Entenda a real função das molas de suspensão Parte 2

artigo por Diego Riquero Tournier   fotos Arquivo Bosch / Arquivo O Mecânico 

Dando continuidade a edição anterior na qual abordamos as principais funções de uma mola de suspensão, os detalhes construtivos delas, assim como, as caraterísticas que determinam a relação entre a constante elástica e a carga (peso do veiculo); a proposta desta entrega, deixará a análise da condição estática do veículo, para entrar na condição dinâmica, e os fenômenos que interatuam com uma mola de suspensão durante a rodagem de um veículo. 

Uma vez compreendido o fenômeno que estabelece a relação entre a massa (peso do veículo), e a constante elástica da mola, fica clara a função da mola como elemento de armazenamento de energia o qual, na condição estática permite entre outras coisas, determinar a altura do veículo com relação ao solo, ação com posterior incidência em todos os componentes da suspensão.  

Mas, uma vez que os elementos do conjunto mola-suspensão estão sujeitos aos fenômenos resultantes do comportamento dinâmico do veículo, outras leis da física entram em ação, determinando novas reações dos componentes. 

Entre os diferentes comportamentos físicos a serem analisados na dinâmica de uma mola de suspensão, está a frequência de trabalho da mola. 

A figura 1, mostra as principais variáveis que determinam o que se conhece como a calibração das molas de suspensão, atividade realizada pelos fabricantes dos veículos, para adequar o comportamento dinâmico de uma mola, da melhor possível com relação ao tipo de terreno que o veículo estará homologado para circular. 

Popularmente esta ação se conhece como a escolha da dureza (rigidez), das molas. 

Desde a perspectiva técnica, esta calibragem passa pela determinação da constante elástica da mola (rigidez) em Newtons por metro (N/m), a qual determinará a medição da força que será necessária para comprimir a mola em uma determinada distância. 

Este sobe e desce da mola, produto da absorção das irregularidades do caminho, acabará determinando a frequência de trabalho da mola. 

Desta forma, a frequência de trabalho da mola, variará em função do tipo de obstáculo ou irregularidade do caminho que o conjunto roda/pneu tenha que enfrentar. 

A medição da frequência de trabalho da mola, é a principal variável de medição utilizada pelos fabricantes dos veículos, na hora do acerto de uma suspensão; ao contrário do que muitos pensam, a calibração não é realizada em função da rigidez da mola (mola mais dura ou mais mole), e sim, a partir das frequências de trabalho, as quais na maioria dos veículos são diferentes entre o trem dianteiro e o trem traseiro. 

Como podemos apreciar na figura 1; um veículo em situação normal de funcionamento, estará enfrentado as diferentes irregularidades do caminho a serem filtradas (obstáculos formados por picos e vales), as quais para fins de classificação, se utiliza a seguinte lógica: 

 

Curtos (imperfeições do caminho inferiores de 1 metro). 

Médio (imperfeições inferiores aos 5 metros). 

Longo (imperfeições superiores aos 8 metros). 

 

Lembrar que, as imperfeições do caminho incluem desde pequenos buracos de alguns centímetros, até longas ondulações que podem superar vários metros. 

Estas imperfeições do caminho, junto com a velocidade que está transitando o veículo, determinam a frequência de excitação da estrada.   

Para estabelecer a frequência de trabalho da mola, não basta com a informação do tipo de imperfeição a ser superada (Curto, Médio ou Longo), porque uma imperfeição curta ou longa, poderá ter um impacto maior ou menor na frequência de trabalho da mola, conforme a velocidade do veículo na hora de superar o obstáculo. 

Desta forma, podemos compreender que, a frequência de trabalho da mola, guarda uma relação entre as variáveis que determinam a frequência de excitação da estrada, e a velocidade do veículo. 

A frequência das molas de suspensão, é determinada pela sua relação entre a constante elástica (K) e a massa (m) do veículo, e poderá ser obtida a partir da fórmula apresentada na figura 1. 

Como mostra a figura 1, a classificação das imperfeições da estrada (Curto, Médio e Longo), determinam os estágios de conforto dinâmico da ação de uma suspensão os quais se classificam em: 

 

Conforto Primário 
(Frequências de 1 a 3 Hz) 

Zona de transição 
(Frequências de 4 a 8 Hz) 

Conforto Secundário 
(Frequências superiores a 8 Hz). 

 

Desta forma, podemos dizer que, em termos gerais quando um veículo se enfrenta a uma imperfeição curta, a frequência de trabalho corresponderá a zona de atuação do conforto primário, estabelecendo frequências de 1 a 3 Hz; nesta condição, quem absorbe praticamente todas as oscilações é a mola de suspenção. 

Portanto, definimos o conforto primário como, uma região de trabalho de total responsabilidade das molas de suspensão, já que ela consegue absorber as frequências baixas com muita eficiência. 

Como podemos ver na figura 1, sempre estará presente a incidência da variável de velocidade, como um fator que pode mudar as frequências de trabalho a qualquer momento. 

Na medida que se incrementam as frequências de trabalho, por incremento da velocidade ou mudanças na excitação da estrada, e elas superam os valores da zona de conforto primário, as molas de suspensão já não conseguem absorver de forma eficiente todas as oscilações. 

Neste momento, como mostra a figura 2, outros elementos elásticos da suspensão entram em ação. 

Desta forma, na zona de transição (região de um incremento significativo das frequências de trabalho), se soma à ação das molas, a atuação dos amortecedores como elementos de absorção das frequências mais altas. 

Além dos amortecedores, na zona de transição atuam outros elementos de borracha como as buchas de suspensão e elastómetros em geral, os quais se incorporam ao conjunto dinâmico da suspensão como componentes elásticos de absorção. 

Já quando as frequências superam os 8Hz, os amortecedores perdem completamente a ação em valores tão elevados, por efeitos da saturação hidráulica; permitindo nesta condição, a entrada em ação do conjunto roda/pneu quem contribui com sua caraterística de elemento elástico. 

Na figura 3 vemos as duas formas construtivas mais aplicadas pela indústria automotiva; por um lado vemos as molas do tipo Linear, que têm a caraterística de acumular a energia de forma linear/homogênea, em donde vemos que as espiras da mola são todas do mesmo diâmetro, a distância entre elas também é equidistante, estabelecendo desta forma, um comportamento linear na força aplicada conforme o curso de compressão da mesma (como mostra a linha vermelha do gráfico acima). 

Por outro lado, as molas progressivas, conforme suas caraterísticas construtivas, com diferencias de diâmetro entre espiras e diferentes distancias entre elas, oferecem uma entrega progressiva na curva de força aplicada e curso de compressão, conforme mostra a linha azul do gráfico acima. 

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