Trabalho de Motores - L1

Licenciatura em Engenharia Mecânica

Ano lectivo 2011/2012

Motores Térmicos

Professor: Alexandre Magrinho

Laboratório 1

Mecanismo Manivela Biela

Objectivo

Este trabalho tem como objectivo, dar a conhecer o mecanismo manivela biela e tudo o que a ele está agregado. Será abordada a sua constituição, função, dimensionamento e outros factores relevantes a este mecanismo.

Caracterização das Peças Constituintes do Mecanismo

Como o próprio nome indica, o mecanismo manivela biela é constituído por uma manivela e uma biela. Quando se fala em sistemas mais complexos a manivela é denominada de Cambota. Apresente-mos então estas duas peças:

• Biela

A biela apresenta uma forma de haste, sendo esta constituída pelo pé ou olho pequeno, corpo e cabeça ou olho grande. A parte inferior da cabeça é denominada de Capa, sendo este amovível. Estando a capa fixa á cabeça, no seu interior encontram-se os casquilhos, onde estes permitem uma melhor ligação aos mancais do eixo das manivelas.

Figura – Exemplo de Biela

• Manivela/Cambota

A cambota é composta por munhões ou mancais fixos, moentes ou mancais móveis, braço da manivela, contrapeso e flange de fixação do volante.

Figura – Exemplo de Cambota

Função do mecanismo no motor

Este sistema é utilizado nos motores alternativos e tem como função, de uma forma geral, transferir o movimento vertical em movimento horizontal. Por vezes a transferência não é feita desta forma, pode-se encontrar com outras configuração como é a configuração em V ou em linhas opostas.

Figura 3 – Transferência de movimento vertical em movimento de rotação

Este mecanismo presente no motor, é o que permite á biela conectar o pistão à árvore de manivela, através de dois elos de ligação. A responsabilidade de transformar o movimento rectilíneo em rotativo cabe à árvore de manivela.

Explicação pormenorizada do funcionamento do sistema

A manivela biela, fazem parte dos principais componentes constituintes dos motores de combustão interna. Os componentes do motor subdividem-se em peças fixas e peças móveis, e é neste último grupo que se enquadra a manivela biela.

A biela tem como função transmitir os movimentos alternativos do pistão para o eixo do motor, assim como, a potência gerada pela combustão durante a expansão. Mas também possibilita movimentar o pistão durante os processos de exaustão, admissão e compressão. A sua ligação é feita nas duas extremidades onde num lado é ligado aos mancais do eixo de manivela e por outro aos pistões pelos pinos de munhão. O seu fabrico é feito a partir de aços especiais ou ferro fundido, e tem uma variedade de formatos consoante a sua empregabilidade, por exemplo no automobilismo, podem estar sujeitas a altas rotações devendo ter um formato especial para resistir a forças centrífugas actuantes nela.

Figura 5 – Vários tipos de biela

Figura 4 – Biela enorme

A manivela utilizada em motores simples, como a árvore de manivela utilizada nos motores com mais de um cilindro tem a mesma função, que é de transformar o movimento alternativo do pistão em movimento rotativo.

A árvore de manivelas também conhecida como cambota, ou eixo de manivela, é o componente que na maioria dos motores é instalado na parte inferior do bloco, onde numa das suas extremidades está a flange, onde por sua vez, esta fixado o volante, na extremidade oposta está as polias de distribuição.

O eixo de manivelas é projectado consoante o número de cilindros do motor, onde tem partes descentralizadas para que ocorra a fixação das bielas, que por sua vez determina a distância entre o porto morto inferior e ponto morto superior.

Para o equilíbrio do eixo de manivelas existem contrapesos, que também tem como função evitar a transmissão de vibrações a outros órgãos do motor.

De referir que para existir uma boa acoplação destes dois componentes, é necessário existir Casquilhos ou Bronzinas, que são montados aos pares com o intuito de proteger tanto a biela como a árvore de manivelas, evitando o contacto directo entre estas, assim diminui o desgaste e aumenta a eficiência do motor. Têm o formato de um semicírculo, apresentam grande resistência mecânica e capacidade de dissipar calor. O material utilizado para o seu fabrico é o aço, revestido com outros materiais formados por camadas, onde a última camada é composta de material antifricção.

Figura 6 – Camadas do casquilho

Principais problemas técnicos

Um dos principais problemas é a flambagem, que é a perda de estabilidade lateral da peça devido a uma compressão. Quando isto acontece, pode provocar a deformação ou mesmo a rotura, dependentemente da força aplicada na biela.

A flambagem é o principal condicionador das bielas longas, pois a resistência delas incide no comprimento do corpo da biela.

Encontra-se muitas vezes a flambagem em motores turbo muito potentes para o conjunto. Em que as bielas se deformam em condições de alta potencia, devido a pressão forte associada a alta rotação.

Figura 6 – Flambagem da biela

Elaboração das Perguntas\Respostas

• Pergunta 1

Quando é que pode ocorrer a flambagem?

• Resposta

A flambagem pode ocorrer em motores turbo muito potentes em relação ao conjunto, onde as bielas se deformam em condições de alta potencia, devido a pressão forte associada a alta rotação. A sua deformação não ocorre quando recebe a alta carga do pico de pressão mas sim quando se encontra por volta dos noventa graus.

Figura 7 – Posição da biela de 90⁰

• Pergunta 2

Qual a função dos contrapesos no eixo de manivelas?

• Resposta

O eixo de manivelas tem contrapesos para evitar o aparecimento de vibrações indesejadas e para dar um certo balanço ao eixo de manivelas na sua rotação.

• Pergunta 3

O comportamento da biela influencia na cilindrada do motor?

• Resposta

Não influencia, pois a cilindrada de um motor depende essencialmente do volume total deslocado pelo pistão entre PMI e o PMS Multiplicado pelo número de cilindros do motor. Em termos de unidades é escrito em centímetros cúbicos e apresenta-se da seguinte forma:

• Pergunta 4

Qual a constituição da biela?

• Resposta

A biela tem forma de haste, e é constituída pelo pé ou olho pequeno, corpo e cabeça ou olho grande. Na parte inferior da cabeça encontra-se a capa, sendo este amovível. No interior da cabeça encontram-se os casquilhos que permitem uma melhor ligação aos mancais do eixo das manivelas.

• Pergunta 5

Onde se encontra posicionada a cambota?

• Resposta

O eixo de manivela/cambota encontra-se no cárter, que por sua vez, está posicionado na parte inferior do bloco do motor.

Figura 8 – Local da cambota no motor

Conclusão

Conclui-se portanto que este é um mecanismo indispensável ao funcionamento de um motor. É a partir deste mecanismo que transferimos o movimento vertical da biela em movimento rotativo, associado à cambota.

Com este trabalho complementa-mos as aulas, tendo assim uma abordagem mais profunda sobre o mecanismo.