Hoje quero falar sobre um assunto que tenho certeza interessar a todo automobilista, o balanceamento de rodas. É preciso entender os dois tipos de balanceamento — o estático e o dinâmico — para se poder interpretar o que acontece quando um dos dois ou ambos estão faltando.

Todas as massas girantes estão sujeitas a desbalanceamentos que provocam, na maioria das vezes, vibrações e possíveis desgastes associados. Normalmente, o efeito do desbalanceamento de rodas aumenta com a sua velocidade angular (rotação) e pode se tornar crítico quando sua  freqüência induzir fenômeno ressonante no conjunto onde a massa girante esta acoplada.

Particularmente, os conjuntos roda-pneu dos veículos automotores, como massas girantes que são, estão sujeitos também aos desbalanceamentos indesejáveis, que podem provocar os seguintes problemas, em maior ou menor escala:

– Desgaste prematuro e/ou irregular dos pneus
– Desgaste prematuro dos componentes da suspensão e direção, como amortecedores, buchas, articuladores e a própria caixa de direção.
– Ruídos genéricos na carroceria e chassis
– Em casos extremos, perda de contacto entre o pneu e o solo
– Fadiga ao dirigir, causada por vibrações principalmente no volante da direção
– Desconforto aos ocupantes, vibrações espúrias e ruídos de rangidos e batidas

Para facilitar o entendimento do texto, vamos de agora em diante chamar o conjunto roda-pneu simplesmente de roda.

É importante levar em consideração que toda roda perfeitamente balanceada perde o balanceamento com o passar dos quilômetros (alguns milhares de quilômetros) devido ao desgaste do pneu, uma vez que os pesos a ela aplicados vão se tornando cada vez mais  excessivos. Em geral, começa-se a notar o desbalanceamento depois de 10.000 km, às vezes mais, tudo vai depender do desgaste do pneu.

Às vezes, porém, a percepção de desbalanceamento tem causa que não as rodas em si, mas mau estado das articulações e das buchas, que devem receber atenção nas revisões e manutenções periódicas.

Obviamente, toda montagem de pneu novo e até mesmo seu conserto por furo requer balanceamento.

Todo o desbalanceamento das rodas se faz sentir dinamicamente no veículo e dependendo da localização da massa desbalanceadora existe um fenômeno vibratório característico.

A massa desbalanceadora no plano perpendicular ao eixo de rotação é facilmente balanceável, bastando acrescentar outra massa igual e oposta a 180°. Este balanceamento pode ser feito estaticamente, bastando apoiar o eixo de rotação que a roda vai parar com sua parte mais pesada em baixo. Por ser possível efetuar esse tipo de balanceamento dessa maneira é que ele é chamado de estático, mas costumeiramente ele é feito com a roda girando, cujo motivo veremos a logo adiante.

Outra maneira de definir o balanceamento estático é aquele em que as massas em torno de um eixo ou massa girante encontram-se em equilíbrio.

 

Balanceamento estat.

Massa desbalanceadora,  gerando freqüência de primeira ordem, ou seja, um impulso a cada 360°, com vibração no sentido radial

 

.

balanceamento estatico

balanceamento estático

As massas desbalanceadas em plano reverso ao eixo de rotação requerem movimento rotacional da roda para serem balanceadas, de maneira a compensar a vibração pulsante axial do conjunto. É por este motivo que este balanceamento é denominado dinâmico e é essa a razão de se efetuar o balanceamento estático com roda girando, pois os dois balanceamentos, o estático e o dinâmico, são realizados simultaneamente na máquina balanceadora.

 

bal rodas

Desbalanceamento dinâmico com vibração pulsante axial

O desbalanceamento estático causa vibração da carroceria/suspensão no sentido vertical e o desbalanceamento dinâmico se faz sentir principalmente no volante de direção, com movimentos vibratórios torcionais.

Assim, outra maneira de definir o balanceamento dinâmico é que as massas ao longo (não mais em torno) de um eixo ou massa girante estão em equilíbrio.

A propósito, a palavra equilíbrio vem do latim aequilibrium, em que aequi significa igual e librium, balança, portanto balanças no mesmo nível, iguais, equilibradas.

Um elemento fundamental no balanceamento da roda é o seu offset, que é deslocamento do centro da roda em relação ao seu plano de fixação. Por essa razão as máquinas balanceadoras têm uma uma haste para indicar onde deve estar a borda interna da roda, e para isso há um ajuste axial do cubo da máquina.

Quanto maior for o offset do plano de fixação da roda em relação ao seu plano de simetria, tanto mais sensível será o veículo em termos de vibrações no volante da direção e mais difícil o seu balanceamento dinâmico.

 

offset

Distância entre o plano de simetria da roda e o seu plano de fixação (offset)

Veja o leitor como é difícil o projeto das rodas, pois o seu offset também influencia a geometria da direção, principalmente o seu raio de rolagem (positivo ou negativo), tão importante para a segurança em termos de estabilidade direcional.

Só como informação, normalmente as rodas trazem gravada a indicação do offset em mm precedida das letras ET,  do alemão Einpresstiefe, que significa profundidade de inserção. Por exemplo, ET46, offset de 46 mm.

Os discos e tambores de freio também são balanceados durante e/ou após suas usinagens, porém seu efeito em termos vibratórios sensíveis ao motorista é praticamente nulo devido ao  pequeno momento de inércia destes componentes (o momento de inércia é igual a massa multiplicada pelo raio ao quadrado). Na realidade o efeito do balanceamento destes componentes se faz sentir na redução dos esforços dinâmicos solicitantes nos mancais (rolamentos) dos cubos, garantindo sua maior durabilidade.

Efeitos

O desbalanceamento estático induz vibrações verticais, podendo se tornar crítico quando coincidir com a freqüência natural da massa não suspensa do veículo, com fenômeno ressonante associado.

 

balanceamento rodas 2

desbalanceamento estático e seu  efeito com a  velocidade constante e variável do veículo

.

 

ressonancia

Exemplo mostrando a variação da freqüência do desbalanceamento estático com a velocidade do veículo, atingindo o ponto de ressonância da suspensão (massa não suspensa)

Também o desbalanceamento dinâmico se faz sentir maior quando a velocidade do veículo excitar a freqüência de ressonância do sistema de direção, causando vibrações torcionais do volante relevantes. Estatisticamente, este  fenômeno ressonante acontece em velocidades dos automóveis entre 90 e 140 km/h, devido à semelhança das inércias e mecanismos envolvidos entre as amostras.

Na realidade, o desbalanceamento das rodas em velocidades mais baixas não se faz sentir pois os sistemas de direção e suspensão acabam filtrando as vibrações através das buchas de borracha, sistema de assistência de direção etc. As direções com assistência elétrica normalmente permitem uma calibração específica que se contraponha às vibrações solicitantes. Já em velocidades mais altas a ressonância ocorre no dobro da velocidade observada na primeira. Por exemplo, se ela ocorre a 110 km/h, ocorrerá novamente a 220 km/h.

Máquinas de balanceamento

Existe no mercado uma grande variedade de máquinas de balanceamento de rodas, sendo as fixas e as móveis (locais), apelidadas de “patinete”.

 

balanceadora fixa

Balanceadora  de rodas, modelo fixado ao solo, roda fora do carro

As balanceadoras fixas trabalham com sensores que medem as vibrações proveniente do desbalanceamento estático e dinâmico, indicando onde adicionar as massas balanceadoras (pesos de chumbo) nos planos externo e interno da roda. Esses pesos são fixados por grampo nas bordas dos aros ou podem ser do tipo autoadesivo.

A precisão do balanceamento depende de muitas variáveis, as principais sendo:

– Nivelamento da máquina, que deve ser efetuado com nivelador planar
– Fixação da máquina ao solo, que deve ser a mais positiva possível, com chumbadores, por exemplo
– Esquentar bem a máquina antes de iniciar qualquer balanceamento é fundamental para que os circuitos eletrônicos e sensores trabalhem estabilizados em tensão e corrente, mantendo a precisão e a repetibilidade dos resultados (o ideal é a balaceandora nunca ser desligada)
– Como a poeira é inimiga dos sensores e circuitos eletrônicos, manter a máquina coberta quando não estiver em uso
– Antes de efetuar o balanceamento, as rodas devem estar limpas, sem barro acumulado e sem pedrinhas alojadas nos sulcos dos pneus
– Os pneus deverão ser calibrados previamente, pois sua maior ou menor rigidez influencia os resultado
– As rodas devem ser inspecionadas quanto a deformações causadas por impactos, buracos etc. ou empeno
– A balanceadora precisa ser aferida periodicamente segundo as recomendações do fabricante do equipamento

Não faz muito tempo, os pneus traziam uma pinta vermelha que indicava o seu ponto mais leve, em que sua montagem na roda deveria ser de tal forma que a pinta ficasse alinhada com a válvula de enchimento do pneu, para requerer o menos de peso possível. Hoje em dia muitos pneus já não trazem esta pinta, com a alegação que elas já não são mais necessárias, pois a manufatura dos pneus está muito mais precisa. Um exemplo disso são os pneus Michelin.

As balanceadoras mais antigas, dos anos 1950/60, eram desprovidas de sensores ou qualquer eletrônica, sendo o desbalanceamento dinâmico “sentido” por molas calibradas. Nessas máquinas primeiro era feito o balanceamento estático, roda fixada ao cubo da máquina, sem nenhum acionamento, colocando-se o peso por tentativa e erro até a roda parar em qualquer posição. Depois era feito o balanceamento dinâmico, em que a roda era girada em alta rotação, cerca de 1.000 rpm, por um rolo de contato acionado por motor elétrico, e depois deixada desacelerar naturalmente, quando o desbalanceamento era visível e lido num gráfico “desenhado” mecanicamente num disco untado com pasta branca e um ponteiro, visível para o operador, que acompanhava a oscilação da roda. O gráfico indicava o peso a ser aplicado e sua localização na borda externa da roda. O balanceamento resultante era perfeito, mas era trabalhoso.

Hoje, com as máquinas eletrônicas, é bem mais fácil e sobretudo rápido, basta um único acionamento da roda, que dispensa rotação elevada, para a balanceadora acusar os dois desbalanceamentos (estático e dinâmico),  onde a aplicar os respectivos pesos — interno, estático e externo, dinâmico — e de quantos gramas cada um, operação que não chega a 1 minuto por roda quando feito por operador experiente.

Esse é o tipo de balanceamento feito nas linhas de produção das fabricantes de automóveis.

Outro tipo de balanceamento é o feito com a roda no lugar, utilizando máquinas móveis de balanceamento, as chamadas locais ou “patinetes” (foto abaixo). Essas balanceadoras utilizam um suporte com sensor de vibração (pick-up) encostado em um elemento da suspensão o mais próximo possível da roda que vai ser balanceada. O “patinete” gira a roda em alta rotação através de um rolo nela encostado  e um circuito eletrônico com uma luz estroboscópica  vai indicar o ponto de desbalanceamento onde o peso, e de quantos gramas, deve ser colocado.

Neste tipo de balanceamento também é possível efetuar o estático e o dinâmico. No primeiro, o pick-up é colocado verticalmente sob o braço inferior da suspensão (bandeja), enquanto no segundo o pick-up deve ficar na horizontal encostado num ponto da roda como o espelho do freio. Mas em geral só se faz o balanceamento estático.

Este balanceamento foi concebido primariamente para os carros americanos tradicionais, de motor dianteiro e tração traseira, objetivando as rodas dianteiras somente, que podem girar livremente por não serem motrizes. Nos carros de tração dianteira a coisa complica, pois as planetárias do diferencial são acionadas junto com a roda tocada pela “enceradeira” e não recebem lubrificação, que é provida pela caixa de satélites quando o carro roda, e nesse caso ela fica parada. Portanto, não é recomendável esse tipo de balanceamento nos carros de tração dianteira.

Mesmo naqueles  carros americanos, caso o diferencial seja de deslizamento limitado ou autobloqueante, esse tipo de balanceamento é impossível.

 

balanceamento

Máquina local (patinete) para o balanceamento com as rodas no lugar

Muitos defendem que este processo  de balanceamento, com a roda no lugar, é mais preciso por balancearem o conjunto roda + disco e/ou tambor de freio. Eu discordo, pois como falamos anteriormente, os discos e/ou os tambores já estão previamente balanceados e suas inércias são muito pequenas, não influenciando o resultado. Além disso, as rodas podem estar sujas e o balanceamento se tornar ineficiente na primeira lavagem do carro. Outro aspecto é a dificuldade de adicionar a massa balanceadora na borda interna do aro, o que normalmente força o balanceamento ser feito somente com uma massa na borda externa, causando imprecisão.

Por isso, recomendo o balanceamento com a roda fora — o tipo feito nas fábricas de automóveis e nos boxes das corridas, na Fórmula 1 inclusive.

Indicação de problemas

CM

Créditos: arquivo pessoal do autor, google images, wikipedia, kwif-fit.com
(3.618 visualizações, 6 hoje)