A biela conecta o pistão e o virabrequim e transmite a força que atua no pistão para o virabrequim, convertendo o movimento alternativo do pistão no movimento rotacional do virabrequim.
Breve introdução
O conjunto da biela consiste em um corpo da biela, uma tampa da extremidade grande da biela, uma bucha da extremidade pequena da biela, um casquilho da extremidade grande da biela e parafusos da biela (ou parafusos). O grupo da biela suporta a força do gás transmitida pelo pino do pistão, bem como as forças inerciais oscilantes e recíprocas do grupo do pistão. A magnitude e a direção dessas forças variam periodicamente. Portanto, a biela é submetida a cargas alternadas, como compressão e tensão. A biela deve ter resistência à fadiga e rigidez estrutural suficientes. Resistência à fadiga insuficiente geralmente leva à fratura dos corpos da biela ou dos parafusos da biela, resultando em grandes acidentes de danos completos à máquina. Se a rigidez for insuficiente, causará deformação por flexão do corpo da biela e deformação fora da circularidade da extremidade grande da biela, resultando em desgaste excêntrico do pistão, cilindro, mancal e pino da manivela.
Composição estrutural
O corpo da biela é composto por três partes, e a parte conectada ao pino do pistão é chamada de cabeça pequena da biela; a parte conectada ao virabrequim é chamada de extremidade grande da biela, e a parte da biela que conecta a extremidade pequena e a extremidade grande é chamada de corpo da biela.
A cabeça pequena da biela é, em sua maioria, uma estrutura de anel circular de parede fina. Para reduzir o desgaste com o pino do pistão, um revestimento de bronze de parede fina é pressionado no pequeno furo da cabeça. Perfure ou frese ranhuras na cabeça pequena e no revestimento para permitir que gotas de óleo respingadas entrem na superfície de contato entre o revestimento lubrificante e o pino do pistão.
O corpo da biela é um membro longo que sofre estresse significativo durante a operação. Para evitar flexão e deformação, o corpo da biela deve ter rigidez suficiente. Por esse motivo, a maioria dos corpos da biela de motores automotivos adota uma seção transversal em forma de I, que pode minimizar a massa, mantendo rigidez e resistência suficientes. Motores de alto reforço também usam uma seção transversal em forma de H. Alguns motores usam injeção de óleo de cabeça pequena da biela para resfriar o pistão, o que requer a perfuração de um furo passante longitudinalmente no corpo da biela. Para evitar concentração de estresse, a conexão entre o corpo da biela e as extremidades pequena e grande adota uma grande transição suave de arco circular.
Para reduzir a vibração do motor, é necessário limitar a diferença de massa de cada biela do cilindro à faixa mínima. Ao montar o motor na fábrica, ele geralmente é medido em gramas e agrupado de acordo com a massa das extremidades grande e pequena da biela. O mesmo conjunto de bielas é selecionado para o mesmo motor.
Em um motor em forma de V, os cilindros correspondentes nas colunas esquerda e direita compartilham um pino de manivela e existem três tipos de bielas: bielas paralelas, bielas em forma de garfo e bielas principais e auxiliares.
Principais formas de dano
As principais formas de danos às bielas são fratura por fadiga e deformação excessiva. Os locais usuais de fratura por fadiga são três áreas de alto estresse na biela. As condições de trabalho da biela exigem que ela tenha alta resistência e resistência à fadiga; também requer rigidez e tenacidade suficientes. Nas técnicas tradicionais de processamento de bielas, materiais como aço 45, 40Cr ou aço temperado e revenido 40MnB são geralmente usados, que têm maior dureza. Portanto, novos materiais de biela produzidos por empresas automotivas alemãs, como aço microligado de alto carbono C70S6 não temperado e revenido, aço forjado série SPLITASCO, aço forjado FRACTIM e aço forjado S53CV-FS são usados (todos os quais são padrões DIN alemães). Embora o aço de liga tenha alta resistência, ele é sensível à concentração de estresse. Portanto, requisitos rigorosos devem ser colocados na forma e no filete excessivo da biela, e atenção também deve ser dada à qualidade do processamento da superfície para melhorar a resistência à fadiga. Caso contrário, a aplicação de aço de liga de alta resistência pode não atingir os resultados esperados.