Forma e função caracterizam as rodas, que além de serem parte integrante de estilo, influem diretamente no desempenho, estabilidade direcional, freios e conforto do veículo.
Cada vez mais observamos veículos com rodas não originais de fábrica, maiores e mais largas visando estritamente a “beleza” do conjunto. O que o consumidor deve saber é que substituir as rodas originais de fábrica por outras diferentes, incluindo os pneus, pode acarretar sérios problemas dinâmicos e de segurança para o veículo, sem falar no conforto de rodagem e no consumo de combustível, entre outros. Existe uma forte interação das rodas com o veículo e neste sentido discorro passo a passo seus principais atributos funcionais.
As rodas recebem o torque transmitido pelo motor e câmbio e no contato do pneu com o solo o transforma em força de tração, que movimenta o veículo. O diâmetro das rodas influencia o desempenho do automóvel: rodas menores têm o efeito de encurtar as relações da transmissão e rodas maiores, ao contrário, têm o efeito de alongá-las.
Outro ponto, rodas com maior diâmetro alteram as marcações do hodômetro e do velocímetro para menos e rodas menores, para mais. A resolução 292 do Contran, de 29/08/2008, em seu Art. 8º, Inciso II, especifica que o diâmetro externo do conjunto roda-pneu não pode ser alterado para mais ou para menos, ou seja, mudanças na largura são permitidas desde seja mantida sua medida diametral original, o que se consegue mediante variação do perfil do pneu. A mesma resolução, no Inciso I, diz também que em caso de mudanças de rodas e/ou pneus, estes não podem ultrapassar os limites externos dos para-lamas.
Independente das marcações de distância e velocidade, há efeitos indesejáveis. Quanto maior o raio da roda, tanto maior o esforço tangencial “U” entre a pastilha e o disco para uma mesma desaceleração do veículo, ou seja, os freios serão mais solicitados e a força no pedal vai aumentar.
A expressão acima mostra influência do raio da roda (que é o seu diâmetro dividido por 2): quanto maior for o raio, menor será a força de tração e, por conseguinte, da frenagem.
O diâmetro da roda previsto no projeto do veículo envolve outros aspectos importantes como efeito do cáster, que é o avanço (trail em inglês). O desenho abaixo deixa isso claro: aumentando-se o diâmetro da roda aumenta o avanço. Não é propriamente um problema, mas pode deixar a direção mais pesada.
Outro dado importante da geometria de direção é o raio de arrasto (scrub radius). Ele é negativo na maior parte dos carros hoje por conferir estabilidade direcional no evento de forças assimétricas nas rodas, por exemplo, no esvaziamento repentino de um pneu. Na esteira, permitiu que os circuitos hidráulicos dos freios fossem dispostos em diagonal, ou seja, roda dianteira esquerda com traseira direita e dianteira direita com traseira esquerda. A vantagem é sempre se contar com uma roda dianteira com freio no evento de dano num dos circuitos, o que não ocorre com das duas linhas hidráulicas paralelas por eixo, em que a perda total do freio dianteiro é desastrosa.
Por isso, se diâmetro da roda for maior que o de projeto do raio de rolagem negativo haverá perturbação na geometria de direção no sentido de que aumentará a cota negativa, conforme o desenho da direita abaixo, desequilibrando assim a força assimétrica prevista em projeto.
Analogamente, quando o raio de rolagem for positivo (desenho central), maior diâmetro da roda ensejará redução da cota positiva. E no raio de rolagem zero o maior diâmetro o anulará. Portanto, não se deve nunca aumentar diâmetro da roda completa se não houver alteração da geometria de direção.
Fica claro que o diâmetro da roda influi diretamente no raio de arrasto, em que sendo maior que o original altera essa importante cota
Outro aspecto importante da roda é o seu off-set, que nada mais é do que a distância entre a superfície de apoio da roda e seu plano central vertical. O off-set pode ser positivo, negativo ou zero dependendo das características de cada projeto. A definição correta do off-set da roda garante as características direcionais do veículo e evita possíveis interferências com componentes do freio, direção e suspensão, incluindo também a interferências da banda do pneu com o para-lama (rubbing em inglês).
Vê-se pelo desenho que com off-set negativo a roda se desloca para fora em relação ao seu centro, e que com off-set positivo é ao contrário, a roda se desloca para dentro em relação ao seu centro. Por isso influi no raio de arrasto de for montada roda de off-set diferente do original.
As rodas devem ser o mais leve possível para reduzir a massa não suspensa, facilitando o acerto das suspensões em termos de constante de mola e amortecimento. Além de reduzir o peso do veículo, rodas leves e com menor inércia facilitam as acelerações e diminuem a carga nos freios nas desacelerações.
As rodas também ajudam na ventilação dos freios trocando calor com o meio ambiente; quanto mais fechada for a roda, pior a troca de calor.
Outro aspecto importante da roda é a sua deformação. Ela deve ter alto grau de deformação elástica (cessada a força volta à dimensão original) aos esforços solicitantes, como nas curvas. Normalmente as rodas trabalham entre o meio e os dois terços de sua faixa elástica. No caso de deformação plástica (a deformação é permanente), não devem ocorrer interferências com componentes do freio, direção e suspensão.
Sendo as rodas componentes de segurança, elas são “life time”, ou seja, mantém a função indefinidamente e, quando não, alertam indiretamente quando alguma coisa vai mal. Por exemplo, vibrações sentidas no volante e/ou problemas direcionais indicam ao motorista levar o veículo à oficina.
O gráfico abaixo mostra a faixa de deformação elástica apropriada para a roda (até A), o seu limite (B) e o ponto de colapso (C)
Como referência, cito alguns testes estruturais a que as rodas são submetidas:
– Impacto em buraco de concreto com cantoneiras de aço, com freios travados, transferindo carga para o eixo dianteiro.
– Impacto em guia com inclinação em relação à linha longitudinal do veículo.
Para ambos, tanto as rodas quanto os elementos de direção devem continuar operacionais. Entortar mas não quebrar. Desalinhamento das rodas, amassamento das rodas e furos nos pneus são condições aceitáveis após os testes. Não pode haver interferências com os componentes de freio, direção e suspensão.
Outro ponto importante é o spring back da roda, que é o efeito elástico de mola no aperto dos parafusos de fixação. É efeito similar a uma arruela de pressão como garantia adicional para que não haja perda de torque. O spring back é conseguido através de um pequeno desnível, da ordem de dois a três décimos de milímetro, entre a superfície de apoio da roda e o plano interno do círculo dos parafusos. Nas rodas de liga leve é mais difícil conseguir este efeito porque o alumínio é mais deformável e menos elástico que o aço. Alguns projetos utilizam uma arruela cônica incorporada aos parafusos de fixação para evitar a deformação plástica da superfície da roda durante o torque de aperto.
A face externa da roda deve ficar sempre para trás do plano do flanco do pneu, como garantia de proteção contra raspar as rodas na guia durante as manobras. Vale também para rodas com calotas. Falando nas calotas, estas devem de preferência ser fixadas com os próprios parafusos das rodas, evitando sua soltura por questão de segurança, como atingir pedestres, por exemplo.
Rodas (com pneus) mais largas tendem a potencializar a ocorrência de aquaplanagem, devido à maior área de contacto do pneu. Na realidade, o que influi neste aspecto é a sua pressão específica, ou seja, a força normal (vertical) na roda dividida pela área do pneu com o solo. Maior a área, menos pressão.
A estabilidade e o comportamento direcional podem ser fortemente afetados com o raio dinâmico do pneu e também com sua “mancha” de contacto com o solo, influenciando no ângulo de deriva e no comportamento sub ou sobreesterçante do veículo. O chamado ângulo de deriva é formado pela trajetória que o pneu aponta e aquela queefetivamente ocorre em uma curva.
Alteração no tipo de pneu e na sua pressão interna também pode influenciar no comportamento dinâmico e de conforto do veículo. Rodas maiores com pneus de perfil menor tendem a ser conjuntos mais desconfortáveis e com maior aderência, podendo desbalancear o veículo.
Na realidade, a interação das rodas com o veículo é ainda mais relevante, somada a distância entre eixos, os balanços dianteiro e traseiro, a altura em relação ao solo e as distâncias transversais entre rodas (bitola dianteira e traseira).
Existe uma relação direta entre a altura do veículo, seu centro de gravidade (CG) e a bitola das rodas para minimizar a rolagem da carroceria em manobras transientes. A altura do CG deve ser sempre menor que a metade da bitola média. Como referência genérica, a divisão da metade da bitola média pela altura do centro de gravidade tem que ser maior que “1,2”.
Calibrar os pneus com a pressão recomendada pela fábrica é fundamental. Pneus murchos podem furar com maior facilidade e em casos extremos de baixa pressão, estourar e escapar da roda. Pneus murchos sempre perdem aderência com o solo exceto em poucos casos de rodagens fora de estrada, em que eles se portam melhor; por exemplo, em areia fofa, lama profunda etc.
A massa distribuída em entre eixos grandes facilita a solução de conforto do veículo e também o balanceamento dos freios, diminuindo a transferência de carga em desacelerações.
Vira e mexe me perguntam o que eu penso a respeito de rodas com fixação em três pontos. Respondo que o projeto é inteligente e econômico. Três pontos definem um plano e os esforços solicitantes são divididos igualmente. O importante é que os parafusos/porcas sempre trabalhem a tração, nunca a cisalhamento. E se falhar uma fixação? É por este motivo que as fábricas, creio que em sua maioria, adotam quatro, cinco e até mesmo seis fixações para as rodas. Pura segurança por excesso.
Veja o leitor quantas interações existem no projeto de uma roda além de seu estilo! Aparência e função é o grande desafio dos designers e engenheiros para a excelência do projeto das rodas. Mudá-las em suas dimensões pode significar a deterioração do veículo, na maioria dos casos.
Falando em estilo, hoje a homenagem vai para as rodas trevo do Escort em sua primeira geração
CM
