O que é volante do motor bimassa?

Em Recall e manutenção por André M. Coelho

Como técnico experiente, você certamente encontrará volantes de massa dupla ou bimassa, mas se não entender completamente como esses volantes funcionam, não estará sozinho. A experiência mostrou que muitos técnicos não entendem a tecnologia: portanto, este breve guia discutirá brevemente o que são os volantes de dupla massa, como eles funcionam, por que são necessários em algumas aplicações; por que eles falham e como diagnosticar possíveis falhas e defeitos em volantes de massa duplos, começando com esta pergunta:

O que é o volante do motor bimassa?

Ao contrário dos volantes convencionais fabricados a partir de uma única peça de metal, os volantes de massa dupla consistem em duas partes que são separadas por vários meios, daí o termo volante de “massa dupla” ou bimassa. Embora algumas especificações específicas do projeto variem entre as aplicações, todos os volantes bimassa seguem o mesmo padrão geral.

Por que são necessários volantes dupla massa?

Embora possa parecer que o volante de um motor em rotação gira a uma velocidade angular constante, na verdade não o faz, pois (tomando apenas um pistão e biela como exemplo), a força exercida pelo pistão na o virabrequim não é constante. Na prática, o pistão não exerce força quando está no Ponto Morto Superior no curso de força; só começa a exercer uma força quando passa pelo PMS, e aumenta progressivamente até atingir 90 graus após o PMS. Além de 90 graus após o PMS, a força exercida pelo pistão diminui progressivamente até atingir o ponto morto inferior, onde novamente não exerce força sobre o eixo de manivela.

Enquanto a energia cinética de um volante de peça única absorve amplamente a vibração causada pela aplicação desigual de forças no eixo de manivela, se a aplicação desigual de força é multiplicada pelo número de cilindros em um motor, o resultado é uma vibração constante isso é causado por uma torção microscópica e deformação do virabrequim que não pode ser completamente absorvido por um volante de peça única.

Além disso, a deformação do virabrequim não é constante em todo seu comprimento. Como a massa e a energia armazenada do volante do motor estão na parte traseira do eixo de manivela, a parte traseira do eixo de manivela é estabilizada; no entanto, o resultado disso é que a distorção do eixo de manivela é amplificada em direção à frente do eixo de manivela. Para combater esse efeito, a maioria dos motores de alto torque é equipada com balanceadores harmônicos para absorver a vibração na frente do eixo de manivela.

Embora os efeitos combinados de um equilibrador harmônico e de um volante pesado de peça única em motores modernos de alto torque sejam um longo caminho para eliminar vibrações de motor induzidas por virabrequim, o desenvolvimento de motores cada vez mais potentes e, principalmente, motores a diesel com cursos longos, resultou em aumento da vibração do motor. Isso é particularmente verdadeiro no caso de motores a diesel que desenvolvem seu pico de potência em baixas rotações: nessas aplicações, geralmente é alcançada potência máxima abaixo de 2000 RPM, o que é muito baixa para a rotação do volante do motor absorver a indução do virabrequim. vibrações efetivamente.

Embora se possa argumentar que quanto mais volumoso for um volante, melhor será capaz de absorver vibrações induzidas pelo virabrequim, existem dois problemas principais nessa abordagem. A primeira envolve inércia: quanto mais volumoso o volante se torna, mais energia é necessária para movê-lo, o que significa que a resposta do acelerador pode ser severamente afetada à medida que a massa do volante é aumentada. Esse efeito é análogo ao turbo lag, que é o resultado de um aumento no volume de gases de escape tendo que aumentar a velocidade de rotação da roda do compressor de um turbocompressor para desenvolver mais pressão de impulso.

O segundo problema com o aumento da massa dos volantes de uma peça é que, quanto mais volumoso o volante se torna, mais a deformação do virabrequim é amplificada em direção à frente do eixo, sendo a amplificação diretamente proporcional ao aumento dos volantes. massa. Na prática, isso significa que a massa do balanceador harmônico e, portanto, a massa do motor também devem ser aumentadas, o que, por sua vez, tem o custo de uma economia de combustível reduzida.

O volante do motor bimassa é feito de duas partes para projetos específicos. (Foto: Service Solutions Didcot)

Como funcionam os volantes bimassa?

Em virtude de seu design, os volantes de dupla massa eliminam os dois problemas mencionados acima, e aqui está o porquê. Como a massa principal é acoplada diretamente ao eixo de manivela, segue a velocidade angular desigual do eixo de manivela. No entanto, como a massa secundária não é fixa à massa primária, as molas do amortecedor entre as duas massas absorvem a rotação irregular da cambota, antes de transferir a energia rotacional da cambota para a massa secundária, que, por sua vez, transfere a rotação da cambota para a caixa de câmbio via a placa acionada por embreagem.

O quão bem as molas da almofada amortecem a rotação irregular da cambota dependem do design e da disposição das molas da almofada, da condição mecânica do motor, independentemente de haver ou não falhas de ignição no motor, mas o mais importante, da condição mecânica da próprio volante de massa dupla. No entanto, supondo que o motor esteja em perfeitas condições de funcionamento e que o volante de dupla massa não seja danificado, a maioria dos modelos de volante de dupla massa praticamente elimina vibrações induzidas pelo virabrequim, o que é uma das principais causas de danos e / ou falhas manuais na caixa de câmbio.

Deve-se observar que as placas acionadas por embreagem projetadas para serem usadas com volantes de massa dupla não possuem cubos com mola, como os encontrados nas chapas de embreagem convencionais, uma vez que as molas da almofada no volante desempenham a função de que os cubos com mola nas placas de embreagem convencionais executar. Portanto, os dois tipos de placas de embreagem não são intercambiáveis.

Vantagens dos volantes bimassa

Os volantes de dupla massa foram introduzidos principalmente para reduzir as vibrações do motor que danificam as caixas de engrenagens manuais de várias maneiras, com o grau de dano sendo proporcional à amplitude das vibrações. Entretanto, deve-se observar que nem todas as aplicações são ou foram suscetíveis a danos na caixa de engrenagens causados por vibrações do motor, o que significa que cada ocorrência de problema na caixa de engrenagens, como rolamentos desgastados, danificados ou quebrados do eixo de entrada, deve ser investigada com base em outras evidências, como quilometragem, uso do veículo, estilo de condução e histórico de serviço do veículo.

No entanto, outros benefícios dos volantes de dupla massa incluem operação mais suave da embreagem, mudanças de marchas aprimoradas, redução geral da vibração em todo o veículo e, em algumas aplicações, até um aumento marginal na economia de combustível.

Desvantagens dos volantes bimassa

Embora os volantes de massa dupla tenham algumas desvantagens reais, a gravidade de qualquer problema depende de vários fatores, incluindo a marca de volante de massa dupla em uso no veículo, o padrão de uso do veículo (é usado para rebocar ou não), a quilometragem do veículo, como o veículo é conduzido e as condições locais de direção. Por exemplo, se o veículo for usado principalmente em estradas de cascalho em condições de poeira, é provável que o volante de dupla massa não dure tanto tempo quanto o volante de um veículo semelhante que nunca vê estradas de cascalho ou condições de poeira.

No entanto, algumas desvantagens reais e objetivas dos volantes de dupla massa incluem as seguintes:

Custo de reposição extremamente alto comparado ao custo de substituição de um kit convencional de volante e embreagem. A maioria dos fabricantes recomenda a substituição do volante de dupla massa junto com a embreagem.

Os volantes de massa dupla não podem ser reconstruídos ou restaurados da mesma maneira que um volante convencional pode ser restaurado para remover pontos de acesso e pontuação quando uma embreagem convencional é substituída

Vida útil imprevisível; enquanto algumas marcas de volantes de massa dupla rotineiramente veem uma vida útil de cerca de 150.000 km ou mais, outras marcas falham rotineiramente em menos de 50.000 km

Problemas comuns de volantes bimassa

Os modos de falha mais comuns em todas as marcas de volantes de massa dupla são folga entre as duas massas no plano de rotação e “balanço”, que é folga lateral entre as duas massas.

No primeiro caso, a folga indica um problema, como molas quebradas da almofada ou molas relaxadas, como resultado do superaquecimento da embreagem. No segundo caso, a folga lateral lateral geralmente é o resultado de desgaste mecânico ou dano ao rolamento ou bucha que suporta a massa secundária. Observe, no entanto, que alguns modelos de volante de massa dupla dependem da existência de folga livre no rolamento / bucha de suporte, e isso só se torna um problema quando a folga livre se torna excessiva. Observe também que a quantidade de folga incorporada varia entre os projetos, portanto, consulte a documentação ou as especificações do fabricante antes de condenar um volante de dupla massa com base na folga entre as duas massas.

Outros tipos de falhas são semelhantes às observadas nos volantes do motor convencionais, como pontuação ou descoloração excessiva causada por superaquecimento, mas observe que no caso de superaquecimento da embreagem em um volante de massa dupla, há uma alta probabilidade de que o lubrificante entre os dois massas podem derreter e ser lançadas para fora da montagem. Nesses casos, a substituição do volante é o único remédio confiável, uma vez que as duas massas não podem ser separadas para substituir o lubrificante.

Como diagnosticar falhas / problemas do volante bimassa?

De modo um tanto irônico, e apesar do fato de que o objetivo principal dos volantes de dupla massa é reduzir as vibrações do motor, vibrações excessivas que podem ou não ser acompanhadas de “barulho”, “batidas” ou outros ruídos mecânicos geralmente são o primeiro sintoma de um volante de massa dupla com falha ou com falha.

Lembre-se, porém, de que um ruído de pancada ou pancada também pode ser causado por problemas no trem de força, como juntas em U desgastadas ou danificadas, rolamentos de suporte do eixo de tração e suportes de motor e / ou caixa de engrenagens danificados / quebrados. Todas essas possíveis causas DEVEM ser investigadas e descartadas como causa de ruídos mecânicos ou vibração excessiva antes que um volante de massa dupla seja condenado sem controle.

No entanto, vibrações excessivas nem sempre são causadas por volantes de massa dupla desgastados ou danificados; de fato, todas as outras causas possíveis da vibração devem ser investigadas primeiro, usando os sintomas como auxílio diagnóstico. Por exemplo, uma verificação de diagnóstico completa DEVE ser realizada para eliminar ou confirmar falhas de ignição como uma possível causa de vibrações que, como sabemos, às vezes só podem ocorrer em determinadas velocidades do motor.

Outros sintomas possíveis incluem a operação difícil ou dura da embreagem, a mudança de marchas com dificuldade e / ou um som de chocalho da caixa de engrenagens em ponto morto enquanto o motor está em funcionamento. No entanto, todos esses problemas podem ser causados por outros problemas que não um volante de massa dupla com falha. Por exemplo, operação difícil da embreagem pode ser o resultado de uma placa de pressão com falha, quebrada ou danificada, bem como problemas no (s) cilindro (s) mestre / escravo (s) da embreagem. Da mesma forma, a dificuldade na mudança de marchas pode ser causada por todas as causas acima mencionadas, bem como por problemas internos da caixa de engrenagens, como lubrificação inadequada ou falha mecânica de um ou mais componentes.

Além disso, lembre-se de que as rodas traseiras mal balanceadas podem, e costumam simular, os sintomas de um volante de massa dupla mal equilibrada; portanto, verifique o equilíbrio de todas as rodas no veículo antes de condenar um volante de massa dupla.

Como testar um volante bimassa?

A menos que você tenha acesso a equipamentos de teste especializados, como os instrumentos fabricados e fornecidos pela LUK, que detém a patente de volantes de massa dupla, não há maneira confiável de avaliar a condição de um volante de massa dupla sem removê-lo do veículo.

Mesmo assim, e assumindo que não há descoloração, pontuação excessiva, rachaduras / fraturas de qualquer parte da montagem ou evidência de vazamento de lubrificação presente, você está limitado a duas verificações básicas.

A primeira verificação envolve medir a folga entre as duas massas e comparar esse valor com a documentação e / ou especificações do fabricante. Lembre-se de que a substituição do volante é o único remédio confiável se a folga em qualquer direção exceder o limite máximo permitido.

A segunda verificação envolve a verificação dos limites de rotação da massa secundária em relação à massa primária, o que requer a remoção do volante do veículo e a fixação da massa primária em um torno. Isso pode ser feito inserindo dois parafusos nos orifícios da face de montagem e, em seguida, prendendo os parafusos em um torno de bancada robusto. Prenda um pedaço de aço à massa secundária usando os orifícios nos quais a placa de pressão está acoplada e exerça uma força de rotação na massa secundária.

Este teste é reconhecidamente bruto, mas se o volante for reparado, não haverá folga no plano de rotação e serão necessárias quantidades iguais de força para girar a massa secundária (contra a força das molas da almofada), através de sua faixa permitida em ambas as direções.

Observe, no entanto, que esse teste pode ser aprimorado anexando uma porca grande à alavanca, para que a porca seja colocada sobre o centro exato do conjunto do volante. Use uma chave dinamométrica devidamente calibrada, equipada com um indicador de ângulo e um soquete adequado para verificar a força necessária para girar a massa secundária e o ângulo de rotação nas duas direções. Qualquer desvio dos valores especificados deve ser considerado como evidência de que o volante está com defeito.

Algumas dicas para diagnosticar problemas com o volante de massa dupla

O ponto de tudo o que foi exposto acima é que os volantes de massa dupla são freqüentemente diagnosticados como causa de vibração excessiva e / ou ruídos mecânicos, quando na verdade as causas reais geralmente não envolvem o volante. A melhor maneira de evitar cair nessa armadilha (e possivelmente perder um cliente valioso) é replicar os sintomas com a maior precisão possível e, se necessário, fazer com que o cliente conduza o veículo durante a fase de investigação do procedimento de diagnóstico.

Deve-se lembrar que, uma vez que seus clientes conhecem melhor seus veículos, ele quase sempre é capaz de replicar um sintoma. Traduzido, isso significa que você pode economizar uma tonelada de dinheiro ao cliente simplesmente diagnosticando com precisão a causa raiz real de uma vibração de ruído mecânico pela primeira vez.

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Sobre o autor

O pai de André já teve alguns carros clássicos antes de falecer, como Diplomata, Chevette e Opala. Após completar 18 anos, tirou carteira de moto e carro, comprando então sua primeira moto, uma Honda Sahara 350. Fez um curso de mecânica de motos para começar uma restauração na moto, e acabou aprendendo também como consertar alguns problemas de carros. Seu primeiro carro foi uma Nissan Grand Livina de 2014 e pretende em breve comprar uma picape diesel. No caminho, vai compartilhando tudo que aprende no site Carro de Garagem.

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