha, ou as articulações seriam comprometidas rapidamente. O sistema de suspensão deve ter um certo grau de elasticidade para neutralizar parte das vibrações provenientes das rodas. Por isso são utilizadas buchas, coxins e pivôs nas articulações dos braços de suspensão e fixação dos amortecedores.

Portanto, o posicionamento da roda na pista é dependente do quão elásticos são as buchas, coxins e demais elementos elásticos da suspensão, ou seja, o quão eles podem se deformar sob ação de forças e voltar a sua forma original na ausência destas. Basicamente, essas forças são geradas pelo atrito dos pneus com a pista, estas por sua vez varia de acordo com a carga imposta sobre os pneus. A carga depende da aceleração ou desaceleração do veículo, seja esta em retas ou curvas. Quanto maior a intensidade dessas forças, maior será as forças que atuarão nos componentes das suspensão, sendo então a elasticidade das buchas, coxins e pivôs um fator determinante para a manutenção do posicionamento da roda.

As rodas também podem se movimentar em torno de um eixo, esse movimento é o que permite o controle direcional do veículo. O eixo em questão é o eixo de inclinação do pino mestre. Resumidamente, essa inclinação é determinada pelas dimensões dos braços de suspensão ou da posição de seus apoios, mas existem vários outros parâmetros que exercem influência respostas das rodas ao comando dado no volante, além do fluxo de forças pelas articulações da suspensão e caixa de direção.

Esses parâmetros são:

King Pin Axis – Eixo do pino mestre;
Wheel Rotation Axis – Eixo de rotação da roda;
Crédito foto: The Automotive Chassis Vol. 1 Components Desing.

Para demonstrar cada parâmetro, vamos tomar como exemplo uma roda qualquer e coloca-la em um plano cartesiano com eixos x, y e z, ou seja, três dimensões. Admitiremos que esta roda é a roda do eixo dianteiro de um veículo, para poder demonstrar todos os parâmetros de alinhamento necessários para uma suspensão com rodas direcionais. De certa forma, algumas suspensões traseiras permitem alguns graus de giro em torno de seu pino mestre, valendo então o mesmo princípio.

O principal parâmetro é a inclinação do pino mestre, sua influência está sobre a sensibilidade do volante e o retorno das rodas a posição reta. Esta inclinação é o ângulo que o eixo do pino mestre faz com o plano longitudinal do veículo, medido no plano transversal. Trazendo para a imagem acima, é o ângulo entre o eixo do pino mestre e o plano yz. O eixo do pino mestre é um fator, que se combinado a algumas variáveis, geram os parâmetros de alinhamento que já citamos acima.

O ângulo de caster da roda é formado pelo ângulo entre o eixo do pino mestre e o eixo z projetando-o no plano xz do gráfico. Prologando a linha de eixo do pino mestre até o solo, podemos verificar a distância dessa para o ponto O, em projeção lateral (plano xz). Essa distância é chamada de Curso de Caster (dl), é um importante fator para o retorno das rodas a posição reta e a estabilidade direcional do veículo em curvas.

Ao prolongar a linha de eixo do pino mestre, até que esta encontre a superfície da pista (ponto P), a distância deste ponto até o ponto de contato da roda com a superfície da pista define o chamado Deslocamento do Pino Mestre (dt). Na imagem, o deslocamento é obtido com a distância do ponto O, ponto médio de contato da roda com o solo, até o ponto P projetado no plano yz. O deslocamento é dito negativo, quando o ponto de interseção do prolongamento do eixo do pino mestre com o solo situa-se entre o ponto médio de contato da roda e a lateral externa do veículo. Contrariamente, é positivo quando o ponto P se situa entre o ponto O e a lateral interna da roda. O maior efeito desse deslocamento ocorre na resposta do volante aos comandos do motorista, se utiliza das forças geradas nos braços em momentos de frenagem para auxiliar o condutor a realizar movimentos direcionais.

A cambagem ou ângulo de camber, é o mais conhecido dos parâmetros de alinhamento de rodas, sua influência ocorre nas forças laterais geradas pelos pneus durante as curvas. Tendo em vista, que o ângulo de camber varia em situações de transferência de carga, o ajuste de camber é realizado visando o camber recovery ou recuperação de camber. Trata-se da compensação do valor do camber quando o veículo encontra-se em situação de rolagem (body roll), ou seja, a diferença do ângulo de camber real, com referência ao solo, para o ângulo de rolagem. As rodas devem manter o ângulo de camber o mais neutro possível, para que o camber recovery seja igual ao ângulo de rolagem, dessa forma gerando forças adicionais que melhoram o comportamento dinâmico do veículo. A cambagem é o angulo entre o plano central da roda e o eixo z, na imagem.

O último parâmetro de alinhamento é a convergência/divergência. Trata-se do ângulo entre o plano central da roda e o eixo x do gráfico, visto de cima. Dizemos que as rodas estão convergentes quando os prolongamentos de seus planos se cruzam a frente das rodas, divergentes quando estes prolongamentos se cruzam atrás das rodas. Essa parâmetro afeta a dirigibilidade do veículo nas curvas, seus valores variam de acordo com o eixo das rodas e se são motrizes ou não.

Outros dois parâmetros que frequentemente são mencionados em manuais e fichas técnicas são a bitola e a distância entre eixos. O primeiro é a distância, projetada no plano yz, entre os pontos de contato dos dois pneus com o solo de um mesmo eixo. O segundo parâmetro é a distância entre eixos, que nada mais é que a distância entre o ponto de contato uma roda até o ponto de contato da outra roda do mesmo lado.

Elasto-cinemática

O grande desafio da suspensão, é manter as rodas em posições adequadas durante o uso do veículo. Leia-se adequadas, com o mínimo de variação de bitola e camber. Para compreender melhor, vamos por, ao invés de uma roda, um veículo todo no plano cartesiano (x, y, z). A variação da bitola e do camber, ou seja, da posição da roda, ocorre devido ao movimento da carroceria.

O movimento da carroceria ocorre quando o veículo acelera, desacelera, dobra, além de passar por subidas e descidas. Nestas situações o movimento é torno do eixo x e pelo eixo z, gerando forças laterais e verticais. Também deve ser levada em conta a resistência ao rolamento das rodas. Essas forças possuem grande influência na posição das rodas devido a suspensão possuir considerável nível de elasticidade. Esta característica da suspensão vem de componentes como coxins e buchas que se deformam e permitem uma leve alteração na posição das rodas.

A elasto-cinemática é a análise cinemática dos componentes elásticos da suspensão. Esses componentes, como já mencionados, são utilizados para absorver vibrações e reduzir a concentração de tensão nas articulações dos braços de suspensão. Entretanto, essa propriedade elástica da suspensão é utilizada, também, para provocar alterações no posicionamento da roda. Geralmente, objetivando a segurança do veículo, deixando-o com um comportamento mais previsível.

Dessa forma, todo o eixo é concebido para que, quando o respectivo estiver sob carga, seja qual for a situação do veículo, calibração dos amortecedores ou dureza das molas, as resultantes das forças provoquem alterações favoráveis das rodas. Essas alterações podem ser correções de posição da roda quando em curvas (weisscach axle), ângulos de cardan quando a suspensão está sob compressão ou expansão, além da própria manutenção do posicionamento da roda.

Componentes

Upper strut mount – Fixação da torre do amortecedor; Strut dust boot – Batedor do amortecedor; Coil spring – Mola helicoidal; Strut assembly – Amortecedor; Spindle/Steering knuckle – Manga de eixo; Ball joit – Pivô; Lower control arm – Braço de suspensão; Sway bar – Barra antirolagem; Sway bar bushing – Bucha da barra antirolagem; Lower control arm bushings – Bucha do braço de direção; Outer tie rod end – Terminal de direção; C.V. Shaft – Semi-eixo com junta homocinética. Crédito foto: http://3.bp.blogspot.com/

Existem muitas variações de suspensões para os automóveis, mas a maioria delas possui alguns componentes em comum. Os componentes exclusivos de determinados tipos de suspensão serão explicados nos artigos individuais de cada suspensão. Os componentes de uma suspensão são divididos em categorias, estas e aqueles são:

Componentes elásticos primários

São componentes acumuladores de energia, posicionados de forma a serem uma ligação elástica entre a carroceria e as rodas.

Componentes elásticos secundários

São os componentes que promovem a elasticidade das articulações da suspensão, que seriam pontos de concentração de tensão. Evitam o desgaste prematuro dessas articulações, mas mais importante que isso, influenciam na dirigibilidade e no conforto do veículo.

  • Buchas (Coxins);
  • Pivô.

Componentes amortecedores

Basicamente, são os amortecedores. Mas o objetivo destes componentes é dissipar a energia acumulada pelos componentes elásticos primários, impedindo que a carroceria permaneça oscilando mesmo sessada a fonte dessa vibração.

Componentes estruturais

São os componentes responsáveis pela estrutura da suspensão, promovem a articulação e o movimento da roda em relação a carroceria. Quando o veículo está em movimento, possibilitam a transferência de carga de uma roda para outra, mas sempre mantendo as rodas na posição ideal em relação a pista.

  • Braço de suspensão;
  • Manga de eixo;
  • Cubo de roda.

Molas

Mola helicoidal montada sobre amortecedor telescópico.
Crédito foto: http://tci.softwaresolutions.bg/

As molas ficam instaladas entre a carroceria e o braço de suspensão. São denominadas acumuladores de energia, pois as forças recebidas do contato das rodas com o solo não são dissipadas,  motivo pelo qual necessitam de componentes que limitem seus movimentos. As molas atuam durante todo o funcionamento do veículo e determinam seu comportamento.

Dois tipos de molas são aplicadas em carros de produção, as molas mecânicas e as molas pneumáticas. Devido a complexidade desse componente, serão melhor explicadas em um artigo próprio.

Barra estabilizadora / anti-rolagem

Barra anti-rolagem em destaque.
Crédito foto: http://speed.academy/

Trata-se de uma barra de torção, instalada transversalmente ao eixo do veículo, na suspensão. A barra conecta ambos os braços de suspensão do mesmo eixo, provendo um certo nível de dependência das rodas. É utilizada para limitar a rolagem da carroceria em curvas, dificultando a transferência de carga de uma roda para a outra. Devido a sua complexidade, será melhor detalhada em um artigo próprio.

Buchas

Em destaque, todas as buchas de um sistema de suspensão tipo braço arrastado.
Crédito foto: http://blog.stealthauto.com/

Também chamadas de coxins, as buchas são peças responsáveis por permitir o movimento dos braços de direção em relação ao carroceria ou subchassi, são posicionadas nos pontos de articulação destes.

Sua estrutura é composta, geralmente, por partes de metal e de borracha. Podem apresentar-se em formato cilíndrico ou de rodela, e até apresentar uma flange de posicionamento, mas são feitas com uma estrutura rígida externa e interna separada por uma camada de borracha.

São fixadas por pressão ou por parafuso, neste caso com torque de aperto especificado pelo fabricante. Quando fixadas por pressão, necessitam de ferramentas especiais para garantir o correto posicionamento da bucha no momento da fixação.

Formato e estrutura de uma bucha. Repare, que em alguns pontos, não há borracha.
Crédito foto: http://www.lextreme.com/

O formato e a espessura da camada de borracha são definidos de acordo com a finalidade do veículo. A borracha é vulcanizada na bucha em determinados formatos, e varia sua dureza de acordo com a direção que a carga é imposta. Enquanto a espessura é responsável pelo nível de elasticidade da bucha, quando maior o diâmetro da sessão de borracha da bucha, maior será o nível de elasticidade da mesma. Consequentemente maior será a absorção de vibração da suspensão, logo o conforto do veículo. Por outro lado, quanto menor espessura da sessão de borracha da bucha, maior será a rigidez do conjunto e isso contribui para a dirigibilidade do veículo.

O funcionamento da bucha ocorre da seguinte forma, durante o uso do veículo, cargas são impostas a roda por diferentes direções. Portanto, chegam às buchas na direção vertical ou horizontal. A bucha absorve as forças provenientes das vibrações do conjunto, mas para uma direção a elasticidade é maior e para outra direção a rigidez da borracha é maior. Por esse motivo a borracha é vulcanizada em diferentes formatos, raramente apresentando-se por toda a bucha. Dessa forma, é possível utilizar uma borracha mais rígida ou menos rígida para cada uma das direções de forças que a bucha se propões a absorver.

Uma bucha colocada sobre o eixo (x,y,z) pode sofrer dos seguintes esforços:

Crédito foto: The Automotive Chassis Vol. 1 Components Desing.

  • Esforços radiais: Quando as cargas que a bucha se propõem a filtrar surgem pelos eixos x e y, geralmente, são as forças de resistência a rolagem das rodas.
  • Esforços axiais: São as cargas que atuam sobre o eixo z da bucha, ou seja, impactos que a roda sofre, que faz a ligações da suspensão se deslocarem verticalmente.
  • Esforços cônicos: Quando cargas atuam sobre a bucha de modo a realizarem momentos angulares em relação a condição de repouso desta.
  • Esforços torcionais: Quando as buchas são compostas por flanges metálicas, o momento angular desta quando sob ação de cargas, impõe uma torção na borracha da bucha.

Destes esforços, os radiais e axiais são os mais importantes, pois correspondem ao grau de liberdade da suspensão, enquanto que os esforços cônicos e torcionais são referentes a movimentos limitados da suspensão, sendo portanto, parâmetros menos críticos que os esforços radiais e axiais.

Pivô

Na foto, as duas buchas (bushing) e o pivô (ball joint).
Crédito foto: http://www.racingjunk.com/

Assim como nos sistema de direção, pivôs são utilizados como ponto de articulação, mas no caso da suspensão, entre o braço de direção e a manga de eixo. O pivô é composto por um pino de cabeça esférica e ponta rosqueada.

Castle nut and cotter pin – Porca castelo e contra-pino; Dust boot – Contra pó; Upper and lower rings – Anéis de travamento; Lower cap – Capa inferior; Ball stud – Pino esférico; Polymer bearings – Bucha de polímero; Housing – Alojamento. Crédito foto: http://www.deezachassis.com/

A cabeça fica alojada no invólucro do pivô, onde há uma graxa lubrificante, permitindo que aquela tenha liberdade para deslizar com o mínimo de atrito e assim possibilitar o giro da manga de eixo, independente do movimento dos braços de direção.

A ponta rosqueada encaixa na manga de eixo e recebe a porca de fixação, que é apertada com torque prescrito pelo fabricante. Geralmente, a porca é autotravante para garantir que não haverá perca de torque mesmo após muitos quilômetros de uso.

Braços de suspensão

Braço de suspensão com buchas montadas. Repare, que uma delas possui flange.
Crédito foto: http://www.charltonvolvocentre.co.uk/

É a ligação responsável por permitir o movimento vertical da roda. São chamados de wishbone, em inglês, devido sua semelhança com o osso do pé da galinha. Em português brasileiro, e comum a denominação “sapata”. O braço de suspensão é ligado a carroceria (chassi monobloco) diretamente ou por meio de um subchassi (subframe).

Os braços de suspensão podem ser fabricados em ferro fundido, aço ou alumínio. Entretanto, devido as necessidade de redução de massa dos componentes, é usual a utilização do aço e alumínio.

Braços de direção em ferro fundido conservam a vantagem de ter manufatura barata, mas acabaram por serem preteridos, pois não apresentam uma grande deformação quando ultrapassado o limite de ruptora, ou seja, são mais expostos a quebra.

Braços de direção fabricados em aço ou alumínio são manufaturados em processo diferentes. Neste caso, o aço é estampado em lâminas no formato do braço. As lâminas são soldadas formando uma peça só. Existem também peças que são rebitadas. Embora o custo de produção seja mais elevado, é possível fabricar uma peça leve, com menos concentração de tensão e cantos vivos. A diferença para os braços de alumínio esta nas sua dimensões, estes podem ser projetados com um perfil transversal menor, ou seja, menos espesso e portanto, mais leve.

Crédito foto: http://www.qa1.net/

O formato dos braços de direção são determinados na concepção do projeto, e levam em consideração alguns fatores. Uma vez determinado o tipo de suspensão (braço arrastado, mcpherson…) o desenho do braço é concebido de forma a ser favorável ao fluxo de forças que por ele passará. Além disso, o fator manutenção também é levado em conta, o braço deve ser de fácil manutenção. Esse é também, um dos motivos para o formato ou a existência de buracos no braço, pois por ali se tem acesso as fixações dos demais componentes da suspensão.

Os pontos de suporte do braço são compostos por buchas e pivô. A oscilação do braço de direção ocorre em torno dos eixos das duas buchas, a posição destes é um fator importante para a intensidade das forças de reação geradas na mesmas. Isso é relevante para o comportamento do veículo, se é projetado de forma a favorecer o conforto ou a dirigibilidade.

Por ter que atender tantos requisitos, algumas variações no formato dos braços de suspensão tornaram-se padrões, como o tradicional braço em forma de banana.

Crédito foto: The Automotive Chassis Vol. 1 Components Desing.

No primeiro tipo, as forças que agem sobre a roda, laterais e de resistência ao rolamento, exercem cargas sobre a bucha E, na figura. Esta bucha é responsável por manter, mesmo sob carga, o ângulo de camber da roda, sendo portanto, mais rígida. Quando a bucha E encontra-se sobre carga, neste caso, forças longitudinais agindo sobre o pivô A, o momento desta gera forças transversais na bucha F. Essa forças são características de impactos sofridos pelas rodas, e por esse motivo esta bucha possui uma elasticidade maior, visando absorção das oscilações. O pivô A, determina, juntamente com o pivô superior ou ponto de suporte superior da suspensão, a linha de inclinação do pino mestre.

Esse tipo de braço, também pode ser projetado de forma a possuir formato de um triângulo isósceles. A posição das buchas e do pivô são os vértices, sendo as buchas os vértices dos ângulos congruentes do triângulo. Quando o braço de suspensão é projetado nesta configuração, as buchas não diferem um da outra em termos de elasticidade. A carroceria ou o subchassi, para esta variação de braço de suspensão, são projetados em uma posição mais próxima da dianteira do veículo.

Manga de eixo

Crédito foto: http://www.wilwood.com/

A manga de eixo é uma das mais importantes peças do sistema de suspensão, ela não só permite o movimento direcional da roda, como também conecta a roda aos braços de suspensão e direção. Paralelamente, a manga de eixo também server de alojamento para as pinças de freio, e em casos de freio anti-bloqueio, aloja também o sensor de velocidade das rodas. Em suspensões do tipo Mcpherson, a estrutura do amortecedor é fixada na manga de eixo, esta servindo como suporte meio de transferência do movimento vertical da roda para o amortecedor

A articulação da manga de eixo foi por algum tempo realizada por um pino que, além de permitir o giro da manga, também fixa esta junto ao braço de suspensão. A inclinação do pino mestre, como descrito nos tópicos anteriores, é um parâmetro que recebeu essa denominação devido a real utilização de pinos. Entretanto, nos sistemas de suspensão mais modernos, o pino foi substituído por articulações esféricas, os pivores. Dependendo do tipo de suspensão, um pivô faz suporta a manga inferiormente, mas o suporte superior poder ser realizado por um outro pivô ou pela fixação superior da suspensão. A linha que une o pivô inferior a fixação superior da manga de eixo em relação a linha normal, é a inclinação do pino mestre.

Cubo de roda

Crédito foto: http://www.swihartindustries.com/

Entre a junta homocinética (leia mais) e a roda, está o cubo de roda. Esta peça possui a função de permitir o giro da roda com o mínimo de atrito, mas com o devido suporte contra os impactos sofridos pela roda. É no cubo de roda que é fixado o disco, portanto, quando freamos, estamos, na verdade, freando o cubo de roda.

O cubo de roda, ao contrário do que o nome indica, tem formato circular. É basicamente, um cilindro oco, envolto de um flange circular. O flange possui furos rosqueados por onde passam os parafusos de roda, mas também pode conter os próprios parafusos, sendo a roda então, fixada por porcas. Internamente, no cubo de roda, estão estrias que promovem o encaixe destas com as mesmas da junta homocinética.

Na montagem do cubo de roda na manga de eixo, o rolamento, elemento que garante o livre giro da roda e absorve parte dos impactos sofridos por esta, é montado entre ambos os componentes. A junta homocinética penetra no cubo encaixando-se nas estrias deste, a ponta daquela é rosqueada e ultrapassa os limites do cubo. Neste é rosqueado uma porca, que possui a função de fixar os três componentes e aplicar a pré-carga do cubo de roda. Para isso, existe um torque máximo a ser aplicado.

Cubo de roda com rolamento de primeira geração.
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Existem algumas variações de rolamentos para cubos de roda. Nas aplicações mais comuns(carros pequenos e médios fabricados em grande escala), o rolamento possui duas pistas internas, onde cada faixa alojam esferas recirculantes. Essas pistas possuem uma folga entre si, mas que quando aplicada a pré-carga do cubo, tornam-se justas. Esse tipo de rolamento é caracterizado pela boa durabilidade e baixo custo de produção, é chamado de rolamento de primeira geração.

Cubo de roda com rolamento de segunda geração.
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Outras duas gerações de rolamentos para cubos de roda surgiram, estas foram desenvolvidas para suprir as necessidade de alguns projetos. O rolamento de segunda geração, é basicamente, um rolamento de primeira geração com um flange acoplado a pista interna do rolamento. Este, também é de pista interna dupla e esferas, mas uma das pistas é ligada ao flange que conecta o rolamento a manga de eixo. Neste caso, em sistemas de suspensão Mcpherson dianteira.

Cubo de roda com rolamento de terceira geração.
Crédito foto: http://www.auto1688.com/

O rolamento de terceira geração é composto por duas pistas e esferas recirculantes, também incorporam o flange de suporte junto a pista externa. Sua principal característica é a compacidade, seu conjunto cubo de roda e rolamento é mais compacto que os demais (primeira e segunda geração), além disso sua robustez é maior e a manutenção é dispensada, pois é uma rolamento selado. Ambos rolamentos de segunda e terceira geração são mais caros de serem fabricados, mas reduzem o custo de manutenção, por serem selados, compactos e de fácil substituíção.

Suspensão dianteira

A suspensão dianteira divide espaço com muitos outros sistemas, inclusive o motor.
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A suspensão dianteira dos automóveis devem atender a alguns requisitos, o principal é ser direcional, ou seja, permitir que as rodas possam esterçar sob os comandos de um sistema de direção. Partindo deste ponto, o projeto de uma suspensão dianteira deverá ser pensado para o tipo de motorização do veículo. Se este possui motor dianteiro com tração traseira, motor dianteiro com tração dianteira ou eixo dianteiro morto (sem tração – implícito que o motor não está na dianteira).

Independente do posicionamento do trem de força do veículo, a suspensão dianteira pode ser dos tipos:

  • Mcpherson;
  • Multibraço;
  • Braços sobrepostos;
  • Eixo rígido.

Cada tipo de suspensão se adapta as condições de projeto do veículo, a diferença entre elas é a disposição dos componentes no assoalho do veículo. Isso vai determinar o espaço no cofre do motor (ou bagageiro) ocupado por amortecedores, molas e braços de suspensão. Além disso, a aerodinâmica do veículo também é influenciada pela posição desses componentes. Pois quanto mais compacto for a suspensão, mais inclinado poderá ser a dianteira, tendo um capô mais baixo auxiliando no Cx do veículo.

Quando a suspensão dianteira suporta um eixo motriz, o projeto desta deve ser desenvolvido com a preocupação da posição dos amortecedores e molas em relação aos semi-eixos. Pois estes devem atravessar o espaço aonde estaria amortecedores e molas. Sendo necessário re-alocar estes, seu posicionamento pode interferir no espaço livre do motor e desenho da dianteira. Dependendo do tipo de suspensão, diversas soluções podem ser aplicadas, como deslocar os amortecedores e molas para trás (em relação a bitola) ou dispor este acima do braço de suspensão superior.

Suspensão traseira

A suspensão traseira, quando não é motriz, deve ser a mais compacta possível, para preservar o espaço interno do veículo.
Crédito foto: http://www.automotiveillustrations.com/

Embora a suspensão traseira não tenha a preocupação de ter um sistema de direção, seu projeto também é desenvolvido com cuidado, pois suas dimensões possuem grande influência no espaço interno na parte de trás do automóvel. Além disso, a possibilidade do eixo traseiro motriz também é levada em consideração no projeto.

Portanto, os seguintes tipos de suspensão podem ser utilizados no eixo traseiro:

  • Mcpherson;
  • Multibraço;
  • Braços sobrepostos;
  • Braço arrastado;
  • Eixo de torção;
  • Eixo rígido.

O projeto da suspensão traseira tem a preocupação de garantir a estabilidade do veículo em curvas e manobras, os automóveis de uso civil são projetados para apresentarem um comportamento subestersante. Os diversos tipos de suspensão utilizados na traseira atendem aos propósitos de projeto mais variados. No caso de uma suspensão independente na traseira, além do desempenho desta, o espaço ocupado por esta também deve ser pensado pelos projetistas. A posição dos braços, molas e amortecedores, bem como o uso ou não de subchassi determina o espaço interno da região traseira da carroceria. Além disso, também se leva em conta o fato de que a suspensão irá dividir espaço com o tanque de combustível e o estepe. O uso de suspensões semi-independentes e dependentes, embora restrito a veículos utilitários e off-road, ainda encontra-se em uso, para veículos pequenos e médios, quando o eixo traseiro não é motriz. Estas aplicações ainda são favoráveis pois garantem o baixo custo de produção e facilidade de adaptação nas carrocerias monobloco.

Manutenção

Bucha do braço de suspensão já em final de vida.
Crédito foto: http://s143.photobucket.com/user/ricefarmer71

Em geral, os componentes de suspensão são robustos por natureza, mas os pontos de articulação, que são as buchas e pivôs, são os elos fracos deste sistema. São ditos “componentes de manutenção”, pois requerem verificação periódica e troca quando necessário.

As buchas, em especial, são fabricadas em borracha vulcanizada em uma estrutura metálica. Portanto, é característica da borracha a perda de sua elasticidade, seja pela intensidade das cargas imposta na bucha, seja pelo tempo. Além disso, fatores externos como, contaminação com água, derivados de petróleo e as condições climáticas também contribuem para degradação da borracha das buchas, mesmo em veículos com uso menos intenso. Por esse motivo é necessário a verificação periódica.

Quando desgastadas, as buchas sedem sob as cargas impostas e deixam de manter as rodas no alinhamento correto. Dessa forma, a cada transferência de carga que o veículo sofre (desvios, curvas ou manobras bruscas) as rodas irão variar sua posição sobre a pista além do especificado, comprometendo a dirigibilidade do veículo.

Pivô quebrado.
Crédito foto: https://i.ytimg.com

Os pivôs, são articulações rígidas, que conectam a manga de eixo a braço de direção. Uma vez degastados, prejudicam o livre movimento destes. São livres de manutenção, em caso de falha não há reparos, apenas a troca.

Ruídos e vibrações são as formas que a suspensão possuí de informar ao motorista das condições de seus componentes. Pancadas secas são atribuídos aos amortecedores, já sem ação alguma, chegam ao fim de seu curso e batem, então se escuta uma pancada. Este mesmo problema pode ocorrer quando os batedores dos amortecedores estão desgastados, que sedem e não absorvem a pancada do amortecedor em fim de curso.

Estalos e rangidos podem ser atribuídos ao desgastes das buchas em geral, pois quando cedem, permitem não somente a variação da posição da roda, mas em casos extremos, o deslocamento do braços de suspensão quando o veículo é esterçado. Buchas da barra estabilizadora, quando desgastadas, não promovem o devido suporte desta. A barra não consegue produzir a dependência entre as rodas, e os rangidos começam. Pior do que isso, é a dirigibilidade do veículo que fica consideravelmente prejudicada.


Acadêmico de Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Ceará (UFC), Técnico em mecânica automotiva pelo Senai-CE e IFCE, certificado Six Sigma Green Belt. Profissional dedicado a área automobilística, com 8 anos de experiência no mercado automotivo, do setor de peças a qualidade em montadoras.

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