Artigo sobre Biela Manivela

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Instituto Federal de Educa?º?úo, Ci?¬ncia e Tecnologia do Cear?í

Mecanismos ÔÇô Tecnologia em Mecatr??nica Industrial

BIELA-MANIVELA: ESTUDO DOS MOVIMENTOS

ALUNO: Luzim?írio Alves de Oliveira

luzimario_17@yahoo.com.br

ORIENTADOR: . Paulo Thiago Lima do Nascimento.

paulothiagolimanascimento@hotmail.com

Resumo: O mecanismo de transforma?º?úo de movimento biela-manivela ?® um mecanismo emblem?ítico da engenharia mec?ónica provavelmente dos mais utilizados devido ?á sua simplicidade e versatilidade. Usualmente associado ?á m?íquina a vapor de pist?Áes, ?® ainda hoje muito utilizado em motores de combust?úo interna, compressores e outras m?íquinas. Este mecanismo ?® amplamente utilizado como forma de transforma?º?úo de movimento de rota?º?úo em movimento linear (como, por exemplo, no compressor alternativo) ou vice-versa (como por exemplo, no motor de combust?úo interna). Os dois pontos mortos, nas posi?º?Áes extremas do pist?úo, s?úo ultrapassados com a instala?º?úo de um volante de in?®rcia, no eixo da manivela.

Palavras-chave: Mecanismo, biela-manivela, motores, pist?Áes.

1. INTRODU?ç?âO

O sistema biela-manivela ?® um mecanismo a qual transforma movimento circular em um movimento de transla?º?úo, ou vice-versa. Esse mecanismo ?® largamente usado e sua maior aplica?º?úo ?® em motores de combust?úo interna, onde o movimento linear dos pist?Áes pela explos?úo do combust?¡vel ?® transmitido para a haste que gira em um movimento circular sobre o eixo de manivela.

Esse mecanismo ?® o ponto de partida para os sistemas que utilizam o movimento de rota?º?úo de um eixo ou de uma ?írvore para obter movimentos lineares alternativos ou angulares. Sendo esse constitu?¡do por a manivela, a biela, o cursor e o bloco por onde ocorrer?í a transforma?º?úo do movimento.

Este mecanismo apenas admite movimentos planos. A manivela descreve somente o movimento plano de rota?º?úo, a corredi?ºa descreve apenas movimento de transla?º?úo retil?¡nea e a biela tem um movimento plano geral ou misto (transla?º?úo e rota?º?úo), isto ?®, os pontos desta liga?º?úo t?¬m, simultaneamente, as caracter?¡sticas dos movimentos de transla?º?úo e de rota?º?úo.

Figura 1 ÔÇô Mecanismo Biela-Manivela onde: (1) o bloco,

(2) manivela, (3) biela e (4) cursor.

Formalmente, a considera?º?úo de um comprimento infinito para a liga?º?úo movida de um mecanismo de quatro barras, faz com que o par que une a liga?º?úo interm?®dia ?á liga?º?úo movida tenha um movimento retil?¡neo de vai-vem. Na pr?ítica, a liga?º?úo movida toma a designa?º?úo de corredi?ºa (ou pist?úo), sendo constrangida por guias (ou cilindro) – de forma a mover-se segundo uma linha reta – e a liga?º?úo com movimento rotativo ?® designada por manivela. A liga?º?úo interm?®dia toma o nome de biela.

2. DESENVOLVIMENTO

2.1. An?ílise do Deslocamento

No estudo dos movimentos, os c?ílculos freq??entemente necess?írios para a determina?º?úo de velocidades, acelera?º?Áes e deslocamentos, s?úo feitos com as equa?º?Áes que se seguem, baseadas na figura 2:

Figura 2 ÔÇô Estudo do movimento

Obtemos melhor disposi?º?úo com o desenvolvimento em s?®rie:

A precis?úo ?® progressiva ao elegermos cada termo, sendo geralmente satisfat??ria a utiliza?º?úo dos dois primeiros:

E, para ?t = cte = ?.

2.2. An?ílise da Posi?º?úo

Suponhamos que a manivela tem raio R e a biela tem um comprimento L (L>2R). A manivela gira com velocidade angular ? constante, e o pist?úo oscila. A posi?º?úo do pist?úo relativo ao centro da roda ?®:

Se situarmos a origem na posi?º?úo do pist?úo para ?=90??.

Se a manivela se move com velocidade angular ? constante, a posi?º?úo do pist?úo em fun?º?úo do tempo ?®:

Substituindo ? = ?t, temos:

Onde encontraremos dois valores para m?íximos e m?¡nimos da fun?º?úo, os quais s?úo:

O valor m?íximo ?® obtido para ?t = 0, e vale:

O valor m?¡nimo ?® obtido para ?t = ?,

Na figura 3, ?® representada a posi?º?úo x do pist?úo em fun?º?úo do tempo (azul) e o MHS (vermelho)

O valor m?íximo ?® obtido para ?t = 0, e vale x= +R

O valor m?¡nimo ?® obtido para ?t = ?, e vale x= -R

Figura 3 ÔÇô Gr?ífico da fun?º?úo posi?º?úo em rela?º?úo ao tempo

2.3. An?ílise da Velocidade

Derivando a posi?º?úo x com rela?º?úo ao tempo obtemos a velocidade

Na figura 4, ?® representado a velocidade v do pist?úo em fun?º?úo do tempo (cor azul) e o MHS (cor vermelha).

Figura 4 ÔÇô Gr?ífico da velocidade em fun?º?úo do tempo

2.4. An?ílise da Acelera?º?úo

Derivando a velocidade v em rela?º?úo ao tempo obtemos a acelera?º?úo

Abaixo, na figura 5, ?® representado a acelera?º?úo em fun?º?úo do tempo (cor azul) e o MHS (cor vermelha).

Figura 5 ÔÇô Gr?ífico da acelera?º?úo em fun?º?úo do tempo

3. CONCLUS?âO

No decorrer deste trabalho foi apresentado um estudo sobre o deslocamento, velocidade e acelera?º?úo de um pist?úo no sistema biela-manivela. Ficando registrada sua efici?¬ncia e pot?¬ncia para a ind??stria e a vida dos cidad?úos que fazem uso deste sistema.

Atrav?®s dos gr?íficos obtidos do movimento confirma-se que o comportamento das curvas da velocidade e da posi?º?úo ?® semelhante ?á de uma sen??ide. Construindo o gr?ífico variando de 0?? a 360??, ?® poss?¡vel visualizar o movimento da mesma em um ciclo, comprovando assim o comportamento peri??dico do mecanismo.

REFER?èNCIAS

BACON, R. H., The motion of a piston, Am. J. Phys.?á (10) 1942, pp. 145-147

CLARO, J.C. Pimenta. Mec?ónica Aplicada: An?ílise Descritiva de Mecanismos. 2003, p.18-19

GARC?ìA, ?üngel Franco. Movimiento de un pist??n.2006. Dispon?¡vel em:

Autor Desconhecido. Balanceamento de m?íquinas alternativas.

Autor Desconhecido. Apostila de Mecanismo.

MAYER, Omar E. Mecanismos ÔÇ£BÔÇØ: Mecanismo Biela Manivela. Universid de Buenos Aires. 2006.

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