Por que um motor de carro vibra na inicialização? » ABC da ciência

Os motores dos carros vibram devido a forças desequilibradas decorrentes do movimento alternativo e rotativo dos componentes do motor.

Para a maioria de nós, um dia típico com nosso carro consiste em ligá-lo, mudar de marcha e prosseguir com nossos negócios. À medida que o carro ganha vida, dificilmente pensamos duas vezes nas vibrações constantes, às vezes imperceptíveis, que emanam dele.

O que faz com que os motores vibrem durante a partida ou em marcha lenta? Vamos descobrir!

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Embora possamos estar aparentemente alheios às vibrações do carro, elas são um lembrete sutil de que o carro está funcionando. Diante de um mau funcionamento, um dos sinais mais comuns é o desvio dessa vibração de funcionamento 'despercebida'.

A vibração é frequentemente atribuída ao movimento dos componentes internos do sistema de transmissão. No entanto, isso é apenas parcialmente verdadeiro, pois os veículos elétricos, que também possuem componentes internos móveis (motores), não apresentam essa vibração.

A resposta para esse enigma está no projeto de motores de combustão interna.

Os motores de combustão interna são motores alternativos. Eles consistem em um componente alternativo (pistão e biela) para provocar o movimento rotatório (virabrequim). A combinação de movimento alternativo e rotativo introduz forças cíclicas e desequilibradas. Essas forças são percebidas como as vibrações que sentimos ao ligar/dirigir o carro.

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Forças desequilibradas são geradas quando todas as forças em um sistema em movimento não são anuladas por forças opostas. As forças residuais causam vários distúrbios, neste caso – vibrações.

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As vibrações nos carros surgem do movimento alternativo e rotativo do pistão, da biela e do virabrequim. É desejável que os componentes exibam 'simetria' de forças quando em movimento. Ou seja, os componentes alternativos e rotativos devem ser projetados para que haja o mínimo possível de forças residuais no sistema móvel. As vibrações nos motores surgem principalmente de duas fontes.

Isso se refere à desigualdade nos pesos e centros de gravidade dos vários componentes alternativos entre si. Em um sistema ideal, eles são idênticos para todos os pistões e bielas do motor.

Isso se refere à presença de massas rotacionais excêntricas que resultam na geração de forças centrífugas desequilibradas quando o motor está em movimento. Em um sistema ideal, o centro de massa dos elementos rotativos deve estar no eixo de rotação.

É importante equilibrar as forças residuais geradas devido ao movimento dos componentes do motor. Se não for controlado, seus efeitos debilitantes incluem desconforto do ocupante e falha mecânica completa do motor. O primeiro passo para equilibrar os motores é resolver qualquer desequilíbrio estático dos componentes de usinagem para tolerâncias extremamente próximas e idênticas. Os engenheiros procuram resolver a maioria dos problemas de desequilíbrio por meio do balanceamento estático.

O que não pode ser resolvido pelo balanceamento estático é tratado pelo balanceamento dinâmico. Aqui, forças desequilibradas são compensadas por eixos de balanceamento colocados opostos a eles.

No entanto, é importante observar que os desequilíbrios que causam vibração não podem ser completamente eliminados dos motores alternativos. Eles só podem ser reduzidos a níveis aceitáveis ​​de limites mecânicos e conforto do passageiro.

O balanceamento dinâmico está associado ao tempo de funcionamento do motor e consiste no balanceamento primário e secundário. O balanceamento primário é feito para forças desequilibradas que atuam na velocidade de rotação do virabrequim. O balanceamento secundário é feito para forças desequilibradas que agem com o dobro da velocidade de rotação. A biela, que é maior que o raio do virabrequim, dá origem a essas forças desequilibradas. Isso é conhecido como obliquidade. Embora as forças desbalanceadas primárias sejam maiores, elas são mais fáceis de equilibrar do que as forças desbalanceadas secundárias.