garagem do odois

Hoje em dia é fácil encontrar um rolamento. Estão em todos os meios de transportes e máquinas que se possam imaginar. São fabricados em todos os cantos do mundo e em lojas especializadas é possível encontrá-los em praticamente todas as medidas que se possa imaginar. Isso nos deixa com a errônea impressão que estes itens são simples e fáceis de fabricar.

Na verdade, rolamentos representam uma espécie de Santo Graal da mecânica: sem eles, tudo que possui movimento seria mais complicado e menos eficiente. Assim sendo, precisam ser fabricados com extrema precisão, tendo em vista ainda as enormes cargas que suportam.

E afinal, o que são?

O conceito é relativamente simples. Colocar elementos circulares (esferas ou rolos) entre superfícies que tenham movimentos relativos. Em geral um eixo girante dentro de um apoio.

Rolamentos. Essa é a ideia geral.
Fonte: emeraldinsight.com

Porém a área matemática de uma esfera em contato com um plano é zero (um ponto). Na prática há uma pequena deformação e ao invés de zero a área é apenas muito pequena. Como pressão/tensão é dada por força dividida pela área, uma força aplicada em uma pequena área resulta em tensões enormes. E este é uma das razões do primeiro desafio de um sistema rolamentado: Material.

Material

O aço que compõe as pistas (anéis do rolamento) e as esferas não pode ser um aço comum. Em geral o aço usado em rolamentos é uma liga bastante nobre (SAE 52100) que possui tensão de escoamento na ordem de 2GPa. Isso é cerca de 10 vezes mais que um aço comum. Para isso além de usar um aço nobre é preciso também rigorosos tratamentos térmicos (têmpera, recozimento, etc)

Precisão Dimensional

Esse é outro desafio. Não se pode ter um rolamento travado e tampouco um que apresente folga já quando novo. Também não pode gerar vibrações. As especificações de precisão são bastante elevadas e bem longe do visível a olho nu.

Tanta qualidade para um único objetivo: Ser esquecido. Um rolamento de boa qualidade e bem dimensionado vai funcionar bem por muito tempo – muitas vezes durante toda a vida útil do equipamento, sem ser substituído – fazendo com que o usuário nem se lembre que há tanta tecnologia e desenvolvimento escondidos em algum lugar. E se falando em eficiência e atrito logo pensa-se em bicicleta.

Rolamentos e Bicicletas

Falando de Bicicleta, onde cada Watt de potência é precioso, encontramos uma variedade de juntas rolamentadas. Caixa de direção, movimento central e é claro, nas rodas. Comumente vemos juntas rolamentadas de contato angular, ou seja, ao invés de pistas paralelas vemos cones. Isto ocorre pelo tipo de esforço a qual ele está sujeito. Uma carga que é a composição de força axial com radial.

Rolamento aberto da popular Chin Haur

No mundo da bicicleta não existe um padrão entre usar rolamentos fechados ou abertos (bacias e esferas soltas). Existe uma tendência de que rolamentos abertos sejam mais baratos e mais leves, o que torna a aplicação mais adequada para bicicletas além de permitir a regulagem do aperto e eliminar folgas que surgem com o uso. Mas a máxima ainda permanece a mesma.

Rolamento fechado, não tão popular mas da mesma Chin Haur

Um rolamento bem construído e calculado não deve apresentar problemas. No caso de bicicletas onde a carga é extremamente baixa e o uso é pouco frequente – diferente de uma máquina industrial que gira 24 horas por dia 7 dias por semana – é possível que o sistema dure algumas décadas e seja trocado por motivo de obsolescência e não por vida útil, como é o caso dos cubos para cassetes de 7v, que já possuem 20 anos e são trocados (ainda funcionando) por cubos de 8/9/10v.

Acaba-se encontrando mais falhas em juntas rolamentadas (bacias e esferas ou rolamentos fechados) por motivos não relacionados ao funcionamento. Dentre os motivos está:

• oxidação: aços de alta dureza possuem mais carbono e são mais sujeitos a oxidação devido a entrada de água por lavagem com alta pressão / submersão / vedação ineficaz;
• abertura para manutenção: muitíssimas vezes desnecessário, o desmonte para substituição de graxas e esferas por outras fora das especificações e apertos incorretos.

Pelos motivos apresentados, se preocupar com as vantagens e desvantagens de sistemas abertos ou fechados tem menos valor do que ler o manual do fabricante. Seguindo direito as instruções muito provavelmente irá ser trocado por um modelo mais moderno antes de apresentar problemas.

Alguns países, especialmente no pós segunda guerra, desenvolveram uma tradição na fabricação de peças e componentes: mecânicos, elétricos ou eletrônicos.

Na contramão, outras nações apresentaram a característica contrária, ou seja, desconfiança quando o assunto é produção. Por este motivo é comum que o país de origem da marca seja critério para escolha por parte dos consumidores, tal como para definição do preço cobrado.

Em decorrência disso, em geral produtos de marcas europeias – França, Alemanha, Inglaterra, Suíça, etc. – costumam disputar o topo na pirâmide de preços, enquanto os produtos chineses carregam a imagem de má qualidade.

Mas nem sempre essa afirmativa se comprova. Muito menos a relação preço-qualidade possui alguma lógica exata.

Não é só de Europa que vive coisa boa

A cultura industrial de uma país pode mudar rapidamente. Exemplo clássico é a indústria japonesa de 40 anos atrás, tendo se convertido em excelência em controle de qualidade. A crescente automação das industrial também faz com que não seja tão relevante o nível técnico dos operadores braçais na qualidade final e cada vez mais a qualidade do projeto tem maiores consequências no bom funcionamento do produto. Ou seja, um produto que foi bem concebido ainda na prancheta tem grandes chances de se um produto bom, independente de onde estejam as máquinas que o fabricam. As certificações de normas técnicas também darão subsídio para este processo (ISO, por exemplo).

Mas isso não é senso comum. Um exemplo curioso e positivo disso ocorreu com a tradicional marca inglesa Sturmey-Archer. Após seu pedido de falência na Inglaterra foi comprada pela chinesa SunRace, tendo sua planta fabril transferida para a China onde passou a ser avaliada pelas mais rígidas normas e certificações. Como consequência: uma melhora no produto e no controle de qualidade, ao contrário do que os mais tradicionais e pessimistas imaginaram.

Tempos áureos. BEM antes da crise e da Sunrace assumir a bronca.

Também não é só de China que vive coisa ruim

O exemplo negativo igualmente ocorre. Recentemente, após ter usado cerca de 40 pneus entre nacionais e asiáticos baratos, finalmente comprei um par da tradicional e refinada marca alemã Schwalbe. Os Delta Cruiser 700x28c foram adquiridos numa loja online da Inglaterra.

Apesar do preço, da fama, da origem alemã da marca e da garantia de originalidade da marca, estes pneus apresentaram um desempenho miserável, ficando inclusive atrás dos mais baratos pneus comprados aqui.

Schwalbe. Só quem sem a parte boa. Só que com a parte ruim – preço.

O desgaste muito acentuado pode ser consequência da maciez – que de fato é muito boa. Porém, não é o que se espera de um pneu destinado a Cicloturismo, atividade onde se busca durabilidade. A má qualidade se tornou mais aparente quando, mesmo utilizando a pressão recomendada – ultra conservadores 85psi para um pneu de 28mm – este teve sua lateral, onde há um ressalto para encaixar no aro, rasgada. Sequer havia sido em uso. A bicicleta estava na garagem e suspensa. Após 2 câmaras rasgadas dei o pneu por condenado e o substitui por um pneu genérico.

Também não é só de China que vive coisa ruim, o retorno

Tive outro Schwalbe que com um problema diferente. Na primeira vez que peguei estrada com ele, o pneu me brindou com 1h30m de caminhada. Num trecho de 60km tive dois furos com inofensivos aramezinhos metálicos. Quando do segundo, já não tinha mais câmara reserva e me restou caminhar.

Com baixa durabilidade, baixa resistência a furos, fabricação fora da especificação de pressão a única característica que manteve da fama da engenharia alemã foi realmente o alto preço de aquisição.

A pedalada é constituída por um movimento cíclico e alternante. Ao analisá-lo, uma das conclusões é a existência de uma diferença do torque na pedivela em cada ponto da volta.

Em geral temos o ponto de torque máximo quando o braço da pedivela se encontra paralelo com o chão (e perpendicular com a perna).

O ponto de menor torque acontece 90º depois, quando os braços da pedivela estão perpendiculares ao chão. Nesse estágio só podemos aplicar a força puxando ou empurrando na horizontal, o que a torna muitas vezes menor se comparada àquela de pressionar o pedal na direção do solo – aqui teremos inclusive a possibilidade de usar o próprio peso.

Como temos 2 braços de pedivelas defasados em 180º temos uma função que descreve o torque na pedivela que se repete a cada 180º e que alterna do máximo para o mínimo a cada 90º.

Considerando que a coroa da bicicleta está fixa em relação aos braços da pedivela (existem exceções), é possível dividir a coroa em 4 regiões espaçadas em ¼ de volta.

Em duas delas teremos um desgaste acentuado em virtude de estar em fase com o torque máximo. E nas 2 regiões restantes temos um desgaste muito inferior por estar em fase com “ponto morto” da pedalada.

Desgaste não uniforme de dentes da coroa

Numa corrente ideal de comprimento exato e imutável isso não aconteceria pois a tração na corrente seria distribuída em vários dentes. Porém, como o comprimento cresce com o desgaste, os primeiros dentes do contato acabam recebendo praticamente toda a carga da corrente.

Sabendo que precisamos descartar as coroas da pedivela quando estas começam a saltar, na prática descartamos uma coroa que está 180º operacional e 180º gasta.

Volta Coroa!

Em virtude disso, podemos realizar um truque para estender a vida das coroas da pedivela, caso estas seja parafusadas e sejam de 4 parafusos.

Basta que, de tempos em tempos (nas trocas de corrente ou em revisões periódicas, por exemplo), desparafuse as coroas, gire 90º e monte novamente. Desta forma dar-se-á maior desgaste aos dentes que estavam quase novos e poupará os dentes gastos e que iriam condenar a coroa toda.

Em caso de pedivelas de speed já é um pouco mais complicada esta matemática por utilizar 5 parafusos. Ainda assim, é possível girar 72º a cada troca de corrente e a cada 5 trocas teríamos um desgaste igual em toda a coroa.

Em algumas coroas maiores existe um pino de uns 5mm de altura cujo objetivo é impedir que a corrente caia no espaço entre o braço da pedivela e a coroa. Como ele não existe mais a simetria necessária para o rodízio, porém, pode ser removido. Com um câmbio dianteiro bem regulado isso não fará falta.

Esta técnica ainda permite equalizar o desgaste diferenciado em função de se ter uma perna mais forte que outra, algo extremamente comum.

Durabilidade da transmissão da bicicleta é sempre um problema. Um pequeno problema em bicicletas de estrada porém um continuo e grande problema para as fora de estrada. A grande diferença entre o desgaste quase sempre gera a mesma resposta: “sujeira”. Porém este não é o único, sequer o principal motivo para o desgaste acelerado nas MTB quando comparado as speeds.

Se suja por pouco

De fato a sujeira tem uma ação negativa nas correntes e engrenagem. Por si só, a presença de partículas de elevada dureza (grãos de areia, por exemplo) formam um comportamento abrasivo conhecido na tribologia como abrasão de três corpos (no nosso caso, a engrenagem e a corrente com um grão de areia entre eles). Isso acarreta a formação de pequenas marcas nas superfícies que aceleram o desgaste.

A sujeira também atua com um outro mecanismo. Ela remove a lubrificação. Sem lubrificação o contato direto do aço/aço gera um atrito muito superior a este contato num meio lubrificado. Como o lubrificante (óleo e graxa) atuam como proteção para corrosão, pode-se dizer que a sujeira também acelera a corrosão principalmente em contato com a água.

O maior motivo pelo desgaste acelerado, porém, está na própria relação de transmissão e nos tamanhos das engrenagens. Em geral encontramos nas MTB coroas menores na pedivela. Os mecanismos de desgaste na corrente e nas engrenagens em consequência disso são os seguintes:

Corrente

Para um ciclista usando uma relação usual de speed – 52/26, coroa e cassete – há uma multiplicação de 2:1. Poderíamos numa MTB obter a mesma multiplicação de 2:1 com 22/11 sem que o ciclista notasse diferença. O torque na roda e na pedivela seriam exatamente os mesmos porém a tração na corrente seria aproximadamente 2,5 vezes maior.

52t é pra lá de usual em speed. não espere isso de uma MTB.
Fonte: shimanoapropria.com

Hipoteticamente pode-se considerar uma relação quadrática entre durabilidade de corrente e sua tração. Dessa forma, uma corrente na relação 52/26 duraria (2,5)² = 6,25 vezes mais que uma corrente na relação 22/11.

A tensão alternante numa corrente, desde que não atinja valores próximos a tensão de escoamento, não provoca o aumento no comprimento como verificamos. Este aumento se dá por desgaste entre o pino (pins) e as placas internas (inner plates) da corrente. Cada vez que a corrente contorna a engrenagem ocorre um giro da placa em relação ao pino. E este giro ocorre com muito atrito fazendo o furo da placa (por onde passa o pino) desgastar e aumentar. A soma de todos estes desgastes faz com o comprimento total cresça bastante. Novamente, por este mecanismo, na MTB o desgaste é acentuado. Engrenagens menores fazem com que este ângulo entre os elos (criado pelo giro da placa em relação ao pino) seja mais fechado. Mais giro, temos mais atrito e consequentemente desgaste mais acentuado.

Corrente detalhada.
Fonte: thebicyclechain.com

O fato de haver 3 coroas numa MTB padrão comparada com 2 coroas numa speed padrão também acentua o efeito da tração pois permite um desalinhamento maior e sobrecarrega uma das placas.

Por ter uma coroa menor, temos uma corrente um pouco mais comprida para obter o comprimento certo. É uma contribuição pequena mas 6 elos a mais numa corrente de 100 elos faz ela durar 6% a mais. Bicicletas reclinadas com longas correntes tem sua vida útil maior.

 Engrenagem

A tensão alta na corrente gera, como é de se esperar, uma alta tensão de contato entre os rolos da corrente com os dentes da engrenagem. Isso faz com que os dentes gastem por atrito mais rapidamente. Em alguns casos, geralmente na coroa de 22 dentes, pode se verificar inclusive desgaste por deformação, indicando que a tensão de contato superou a tensão de escoamento. Fato que é praticamente impossível de ser verificado numa coroa de speed com mais de 50 dentes, mesmo que sejam de aluminio.

Além disso, a tensão da corrente é distribuída entre os dentes em contato com a mesma. Em geral a coroa fica em torno de 180º em contado com a corrente, ou seja, aproximadamente metade do número de dentes da engrenagem. No nosso exemplo de coroa de 52 (speed) e 22 (mtb) temos a tensão da corrente sendo distribuída em 26 dentes no caso da speed e 11 dentes na MTB. Assim cada dente terá que suportar uma carga muito maior na MTB.

f-lohmueller não deixa mentir. Tensão mais distribuída em R1.
Fonte: http://www.f-lohmueller.de

E por, em geral, andar numa velocidade média muito inferior a velocidade média de um speed, caso o RPM do ciclista seja o mesmo, teremos mais rotações da pedivela por quilômetro rodado, se comparado com uma speed.

E o resto

Nos demais componentes ainda verificamos a perda de precisão nos acionamentos em virtude da vibração.

Felizmente as fabricantes de componentes estão partindo para soluções com cassetes com engrenagens de mais dentes (eram 28, mudaram para 30, 32, 34 dentes e recentemente para 36, sendo previsto até 40 para o XTR em 2015) ao invés de diminuir o número de dentes na coroa (que não deverá ser menor que os atuais 22 dentes). Deverá no mínimo compensar a perda da durabilidade por usar correntes mais finas.

Para quem ja viu a bicicleta com o cubo Alfine notou que uma restrição deste tipo de transmissão é a ausência de blocagem. Ou seja, precisa de uma chave 15 para poder retirar a roda no caso da necessidade de um reparo.

Na mesma semana que eu recebi o cubo eu comprei uma chave 15 da Tramontina ( com o seguinte raciocínio: Já que gastei bastante no cubo, vale a pena comprar uma chave decente para não correr o risco de espanar).

O problema desta chave 15 é o fato dela ser muito comprida, já que tem ferramenta em ambas as pontas. Na minha pochete de quadro, que fica presa junto a mesa, ela ficava cerca de 10cm para fora, tornando inviável leva-la ali.

A solução foi serrar e tirar fora um terço inútil da chave. O novo problema se chamou Aço Cromo-Vanádio. Este relativamente sofisticado material é usado para esse tipo de ferramenta pela sua resistência a corrosão eu ao desgaste. Portanto é um material muito duro, dificil de ser cortado ainda mais usando uma serra manual que era o que eu tinha de disponível. Parte da alta resistência (cerca de 3 vezes superior a uma aço “de portão”) se da através do tratamento térmico (tempera).

Usando meus conhecimentos e um pouco de pesquisa cheguei a conclusão de que eu devia desfazer o tratamento térmico na região que eu faria o corte.

Cortei e arredondei as rebarbas com micro retífica e ficou perfeita. Coube direitinho na pochete de quadro.