Barras anti-torção (que alguns chamam de estruturais) são artifícios muito utilizados por fabricantes de carros esportivos e luxuosos, que reforçam e ajudam a carroceria a suportar impactos provenientes da irregularidade do solo, evitando danos na carroceria e na suspensão.
É sabido que, diminuindo a distância entre a base da suspensão e sua extremidade, menor capacidade de absorção de carga o conjunto terá (utilizando componentes originais), e conseqüentemente este "excesso" irá ser repassado para a carroceria, que não foi projetada para receber tanto esforço.Aí que entra a utilização de barras anti-torção.
Projetadas especialmente para cada modelo de automóvel, elas tem como algumas funções:
ajudar na absorção de impactos;
transferir para as duas torres da suspensão cargas que inicialmente estariam agindo apenas em uma das torres de suspensão;
possibilitar melhor "tração" do veículo, pois evitam torção da carroceria em retomadas ou aceleradas mais bruscas;
Construídas em aço carbono tubular, solda tipo "MIG" e pintura a pó, as barras são projetadas inicialmente em ambiente virtual, utilizando a técnica de "Elementos Finitos", com softwares amplamente utilizados no mundo inteiro na área de engenharia de estruturas. Após aprovação, são modeladas, testadas e colocadas em linha.
Existe barras disponível para seu veículo os modelos:
Superior dianteira fixa
Superior dianteira regulável
Superior traseira regulável e removível
Realmente são necessárias barras anti-torção?
A figura acima mostra forças atuantes na estrutura, para uma análise simples. No nosso caso, iremos utilizar apenas as forças horizontais. Existem forças verticais também, mas como a soma de todas as forças devem se igualar a zero, vamos nos concentrar apenas nas forças horizontais atuantes.
Sem dúvida que barras anti-torção/estruturais ajudam. Acompanhe a explanação:
Agora vamos fazer algumas suposições. Primeiramente, consideramos que este desenho seja de um VW Gol com 150 CV de potência, e que a massa do carro esteja torno de 14000 N, e que a distribuição de cargas seja 70/30 (70% nas rodas dianteiras).
Em segundo, vamos supor que durante a aceleração do carro está agindo em 1 gravidade (1G) sob ele. Se o carro pesa 14000 N e a distribuição do peso é de 70% nas rodas dianteiras, temos 9800 N agindo sobre as rodas dianteiras, ou seja, cada pneu sofre uma força lateral de 4900 N sob as circunstâncias esboçadas acima.
Assim, Força 1 = 4900 N. Como a figura se trata de um DCL (Diagrama de Corpo Livre), temos que considerar todas as forças atuantes, inclusive as do conjunto de suspensão (em vermelho na figura). Assim, o momento gerado no conjunto de suspensão deve ser desconsiderado também. Nosso objetivo então é determinar a força que a torre da suspensão do carro exerce sobre o conjunto (Força 3). Lembramos que há também uma força igual, porém oposta, exercida pelo conjunto de suspensão do lado oposto, que equilibra o conjunto.
Nós podemos então achar a Força 3 fazendo um balanço de momentos em torno da rótula de junção entre a roda e o conjunto de suspensão, ficando assim:
Força 1 x L2 = Força 3 x L1 ou Força 3 = Força1 x (L2/L1)
Sabendo que a Força 1 é igual a 4900 N, e tendo L1= 600m e L2=150mm (arbitrados), temos que a Força 3 = 1225 N.
Conclui-se então que, quanto estamos acelerando o carro, com uma força de 1G com a transferência do peso de 70% para as rodas dianteiras, há uma força de 1225 N que está "PUXANDO PARA FORA" a torre de suspensão. Assim, as torres estarão sob a ação de uma força que não tem uma reação correspondente, para neutralizar a força. Aí que entra uma barra estrutural que distribue as cargas.
Então vem a pergunta: "O quanto crítico é uma força de 1225 N agindo sob as torres de suspensão?"
Esta carga "extra" de 1225 N corresponde em torno de 11,5% do peso total do carro. Mesmo que torre de suspensão seja projetada inicialmente para controlar as forças verticais, os 1225 N estão permanentemente deformando a estrutura. Essas forças horizontais (que atuam em ciclos) irão fazer com que o material acabe falhando por fadiga.
Quando as torres são "amarradas" uma a outra por uma barra estrutural, as forças serão compartilhadas entre as duas torres, dando uma vida útil 2 vezes maior, evitando a falha por fadiga.
Outra ponto interessante é considerar que a o conjunto de suspensão deve flexionar em torno de 5 mm com esta força de 1225 N, fazendo com que você perca 0,5° de cambagem, negativa! Isto faz com que o carro perca tração em acelerações mais fortes. Aí então entra mais uma função da barra estrutural, que é evitar a perda de tração por torção da estrutura.
A barra anti-torção trabalha somente sob compressão? Muitos acreditam que a barra anti-torção trabalha apenas por compressão, e não tração. Esta afirmação provém pelo fato de alguns acharem que as torres sempre estão se aproximando no momento que algumas cargas estão atuando. Isto depende exclusivamente a que o carro está sendo submetido. Alguns estudos já feitos comprovaram que grandes cargas de compressão estavam agindo sobre a barra em momentos como entradas e saídas de garagens e lombadas.
Mas e aí ? A barra fica sob tração ou compressão ?
Uma teoria provável é que ambas tensões aconteçam juntas, durante um "passeio". Exemplos:
Durante uma aceleração mais brusca, há tração na barra;
Quando andamos em um terreno acidentado, ou "pegamos" um buraco, há compressão na barra;
A imagem acima ilustra um veículo andando em linha reta, passando sob algum obstáculo:
O lado esquerdo mostra as forças resultantes que agem no conjunto da suspensão e torre. A força 1 é a força que a estrada faz sob o carro, e a Força 2 é o peso do carro. As forças 3 e 4 são resultantes das forças 1 e 2 agindo sob o conjunto da suspensão. Naturalmente, a força 4 tem uma força oposta (força 5) - lado direito da figura.
Supomos então que o carro passe por um buraco, onde a estrutura possa ser submetida a 3 ou 4 G's. Isto significa que a Força 1 e a Força 2 praticamente tripliquem! As forças 3 e 4 são menores, mas porém poderiam ser valores significativos. Assim, a barra estará sendo comprimida, ajudando na absorção do impacto.
Se este mesmo o carro acelerar, as forças 4 e 5 irão se tornar opostas, fazendo com que as torres de suspensão tendam a se afastar. Neste momento, a barra estará sob tração, evitando que a estrutura se deforme e que haja mudança na regulagem da cambagem das rodas.