Funcionamento e detalhes das Barras Estabilizadoras


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Em inglês, anti-roll bar ou anti-sway bar. Em português, barra estabilizadora ou barra anti-rolagem. Independente do nome, a barra estabilizadora é, basicamente, uma barra de torção ligada as rodas.

Mecanicamente falando, é um tubo feito de aço mola, com perfil U. A parte central da barra é alocada em pontos fixos, enquanto que as laterais são conectadas as rodas. Portanto, o movimento das rodas fazem com que as laterais da barra estabilizadora funcionem como alavancas, provando a torção da barra.

Função

Barra estabilizadora com suportes e bieletas.
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Embora por muitas vezes seja afirmado, que as suspensões independentes são o que há de melhor em termos de suspensão automobilística, é importante que nesse mesmo sistema exista um determinado grau de dependência.

Os projetos para veículos de uso civil sempre tiveram diversos compromissos como, segurança, emissões, economia e conforto. Neste último caso, sempre se teve a

difícil conciliação entre conforto e dirigibilidade. Se prezamos 100% pelo conforto, matamos a dirigibilidade com um veículo de rolagem excessiva. Enquanto que, se prezamos totalmente pela dirigibilidade, prejudicamos o conforto, com um veículo excessivamente duro. Então, o projeto da suspensão de um automóvel é feito de compromissos, e neste caso, chegamos a Barra Estabilizadora.

Esta barra possui formato de U, pode ser montada na suspensão dianteira ou traseira. É fixada na estrutura do veículo por buchas de borracha, dispostas na sessão transversal da barra. Suas extremidades são fixadas, ou no braços de suspensão, ou nos amortecedores. Neste último caso, bieletas são utilizadas para conectar a barra estabilizadora ao amortecedor estrutural (leia mais).

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Portanto, a barra estabilizadora promove uma conexão entre as duas rodas. Sempre que nestas são impostas a cargas iguais, vão se deslocar verticalmente com o mesmo curso, ou seja, não haverá movimento relativo entre as rodas. Entretanto, quando as rodas são expostas a cargas desiguais, como em curvas, ocorre o movimento vertical relativo entre as rodas. Esse movimento provoca a torção da barra estabilizadora, que resiste ao movimento relativo das rodas.

Dessa forma, a barra estabilizadora limita a rolagem da carroceria, além de ter considerável influência no comportamento em curva do veículo. Com isso, é possível projetar um suspensão equipada com barras estabilizadores, e reduzir a carga das molas, deixando o veículo mais suave ao passar sobre irregularidades em linha, mas firme quando contornando curvas.

Aplicações

Veículos de passeio

Nesta aplicação, duas variações de barras estabilizadoras são as mais utilizadas. Não há diferenças em seu funcionamento, apenas nas conexões com as suspensões.

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A primeira variação é bastante utilizada em carros de baixo custo e compactos. A barra é fixada na estrutura do veículo (geralmente no subchassi) por duas buchas, e se conecta as rodas através dos braços de suspensão. Onde abraçadeiras fixam as laterais da barra estabilizadora.

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Uma característica desse layout, é a dificuldade de montagem da barra estabilizadora, que por vezes requer mais de um técnico para tal. Essa fixação da barra no braço provoca uma tensão a mais na barra estabilizadora, que nem sempre se traduz em um bom acompanhamento desta aos movimentos dos braços. Nesta aplicação, a relação entre o ângulo de torção da barra e o curso da suspensão não favorece a sensibilidade do conjunto, prejudicando o efeito da barra estabilizadora quando as suspensões estão em compressão e extensão.

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Outra aplicação em veículos de passeio, muito comum em veículos com suspensão McPherson, é a utilização de bieletas (pendulum bar) para conexão da barra estabilizadora com o amortecedor estrutural. Nesta, a barra estabilizadora possui seu característico perfil U, mas com suas extremidades retificadas e perfuradas. O objetivo é prover uma zona de assentamento dessas extremidades com o pivô da bieleta. O parafuso do pivô passa pelo furo da barra, a fixação é feita por uma porca com torque prescrito. Dessa forma, previne-se as extremidades da barra estabilizadora de pequenos esforços de flexão, aproveitando ao máximo sua função de alavanca para provocar torção. Além disso, essa configuração reduz o esforço na barra quando as rodas se movem simetricamente.

Aplicações em veículos de competição (monopostos)

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Quando o projeto de uma suspensão é voltado para o desempenho, toda a preocupação com espaço, manutenção e peso da suspensão ganha outro escopo. Em aplicações em carros do tipo monoposto (no qual existe apenas o lugar do piloto), as dimensões seguem regulamentos bastante restritos, mas em geral monopostos são compactos. Devido a isso, a utilização de uma barra de torção convencional (perfil U) não é adequada. Portanto, a barra estabilizadora utilizada em monoposto é alojada dentro do chassi do carro, podendo ser posicionada na vertical ou na horizontal.

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Em variações nas quais a barra estabilizadora é alojada na vertical, esta é composta por juntas, que permitem, apenas, um leve balanço para frente e para trás. A barra se conecta as hastes proveniente dos balancins. Portanto, sempre que o balancim gira acionado pela haste da suspensão (Neste caso, suspensão Pull Rod ou Push Rod – leia mais.), este aciona a haste que liga o balancim a barra estabilizadora. Dessa forma, a medida que a suspensão se movimenta, a barra estabilizadora é acionada, e quando há movimento relativo entre as rodas, compressão em uma e extensão em outra, a barra se torce resistindo ao movimento das rodas. Além disso, uma terceira mola é ligada a barra estabilizadora, de forma a controlar o balanço desta. Sendo então, um auxílio no controle da sustentação da suspensão quando o veículo arranca.

Barra estabilizadora horizontal para aplicações voltadas para competição.
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Em alguns projetos, a suspensão é concebida de forma que alguns de seus componentes estejam alojados na vertical, neste caso o conjunto de amortecedores e molas. Entretanto, a barra estabilizadora pode ser instalada na dianteira em posição transversal, assim como nas aplicações para veículos de uso civil. Nestas a barra é consideravelmente menor, não possui perfil U, mas suas extremidades se ligam a hastes que estão conectadas aos balancins. A cada movimento da suspensão, essas hastes são acionadas, consequentemente a barra estabilizadora também.

Estrutura


Desenho esquemático de uma barra estabilizadora.
Torsional Spring – Mola de torção;
Revolute joints – Juntas de revolução;
Left/Right Anti-Roll Bar – Barra estabilizadora parte esquerda e parte direita;
Front wheel knuckle – Manga de eixo dianteira.
Crédito foto: Automotive Engineering Powertrain, Chassis System and Vehicle Body.

A estrutura de uma barra estabilizadora, em sua concepção, é constituída por três partes. Duas delas são as extremidades da barra, e a última trata-se da barra de torção propriamente dita. A barra estabilizadora é fixa na estrutura do veículo por meio de buchas. Estas são posicionadas nos limites entre a barra de torção e as laterais da barra estabilizadora.

As buchas utilizadas, embora fixem a barra estabilizadora na posição correta, permitem que esta rotacione em torno do próprio eixo.
As laterais da barra estabilizadora possuem o formato adequado, para que quando acionado pelas bieletas ou braços de suspensão, possam formar um braço de alavanca e girar a barra de torção. Nesse ponto, ocorre a torção, pois as laterais rotacionam e a barra de torção resiste ao giro destas.

Quando sitamos o termo “barra de torção”, estamos nos referindo apenas a sessão transversal da barra estabilizadora. Pois esta, é de fato uma barra de torção. Dessa forma, no desenvolvimento da barra estabilizadora, o cálculo de rigidez da barra de torção leva em consideração o comprimento desta, e essa variável não deve ser confundida com o comprimento da barra estabilizadora.

Funcionamento

Independente do tipo de suspensão, a barra estabilizadora funciona da mesma forma, exceto em suspensões pull ou push rod, que veremos a seguir. Portanto, a barra estabilizadora está exposta aos movimentos das rodas, sempre que estas se movimentam uma em relação a outra a barra estabilizadora compensa essa diferença.

Movimento simétrico das rodas

Quando ambas as rodas encaram o mesmo obstáculo, lombadas, por exemplo, não ocorre ação da barra estabilizadora. Como ambas as rodas se deslocam com o mesmo curso, as laterais da barra estabilizadora giram praticamente o mesmo ângulo, sem movimento relativo entre estas, a barra estabilizadora apenas rotaciona sobre seu suporte. Dessa forma, nenhuma resistência por parte da barra estabilizadora ocorre, apenas dos demais componentes elásticos da suspensão.

Movimento relativo das rodas

Em situações nas quais as rodas possuem movimento relativos, como por exemplo, contorno de curvas, passagem por superfícies irregulares ou obstáculos em apenas um lado, tudo que colocar o veículo em situação de inclinação, a barra estabilizadora entra em cena.

Nessa situação uma das rodas está recebendo carga, seja por um impacto ou seja por transferência de peso. Chamamos esta de roda de ação, e encontra-se sobre compressão.

Como a barra estabilizadora promove uma conexão entre as rodas, na hipótese daquela ser completamente rígida, a outra roda sofreria influência da roda de ação e admitiria a mesma posição desta. Essa roda é chamada de roda de reação.

Entretanto, as barras estabilizadoras não são totalmente rígidas. Portanto, na situação acima, a roda de ação provoca na barra estabilizadora uma torção na sua sessão transversal, ou seja, na barra de torção. Essa torção força um dos lados da suspensão a admitir a mesma posição da roda de ação. Portanto, há transferência de movimento de um lado para o outro do carro. Enquanto um lado está torcendo a barra estabilizadora, o outro torce no sentido oposto para acompanhar o movimento do anterior.

Dessa forma, a barra estabilizadora limita a inclinação da carroceria, embora parte da independência entre as rodas seja perdida. O nível de ação da barra é determinado pela sua rigidez, quanto mais rígida a barra, mais ela limitará a inclinação da carroceria.

Barra estabilizadora vertical

Em carros de competição, em especial monopostos, por vezes a barra estabilizadora é disposta na posição vertical. Embora sua posição seja diferente do visto em aplicações para uso civil, o principio de funcionamento é o mesmo.

Quando as rodas superam obstáculo, o curso que estas percorrem se deslocando para cima ou para baixo provoca o acionamento dos balancins por meio das hastes pull rod ou push rod (leia mais) dependendo do tipo da suspensão.

Nos balancins também estão conectados as hastes de comando da barra estabilizadora. Estas se conectam a barra estabilizadora por meio pivôs ou unibals, e portanto, transmitem os movimentos dos balancins para a barra estabilizadora.

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Quando ambas as rodas transpassam pelo mesmo obstáculo, recebendo a mesma carga e, provavelmente, se deslocam o mesmo curso. Dessa forma não há ação da barra estabilizadora, pois quando acionada pela hastes, aquela executará uma oscilação para frente ou para trás, dependendo do tipo de movimento da suspensão, se foi compressão ou extensão. Entretanto, quando as rodas se movimentam de forma diferente, ou seja, com um lado da suspensão sob compressão e outro sob expansão, as hastes do balancim que agem sobre a barra estabilizadora, torcem esta, que resiste a torção limitando o movimento da suspensão.

Além disso, este tipo de barra estabilizadora, em alguns casos, dispões de uma mola extra, geralmente helicoidal. Esta é responsável por limitar a oscilação da barra estabilizadora quando a ação das duas suspensões sobre esta é simultânea. Quando a barra estabilizadora oscila, a força da mola limita a oscilação, controlando o mergulho e a sustentação da carroceria em frenagens e arrancadas respectivamente.

Manutenção

Como dito anteriormente, a barra estabilizadora é, basicamente, uma mola de torção. Assim como esta, não requer manutenção. Entretanto, a manutenção fica a cargo de seus suportes, as buchas que fixam a barra estabilizadora na estrutura do carro e as bieletas e seus pivôs.

Uma simples perda de aperto dos parafusos das buchas provocam rangidos na suspensão, e estes podem ser confundidos com diversos outros componentes. As bieletas, quando folgadas provocam pequenos estalos, devido a falta de suporte às laterais da barra estabilizadoras.

Quando as buchas se desgastam de fato, a fixação da barra estabilizadora é comprometida, sempre que acionadas, a barra tende a girar dentro de seu suporte, comprometendo a ação limitadora de rolagem. A suspensão, então, perde em desempenho e o veículo aparenta ficar mais solto.

No caso das bieletas se desgastarem, a transmissão dos movimentos das suspensões para a barra estabilizadora fica prejudicada. Os pivôs das bieletas não realizam essa função com eficiência, e a relação entre o movimento da suspensão e o ângulo de torção da barra estabilizadora fica comprometido. Então, a transmissão de movimento através da barra não ocorre de forma ideal e o veículo perde sua dirigibilidade fundamental.


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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