Este artigo explica o que é o mecanismo biela-manivela e para que ele é usado. Além disso, são apresentadas as diferentes partes que compõem o mecanismo biela-manivela e a fórmula deste mecanismo.
Qual é o mecanismo biela-manivela?
O mecanismo biela-manivela é um mecanismo que serve para transformar um movimento circular em um movimento de translação, ou vice-versa. Ou seja, o mecanismo biela-manivela converte o movimento rotativo em movimento linear alternativo e vice-versa.
Principalmente, o mecanismo biela-manivela é composto pela biela e pela manivela . Assim, as duas partes mecânicas se combinam para passar de um movimento rotacional para um movimento oscilatório retilíneo.
Como você pode ver na imagem acima, a barra cinza (manivela) realiza um movimento rotacional, enquanto a extremidade direita da barra verde (manivela) realiza um movimento linear. Assim, o mecanismo biela-manivela permite passar de um movimento rotacional para um movimento retilíneo.
O sistema biela-manivela não é uma invenção recente, mas já era utilizado no Império Romano. Porém, embora pareça ser um tipo de mecanismo muito simples, tem muitas aplicações na engenharia, por exemplo, motores de combustão interna em automóveis utilizam este mecanismo.
Elementos do mecanismo biela-manivela
Principalmente, o mecanismo biela-manivela inclui os seguintes elementos:
- Manivela : É uma barra rígida com uma extremidade presa ao movimento giratório e a outra extremidade presa à biela.
- Biela : é o elemento do mecanismo responsável por transformar o movimento rotacional da manivela em movimento linear.
- Guia : limita o movimento do pistão e da biela, desta forma o movimento do pistão é linear.
- Êmbolo (ou pistão) : parte do mecanismo biela-manivela que realiza um movimento oscilatório retilíneo, ou seja, move-se alternadamente para frente e para trás.
Fórmula do mecanismo biela-manivela
Depois de vermos a definição do mecanismo biela-manivela e seus componentes, veremos qual é a fórmula matemática que nos permite estudar o movimento deste mecanismo.
Para encontrar a equação do mecanismo biela-manivela, serão utilizados os parâmetros mostrados no diagrama cinemático do mecanismo a seguir.
Tomando como referência a extremidade fixa da manivela, a posição da extremidade da manivela (x) é igual à projeção horizontal da manivela mais a projeção horizontal da manivela. Portanto, a fórmula para o mecanismo biela-manivela é a seguinte:
Contudo, a fórmula para este tipo de mecanismo pode ser simplificada. Porque se considerarmos que o comprimento da biela é muito maior que o comprimento da manivela (l>>r), então a expressão é a seguinte:
Exemplos de aplicações do mecanismo biela-manivela
Por fim, veremos algumas das aplicações mais comuns do sistema biela-manivela.
- Motor de pistão : Os motores de combustão interna são certamente a aplicação mais difundida do mecanismo biela-manivela. A função deste mecanismo é transformar a energia gerada durante a explosão do combustível em movimento circular do virabrequim. Carros não elétricos usam esse tipo de motor.
- Bombas hidrostáticas : o virabrequim aciona o sistema biela-manivela e o pistão aciona o fluido da bomba.
- Máquina de costura : o funcionamento deste tipo de máquina é baseado no mecanismo biela-manivela.
- Brinquedos Automatizados : A maioria dos brinquedos com movimentos automáticos também utiliza o mecanismo de manivela para operar.