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Sistemas de direção automotiva (1ª Parte) PDF Print E-mail
Written by Administrator   
Monday, 17 November 2014 22:18

Olá pessoal que acompanha o site dos Nobres do Grid,

 

Quando vemos os carros de corrida dos dias de hoje, ou mesmo diversos carros de passeio com um sem número de comandos no volante, fica até difícil de imaginas um carro sem direção... mas acreditem: no início da história do automóvel eles não não eram controlados por um volante, mas por um sistema precário e inconveniente de direção.

 

E o sistema de volante como nos acostumamos a ver levou quase duas décadas para ser introduzidos nos carros. Não devemos esquecer que, no princípio, o automóvel era chamado por muitos de “carruagem sem cavalo”, não por uma questão de metáfora, mas porque o consideravam uma consequência natural das carruagens, como pode ser visto por suas primeiras carrocerias.

 

Quando os fabricantes dos novos automóveis tiveram que projetar um sistema de direção para veículos, mantiveram-se o mais próximo possível do tipo que era usado nas carruagens. O comando de direção era conhecido como “queue de vache” (rabo de vaca), que nada mais era do que uma barra de metal ou madeira, geralmente curva, em duas direções que, com uma simples conexão, variava o ângulo do eixo dianteiro para a linha central do chassi.

 

Não podemos negar que tratava-se de um sistema prático para baixas velocidades. Contudo, com o aumento da velocidade dos automóveis, foi ficando impossível de ser mantido e ter-se o controle preciso da direção devido às “chicotadas” dadas por aquele guidão ou “cana de leme”, mais adequada a um barco. Ainda no do século XIX, o sistema da barra de metal foi substituído por um outro menos rudimentar: mecanicamente era mais complicado, mas  e foi chamado de sistema de duas mãos.

 

Era um sistema com uma coluna vertical de direção ligada embaixo a conexões de direção semelhantes às atuais. A parte superior da coluna era rigidamente ligada a uma barra horizontal de 55 a 70 centímetros, dependendo do modelo, com um guidão vertical em cada extremidade. Contudo, este formato logo foi abandonado, sendo substituído por um outro bem mais próximo das características atuais. Ao invés do guidão, havia uma barra vertical em relação ao eixo.

 

Carros no início eram chamados por muitos de "carruagem sem cavalos"...

 

Com o tempo, o sistema foi sendo aperfeiçoado. Primeiro, a coluna foi sendo inclinada. Com isso, foi possível aumentar o diâmetro das rodas... e havia razões para que aumentassem: as estradas eram terríveis e como os sistemas de amortecimento também era precário, todo o conjunto sofria com os violentos choques nas ligações das rodas com a barra de direção. Aumentar o diâmetro das rodas foi a solução – paliativa – imediatamente encontrada.

 

A história não registra qual o primeiro carro a  adotar essa roda de tamanhos e características personalizadas de cada fabricante que conhecemos como volante ou direção. Sabe-se, porém, que a partir de 1898 ela passou a equipar todos os carros, sem sofrer, praticamente, qualquer evolução significativa em sua forma e em seus princípios de funcionamento (mesmo no caso dos sistemas de direção assistida, estes são sistemas que auxiliam o manejo e o funcionamento do sistema original, que é o de direcionar o veículo).

 

Todos nós sabemos 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. Entender ao menos um pouco de como isto funciona pode ser de uma utilidade maior do que você imagina.

 

O primeiro sistema de direção com volante surgiu no final do século XIX...

 

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. Em uma forma mais simples: as rodas dianteiras apontam em direções diferentes quando fazemos uma curva!

 

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, chamada barra 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 ao braço de direção na manga de eixo

 

Antes do surgimento das direções assistidas, o sistema "seco" com pinhão e cremalheira era o mais comum... 

 

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 e 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 determinad 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.

 

Mas havia também o sistema com esferas circulantes, que era mais suave.

 

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.

 

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 chamado “braço pitman”. 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.

 

As esferas não deixavam - em teoria - espaço para folgas.

 

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.

 

No próximo mês falaremos sobre a evolução dos sistemas de direção assistida, que começaram a ser estudados ainda na década de 20 e que continuam em processo constante de evolução... e cada vez mais rápida. Mas, antes disso, gostaria de mostrar as interessantes ideias que surgiram nos anos 50 e 60, onde chegou-se a pensar em termos carros sem volantes!

 

No final da década de 1950, quando o volante já era um “sexagenário”, surgiram as primeiras tentativas sérias (e era sério mesmo) para substituí-lo por outro sistema mais eficiente.

 

Muitos engenheiros dos departamentos de desenvolvimentos das montadoras, em especial as dos Estados Unidos, estavam convencidos de que o volante não era mais necessário e deveria desaparecer. Contudo, as várias tentativas feitas para isso não tiveram muito sucesso. Entretanto, todas demonstraram que não há qualquer lei imutável obrigando todos os carros a ter o “antiquado” e hoje centenário volante: motoristas têm-se adaptado facilmente aos novos tipos experimentais de controle.

 

Assistido ou não, o sistema de direção não mudou muito no último meio século... mas tentou-se mudar isso...

 

Há diversos argumentos contra a roda de direção: 1) sua coluna não oferece segurança em choques, mesmo quando retrátil; 2) os modernos painéis de instrumentos são sempre, de algum modo, bloqueados pelo volante; 3) o acesso aos controles manuais do painel também é dificultado; 4) num carro pequeno, os movimentos do motorista ficam limitados, o que lhe causa desconforto; 5) operacionalmente, há sempre a possibilidade de os braços se cruzarem, o que reduz a eficiência de movimentos corretivos; 6) pode atrapalhar a visão frontal; 7) pessoas pouco musculosas, geralmente mulheres, encontram dificuldades para virar grandes e pesados volantes (sem direção hidráulica).

Um único argumento a favor do volante: seu domínio até hoje.

 

Passou-se mais de meio século antes que os pesquisadores da General Motors apresentassem uma alternativa inspirada na indústria aeronáutica: um único bastão reunindo todos os comandos necessários ao automóvel.

 

Em 1957, esse “unicontrol” foi instalado num Chevrolet. Quando se empurrava para a frente a alavanca, o carro acelerava; puxada para trás, freava; movendo-a para a direita ou para a esquerda, o carro tomava estas direções. Era como o manche de um um caça, avião de combate. O grande problema surgia quando se tentava a marcha à ré e o carro teimava em desobedecer aos comandos, de forma que faze-lo entrar numa vaga de estacionamento era um tormento.

 

O Firebird III de 1958 vinha equipado com o “bastão mágico”. Quando o viu, Rudolf Uhlenhaut – o famoso engenheiro da Mercedes Benz – perguntou imediatamente: - Pode-se corrigir uma derrapagem com isso?

 

A GM criou um sistema com um controlador e sem volante... mas foi abandonado.

 

Os engenheiros da GM não souberam responder, porque haviam projetado o sistema de tal forma que o ângulo de esforço das rodas tornava-se cada vez mais lento à medida que aumentasse a velocidade do carro, de modo que o motorista jamais pudesse fazer um ângulo agudo com a direção, iniciando uma derrapagem em calçamento seco.A última tentativa da GM em aplicar o “unicontrol” foi em 1965, num Pontiac conversível.

 

Alguns veículos foram equipados com sistema diverso: um controle para cada mão, como os tratores e tanques de guerra. O Firebird IV da GM foi equipado com esse sistema e também um Buick Century Cruiser, que é utilizado para espetáculos de malabarismo automobilístico.

 

Um terceiro sistema, que pode ser considerado um meio-termo entre o bastão único e as duas alavancas, é o que os americanos chamaram de “rodas de junção”. Foram inspiradas em sistemas de comando de aviões e nunca precisam ser viradas mais do que 90 graus. O Mercury Maurauder e o Ford Aurora de 1964 foram equipados com elas, comandando um mecanismo de proporção variável que exigia um total de meia volta das rodas de direção, para virar as rodas diretrizes de batente a batente.

 

A Chrysler tentou um outro, com um design que parecia o de um manche de avião...

 

A Chrysler, por sua vez, lançou um novo controle que emprega um único cabo de torção e que foi mostrado ao público no modelo experimental 300X, em 1966. Trata-se de um “console” ajustável, na frente do motorista, com dois cabos iguais que podem ser girados somente 60 graus para  um lado ou para outro, num ângulo bastante confortável para o pulso. Eles atuam sobre um circuito elétrico que age sobre válvulas hidráulicas e alavancas de direção.  Quando o carro está parado, pode-se fazer o “console” correr totalmente para debaixo do painel, onde ele desaparece  com um pequeno estalido. Um desavisado julgará então que se trata de um carro sem controles.

 

A Ford, desde 1960, vinha se interessando pelo problema e permitiu que um dos seus engenheiros instalasse num Falcon Sprint 1963 um aparelho denominado “wrist twist” o que se pode traduzir como “sacudidor” ou “triturador de pulsos”.

 

Os resultados obtidos foram animadores, tanto que no ano seguinte o sistema foi instalado num Mercury e num Thunderbird. Em 1965, a Lincoln-Mercury iniciou um sério programa de pesquisa de opinião pública sobre a possibilidade de substituir os velhos volantes pelo “wrist twist”.

 

O sistema é simples: consiste em dois anéis montados numa junta ligada à coluna de direção. Assim, esse anéis são, na verdade, dois pequenos volantes. O sistema, naturalmente, é auxiliado hidraulicamente para poder ser movido pelos dedos do motorista. Nos testes a que foi submetido, provou que permite fazer curvas de estrada mais rapidamente. A polícia do Estado de Missouri, que também testou o  aparelho, queria encomendar 50 carros equipados com ele. Mas a Ford resolveu guarda-lo para o futuro... e meio século já se passou desde então.

 

E a Ford tentou um com dois controles giratórios... e nós continuamos atrás do bom e velho volante.

 

Uma das divisões da GM (a Saginaw Steering Gear Division) especializada em direções, desde 1959 vinha se preocupando com a substituição do volante tradicional. Baseada no “unicontrol” da GM, aperfeiçoou um puxador, pequeno, sob um superfície plana, com um buraco para o dedo da extremidade. Logo depois trocou o puxador único por dois, a fim de utilizar ambas as mãos do motorista e fazer a felicidade dos canhotos. O carro usado para a experiência foi um Oldsmobile. Mas ultimamente os novos equipamentos tem sido instalados nos Riviera e Toronado.

 

Continuamos no próximo mês. Aí falaremos sobre os sistemas de direção assistida.

 

Muito axé pra todo mundo,

 

Maria da Graça

 

 

 

Last Updated ( Tuesday, 18 November 2014 03:53 )