Teoria de Construção de motores

Teoria de Construção de motores

(Parte 4 de 16)

Independente do número de manivelas que ele tenha, cada eixo tem três partes principais: munhão, pino da manivela (moente) e braço da manivela. Muito embora não façam parte do eixo de manivelas, contrapesos e amortecedores são geralmente ligados a ele para reduzir as vibrações do motor.

O munhão é suportado por um rolamento principal que gira dentro dele. Ele serve como centro de rotação do eixo de manivelas e tem sua superfície endurecida para reduzir o desgaste. O moente é a seção à qual a biela está conectada. Ele está fora do centro do munhão principal e é comumente chamado de manivela.

Dois braços da face e um moente constituem uma manivela. Quando uma força é aplicada ao moente em qualquer direção, que não seja paralela ou perpendicular, e passando pela linha de centro do eixo de manivelas, irá acusar a rotação do eixo de manivelas. A superfície externa é endurecida por nitruração para aumentar sua resistência ao desgaste, e prover a superfície de contato do rolamento.

O moente é geralmente ôco. Isso reduz o peso total do eixo de manivelas e proporciona a passagem para transferência do óleo de lubrificação. O moente ôco também serve como uma câmara para coleta de borra, depósitos de carbono e outras matérias estranhas. A força centrífuga arremessa essas substâncias para fora da câmara, impedindo que elas alcancem a superfície do rolamento da biela. Em alguns motores a passagem é feita na cabeça da manivela, para permitir que o óleo do interior do eixo de manivelas salpique as paredes dos cilindros. O braço da manivela conecta o moente ao munhão principal. Em alguns projetos, a cabeça se estende além do munhão e leva um contrapeso para balancear o eixo de manivelas, o braço da manivela deve ser de construção robusta para obter a rigidez entre o moente e o munhão.

Em todos os casos, o tipo de eixo de manivelas e o número de moentes deve corresponder à montagem do cilindro do motor. A posição das manivelas no eixo, em relação a outras manivelas do mesmo eixo, é expressa em graus.

O eixo de manivelas mais simples é exatamente o de manivela única ou de 360º. Esse tipo é usado em motores radiais de uma só carreira de cilindros. Pode ser construído em uma ou duas peças. Dois rolamentos principais (um em cada extremidade) são requeridos quando esse tipo de eixo de manivelas é usado.

O eixo de dupla manivela ou 180º é utilizado nos motores radiais de dupla manivela. No motor radial uma manivela é requerida para cada carreira de cilindros.

Balanceamento do eixo de manivelas

Vibração excessiva em um motor, resulta não apenas em falha por fadiga da estrutura metálica, mas também causa rápido desgaste das partes móveis.

Em alguns exemplos, a vibração excessiva é causada pelo desbalanceamento do eixo de manivelas. Eixos de manivelas são balanceados estática e dinamicamente.

Um eixo de manivelas está estaticamente balanceado quando o peso de todo o conjunto de moentes, braço da manivela e contrapesos, está balanceado em volta do eixo de rotação.

Durante o teste de balanceamento estático do eixo de manivelas, ele é colocado sobre dois cutelos. Se o eixo tender a girar através de qualquer posição durante o teste, estará fora de ba- lanceamento estático. Um eixo de manivelas está dinamicamente balanceado, quando todas as forças criadas pela sua rotação e impulsões estão balanceados entre si, de maneira que pouca ou nenhuma vibração é produzida quando o motor está funcionando.

Para reduzir ao mínimo a vibração durante o funcionamento do motor, amortecedores dinâmicos são incorporados ao eixo de manivelas.

Um amortecedor dinâmico é simplesmente um pêndulo, o qual é bem preso ao eixo de manivelas, de forma que ele fique livre para se mover num pequeno arco. Ele está incorporado ao conjunto de contrapesos.

Alguns eixos de manivelas incorporam dois ou mais desses conjuntos, cada um ligado a um diferente braço da manivela.

A distância em que o pêndulo se move, e sua frequência de vibração, correspondem à frequência dos impulsos de potência do motor.

Quando ocorre a frequência de vibração do eixo de manivelas, o pêndulo oscila fora de tempo, reduzindo, dessa forma, a vibração ao mínimo.

Amortecedores dinâmicos

A construção do amortecedor dinâmico utilizado em um motor, consiste de um contrapeso de aço com ranhuras, conectado ao braço da manivela.

Dois pinos de aço em forma de carretel se prolongam pela ranhura, e passam através dos tubos superdimensionados nos contrapesos e braço da manivela.

A diferença nos diâmetros entre os pinos e os furos provoca um efeito de pêndulo. Uma analogia do funcionamento de um amortecedor dinâmico é mostrado na figura 1-10.

As bielas são elos que transmitem forças entre o pistão e o eixo de manivelas.

Elas devem ser suficientemente fortes para permanecerem rígidas sob cargas, e ainda serem leves o bastante para reduzir as forças de inércia, as quais são produzidas quando a haste e pistão param, invertem a direção e começam novo movimento ao fim de cada curso.

Figura 1-10 Princípios de um amortecedor dinâmico.

Existem três tipos de bielas. (1) Tipo plana (2) Tipo forquilha e pá; (3) Biela mestra e articulada. (ver figura 1-1.)

Figura 1-1 Conjunto de bielas.

Conjunto de biela mestra e articulada

O conjunto de biela mestra e articulada é comumente usado em motores radiais. Em um motor radial, o pistão do cilindro número um em cada carreira, é conectado ao eixo de manivelas por meio da biela mestra. Todos os outros pistões da fileira são conectados à biela mestra por meio de uma biela articulada.

Em um motor de 18 cilindros, o qual tem duas carreiras, existem duas bielas mestras e 16 bielas articuladas. As articuladas são fabricadas em liga aço forjado, com seção reta na forma de I ou H. Buchas de bronze são prensadas nos olhais em cada extremidade da biela articulada, para alojar os rolamentos do pino de articulação da biela e do pino do êmbolo.

A biela mestra serve como articulação de ligação entre o pino do pistão e o moente. O terminal do pino da manivela, contém o rolamento do moente ou biela mestra. Flanges em torno do terminal, possibilitam a ligação das bielas articuladas. Estas são ligadas à biela mestra através de pinos de articulação, os quais são prensados em furos nos flanges da biela mestra durante a montagem. Um mancal plano, geralmente chamado de bucha do pino do pistão está instalado no terminal do pistão da biela mestra para receber o pino do pistão.

Quando um eixo de manivelas dos tipos fenda canelada ou fenda em braçadeira é empregado, é utilizada uma biela mestra do tipo inteiriça. As bielas mestra e articulada são montadas, e então, instaladas no moente da biela; as seções do eixo de manivelas são portanto, unidas. Em motores que usam o eixo de manivelas do tipo inteiriço, o terminal da biela mestra é em fenda, como o mancal. A parte principal da biela mestra está instalada sobre o moente; então o mancal é colocado no lugar e preso à biela mestra.

Os centros dos pinos de articulação não coincidem com o centro do moente da biela. Então, enquanto o moente descreve um círculo verdadeiro para cada rotação do eixo de manivelas, os centros dos pinos de articulação descrevem um caminho elíptico (ver figura 1-12). Os caminhos elípticos são simétricos em relação a uma linha central do cilindro da biela mestra. Pode ser notado que os diâmetros maiores das elípses não são os mesmos. Assim, as bielas articuladas terão variação de ângulo em relação ao centro do braço de manivela.

Devido à variação de ângulo das bielas articuladas, e ao movimento elíptico dos pinos de articulação; os pistões não se movem em cursos iguais em cada cilindro, para em dado número de graus do movimento do braço de manivelas. Essa variação na posição do pistão entre cilindros pode ter efeito considerável sobre a operação do motor.

Para minimizar o efeito desses fatores sobre a válvula e o tempo de ignição, os furos do pino de articulação no flange da biela mestra não são equidistantes do centro do moente da biela, compensando dessa forma uma extensão do efeito do ângulo da biela articulada.

Figura 1-12 Percurso elíptico dos pinos de circulação num conjunto de bielas.

Outro método de minimizar os efeitos adversos sobre a operação do motor, é utilizar um magneto compensado. Nesse magneto, o came interruptor (brecker cam) tem um número de ressaltos igual ao número de cilindros do motor. Para compensar a variação na posição do pistão, devido ao ângulo da biela articulada, os ressaltos do came interruptor são estabelecidos com espaçamentos desiguais.

Isso permite que os contatos interruptores abram quando o pistão estiver na posição correta de queima. Esse assunto será discutido mais tarde no capítulo 4, tempo de ignição.

Pinos de articulação Os pinos de articulação são de construção sólida, exceto quanto às passagens de óleo usinadas nos pinos, através das quais são lubrificadas as buchas. Esses pinos podem ser instalados por pressão nos furos dos flanges da biela mestra, de forma a evitar que eles girem.

Pinos de articulação podem também ser instalados com um encaixe frouxo, de forma que eles possam girar nos furos dos flanges das bielas mestras e, também, nas buchas das hastes articuladas. Esses são chamados de “pinos de articulação flutuantes".

Em cada tipo de instalação, uma chapa em cada lado retém o pino de articulação, evitando seu movimento lateral.

Biela plana

As bielas são usadas nos motores opostos e em linha. A extremidade ligada ao moente é encaixada com um mancal com capa ou em fenda. Os mancais com capa são presos através de parafusos.

Para manter o balanceamento e a folga apropriados, as bielas devem sempre ser reinstaladas no mesmo cilindro e na mesma posição relativa.

Biela tipo forquilha e pá

A biela tipo forquilha e pá, é um conjunto usado inicialmente nos motores tipo em V. A biela bifurcada é dividida no terminal do pivô para prover espaço para a fixação da lâmina entre os pinos. Um mancal simples bi-partido é usado na extremidade do braço de manivela.

O pistão de um motor alternativo é uma parte do cilindro que se move para baixo e para cima dentro desse cilindro de aço. O pistão age como uma parede móvel dentro da câmara de combustão.

Conforme o pistão se move para baixo no cilindro, ele aspira a mistura ar/combustível.

Na medida em que ele se move para cima, comprime a carga, ocorre a ignição e os gases em expansão forçam o pistão para baixo. Essa força é transmitida para o eixo de manivelas através da biela.

No golpe de retorno, o pistão força os gases de escapamento para fora do cilindro.

Fabricação do pistão

(Parte 4 de 16)

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