O apelo estético de um automóvel é definido por vários fatores, um desses fatores é do design dos aros. Entretanto, estes não são apenas meros apetrechos estéticos, na verdade esta é a menos importante de suas funções. Os aros têm um importante papel estrutural e no desempenho do veículo, visto que fazem parte da massa não suspensa destes. Este artigo tem como objetivo destacar os detalhes construtivos, conceito e requisitos dos aros utilizados em automóveis de passeio e utilitários pequenos e médios.

Conceito

Os termos “aro” e “roda” são comumente utilizados de forma confusa e errônea. Aro e roda possuem conceitos diferentes, o aro é uma peça metálica e cilíndrica na qual o pneu é montado, enquanto que a roda é o componente formado após a montagem e calibração do pneu no aro.

Requisitos

Embora de concepção simples, os aros devem atender a alguns requisitos para prover o bom funcionamento do veículo. Os requisitos de um aro, são:

• Alta resistência estrutural;
• Arrasto aerodinâmico adequado;
• Resfriamento dos freios;
• Fixação robusta e confiável;
• Excentricidade mínima;
• Menor espaço ocupado;
• Boa proteção anticorrosiva;
• Baixo peso;
• Baixo custo de fabricação;
• Perfeito assentamento no pneu;
• Permitir fixação de contrapeso;
• Bom apelo estético.

O aro, quando devidamente montado no pneu e em operação, está sobre constante esforço devido a força centrífuga e demais cargas que agem nas rodas. Essas forças são originadas nas demandas que o veículo é submetido, ou seja, frenagem, aceleração e esterçamento. O aro tem papel estrutural no funcionamento da roda de um automóvel, absorvendo essas forças e fazendo-as fluir para os demais componentes do sistema de suspensão.

Não é de hoje que a análise do fluxo de ar pelo veículo detecta uma perturbação no escoamento deste quando este passa pela região das rodas. Entretanto, desenvolver um aro com atributo de redução do arrasto aerodinâmico aumenta consideravelmente os custos do projeto. Dessa forma esses tipos de aros são produzidos quase que exclusivamente para veículos de luxo, esportivos ou para competições. Os benefícios da redução do arrasto aerodinâmico também ajudam a reduzir os ruídos devido ao fluxo de ar.

O motivo real do desenho dos aros, com todas aquelas frestas e aberturas não é apenas estético, mas também de arrefecimento. O sistema de freio funciona transformando energia do movimento do veículo em calor, esse calor precisa ser dissipado. Esse processo é feito através do ar, por esse motivo as aberturas nas rodas são importantes, para que ocorra um fluxo de ar por entre a roda e o disco de freio.

Por estar exposto a muitas forças e, claro, por motivos de segurança extrema, os aros devem estar bem fixados. Independente da utilização de parafusos ou porcas, a fixação do aro deve ser robusta, insensível à oxidação, variações dimensionais, de umidade, térmicas e de contaminantes do ar e ainda ser de fácil manuseio, visto que nem sempre a substituição da roda será realizada por um técnico especializado.

No pacote de um automóvel (package), a posição de cada componente é bem definida para melhor aproveitamento do espaço interno do veículo. O mesmo se aplica a posição das rodas, e principalmente, o quanto estas irão invadir a área do veículo. Dessa forma, a dimensão do aro é especificada de forma que, a invasão seja a menor possível e que este, em suas posições extremas, seja de esterçamento ou deslocamento vertical, não venha a ter interferências com a carroceria ou painéis internos.

Embora as rodas sejam consideradas massas não suspensas, a massa dos aros são determinantes para o bom desempenho de um veículo. Veículos de baixo torque e urbanos de forma alguma são equipados com aros superiores a 17 pol (in), visto que esses aros já apresentam massas consideráveis, sendo então significativas para o pequeno deslocamento do motor. Mesmo assim, veículos de alto desempenho apresentam aros de diâmetro de 17 pol ou mais, devido a melhor dirigibilidade provida por estas. Isso não exclui o fato de que os aros devem ser os mais leves possíveis, de forma que muitos aros dessas dimensões são fabricados com materiais especiais visando redução máxima de peso.

Uma vez que os pneus devem suportar as mais variadas cargas que o veículo o expõe, os aros devem prover a estrutura para que os pneus consigam realizar sua função de forma ótima. Os aros são desenhados especialmente para garantir o perfeito assentamento do pneu, de forma a obter elevados níveis de selamento impedindo o vazamento de ar.

Além disso, as bordas dos aros permitem a fixação de pequenos bloquinhos de chumbo, que são utilizados e um procedimento de manutenção chamado, balanceamento de rodas. Esse processo é o balanceamento dinâmico da roda, onde esses bloquinhos são, na realidade, contrapesos utilizados para equilibrar a roda. Tal procedimento é necessário pois, mesmo com os melhores processos produtivos, não é 100% garantido que a massa do aro esteja bem distribuída, dessa forma, os contrapesos são colocados em posições estratégicas no aro.

Por fim o design dos aros, em especial dos aros de ligas leves, são fatores importantes no impacto visual de um veículo, não raro algumas veículos possuem aros com impacto visual tão marcante que tornam-se marcas registradas deste. Em veículos mais simples, de grande volume de produção, aros de chapa de aço de função apenas estrutural são utilizados. Nesses casos, para evitar a depreciação visual do veículo, é comum a utilização de calotas plásticas.

Nomenclatura

A nomenclatura padrão para os aros seguem a seguinte configuração:

5 J X 13 H2

Há também uma nomenclatura maior, com mais informações:

7 ½ – JJ X 15 55 5 – 114.3

Em ambas as nomenclaturas, o primeiro número refere-se à largura em polegadas (5), logo depois, as letras representam o tipo de flange da roda, o segundo número significa o diâmetro do aro em polegadas (13). A partir daí surgem as diferenças, o primeiro código mostra logo após a informação do diâmetro do aro um código formado por uma letra e um número (H2), este indica tipo nervura que segura o pneu. Enquanto o segundo exemplo mostra um conjunto de números separados por um traço (55 5 – 114.3). Neste caso o primeiro número significa o offset do aro em milímetros (55), a seguir, o conjunto de números separados por um hífen (5 – 114.3) informa quantidade de elementos de fixação do aro e o diâmetro primitivo do aro em milímetros.

Materiais

Os materiais mais comuns na fabricação de aros são:

• Aço;
• Alumínio;
• Magnésio.

Aço

O aço é o material mais utilizado na fabricação de rodas, tem custo acessível e é versátil para se produzir. Basicamente as rodas em aço podem ser forjadas ou simplesmente de chapas de aço estampadas e soldadas. Em ambos os casos, o aro é dividido em peças, geralmente um disco e o uma arruela de aço estampado, o aro propriamente dito. A fabricação de aros de aço forjado tem como base um perfil de aço extrudado bruto (sem acabamento), este é submetido a um processo de laminação no qual o disco e a arruela do aro são formados. Após isso o aro é submetido a uma usinagem para efetuar seu acabamento e por fim um tratamento superficial. Os aros de chapas de aço são fabricados a partir do processo de estampagem, que forma o disco e a arruela, em seguida passam por um processo dando forma e design ao aro.

Alumínio

O alumínio é um dos materiais que recebem a denominação “liga leve”.  Embora mais caro que o aço, o alumínio possui uma série de vantagens sobre este. É mais leve, fácil de fundir e usinar. Além disso, é excelente em dissipar o calor adquirido, menos exposto a corrosão e mais fácil de reciclar. O processo de fabricação dos aros de alumínio é semelhante aos aros de aço, ou seja, podem ser fundidos em uma só peça ou estampados e soldados, ambos os processos com posterior usinagem.

Magnésio

O magnésio é o mais caro material utilizado na fabricação de aros automotivos, portanto sua utilização deve ser bem justificada. Seu custo se reflete no baixo peso, é 30% mais leve que o alumínio, porém não são resistentes a corrosão quanto estes. Devido ao custo, não tem produção bem estabelecida para carros de volume de produção, sendo mais comuns em aplicações de luxo ou esportivos.

Outros materiais

O titânio também tem sido utilizado em aros para automóveis, porém em aplicações muito específicas, como carros de corrida. Em comparação aos materiais acima, o titânio é mais robusto e resistente à corrosão que o alumínio. Entretanto, o custo pouco acessível e a difícil usinagem  tornam o titânio inviável para aplicações civis. Existem estudos para utilização de aros fabricados em materiais compósitos ou plásticos, como resinas termoplásticas reforçadas com fibra de vidro. Entretanto, esse tipo de material encontra-se em desenvolvimento, pois embora leves, não apresentam boas respostas ao nível de exigência térmica que um aro automotivo exige, bem como aos problemas estruturais nas zonas de fixação do aro e o processo produtivo, que é mais lento.

Componentes

Os aros para aplicações automotivas são compostos basicamente por:

• Abas ou flanges (Flange);
• Assento do talão (Bead seat);
• Saliência (Hump);
• Base;
• Furo de ventilação;
• Furos dos elementos de fixação (Bolt holes).

Abas ou flanges

Os flanges estão dispostos dos dois lados do aro, sua função é impedir que o talão saia do aro ou que o ar escape por este. Os flanges possuem diversos formatos, que são indicados no código do aro por letras. Essas letras podem ser B, C, D, E, F, G, J, JJ, JK e K. Cada letra representa um formato de flange diferente, utilizado em aplicações distintas.

Assento do talão

É a região do aro onde o talão do pneu se apoia, ajuda a evitar o vazamento de ar do pneu.

Saliência

Localizada próxima ao assento do talão, trata-se de um pequeno ressalto (hump) que percorre toda circunferência da roda. Pode vir em apenas um ou nos dois lados da roda. A nervura possui a função de impedir que o talão perca contato com a parte interna do flange, mantendo o talão firme junto ao flange quando os pneus estão sobre carga. Além disso, a nervura não permite que o talão escape para o canal central mesmo em caso de vazamento, mantendo pneu sempre em contato com o solo e sem desconectar-se do aro.

A forma do ressalto possui variações, basicamente três tipos de nervuras são utilizados nos aros:

• Saliência;
• Saliência plana;
• Saliência contra inclinação.

Basicamente, a nervura é apenas um ressalto que sustenta o talão junto a flange. No caso da nervura plana, o ressalto que mantém o talão em uma região plana intermediária a própria nervura e o flange. Já a nervura contra inclinação é uma configuração na qual o assento do talão é inclinado em direção a base do aro. O tipo de nervura utilizada no aro é identificado no código do aro apresentando as seguintes letras:

• Saliência – H;
• Saliência plana – FH;
• Contre Pente (Contra inclinação) – CP.

A identificação é realizada da seguinte forma. Quando um aro apresenta nervura nos dois lados, a letra da respectiva variação é acompanhada do número dois, por exemplo, “H2”, “FH2” ou “CP2”. Na aplicação em que apenas um lado do aro apresenta nervura, a respectiva letra é acompanhada do número um ou apenas a respectiva letra. Em aros que utilizam nervuras diferentes em cada lado, o código do aro apresenta as letras CH2, informando que nervuras compostas.

Base

A base é a sessão de menor raio do aro, também chamado de canal. Essa zona tem a função de facilitar a montagem e desmontagem do pneu no aro. O aro possui três variações de base, são estas:

• Centro rebaixado (Drop center rim – DC);
• Centro rebaixado amplo (Wide drop center rim – WDC);
• Centro rebaixado amplo com nervura (Wide drop center humped rim – WDCH).

Os aros de centro rebaixado caracterizam-se por apresentar um desenho simétrico, com a base separando o aro em dois lados, o assento do talão possui inclinação de 5° graus em direção a base, sendo portanto, uma nervura do tipo CP. A variação chamada de centro rebaixado amplo, é basicamente a mesma da anterior, porém a base é um pouco mais extensa, e o aro já não é mais simétrico. Esse tipo de variação é utilizado em veículos de passeio que serão equipados com pneus de perfil baixo (abaixo de 75), porém também é utilizado em veículos pesados. As nervuras são do tipo CP e podem apresentar-se com 5° ou 15° graus de inclinação. Aros que possuem base do tipo centro rebaixado amplo com nervura possuem as mesmas características do tipo acima, porém com o detalhe de apresentar uma nervura simples (H) no lado de dentro da roda e nervura do tipo CP no externo da roda. O objeto desta nervura é evitar que o talão escorregue para dentro da roda.

Furo de ventilação

Os furos e aberturas vistas nos aros automotivos possuem a função de permitir o arrefecimento do sistema de freios ali instalado. Além disso, o formato dessas aberturas tem fator estético e complementam o design do veículo. O desenho das aberturas para passagem de ar é otimizado quando o aro é desenvolvido visando a redução do arrasto aerodinâmico.

Furos dos elementos de fixação

Obviamente os furos servem para permitir a passagem dos elementos de fixação das rodas, no caso, parafusos ou prisioneiros. Contudo, em termos técnicos, esses furos são mais complexos do que se imagina. A razão disso decorre dos parafusos, esses elementos de fixação possuem a importante tarefa de fixar, claro, mas é por estes que as forças que agem na roda fluem para o sistema de suspensão. Para que isso ocorra de forma eficiente os parafusos devem estar bem assentados no aro.

O assento do parafuso é uma região na borda do furo, que serve de área de contato do parafuso com a roda, também é chamada também de espelho (mirror).  A região circular onde são feitos os furos, é chamada de cubo (hub mount plate). O diâmetro desse cubo deve ter um valor suficiente para, caber todos os furos de forma que a borda do disco da roda não interfira no encosto do parafuso no espelho, o que acarretaria na perda do torque aplicado.

O diâmetro dos furos varia conforme o diâmetro dos parafusos, mas em geral, devem ter o maior valor possível que caiba adequadamente todos furos dentro da região do cubo e para que seja aplicado uma força menor na região do espelho e no parafuso. Os parafusos mais comuns utilizados para fixação de aros automotivos são os tipos M12 X 1.5 e M14 X 1.5. Esses parafusos apresentam na sua região de contato com o espelho, o formato de um cone ou esfera.  O objetivo desta, é o melhor encaixe na borda do furo, que pode ser cônica ou esférica, aumentando a área de contato deste com a borda do aro. Alguns parafusos apresentam arruelas permanentes, que ajudam este a suportar as cargas que agem no momento do aperto, bem como servem para manter a roda perfeitamente no centro.

Este correto posicionamento da roda é de muita importância, pois quando esta encontra-se em movimento, as vibrações da roda tendem a desloca-la levemente de seu posicionamento. Isso gera um pequeno desvio chamado run out, que está bastante ligado a algumas vibrações que ocorrem no volante. Parafusos ou porcas com a região de contato no formato cônico, e obviamente o espelho também, conseguem reduzir esse desvio minimizando bastante os índices de vibrações.

A região do espelho é responsável produzir atrito entre a própria e o parafuso, o que evita que este venha a folgar com o movimento da roda. Essa é uma das razões pela qual os aros são pintados e bem acabados até a região dos furos, nos quais é possível visualizar que a bordas destes está sem pintura. Além disso, a região do espelho, quando possui espessura superior a 6,5 mm e devido às propriedades elásticas do material, é capaz de gerar um efeito mola que ameniza as tensões no parafuso. Isso contribui também para minimizar os riscos de afrouxamento da roda, visto que a vibração das rodas tende a folgar os parafusos. Com esse efeito mola, as vibrações são absorvidas em sua maioria.

Tipos de rodas

Os seguintes tipos de aro equipam os veículos de passeio e utilitários:

• Aro desmontáveis;
• Aro de aço;
• Aro de liga leve.

Os aros desmontáveis são mais utilizados em veículos pesados como caminhões e tratores, pode ser de duas ou três partes. Em geral é composto pelo aro base e pelos aros lateral e de fixação, que basicamente exercem as funções do flange nos aros de peça única. Os aros desmontáveis são destinados a veículos pesados para tornar a montagem menos crítica, visto que esses veículos utilizam uma pressão de trabalho muito alta. Também pode ser vistos em aplicações com foco em desempenho, como em carros esportivos e de competição.

Os aros de aço, majoritariamente destinados a linha leve, possuem função exclusivamente estrutural. O desenho do aro é não leva em consideração a estética, apenas a necessidade de arrefecimento dos freios. Em geral, são pintados de preto ou prata, de modo que para não prejudicar o apelo estético do veículo, são munidos de calotas. As calotas são capas plásticas de aparência mais agradável que a roda de aço, são fixadas por pressão ou pelo próprio parafuso de roda. Neste caso, apenas um dos furos da calota possui borda para assentamento do parafuso.

Os aros de liga leve notadamente superiores aos aros de aço, não apenas por serem mais atraentes esteticamente falando, mas pelo seu desempenho ser superior. São mais leves e resistentes, o que se deve ao fato do seu material, geralmente alumínio, ou menor proporção, magnésio. A estrutura dos aros de liga leve é semelhante a dos aros de aço, porém naquela aplicação o que se chama de disco nos aros de aço, é aranha ou nervuras raiadas nos aros de liga leve. Essa estrutura concede maior robustez ao aro de liga leve, o que diminui a intensidade das vibrações e cargas que agem nas rodas. Como são mais leves, os aros de liga leve conseguem responder mais rapidamente as excitações da pista, absorvendo vibrações e cargas reduzindo ao máximo os lapsos de resposta do sistema de direção. Os aros de liga leve são utilizados tanto nos veículos da linha leve, quanto nos utilitários pequenos e médios.