A Engenharia de Fluídos

[pic 1]	Equipe MountainBaja
Diretoria de Direção
Projeto Conceitual – Sistemas de Direção
Elaborado por: Bruno Kelvin e Gabriel Florentino
Data: 13/06/2015	Revisão: Bruno Kelvin e Gabriel Florentino

Objetivo

Apresentar e explicar o funcionamento dos principais tipos de direção veicular mostrando as vantagens e as desvantagens da utilização de cada uma e também apresentar alguns conceitos básicos sobre a geometria de direção.

Sistema de direção

O sistema de direção é muito importante no comportamento estático e dinâmico dos veículos. A função do sistema de direção é basicamente transformar o movimento de giro do volante em um movimento lateral das rodas dianteiras. O sistema de direção em conjunto com o sistema de suspenção deve ser capaz de absorver as irregularidades verticais e horizontais da pista sem que haja distúrbios direcionais e nem um bloqueio da sensibilidade da pista, ele também deve ser capaz de garantir que com baixo esforço o condutor possa esterçar as rodas em manobras de estacionamento e em baixa velocidade.

Tipos de sistemas de direção

Os sistemas de direção são divididos em dois grupos que são os sistemas de direção mecânicos e os sistemas de direção hidráulicos, possuindo diferentes variações. Nessa seção será apresentada os tipos mais comuns de direção mecânica e de uma forma mais geral o princípio de funcionamento básico da direção hidráulica.

Sistema de direção por pinhão e cremalheira

O sistema de pinhão e cremalheira é um mecanismo simples em que duas engrenagens funcionam em conjunto para guiar um veículo através de movimentos circulares e laterais. Conforme o pinhão realiza movimentos circulares encaixando-se com a cremalheira, esta é movimentada de um lado para o outro.

Vantagens do sistema pinhão e cremalheira: Não ocorre perca de potência do motor, menor esforço necessário para giro do volante se comparado com outros tipos de direção mecânica, fácil manutenção, a chance de ocorrerem vazamentos é bem menor comparando-se com a direção hidráulica, leve, pequeno e um custo relativamente baixo.

Desvantagens do sistema pinhão e cremalheira: Menor durabilidade e ruídos relativamente altos.

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Direção por rolete e rosca sem fim

O mecanismo do sistema de direção composto por rolete e rosca sem-fim possui a caixa de direção composta por um eixo de entrada ao qual na sua extremidade está acoplado o volante, onde o condutor implica o torque necessário, e na outra extremidade está um sistema de rosca sem-fim engrenado no rolete que pertence ao eixo de saída no setor de direção.

Quando o condutor girar o volante, automaticamente a rosca sem-fim recebe e transmite o movimento para o setor, ocasionando assim o deslocamento angular do eixo de saída ao qual está acoplado o braço da direção (“braço de pitman’’). Na extremidade do Pitman estão acopladas as barras de direção que possuem a função de efetuar a transmissão do movimento para as mangas de eixo fixadas nas rodas fazendo com que as mesmas estercem.

Vantagens do sistema rolete e sem fim: Não rouba potência do motor, não causa grandes vazamentos ao sistema e fácil manutenção.

Desvantagens: Demanda de um grande esforço do condutor para girar o volante, peças de reposição de difícil acesso, fabricação complexa, sistema pesado e grande.

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Direção Hidráulica

Esse tipo de direção é composto por um sistema que conta com bomba hidráulica, tubulações de alta e baixa pressão e reservatório de óleo. Também possui um mecanismo de direção que torna mais fácil os movimentos das rodas dianteiras do veículo sem que seja necessário um grande esforço para fazer manobras com o volante.

Vantagens da direção hidráulica: Demanda um menor esforço para girar o volante e tem uma manutenção barata.

Desvantagens da direção hidráulica: Vazamentos são comuns, perda de potência do motor e maior consumo de combustível.

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Geometria de “Ackermann”

Rudolf Ackermann registrou a patente de um dispositivo de direção que denominou “o princípio de direção geometricamente correta”, segundo o qual quando um veículo percorre uma curva, as suas rodas devem descrever segmentos de círculos concêntricos. Se uma roda descrever uma trajetória diferente, tenderá a derrapar o correspondente à diferença das trajetórias, resultando no desgaste do pneu por arraste e perda de atrito na roda que desliza. Num sistema de direção simples, de atuação no eixo e não nas rodas, para se conseguir este efeito de concentricidade é necessário realizar um grande ângulo no eixo direcional, tornando a operação de manobra desgastante, demorada e de baixa segurança.

Com este conceito era necessário que o eixo dianteiro girasse parcialmente em torno de um ponto central (pivô). Nesta condição, se fazia necessário um grande movimento angular do eixo dianteiro. Para resolver o problema, segundo o princípio Ackermann, o eixo direcional (dianteiro) passou a trabalhar fixo e os movimentos de esterçamentos passaram a ser individuais, por roda, usando as conhecidas mangas de eixo independentes no eixo dianteiro. Esta solução com a geometria do trapézio da direção, fez com que uma roda esterçasse mais do que a outra ao descrever curvas, dando concentricidade aos diâmetros de giros, segundo os princípios de Ackermann, que foi aplicado num automóvel francês em 1878 por Jeantaud.

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Ângulos de direção

É importante conhecer os ângulos de direção que devem ser medidos na verificação da geometria de direção. Os ângulos de direção são definidos no projeto do veículo para proporcionar uma boa direção, que seja leve nas manobras, fácil de controlar, fácil de manter em linha reta na estrada, e que proporcione um contato uniforme dos pneus com a estrada e desgaste uniforme. Alterações na suspensão podem alterar os ângulos e prejudicar a direção. O uso de rodas e pneus diferentes dos estabelecidos no projeto podem prejudicar o funcionamento do sistema de direção porque os ângulos de direção serão definidos no projeto levando em consideração o tamanho das rodas e pneus pré-estabelecidos. Um teste prático para verificar problemas óbvios no alinhamento da direção é soltar com muito cuidado o volante de direção numa estrada plana e verificar se o veículo anda reto sem puxar para os lados. Uma direção que "puxa" sempre para um lado ou que seja difícil de controlar provavelmente tem problemas de alinhamento de direção.