Virabrequim – Tipos, Diagrama, Função, Material, Localização, Projeto do Virabrequim

1. Ele converte o movimento alternativo em movimento rotativo.
2. Transmite energia ao volante.
3. Ele recebe energia do volante.

Tipos de virabrequins:

O virabrequim consiste nas partes do eixo que giram nos mancais principais, nos moentes aos quais as extremidades grandes da biela estão conectadas, nos braços da manivela ou nas teias (também chamadas de bochechas) que conectam os moentes e as partes do eixo.
O virabrequim, dependendo da posição da manivela, pode ser dividido nos dois tipos seguintes:

1. Virabrequim lateral ou virabrequim em balanço, conforme mostrado na Fig.(a), e

2. Centralize o virabrequim, conforme mostrado na Fig. (b).

tipos de virabrequim

O virabrequim, dependendo do número de manivelas no eixo, também pode ser classificado como virabrequim de curso único ou multi-curso. Um virabrequim com apenas uma manivela lateral ou a manivela central é chamado de virabrequim de curso único, enquanto o virabrequim com duas manivelas laterais, uma em cada extremidade ou com duas ou mais manivelas centrais é conhecido como virabrequim multi-curso.

Os virabrequins laterais são utilizados para motores horizontais de médio e grande porte.

Diagrama do virabrequim:

diagrama do virabrequim

Material e fabricação de virabrequins

• Em motores industriais, os virabrequins são comumente feitos de aço carbono como 40 C 8, 55 C 8 e 60 C 4.
• Em motores de transporte, aço manganês como 20 Mn 2, 27 Mn 2 e 37 Mn 2 é geralmente usado para a fabricação do virabrequim. Em motores aeronáuticos, aços níquel-cromo como 35 Ni 1 Cr 60 e 40 Ni 2 Cr 1 Mo 28 são amplamente utilizados para o virabrequim.
• Os virabrequins são feitos por forjamento ou fundição, mas o primeiro método é mais comum.
• A superfície do moente é endurecida por cementação, nitretação ou endurecimento por indução.

peças do virabrequim

Pressões e tensões nos mancais do virabrequim

As pressões de mancal são muito importantes no projeto de virabrequins. A pressão máxima permitida do mancal depende da pressão máxima do gás, velocidade do mancal, quantidade e método de lubrificação e mudança de direção da pressão do mancal.

Os dois tipos de tensões a seguir são induzidos no virabrequim.

1. Tensão de flexão; e

2. Tensão de cisalhamento devido ao momento de torção no eixo.

A maioria das falhas do virabrequim é causada por uma fratura progressiva devido a flexões repetidas ou tensões de torção reversas. Assim, o virabrequim está sob carga de fadiga e, portanto, seu projeto deve ser baseado no limite de resistência. Como a falha de um virabrequim provavelmente causará séria destruição do motor e nem todas as forças nem todas as tensões que atuam no virabrequim podem ser determinadas com precisão, um alto fator de segurança de 3 a 4, com base no limite de resistência, é usado .

Procedimento de projeto para virabrequim:

O virabrequim deve ser projetado ou verificado para pelo menos duas posições de manivela. Em primeiro lugar, quando o virabrequim está sujeito ao momento fletor máximo e, em segundo lugar, quando o virabrequim está sujeito ao momento de torção ou torque máximo.

Procedimento de projeto:

O procedimento a seguir pode ser adotado para projetar um virabrequim.

1. Em primeiro lugar, encontre a magnitude das várias cargas no virabrequim.

2. Determine as distâncias entre os apoios e a sua posição em relação às cargas.

3. Por uma questão de simplicidade e também por segurança, o eixo é considerado apoiado nos centros dos mancais e todas as forças e reações agindo nesses pontos. As distâncias entre os apoios dependem do comprimento dos mancais, que por sua vez dependem do diâmetro do eixo por causa das pressões de mancais permitidas.

4. Presume-se que a espessura das bochechas ou almas seja de 0,4 ds a 0,6 ds, onde ds é o diâmetro da haste. Também pode ser considerado como 0,22D a 0,32 D, onde D é o diâmetro interno do cilindro em mm.

5. Agora calcule as distâncias entre os apoios.

6. Considerando as tensões de flexão e cisalhamento permitidas, determine as principais dimensões do virabrequim.

Conceito de design

Com base nas propriedades do material, decidiremos agora as dimensões que serão calculadas a partir das cargas e condições. O virabrequim é projetado considerando duas posições da manivela:

Quando o Crank está no centro morto

Procedimento passo a passo:

• Desenhe um diagrama de corpo livre do virabrequim com várias forças horizontais e verticais.
• Calcule a força do pistão. (Sabemos que a pressão máxima do pistão é 200 bar para motores a diesel e 180 bar para motores de ignição comandada). A força do pistão é a pressão máxima do pistão * área do pistão.
• Suposições da indústria durante o cálculo de forças em FBD.
• Encontre todas as reações horizontais e verticais.

Design do pino da manivela

O pino de manivela também é submetido a tensão de cisalhamento devido ao momento de torção. Assim, podemos calcular o momento de flexão no centro do pino de manivela e o momento de torção no pino de manivela e o momento resultante.

Procedimento passo a passo:

• Calcule o momento de flexão no centro do pino da manivela (do FBD).
• Iguale o BM a (MOI*Estresse do rolamento) para o pino da manivela (Sigma-b)
• Resolva e encontre o diâmetro do pino da manivela.
• Resolva FBD para comprimento.

Design da Web de Manivela

A teia da manivela é projetada para carga excêntrica. Haverá duas tensões atuando na teia da manivela, uma é a tensão compressiva direta e a outra é a tensão de flexão devido à carga de gás do pistão (Fp).

Suposições da indústria:

• Espessura da alma da manivela Tst = 0,65 * dc + 6,35 (dc = Diâm. do pino da manivela)
• A largura da manivela é w = 1,125 * dc +12,7

Procedimento passo a passo:

• Calcule o momento de flexão a partir do FBD.
• Verifique se BM é positivo ou negativo. Se for negativo, aumente o diâmetro do virabrequim e resolva novamente. Se for positivo, seu projeto está seguro.

Eixo sob o volante