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Mecânico de Automóveis – Alinhamento e Balanceamento de Rodas

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Federação das Indústrias do Estado de Pernambuco Presidente Jorge Wicks Côrte Real Departamento Regional do SENAI de Pernambuco Diretor Regional Antônio Carlos Maranhão de Aguiar Diretor Técnico Uaci Edvaldo Matias Diretor Administrativo e Financeiro Heinz Dieter Loges Ficha Catalográfica 531.1 SENAI.DR.PE. Mecânico de Automóveis – Alinhamento e

Balanceamento de Rodas. S474m Recife, DITEC/DET/NRI, 2001. 1. MECÂNICO DE AUTOMÓVEIS 2. ALINHAMENTO E BALANCEAMENTO DE RODAS 3. MECÂNICA DO MOVIMENTO I. Título Direitos autorais de propriedade exclusiva do SENAI. Proibida a reprodução parcial ou total, fora do Sistema, sem a expressa autorização do Departamento Regional de Pernambuco. SENAI – Departamento Regional de Pernambuco Rua Frei Cassimiro, 88 – Santo Amaro 50100-260 - Recife – PE Tel.: (81) 3416-9300 Fax: (81) 3222-3837

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SUMÁRIO Introdução

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Balanceamento de Roda

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Alinhamento de Rodas

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Tabela de Conversões

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Bibliografia

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INTRODUÇÃO A exatidão com que o mecânico de automóvel executa as operações de alinhamento e balanceamento de rodas contribuem para a segurança do tráfego nas estradas, a duração dos pneumáticos e a economia de combustível. As operações consistem em verificar os ângulos câmber, cáster, inclinação do pino-mestre, convergência e divergência nas curvas. São realizadas nos seguintes casos:

• Direção ou suspensão desmontada para reparos;

• Vibrações na direção;

• Desgaste irregular e acentuado nos pneus;

• Falta de estabilidade direcional.

O alinhamento das rodas traseiras e das rodas dianteiras do veículo envolve cinco fatores básicos que são: câmber, cáster, inclinação do pino-mestre, convergência, divergência e divergência nas curvas Para conseguir um alinhamento perfeito das rodas é necessário que haja uma relação correta entre os ângulos da geometria da direção, pois cada qual tem um objetivo específico, mas todos estão relacionados entre si. Eles constituem a geometria da direção e, quando estão corretos, facilitam a dirigibilidade do veículo e evitam o desgaste prematuro dos pneus.

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BALANCEAMENTO DE RODA Há uma série de procedimentos técnicos que permitem ao mecânico de automóvel eliminar os desequilíbrios que as rodas dos veículos podem apresentar. Esses procedimentos constituem o balanceamento de roda. O balanceamento de roda pode ser estático ou dinâmico. Balanceamento Estático O balanceamento estático é a distribuição uniforme do peso da roda (pneu, aro e cubo), ao redor de seu eixo, de forma que fique parada em qualquer posição, sem tendência a girar por si mesma. Há uma forma fácil de verificar se uma roda está com desequilíbrio estático. É só colocá-la em um eixo que lhe permita girar livremente. Se ela não parar em qualquer posição, é sinal que está com alguma massa concentrada que procura, portanto, ficar na posição mais baixa possível. Exemplificando: se houver certa quantidade de lama ou barro aderido a um lado

da roda, este lado se acha em desequilíbrio com referência ao outro lado da mesma roda.

Roda com massa concentrada Se a roda nessas condições for suspensa do solo, este desequilíbrio a fará girar até que a parte mais pesada fique para baixo. Girando a grande velocidade, a

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força centrífuga atuará no lado mais pesado da roda, de tal forma a tirá-la de seu círculo concêntrico, ou seja, dará à roda em movimento, um giro ovalizado, fazendo a frente do veículo pular. Isto reduz a estabilidade direcional do veículo, além de causar desgaste excessivo ao sistema completo da suspensão. Para balancear estaticamente a roda, prende-se uma massa no ponto diametralmente oposto ao que desceu. A massa adicional presa à roda equilibra-a de tal forma que ela ficará parada em todas as posições. Eliminam-se, assim, as trepidações que dificultam a dirigibilidade do veículo.

Balanceamento dinâmico Além do balanceamento estático, a roda deve girar, em todas as velocidades, mantendo-se perpendicularmente ao eixo de rotação.

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Em altas velocidades, uma roda desbalanceada dinamicamente apresenta oscilações laterais. Essas vibrações laterais nas rodas dianteiras transmitem-se à direção, que também fica oscilando. É conhecido pelo nome inglês “shimmy” e criam dificuldades para o motorista manter a estabilidade do veículo.

Para eliminar o desequilíbrio dinâmico das rodas, prende-se uma massa adicional (contrapesos) no lado oposto ao da massa desequilibrante, como se vê na ilustração seguinte.

A figura a seguir resume as possibilidades de equilíbrio e desequilíbrio que uma roda pode apresentar. 1. Roda balanceada dinâmica e estaticamente. 2. Roda desbalanceada estaticamente. 3. Roda desbalanceada estaticamente, porém sem

equilíbrio dinâmico. 4. Roda desbalanceada dinâmica e estaticamente.

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Observações O balanceamento dinâmico pode ser feito com a roda no veículo se o aparelho balanceador for portátil. Caso contrário, será necessário retirá-la. As massas adicionais são afixadas nas bordas do aro por meio de uma presilha ou fita adesiva. A roda poderá estar estaticamente balanceada e fora do balanceamento dinâmico, todavia, uma roda que esteja dinamicamente balanceada, também o estará estaticamente. Rodas não balanceadas produzem trepidação na direção “shimmy”, além de desgaste excessivo das buchas e rolamentos cônicos das mangas de eixo. Contrapesos Há inúmeros tipos de contrapesos que são aplicáveis nas rodas de veículos. O mais utilizado é aquele que apresenta uma garra de aço (chamada mola) fundida junto ao chumbo na hora de sua fabricação. Este tipo de contrapeso é utilizado em aros ou liga leve e é sempre colocado com uma martelada no flange do aro. É muito importante que o contrapeso esteja perfeitamente adaptado ao aro e para isto a garra deve acompanhar a curvatura da borda do aro e por outro lado à forma da parte interna do contrapeso deve acompanhar a sede onde o contrapeso deverá ficar alojado. Existem ainda dois outros tipos de contrapesos: a) Contrapesos adesivos

Estes contrapesos são aqueles que em vez de garra possuem uma fita adesiva de dupla face e devem ser colocados no aro numa superfície limpa e plana. Este tipo de contrapeso é normalmente utilizado em aros de liga leve ou em aros cromados a fim de se evitar a martelada que poderia marcar o aro.

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Há rodas que não possuem um espaço para alojamentos de contrapesos com garras. Neste caso igualmente devemos usar contrapesos colantes ou adesivos.

b) Contrapesos de Segurança

Estes contrapesos são aqueles nos quais a mola não é fundida ao chumbo. A mola tem neste caso um perfil que “abraça” o contrapeso e fica bem encaixado no aro (entre o pneu e a borda interna do aro). Este contrapeso é normalmente utilizado pelas montadoras de automóveis já que numa máquina balanceadora de produção, existe um dispositivo que “desloca” o pneu do aro já inflado deixando espaço para a colocação da mola.

Para finalizar o assunto contrapeso, devemos alertar que a reutilização de um contrapeso muitas vezes é perigosa e portanto desaconselhável face ao risco de se soltar num golpe que a roda eventualmente sofra. Da mesma forma, contrapesos que são fabricados com molas cujo aço está fora de especificação ou cujo tratamento térmico não foi feito adequadamente podem soltar-se facilmente, pois a mola não atua como tal.

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ALINHAMENTO DE RODAS Um veículo tem boa dirigibilidade quando obedece facilmente ao comando do motorista. Para isso acontecer há uma série de ângulos, especificados pela fábrica do veículo, que garantem a posição correta das rodas. Esse conhecimento permite a execução do alinhamento de direção. Câmber As carruagens antigas, de tração animal, possuíam rodas bastante altas, a fim de vencerem as superfícies irregulares das estradas. Para reduzir o peso, os raios das rodas eram finos e longos, não oferecendo muita resistência e, além disso, eram inclinados para dentro, dando ao conjunto o formato de prato.

As forças laterais aplicadas às rodas, resultantes dos movimentos pelas estradas, tendiam a partir estes raios, pois, o peso do veículo se transmitia angularmente ao solo.

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O ângulo de câmber é a inclinação da parte superior da roda, para fora (positivo) ou para dentro (negativo), comparada com a vertical.

Se a roda ficar na vertical, o câmber é 0o, nulo ou neutro, não há câmber.

Se a parte superior da roda ficar inclinada para fora do veículo, o câmber é positivo.

Se a parte superior da roda ficar inclinada para dentro do veículo, o câmber é negativo.

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Se a diferença entre as medidas “d1 – d2” for de 1,6mm, numa roda de aro 16”, equivalerá a um ângulo de camber de 15”.

A finalidade do câmber é dar mais aderência dos pneus ao solo com menor desgaste possível. A cambagem das rodas deve ser nula quando o veículo estiver em movimento. Isto não significa que o câmber seja nulo com o veículo vazio e parado, mas que sob condições normais de carga e velocidade seja aproximadamente O°. quando o veículo trafega em estradas irregulares, o deslocamento da roda para cima, passando de positivo para negativo e vice-versa (suspensões independentes). Métodos para verificar o câmber Qualquer que seja o equipamento utilizado para se verificar o câmber das rodas, é necessário que o veículo esteja nivelado, que os pneus sejam do mesmo diâmetro, inflados com a pressão recomendada e que o desgaste seja aproximadamente o mesmo; de outra maneira, as leituras obtidas não serão corretas. Se não se dispuser de um equipamento ótico para alinhar direção, pode ser usado um nível de bolha de ar. Outro método pode ser usado, conforme indicado na figura abaixo. Com a roda na posição reta para frente, colocar um esquadro de aço no chão em ângulo reto com a roda e medir a distância entre o esquadro de aço e a flange do aro nas partes superior e inferior da roda . A diferença de 1/16“ numa roda de 16” equivale a 15’ (quinze minutos) aproximadamente. O câmber não pode variar mais que 1o entre as duas rodas da frente.

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Cáster Cáster é a inclinação da parte superior do pino mestre para frente ou para trás do veículo no sentido longitudinal, em relação a uma linha vertical. A finalidade do cáster é dar estabilidade direcional ao veículo, ou seja, é a capacidade em se manter em linha reta sem a necessidade de se movimentar o volante e é conseqüência de dois fatores principais: cáster e inclinação do pino-mestre. O cáster pode ser positivo, neutro ou negativo.

Vejamos alguns exemplos dos princípios de funcionamento e efeito do cáster no sistema da direção. Empurrando-se um móvel montado sobre rodízios, estes giram em seus pivôs, ficando as rodas alinhadas no mesmo sentido do deslocamento do móvel.

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Inclinando-se a parte superior do pino-mestre para trás do veiculo teremos “Cáster Positivo” conforme figuras abaixo. Se o cáster positivo for muito acentuado, provocará:

• Volante muito pesado em curvas • “shimmy” em baixa velocidade • instabilidade em altas velocidades

Inclinando-se a parte superior do pino-mestre para frente do veículo teremos “cáster negativo”. O cáster negativo se destina a neutralizar certas forças que produzem demasiada estabilidade direcional; por esse motivo o cáster negativo não é usado nos veículos.

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Inclinação do Pino-Mestre Esta inclinação é o segundo fator que afeta a estabilidade direcional do veículo. Pode-se defini-lo como: “o ângulo formado pela linha de centro do pino-mestre em relação a uma vertical ou a parte superior do pino-mestre, para dentro, no sentido transversal do veículo”.

Deslocando o pino-mestre para dentro, pela sua extremidade superior, será mínima a distância entre a linha de centro do pneu e a linha de centro do pino. Isto aumenta a estabilidade direcional e diminui o peso da direção, permitindo o emprego do sistema de freios hidráulicos.

Linha vertical Inclinação do pino-mestre

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Vejamos, a seguir, o que acontece ao esterçar as rodas dianteiras do veículo. Esterçando as rodas, as pontas de eixo (mangas) esterçam também ao redor do suporte. Este, mantendo-se imóvel, a extremidade da ponta de eixo ficará mais baixa, depois de esterçado. Todavia, com a roda instalada, sabemos que a ponta de eixo não poderá girar para baixo, pois a roda a mantém na mesma altura, independentemente do ângulo de esterçamento. O ângulo do cáster, também regulado pela posição da manga, afeta o ângulo de inclinação do pino-mestre, porém, em escala tão reduzida que não chega a ser prejudicial.

Raio de rolagem direcional (inclinação do pino-mestre) O pino-mestre, além de sua inclinação normal, dá inclinação no sentido longitudinal do veículo (cáster). Tem ainda o Ângulo de Rolagem ou Raio de Rolagem Direcional, que é definido como o prolongamento da linha de centro do pino-mestre até o solo. Podendo ser positivo, neutro ou negativo.

Imagine a roda dianteira de um veículo sendo virada. Ela irá descrever um circulo ao redor de um ponto, que identificaremos com “A“. Esse é o ponto em que a linha de prolongamento de giro do pino-mestre toca o solo.

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O ponto “B” é o centro da superfície do pneu, em contato com o solo. O raio “AB” desse círculo é chamado de raio de rolagem direcional.

Raio de Rolagem Positivo - quando o prolongamento imaginário da linha de centro do pino-mestre toca o solo na parte interna do pneu.

Raio de Rolagem Neutro – quando o prolongamento imaginário da linha de centro do pino-mestre tocar o solo no centro do pneu.

Raio de Rolagem Negativo – quando o prolongamento imaginário da linha de centro do pino-mestre, tocar o solo na parte externa do pneu.

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A finalidade do Raio de Rolagem Direcional é evitar a derrapagem e giro ou rodopio em relação à roda que freiou com maior intensidade. Quando um veículo é freiado, uma das rodas pode diminuir sua velocidade mais do que a outra, seja pelo fato de encontrar um piso de maior aderência, ou freios desregulados. Neste caso aparecem duas forças de sentido contrário, cujo efeito será a tendência do veículo derrapar e girar como se duas forças de sentido contrário, cujo efeito será a tendência do veículo derrapar e girar como se fosse um pião em torno da roda que freiou com maior intensidade.

Para evitar que isso aconteça, desenhou-se os pontos de ligação das rodas dianteiras de tal forma que a linha imaginária do ponto de apoio superior de suspensão prolongue-se até o solo, formando o princípio de alavanca, que compensa e anula a tendência que o veículo teria de girar ao redor de roda mais freiada; a conseqüência é a auto-estabilização do veículo sem a interferência do motorista. Convergência / Divergência Embora, teoricamente, as rodas da frente devam ser paralelas quando apontadas para frente, verifica-se, na prática, que se obtém melhores resultados quanto a direção mais firme e um menor desgaste dos pneus, quando as rodas se apresentam com a convergência positiva ou negativa. Convergência é a diferença entre as extremidades dianteira e traseira das rodas, medida na altura da ponta de eixo.

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A convergência, contrariando conceitos antigos, nada tem a ver com o Câmber e nem é por este afetada. Um veículo em movimento, cuja convergência das rodas dianteiras seja nula, alcançará a máxima quilometragem dos pneus porque mantém toda a banda de rodagem em contato com o solo. Para se obter convergência nula, em movimento, é necessária deixar pequena convergência nas rodas dianteiras.

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Veículos que tem tração traseira, normalmente são convergentes porque as rodas tendem a divergir, devido à força motriz. Para se obter divergência nula em movimento é necessária deixar uma pequena divergência nas rodas motrizes dianteiras.

Divergência nas curvas É a diferença do ângulo de esterçamento em curvas entre as rodas direita e esquerda. Em 1818, muito antes do advento do automóvel, o inventor alemão Rudolf Ackermann registrou a patente de um dispositivo baseado no princípio da direção geometricamente correta. Segundo este princípio, quando um automóvel percorre uma trajetória curva, as suas rodas deverão descrever segmentos de círculo concêntricos. Se uma roda descrever uma trajetória diferente, terá tendência a derrapar o correspondente à diferença das trajetórias, o que se traduz em desgaste do pneu.

Veículos com tração traseira Veículos com tração dianteira

Rodas convergentes Rodas divergentes

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Todos os ângulos são regulados com as rodas na posição reta e destinam-se ao movimento à frente, em retas. Vamos encontrar um quinto fator, ao fazer curvas. Para uma roda girar suavemente em círculos, deve-se manter em ângulo reto com o raio destes círculos.

Duas rodas fixas entre si devem rolar em um centro comum. Girando o eixo, cada roda mantem-se automaticamente em ângulo reto com seu raio, e ambas girando ao redor do mesmo centro comum. A direção baseada no principio de Ackermann, utiliza mangas de eixo independentes para que as rodas percorram curvas com o mesmo centro.

Posicionando os braços de ligação para esquerda ou direita, muda à situação. Conforme mostra a figura, os braços estão com suas extremidades em diferentes posições em seus respectivos círculos.

Braços da direção

Esterçamento idêntico para cada roda

Mesma distância

centro

Ângulo reto

Ângulo reto

Rodas fixas entre si

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Para se fazer com que a roda que estiver interna a curva, esterce mais que a externa formando a “Divergência nas curvas”, foi necessário dar um ângulo para dentro, nos braços de direção. Ao girar o braço esquerdo de “A“ para ”B“, seu deslocamento horizontal será de “a-b“. O braço de direção desloca a extremidade do braço de ligação do lado direito a distância c-d”.

O braço esquerdo se desloca na parte do círculo onde um pequeno deslocamento para a direita produz grande ângulo de esterçamento. O braço direito se desloca na outra parte do círculo onde o mesmo pequeno deslocamento produz pequeno ângulo de esterçamento. A roda interna, em conseqüência, esterça mais do que a externa, produzindo a necessária divergência nas curvas. O mesmo acontece quando se esterça do lado oposto, pois cada braço de ligação situa-se na mesma posição angular, para dentro.

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Quanto mais se esterçam as rodas, maior será a divergência necessária.

A construção dos braços de ligação permite, automaticamente, aumentar e diminuir a divergência com o maior ou menor raio de esterçamento das rodas.

Rodas estercandoem centro comum

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TABELA DE CONVERSÕES

PARA OBTER Comprimento Multiplicar Por Milímetro Polegada 25,4 Metro Pé 0,3048 Metro Jarda 0,9144 Quilômetro Milha 1,609 Área Milímetro² Polegada² 645,2 Centrímetro² Polegada² 6,45 Metro² Pé² 0,0929 Metro² Jarda² 0,8361 Volume Milimetro³ Polegada³ 16387,0 Centrímetro ³ Polegada³ 16,387 Litro Polegada³ 0,01639 Litro Galão 3,7854 Metro³ Pé 0,02832 Massa Quilograma Libra (lb) 0.453,6 Grama Onça (oz) 28,35 Força Newton (N) Quilograma força (Kgf) 9.807 Newton (N) Onça (oz) 0,278 Newton (N) Libra (lb) 4,448 Torque Newton.metro (N.m) Libra.polegada (lb.pol) 0.11298 Quilog. força.centrimetro (Kgf.cm) Libra.polegada (lb.pol) 1.152 Newton.metro (N.m) Libra.pé (lb.pé) 1.3558 Quilograma força.metro Libra.pé (lb.pé) 0.13826 Newton.metro Quilograma força.metro (Kgf.m) 9.806 Newton.metro Quilograma força centrimetro (Kgf.cm) 0.098 Potência Quilowatt (Kw) hp 0.746 Quilowatt (Kw) cv 0.736 Pressão Quilograma/centimetro² Libra/polegada² (lb/pol²) 0.0703 Quilopascal (KPa) Libra/polegada² (lb/pol²) 6.896 Quilopascal (KPa) Quilograma/centrímetro² (Kg/cm²) 98.1 bar (bar) Libra/polegada² (lb/pol²) 0.069 bar (bar) Quilograma/centrímetro² (Kg/cm²) 0.981

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BIBLIOGRAFIA PIRELLI - Informativo publicitário (Rodar é preciso, mas com conforto, Economia e

Segurança – Ano l998.) Manual diagnóstico FIAT – Impresso nº B.501.098 FORD - Manual programa técnico–Alinhamento de direção. SENAI-SP. DRD. Suspensão e Direção, por Benjamim Prizendt A. Olii. São Paulo,

1992.

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Elaboração Moisés Souza de Santana Digitação Danielle Ribeiro de Souza Diagramação Anna Daniella C. Teixeira Editoração Divisão de Educação e Tecnologia – DET.