RACING GUIMARÃES: CARDAN

quarta-feira, 3 de julho de 2013

CARDAN

Cardan

Uma junta de Cardan (em inglês: universal joint, U joint, Cardan joint, Hardy-Spicer joint ou Hooke's joint) é uma junção de acoplamento de um eixo que transfere o movimento em outra direcção sem modificar o sentido de giro. Basicamente é um par de dobradiças articuladas, entre si, mas que através de um eixo comum (num ângulo de 90º entre si) a ambas ortogonalmente posicionado modifica a direção desse movimento.

História

O conceito da Cardan é baseado no design do gimbal, que é usado desde a antiguidade. Na Grécia antiga o conceito era aplicado à construção de balistas. A primeira pessoa a sugerir o seu uso para transmitir potência motora foi Girolamo Cardano, um matemático italiano, em 1545, apesar de não se saber se ele realmente construiu um modelo funcional. Mais tarde Christopher Polhem reinventou o conceito e chamou-lhe "Nó de Polhem". Na Europa, o engenho era apelidado de junta de Cardan ou veio de Cardan. Robert Hooke construiu um modelo funcional da Cardan em 1676, nascendo o nome alternativo junta de Hooke ou Hooke's joint. Foi o fabricante de carros americano Henry Ford quem lhe apelidou de Cardan.

Velocidade angular

A Cardan permite que um veio possa ser não rectilíneo, mas para tal há separação do veio em dois veios mais curtos: o veio transmissor (drive shaft) e o veio transmitido (driven shaft). A separação e definição dos veios transmissor e transmitido é justificada pela sua aplicação: o veio transmissor num sistema de direcção automóvel, por exemplo, é o veio que se liga ao volante, que recebe as rotações e as transmite; num sistema de motor é o veio ao qual se liga o disco da embraiagem, que recebe a potência vinda do motor e a transmite. Quando os dois veios estão num ângulo (ß) que não 180º (em linha recta), o veio transmitido não roda com velocidade angular constante em relação ao veio transmissor. De facto quanto mais esse ângulo ß se aproxima dos 90º mais irregular fica o movimento (aos 90º a junta encalha e não há qualquer rotação).
No entanto, a velocidade média do veio transmitido é igual à do veio transmissor e assim a razão média entre a velocidade do transmitido para a do transmissor é 1:1 (um para um) após várias rotações. A velocidade angular ?2 do veio transmitido, em função da velocidade angular do veio transmissor ?1 e do ângulo do veio transmissor f1 é dada por:

$\omega_2 = \frac{\omega_1\cos\beta}{1-\sin^2\beta\cos^2\phi_1}$
e a aceleração angular,

$\alpha_2 = \frac{\omega_1^2\sin^2\beta\cos\beta\sin 2\phi_1}{(1-\sin^2\beta\sin^2\phi_1)^2}$

Para evitar uma rotação irregular do eixo do veio transmitido existem normalmente duas juntas universais num veio subdividido em 3 veios mais curtos. A segunda Cardan vai compensar o movimento irregular, regularizando-o para uma velocidade angular constante - mas para isso, ambos os veios transmitido e transmissor (o 1º e o 3º neste último caso) têm que estar em paralelo e ambas as juntas universais correctamente alinhadas uma com a outra. Normalmente ß ? 45°.