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Estrutura Técnica do Ônibus: Mecânica 4 – Sistema de Direção

Atualização: Página criada em: 23/04/2022 por César Mattos.

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Sistema de direção

Para durante a marcha variar-se a direção do veículo, é preciso orientar suas rodas dianteiras, que são as rodas direcionais. Para esse fim existe o mecanismo da direção. A direção do veículo deve reunir certas condições – qualidades da direção conseguidas graças às características especiais do desenho das partes do mecanismo da direção.

O sistema de direção deve ser hidráulica, elétrica ou outro dispositivo que limite os giros para diminuir esforços de esterçamento. A direção com coluna ajustável é necessária nos veículos de classe Padron, Articulado e Biarticulado.

4.01 – Mecanismo da direção

Direção é o conjunto de órgãos e peças que, comandados pelo volante, permitem orientar as rodas direcionais do veículo. Basicamente, compreende um volante, montado numa coluna de direção, que comanda uma engrenagem irreversível disposta na caixa de direção: duas barras de direção transmitem o movimento aos eixos das rodas dianteiras. Os sistemas de direção mais utilizados são os de parafuso de rosca sem-fim e o de cremalheira.

Volante de direção: tem forma circular, com um núcleo interno, centro, ligado ao circulo externo por raios, de várias formas. O diâmetro do círculo externo, normalmente, segue normas internacionais. É fabricado em ligas de alumínio e revestido de plástico. É um elemento que transmite movimentos rotativos à árvore de direção, quando acionado pelo motorista.

Coluna de direção: é um corpo, geralmente, cilíndrico, metálico, fixado à carroceria do veiculo, no interior do qual e alojada a árvore de direção.

Árvore de direção: uma haste cilíndrica, de aço, ou um conjunto de hastes menores, articuladas entre si, que transmite os movimentos de rotação, causados pelo volante de direção, à caixa de direção.

Caixa de direção: É uma carcaça metálica, que tem no seu interior, elementos que se combinam para converter os movimentos de rotação, do volante de direção, em movimentos retilíneos dos braços e barras de direção que possibilitam guiar o veículo nas direções desejadas.

Articulações da direção: São hastes cilíndricas, de aço, com as extremidades rosqueadas, e fazem a ligação dos terminais de direção aos braços de direção. As articulações unem as rodas dianteiras do veiculo, entre si, possibilitando os seus movimentos laterais que orientam o veiculo nas direções desejadas.

Mecanismo da direção
Imagem 4.01 – Mecanismo da direção.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.02 – Direção tipo rosca sem-fim

Neste sistema, um setor dentado é engrenado a um parafuso de rosca sem-fim fixado à extremidade inferior da coluna. Ao girar-se a rosca sem-fim, desloca-se uma luva no sentido axial, movendo assim o braço de direção.

Direção tipo rosca sem-fim
Imagem 4.02 – Direção tipo rosca sem-fim.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.03 – Direção tipo pinhão cremalheira

A coluna de direção tem uma engrenagem no extremo inferior, que movimenta uma cremalheira, a qual transmite o movimento ao braço de direção.

Direção tipo pinhão cremalheira
Imagem 4.03 – Direção tipo pinhão cremalheira.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.04 – Direção tipo Ross

O sistema de direção Ross é uma variação da direção de rosca sem-fim. Possui rosca sem-fim, na qual está introduzido um pino. Ao movimentar-se a rosca sem-fim, que é um prolongamento da coluna da direção, o pino efetua movimentos oscilatórios que comandam o braço de direção.

Direção tipo Ross
Imagem 4.04 – Direção tipo Ross.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.05 – Direção tipo Gemmer

É um sistema composto por um sem-fim, acionado pela coluna da direção, que atua sobre um rolete fixado num braço de direção.

Direção tipo Gemmer
Imagem 4.05 – Direção tipo Gemmer.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.06 – Direção tipo MB – com carreira helicoidal de esferas

Uma luva se desloca axialmente sobre a rosca sem-fim da direção, transmitindo seu movimento ao braço de comando (braço Pitman). Para diminuir o esforço, há entre o sem-fim e a luva uma série de esferas que transformam o atrito em rolamento. As esferas rolam pela helicóide do sem-fim, em circuito fechado, retornando por um canal.

Direção tipo MB - com carreira helicoidal de esferas
Imagem 4.06 – Direção tipo MB – com carreira helicoidal de esferas.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.07 – Direção hidráulica

Este sistema, para aumentar a força aplicada no volante e suavizar o manejo da direção, dispõe de um mecanismo que, através de pressão hidráulica, aplica uma força auxiliar na engrenagem da direção; em caso de falha no sistema auxiliar hidráulico, a parte mecânica da direção continua funcionando.

Esquema da direção hidráulica
Imagem 4.07 – Esquema da direção hidráulica.
Fonte: Revista Transporte Moderno.

4.08 – Amortecedor de direção

Ligado aos componentes da direção. O amortecedor, geralmente do tipo telescópico, destina-se a absorver os choques transmitidos pelas rodas ao sistema.

Amortecedor de direção
Imagem 4.08 – Amortecedor de direção.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.09 – Qualidades da direção

A direção deve ser estável, precisa e segura. O que lhe confere essas qualidades e, além disso, mantém normal o desgaste dos pneus é o perfeito entrosamento entre cáster e inclinação do pino-mestre, cambagem e convergência das rodas.

O alinhamento de rodas é definido como paralelismo entre as rodas do veículo. É entendido como equilíbrio em movimento e proporciona melhor trajetória, dirigibilidade e estabilidade.

Qualidades da direção
Imagem 4.09 – Qualidades da direção.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.10 – Cáster

É o ângulo de inclinação do pino-mestre para frente (negativo) ou para trás (positivo) cuja função é dar dirigibilidade ao veículo, facilitar as curvas e o retorno da direção. O cáster muito negativo acarreta um bamboleio intermitente das rodas que, por sua vez, acelera o desgaste dos terminais da caixa de direção e componentes da caixa.

Cáster
Imagem 4.10 – Cáster.
Fonte: Revista Transporte Moderno.

4.11 – Inclinação do pino-mestre

É o ângulo dado à parte superior do eixo de direção para dentro do veículo, cuja função é reduzir o efeito da alavanca sobre a manga de eixo, jogando o peso do veículo sobre o pneu. Isso minimiza influências da estrada sobre a direção, fazendo ainda que retome ao centro após a curva. A inclinação do pino-mestre afeta o câmber, a convergência e o cáster, e os problemas podem ser causados por irregularidade no embuchamento ou empenamento na ponta do eixo.

Ângulo de inclinação do pino mestre
Imagem 4.11 – A = Ângulo de inclinação do pino mestre.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.12 – Câmber (ou cambagem)

É o ângulo de inclinação das rodas em relação a um plano vertical. Será positivo se a parte superior da roda estiver mais afastada do centro do veículo que a inferior, negativo se ocorrer o contrário neutro se a roda estiver na vertical. Sua regulagem correta proporciona desgaste normal do pino mestre e suas buchas e melhor dirigibilidade. No câmber demasiadamente positivo, a tendência das rodas a desviar para fora não pode ser compensada pela convergência, ocorrendo desgaste irregular e rápido no lado exterior da banda de rodagem. Se negativo, vai provocar um desgaste na parte interna da banca, acarretando menor vida útil do rolamento externo da manga de eixo. Ainda um câmber desigual nas duas rodas vai fazer a direção se desviar para o lado de maior cambagem, com rápido desgaste de pneus. O câmber é feito por empenamento do eixo dianteiro. O câmber (ou cambagem) é medido sempre em graus.

Câmber
Imagem 4.12 – Câmber.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.13 – Convergência das rodas

As rodas dianteiras, vistas por cima, aproximam-se na parte da frente, isto é, têm convergência. Esta é avaliada milimetricamente, pela diferença entre as distâncias anterior e posterior das bordas internas dos aros, distâncias medidas sobre o plano horizontal que passa pelo centro das rodas. Esta particularidade de construção visa a manter o paralelismo das rodas, que tendem a divergir em virtude da força de reação contrária no sentido da marcha. Nos veículos de tração dianteira, dá-se normalmente o contrário da convergência: as rodas separam-se na parte da frente, isto é, têm divergência.

Convergência
Imagem 4.12 – Convergência.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.14 – Divergência nas curvas (Quadrilátero de Ackermann)

É a abertura da parte anterior das rodas dianteiras quando o veiculo efetua uma curva. Quando mais acentuada for a curva maior será a divergência. Quando o veiculo efetuar uma curva, a roda interna à curva percorrera uma trajetória menor que a roda externa. Sendo assim, a roda interna deverá esterçar mais para que não haja arraste de uma delas. No mecanismo de direção, com os braços das pontas de eixo inclinados, obtém-se a diferença na diferença na esterção das rodas. Como as inclinações dos braços são idênticas, o efeito de divergência ocorre tanto para a esquerda como para a direita.

Divergência nas curvas
Imagem 4.14 – Divergência nas curvas.
Fonte: Mercedes-Benz.

4.15 – Direção mecânica

Ao ser acionado o volante de direção, seus movimentos rotativos são transmitidos, por meio da arvore de direção à caixa de direção que, através de seus dispositivos mecânicos, transforma os movimentos rotativos em movimentos retilíneos das barras e articulações da direção, movimentando as rodas dianteiras nas direções desejadas.

4.16 – Direção servoassistida

A direção servoassistida resulta da combinação de um sistema mecânico, comum, com um sistema auxiliar que pode ser hidráulico ou pneumático. É utilizada em vários tipos de veículos, como equipamento normal ou adaptado. A direção servoassistida reduz o esforço físico do motorista do veiculo, facilitando assim a movimentação das rodas, em manobras de baixa velocidade, como por exemplo, o estacionamento do veiculo em espaços reduzidos. A direção servoassistida hidráulica é largamente utilizada, enquanto que, a servoassistida, pneumática, raramente o é. Desse modo, trataremos somente da hidráulica.

4.17 – Bomba hidráulica

Os reservatórios de óleo hidráulico podem ser remotos ou acoplados a bomba. Os reservatórios remotos por ficarem afastados da bomba, necessitam de mangueira de alimentação.

Bomba hidráulica
Imagem 4.17 – Bomba hidráulica.
Fonte: Prof. Nubas.

4.18 – Direção elétrica

A direção elétrica é um sistema totalmente elétrico, independente do motor. Apresenta melhor eficiência na utilização do espaço do compartimento do motor, operação menos danosa ao meio ambiente, maior flexibilidade de projeto e maior economia de combustível, graças à redução das perdas de energia do motor. Este projeto elimina bombas e mangueiras e reduz o tempo de trabalho manual na montagem.

4.19 – Barras e articulações da direção

São hastes de aço, na maioria, cilíndricas, que fazem a ligação dos terminais aos braços da direção, ou seja, ligam as rodas dianteiras entre si.

4.20 – Direção Eletro-hidráulica (EHPS – Electro-hydraulic Power Steering)

Objetivando a redução no consumo de combustível, alguns veículos híbridos desligam seus motores diesel em determinados momentos e trafegam apenas com seu motor trativo elétrico acionado. Esse modo de operação impossibilita a utilização do sistema de assistência de direção convencional, já que o mesmo é dependente do motor diesel. Essa restrição de operação proporcionou o desenvolvimento e aplicação do sistema de direção eletro-hidráulico.

O sistema é composto por um motor elétrico, uma bomba hidráulica de engrenagens de baixa pulsação, tubos e mangueiras hidráulicas, um inversor de potência e chicotes e cabos elétricos. A bomba hidráulica é conectada diretamente ao motor elétrico, que é conectado ao inversor.

Já que a bomba deste sistema não está conectada ao motor diesel, mas sim ao motor elétrico, a seleção da mesma não precisa ser mais efetuada com base na rotação de marcha lenta do motor. Nesse sistema pode-se utilizar uma bomba com vazão nominal menor, que, geralmente, é mais barata, e trabalhar com uma rotação mais alta no motor elétrico para compensar essa diferença de vazão nominal.

Pode-se controlar a rotação de forma eficiente, aumentando ou baixando conforme necessário, pode-se afirmar que não será gerada energia hidráulica além da necessária, pois se terá somente a quantidade de energia que será efetivamente utilizada pelo sistema.

Direção Eletro-hidráulica
Imagem 4.20 – Direção Eletro-hidráulica.
Fonte: BILL, E. A. e Carreirão, C. M..

4.21 – Volante ajustável

O volante é ajustável em altura e ângulo, por forma a permitir uma condução confortável.

Volante ajustável
Imagem 4.21 – Volante ajustável.
Fonte: Scania.

Função desabilitada

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