Viiiibrrrrrrrrrrações

Viiiibrrrrrrrrrrações

Qualquer motor está sujeito às vibrações. Saiba como elas surgem e como são eliminadas*.

Elas estão em toda parte. Seguem todos os movimentos dos motociclistas e resistem a qualquer tentativa de eliminá-las. São a pedra no sapato dos engenheiros e o desconforto dos pilotos. Elas são as vibrações, que em alguns casos são tão atuantes que tomam uma moto teoricamente confortável numa verdadeira cadeira elétrica. As vibrações variam de acordo com o tipo de ciclo do motor, o número de cilindros, a capacidade volumétrica (cc) e o investimento de cada fábrica no sentido de atenuá-las. Eliminar de vez é impossivel.

Existem dois tipos de movimento atuando dentro de um motor: o alternado e o rotatório. A única exceção feita a estes dois tipos é a biela, um caso particular porque uma parte move alternadamente (o pé) junto com o pistão, enquanto outra (a cabeça) move rotatoriamente junto com o virabrequim. A biela é dividida em três partes, sendo chamada de cabeça a parte que se prende ao virabrequim; pé é a parte que se prende ao pistão e haste, que é a ligação entre o pé e a cabeça. Muita gente costuma inverter e trocar os pés pelas cabeças.

Como surgem

Aprilia V2 ApriliaV2: O motor em V ajuda a eliminar as vibrações

Balanceiros Balanceiros: O contra-peso cria uma força para neutralizar metade da força inercial

Os movimentos do motor criam forças, que podem ser divididas basicamente em três: força inercial, provocada pela massa em movimento alternado e força centrípeta, provocada pela massa em movimento rotatório. A terceira força é criada pela variação de pressão dentro da câmara de combustão que, justamente por fazer o veículo se movimentar, chama-se força motriz.

Todas estas forças se descarregam sobre o bloco do motor, quadro e mancais de apoio do motor ao quadro, sendo que a força centrípeta e a força motriz têm uma elasticidade que fazem o motor efetuar pequenos deslocamentos, que se repetem ciclicamente com intensidade independentemente do regime de rotação. Tais deslocamentos pequenos, rápidos e contínuos são definidos exatamente como VIBRAÇÃO, um fenômeno que se pode medir usando dois parâmetros:

– Freqüência- conta o número de deslocamentos numa unidade de tempo.

– Amplitude- mede a distância percorrida do corpo em movimento.

Das forças atuantes no motor, a mais fácil de enfrentar é a força centrípeta. Esta força é produzida por todo corpo em movimento rotatório, na forma de um impulso ao exterior de intensidade tanto maior quanto mais elevada a velocidade de rotação ou a massa do corpo em movimento.

Para ilustrar a atuação da força centrípeta basta se dirigir a um parque de diversões que tenha a terrível montanha russa, com looping. Entre no carrinho e quando começar a se movimentar você será um corpo em movimento. Aí o carrinho começa a subir; subir, pegando embalo e dá início àquela tortura que as crianças adoram e os adultos detestam. Repare que toda vez que o carrinho atingir a parte mais alta do looping, com seu horripilado corpo de cabeça para baixo, a sensação é de estar “colado” na cadeira e por isso mesmo você não cai lá embaixo. Quanto maior for seu peso, ou mais veloz for o carrinho, a sensação de afundar na cadeira será mais forte porque a força centrifuga será maior.

Dentro do motor esta força centrípeta está atuando sobre o eixo de manivelas, popularmente conhecido como virabrequim da seguinte forma: a cabeça da biela, o mancal da biela no virabrequim e o próprio virabrequim girando em alta velocidade criam uma força direta, perpendicular ao eixo do virabrequim, que tende a envergá-lo e “martela” continuamente os mancais de apoio ao bloco.

Para eliminar esta força centrípeta é muito simples: basta criar uma força igual e contrária para obter uma resultante nula. Para isso basta colocar contrapesos correspondentes a cada mancal, divididos em duas massas iguais entre si e que somadas têm a mesma massa dos órgãos em rotação. Tal operação recebe o nome de equilíbrio dinâmico do virabrequim.

A verdadeira vilã do motor é a força inercial, capaz de arrasar noites de sono dos engenheiros, provocar desquites e internações com úlceras perfuradas. Se a eliminação das forças centrípetas resulta fácil, o mesmo não se pode dizer das forças inerciais, que já levaram muitos projetistas ao hospital psiquiátrico.

A força de inércia, provocada pelo movimento alternado (o sobe-desce do pistão, por exemplo), se opõe sempre a qualquer variação de movimento e é proporcional à massa dos órgãos em movimento. A sua aceleração é igual ao dobro da velocidade de rotação do motor. Uma característica da força inercial é que ela sempre tem valores muito elevados e incide sempre sobre o centro do cilindro. Isto origina fortes oscilações do virabrequim, das bronzinas e dos mancais, mas, o que é pior, limita a velocidade de rotação do motor e sua distribuição de potência.

Para entender a força inercial basta pegar uma seringa de injeção (sem a agulha, por favor), tampar a ponta com o dedão, empurrar o êmbolo com a outra mão e quando tiver no auge da compressão destampe o buraquinho. Repita esta operação 14 mil vezes por minuto e você vai perceber como sofre um motor moderno. A força inercial atinge seu grau máximo no PMS (ponto morto superior) e contrasta com a fuga dos gases em expansão e diminuição da intensidade. A situação piora na razão direta do aumento do regime de rotação. Justamente por isso é que os preparadores gastam seus neurônios tentando aliviar o peso das peças móveis. Isto diminui a força de inércia e aumenta o regime de rotações, elevando junto a potência.

Lá vem o combustível para complicar De todas as forças mencionadas até então, a única que os projetistas toleram são aquelas produzidas pela queima do combustível dentro da câmara de combustão. Não é para menos, esta força é a responsável pela liberação da energia necessária para mover o veículo, por isso mesmo chama-se força motriz. Mas nem por isso ela está livre de ser praguejada, já que ela também é uma fonte de vibração.

A CB 450 tinha dois eixos balanceadores ligados ao virabrequim.

Virabrequim: O virabrequim com a biela

Todo cilindro tem sua fase ativa, que pode acontecer a cada duas voltas do virabrequim (motor quatro tempos) ou a cada volta (motor dois tempos). Durante a fase ativa, a combustão gera um impulso sobre o pistão de forte intensidade e breve duração. Por causa da pequena inclinação da biela, este impulso se descarrega em parte sobre o virabrequim e parte na parede do cilindro, criando um torque que tende a fazer o motor girar sobre si mesmo, em torno do eixo do virabrequim.

Aí entram em cena peças importantes: os mancais (ou coxins) de apoio do motor ao quadro, que vão tentar impedir que o motor saia por aí dando cambalhotas por todo lado, mas não conseguem impedir que parte destes movimentos estranhos se transmita ao veículo. Só existe uma forma de minimizar este fenômeno (além de reforçar os coxins, é claro): dividir a cilindrada em vários cilindros, reduzindo assim a intensidade dos impulsos.

As armas para combater a vibração Chegou a hora de acabar com a vibração. Ou melhor, de tentar atenuar o problema, uma vez que não é possível acabar com a vibração, mas apenas diminuir seus efeitos nefastos. A solução mais simples seria aumentar o número de cilindros. Em segundo lugar, acrescentar um ou dois eixos balanceadores.

No primeiro caso, a força inercial de um cilindro é anulada pelo outro correspondente. Diminuindo-se a cilindrada unitária, diminui-se também os valores de massa em movimento alternado, o que influi muito positivamente na redução da vibração.

No caso dos eixos balanceadores, coloca-se dentro do motor um falso “virabrequim” (que na verdade é apenas um eixo virabrequim), rotativo, no sentido contrário ao virabrequim motriz. Desta forma o eixo balanceador vai criar forças centrípetas opostas às criadas pelo virabrequim. Com isso são balanceadas as vibrações primárias (de alta freqüência), que são as mais prejudiciais, mas não são eliminadas as vibrações secundárias (de baixa freqüência). Para se obter um equilíbrio maior seriam necessários dois eixos balanceadores ligados entre si, esta é uma solução utilizada no motor Honda de 450cc.

Outra solução para reduzir as vibrações, que já vem sendo adotada pelos motores mais modernos, é a utilização de bronzinas de perfil fino no lugar de rolamentos. Mas a solução melhor para o motociclista é tentar isolar a transmissão das vibrações do motor para o quadro, utilizando mancais elásticos. Estes mancais elásticos são peças de metal que se interpõem entre o bloco do motor e os pontos de fixação no quadro.

Em última análise, uma boa manutenção periódica do motor também contribui para reduzir as vibrações, principalmente nos motores dois tempos, mais sujeitos às folgas por desgaste. Quando o motor começa a apresentar perda de potência, de compressão ou for vítima de um travamento, o melhor remédio é fazer uma retífica, trocando anéis, pistão e juntas para deixar o motor “justo”. As folgas nas bielas são as maiores contribuidoras para aumentar a vibração de um motor.

Constantemente as fábricas investem em pesquisa e desenvolvimento em todas as variáveis que produzem vibração (combustão, balanceamento de componentes, mancais, etc), sem levar em conta o que é viável ou não industrialmente, depois é que se analisa a relação custo-beneficio para aplicar o desenvolvimento às motos de produção. Ou seja, os dias de motos vibrantes estão contados.

* técnica publicada em abril de 1990, quando eu ainda tinha paciência de escrever sobre isso tudo!