Como ocorre a vibração em motores de quatro tempos? O que são os balanceadores e quais as sues finalidades. Estes são os temas abordados pelo engenheiro Antônio Lenda, consultor da SETPOINT, neste número.

Os motores de quatro cilindros em linha possuem um desbalanceamento inerente, que é denominado de segunda harmônica ou torça alternativa linear secundária. Este tipo de desequilíbrio se processa da seguinte forma: quando os cilindros 1 e 4 estão no ponto morto superior, os pistões 2 e 3 estão no ponto morto inferior e o centro de gravidade do conjunto está localizado no meio do curso dos pistões.

A partir desta posição, vejamos o que ocorre em uma rotação do virabrequim. Quando o virabrequim gira 90°, todos os pistões se localizam no ponto médio do seu curso e o centro de gravidade se desloca para um ponto abaixo do ponto médio do curso dos pistões (figura 01).

Ao atingir 180°, os pistões 1 e 4 estão no ponto morto inferior, os de número 2 e 3 estão no ponto morto superior, e o centro de gravidade do conjunto se desloca para o ponto médio do curso dos pistões. Atingindo 270°, ocorre o deslocamento do centro de gravidade da mesma forma que em 90°. Já com 360°, acontece o mesmo que em 180°.

Em uma volta completa do virabrequim, o centro de gravidade do conjunto se desloca duas vezes. Esse movimento alternativo ocorre no plano vertical, tentando tirar o motor de sua base por duas vezes a cada rotação. Por esse motivo, esta força é denominada de “força de trepidação vertical de segunda ordem”. O termo segunda ordem significa que a sua freqüência é de duas vezes a cada rotação do virabrequim. Para minimizar esta força são utilizados os balanceadores.

Balanceadores

A característica física do dispositivo balanceador depende do projeto do motor. Mas existem dois tipos utilizados com maior freqüência: os eixos balanceadores, usados pela Caterpillar, e o dispositivo compensador de massa, usado pela MWM. Para anular ou equilibrar a força de trepidação vertical, deve-se aplicar uma força igual à gerada, porém, no sentido oposto. Isso pode ser conseguido nos motores de quatro cilindros e quatro tempos, utilizando-se os eixos balanceadores ou dispositivo compensador de massa, que giram com o dobro da rotação do virabrequim (figura 02).

Uma dica: os balanceadores são sincronizados um em relação ao outro, e ambos em relação ao virabrequim. Giram em sentido oposto para evitar que o peso combinado do conjunto seja arremessado para o mesmo lado do motor, provocando vibrações laterais. As marcas de sincronismo asseguram o posicionamento correto, de forma que as suas partes mais pesadas fiquem par baixo quando dois pistões estiverem no ponto morto superior.

Vibração nos Motores de Dois Tempos

Nestes motores a vibração vertical pode ser eliminada pelos eixos balanceadores, porém estes introduzem uma outra espécie de vibração, conhecida como “binário oscilante”. Essa vibração tende a fazer com que o motor oscile longitudinalmente em seu suporte, uma vez a cada giro do virabrequim. A utilização de balanceadores especiais nas partes dianteira e traseira do motor de dois tempos anulam este binário oscilante. A não utilização destes balanceadores provoca vibrações que diminuem a vida útil do motor.

Vibração nos. Motores em “V” de 60° CAT

Em motores deste tipo são utilizados balanceadores excêntricos, que recebem esta denominação devido ao fato de terem seu centro de gravidade fora da linha central do eixo. O balanceador traseiro é acionado pelas engrenagens de distribuição do lado direito do motor. Já o dianteiro é acionado pelas engrenagens de distribuição do lado esquerdo.

Outra dica: os balanceadores excêntricos são sincronizados um em relação ao outro, e ambos em relação ao virabrequim. Giram em sentido oposto para evitar que o peso combinado provoque vibrações laterais. Esses componentes não requerem uma constante, mas alguns cuidados na desmontagem e montagem do conjunto (figura 03).

Engenheiro Antônio Lenda,
consultor da SET POINT.