Direção

Para dirigir um automóvel recorre-se ao volante, que vira as rodas da frente na direção pretendida, seguindo as rodas de trás a trajetória daquelas.
Haveria várias desvantagens – a principal das quais seria a instabilidade – em orientar as rodas traseiras. Numa bicicleta, a direção é comandada pelo guidon. Num automóvel, contudo, o motorista não teria força suficiente para comandar as rodas da frente se estas estivessem diretamente ligadas ao volante. Assim, o sistema de direção inclui um mecanismo de redução e , às vezes, um dispositivo de assistência mecânica para multiplicar o esforço que o motorista aplica ao volante.

São requisitos fundamentais, em qualquer mecanismo de direção, a facilidade de manobra e a tendência das rodas da frente para se endireitarem após descreverem uma curva. A direção também não deve transmitir ao motorista os efeitos das irregularidades do pavimento, embora deva proporcionar-lhe uma certa sensibilidade a esses efeitos.
Na coluna de direção, que aloja o eixo da direção e serve de apoio a este, estão montados, às vezes, alguns comandos, tais como a alavanca das mudanças de marchas, os interruptores das luzes e o botão da buzina. O comutador dos faróis encontra-se, com freqüência, montado sob o volante , ficando o comando do pisca – pisca, por vezes, no lado oposto. Estes dois comandos podem também estar combinados numa só alavanca, bem como o comando do limpador do pára brisa que também nos carros modernos é montado junto ao volante.
Alguns automóveis apresentam uma coluna de direção ajustável. A parte superior, onde se encontra o volante, pode ser deslocada telescopicamente para cima e para baixo e, em alguns casos, pode ser inclinada para se adaptar à estrutura e posição do motorista.
A coluna da direção pode ser construída de modo a ceder ou dobrar em caso de colisão. Por exemplo, no sistema AC Delco a coluna tubular é constituída por uma rede metálica que, apesar de resistir à torção, cede e absorve energia quando comprimida longitudinalmente. O eixo da direção apresenta uma união telescópica. Em outro sistema o eixo está dividido em seções, ligadas entre si por cardans, cujo eixo geométrico não é comum.
Os eixos dianteiros de seção perfilada dos automóveis antigos possuíam pinos nos quais giravam as mangas de eixo para dirigir as rodas. Alguns dos primeiros sistemas de suspensão independente possuíam ainda um pino mestre da manga de eixo entre as forquilhas que servia de apoio ao elemento giratório.
Em muitos casos, o sistema rotativo pôr pino mestre da manga de eixo substituído por um par de rótulas ou pivôs entre as quais se encontra o elemento giratório.

Direção de pinhão e cremalheira

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 (veja o diagrama acima).

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;
• 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.

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.

Direção hidráulica de pinhão e cremalheira.

Quando pinhão e cremalheira se encontram em um sistema de direção assistida hidráulica, o desenho da cremalheira é um pouco diferente.

Parte da cremalheira contém um cilindro com um pistão na porção intermediária. O pistão está conectado à cremalheira. Há duas entradas de fluido, uma de cada lado do pistão. O fornecimento de fluido sob alta pressão força o movimento do pistão a um lado, o que por sua vez movimenta a cremalheira, proporcionando assistência hidráulica.

Vamos conferir neste artigo os componentes que fornecem fluido sob alta pressão, assim como aqueles que decidem para qual lado da cremalheira devem fornecê-lo. Primeiro, vamos dar uma olhada em outro tipo de direção.

Direção de esferas recirculantes

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 braço pitman (veja o diagrama acima). 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.

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.

A direção assistida hidráulica em um sistema de esferas recirculantes funciona de modo similar ao sistema de pinhão e cremalheira. A assistência se dá através do fornecimento de fluido sob alta pressão a um lado do bloco.

Agora vamos dar uma olhada num outro componente que compõem um sistema de assistência de direção.

A assistência hidráulica

Há alguns componentes fundamentais da assistência de direção hidráulica, além do mecanismo de pinhão e cremalheira ou de esferas recirculantes.

Bomba
A energia hidráulica para a direção é fornecida por uma bomba rotativa de palhetas (veja o diagrama abaixo). Essa bomba é acionada pelo motor do carro por meio de uma polia e correia. Ela contém um conjunto de palhetas retráteis que giram no interior de uma câmara oval.

À medida que as palhetas giram, elas sugam o fluido hidráulico sob baixa pressão da linha de retorno e o forçam para a saída sob alta pressão. A vazão fornecida pela bomba depende da rotação do motor do carro. A bomba deve ser projetada para fornecer uma vazão adequada quando o motor estiver em marcha lenta. Como resultado, a bomba movimenta muito mais fluido do que o necessário quando o motor funciona em rotações mais elevadas.

A bomba contém uma válvula de alívio de pressão para assegurar que a pressão não se eleve em excesso, especialmente em altas rotações do motor quando muito fluido é bombeado.

Válvula rotativa
Um sistema de direção hidráulica deve fornecer assistência ao motorista somente quando ele exerce uma força sobre o volante (como quando inicia uma curva). Quando o motorista não faz força (como quando ele dirige em linha reta), o sistema não deve fornecer nenhuma assistência. O dispositivo que monitora a força exercida no volante de direção chama-se válvula rotativa.

O fundamental na válvula rotativa é a barra de torção. A barra de torção é uma fina haste metálica que se torce quando um torque é aplicado a ela. A parte superior da barra está conectada ao volante e a parte inferior é conectado ao pinhão ou à engrenagem sem-fim (que vira as rodas), de modo que a quantidade de torque que atua na barra de torção é igual à quantidade de torque que o motorista utiliza para virar as rodas. Quanto mais torque o motorista usa para girar as rodas, maior será a torção da barra.

A entrada a partir da árvore de direção forma a parte interna de um conjunto de válvula-carretel. Ela também se conecta à extremidade superior da barra de torção. A parte inferior da barra de torção se conecta à parte externa da válvula-carretel. A barra de torção também gira a saída da engrenagem de direção, se conectando ao pinhão ou a engrenagem sem-fim, dependendo do tipo de direção do carro.

À medida que a barra se torce, ela gira o interior da válvula-carretel em relação ao lado externo. Como a parte interna da válvula carretel também está conectada á arvore de direção (e portanto ao volante de direção), a quantidade de rotação entre as partes interna e externa da válvula-carretel depende de quanto torque o motorista aplica ao volante.

Quando o volante não está sendo virado, ambas as linhas hidráulicas fornecem a mesma quantidade de pressão à engrenagem da direção. Mas se a válvula-carretel é virada em um sentido ou outro, as passagens se abrem para fornecer fluido sob alta pressão à linha apropriada. Acontece que esse tipo de sistema de direção assistida é bastante ineficiente.