Biela do motor
A biela transmite a força gerada no cilindro e atuando no pistão para o virabrequim através do munhão da biela (Figura 7-18). A extremidade da biela que está conectada ao pino do pistão é chamada de extremidade pequena, enquanto a extremidade que está conectada ao munhão do virabrequim é chamada de extremidade grande. Tanto a extremidade pequena quanto a extremidade grande possuem superfícies de apoio. Desta forma, a força linear que atua no pistão e o conduz para completar o curso pode ser convertida do munhão giratório do virabrequim em força rotacional ou torque. A biela sem rolamento de extremidade pequena usada em conjunto com o pistão da cruzeta não possui sede de sela, mas possui uma sede de sela diretamente fixada ao pino do pistão; portanto, o rolamento superior é fornecido pelo rolamento da sede do pino do pistão. A maioria dos motores diesel comerciais usa bielas de duas peças. A biela geralmente é forjada como um todo e, em seguida, a tampa grande é separada, a superfície correspondente é usinada e fixada (parafusada) para usinagem.
Biela dividida
Durante anos, a tecnologia de biela dividida tem sido usada em aplicações de corrida, mas agora tornou-se comum em motores diesel. Alguns fabricantes de motores diesel chamam isso de tecnologia de biela de fratura. A extremidade maior da biela bipartida é usinada como um todo. Após a usinagem, a extremidade maior da biela é dividida. Dependendo do material utilizado, o processo de fratura pode ser realizado à temperatura ambiente ou a biela pode ser congelada a uma temperatura abaixo de{4}}zero. A fratura requer separação radial através da extremidade maior da biela. Isso produz uma aparência-áspera, mas capaz de formar uma face de contato final perfeita entre a biela e a tampa da biela. Desde que montada corretamente, a biela bipartida dispensa a realização do procedimento de verificação da folga lateral da biela após a montagem. A maioria dos fabricantes de motores diesel utiliza bielas bipartidas em pelo menos alguns de seus motores (Figura 7-19).
Figura 7-19 A superfície de contato da biela rachada: A. Estado decomposto; B. Estado montado.
Estrutura da biela
A maioria das bielas adota um projeto de seção transversal-em forma de I, mas seções transversais-circulares também têm sido usadas. A maioria das bielas possui canais de óleo perfurados da extremidade maior até a extremidade menor para transferir o óleo lubrificante do munhão da biela do virabrequim para o pino do pistão para fins de lubrificação e resfriamento. Bielas trapezoidais ou bielas-em forma de cunha tornaram-se comuns porque reduzem a tensão de flexão no pino do pistão aumentando a área da seção transversal-de carga, o que é ideal para motores diesel com alta pressão no cilindro. As bielas-em forma de cunha têm uma extremidade pequena-em forma de cunha. As bielas suportam dois tipos de cargas: carga de compressão e carga de tração. As bielas mostradas nas Figuras 7-20, 7-21 e 7-22 têm extremidades pequenas em forma de cunha. Devido às duras condições operacionais que as bielas suportam, elas possuem propriedades metálicas complexas. Eles precisam ter certa elasticidade, ser leves e capazes de absorver as cargas de compressão e tração do pistão.
Figura 7-20 Desmontagem da bucha do pino do pistão.
Carga de compressão
Durante o curso de compressão e o curso de potência do ciclo, a biela está sujeita a uma carga de compressão. Outra forma de dizer isso é “apertar”. Conhecendo os valores da pressão do cilindro e da área da seção transversal-do pistão, o grau de carga de compressão na biela pode ser calculado. As bielas de motores diesel comerciais raramente falham devido à sobrecarga de compressão. Quando isso ocorre, geralmente ocorre simultaneamente com outras falhas (como bloqueio hidráulico). O bloqueio hidráulico geralmente é o resultado da falha da junta do cabeçote, fazendo com que o líquido refrigerante vaze para dentro do cilindro.
Carga de tração
Carga de tração é força de tração. No final de cada curso, o pistão realmente para no ponto morto superior (TDC) ou no ponto morto inferior (BDC) do cilindro. Quando o motor funciona a 2.000 rpm, essa inversão de movimento ocorre quase 70 vezes por segundo em cada biela. Quanto maior a massa do conjunto do pistão, maior a força inercial e, portanto, a tensão de tração na biela e no munhão da biela da manivela também aumenta. Em motores que utilizam conjuntos de pistões articulados pesados, esta tensão pode ser extremamente extrema. A carga de tração na biela aumenta com a rotação do motor e a velocidade resultante do pistão. Quando o motor funciona em velocidade excessiva, o aumento da carga de tração na biela pode levar à falha de tração.
Tampa da cabeça deslocada
Muitos fabricantes compensam as superfícies de contato das duas metades da cabeça grande (na direção horizontal). Isto garante que os parafusos da biela não tenham que suportar toda a carga de tração da biela. A biela mostrada no dispositivo de fixação da biela na Figura 7-20 adota uma cabeça descentrada.
Dica técnica
Um método para verificar se a biela está ligeiramente dobrada é remover o cabeçote do cilindro e verificar a altura de cada pistão no cilindro na posição de ponto morto superior. Se a biela estiver muito dobrada, o motor não conseguirá girar.
Inspeção da biela
1. Conforme mostrado na Figura 7-20, use uma prensa para remover a bucha do rolamento, depois instale a tampa do cabeçote e aperte-a de acordo com as especificações.
2. Use um paquímetro interno ou medidor de extensão que corresponda ao micrômetro de diâmetro externo para medir o orifício da cabeça grande e o orifício da cabeça pequena. A concentricidade da cabeça grande é crucial e a força de tração é o resultado da carga do rolamento da biela.
3. A retilineidade e a torção da biela devem ser verificadas em um instrumento mecânico de inspeção de biela (Figura 7-21) ou em um instrumento eletrônico de medição de biela.
Figura 7-21 Instrumento de inspeção da biela/dispositivo de biela.
4. Use ar comprimido de oficina para soprar os canais de óleo nos orifícios da biela. Se necessário, use escovas de linha de pesca com cerdas de náilon para limpeza.
5. Finalmente, realize uma detecção de falha de partícula magnética eletromagnética na biela para verificar se há rachaduras. Este processo envolve o uso de um ferro eletromagnético para magnetizar a biela e, em seguida, a aplicação de pó magnético fino (método seco ou método de suspensão em solução). As rachaduras interromperão o campo magnético e o pó magnético se concentrará no defeito. Quando o pó magnético fica suspenso na solução, ele é revestido com um pigmento branco para que pequenas fissuras possam ser observadas com luz negra (luz ultravioleta). Qualquer componente que tenha sido submetido à detecção de falhas por partículas magnéticas deve ser desmagnetizado antes de ser reutilizado.
6. Ao substituir a bucha da extremidade pequena da biela, a bucha recém-instalada deve ser dimensionada e moldada usando um alargador do tipo-de extrusão, conforme mostrado na Figura 7-22.
Figura 7-22 Bucha do pino do pistão formadora do tipo compressão.
Ao manusear bielas, deve-se tomar extremo cuidado. Ao montar a biela no pistão, use uma morsa de bancada com garras de cobre e aplique uma leve pressão de fixação. Pequenos amassados e arranhões na biela podem criar pontos de concentração de tensão, levando potencialmente à falha por fratura. A maioria dos fabricantes de motores diesel recomenda a realização de inspeção de pó magnético eletromagnético sempre que a biela for removida do motor. Comparado ao dano potencial causado pela falha da biela, o custo da inspeção do pó magnético é insignificante. Quando a biela falha em um motor em funcionamento, o resultado geralmente é que a biela se espalha e perfura a peça fundida do bloco de cilindros. Os fabricantes recomendam a substituição das bielas que não passaram na inspeção. Ao consertar o motor, lembre-se que a retirada de material da biela alterará seu peso, alterando assim o equilíbrio dinâmico do motor. A Figura 7-23 mostra o procedimento para medir o furo grande da cabeça da biela usando um micrômetro.
Figura 7-23 Medição do furo grande da cabeça da biela usando um micrômetro.
Substitua a biela
Devido ao fato de o reparo de bielas não ser comum nas revisões atuais de motores diesel, as bielas devem ser inspecionadas de acordo com os procedimentos descritos pelo fabricante. Se forem considerados não qualificados, deverão ser substituídos. Ao substituir a biela, a correspondência de peso deve ser realizada de acordo com as instruções de serviço técnico do fabricante. Como a maioria dos camiões e autocarros com motores diesel têm velocidades relativamente mais baixas em comparação com os motores a gasolina, alguns fabricantes permitem alguma flexibilidade a este respeito. No entanto, substituir a biela por bielas de pesos diferentes (maiores ou menores) pode resultar em desequilíbrio do motor. Os fabricantes geralmente codificam as bielas por peso; normalmente, há uma janela de cerca de 1,4 onças (40 gramas) por classe de peso. Ao substituir bielas defeituosas, certifique-se de corresponder ao código de peso.
A maioria dos fabricantes exige a substituição dos fixadores da tampa da biela sempre que o motor é remontado. Além disso, a substituição deve ser feita usando fixadores do fabricante correto, em vez de parafusos de grau SAE de correspondência cruzada. Considerando as consequências da falha dos fixadores na tampa da biela, a deformação e o estiramento das roscas tornam muito alto o risco de reutilização desses parafusos. A taxa real de falha é muito baixa, mas lembre-se de que as consequências da falha da biela são graves. Se você estiver realizando este trabalho para um cliente, é recomendável substituir os fixadores e deixar a decisão de reutilizar os fixadores para o cliente. Se você gosta de arriscar, no caso de acoplamento deslocado da cabeça grande, reaproveitar os fixadores é mais vantajoso.
Rolamentos de biela
A maioria dos fabricantes de motores usa buchas de peça única pressionadas na extremidade menor da biela para a extremidade menor da biela e pastilhas de rolamento de fricção de duas-peças para a extremidade maior da biela. Os rolamentos da biela da extremidade pequena devem ser removidos usando um mandril ou punção adequado (consulte a Figura 7-20) e uma prensa ou prensa hidráulica. Não é recomendado o uso de martelo e qualquer punção que não esteja dimensionado para as dimensões do furo da extremidade pequena da biela, pois a possibilidade de danos é muito alta. Novas buchas de peça única-devem ser instaladas usando uma prensa e um mandril para garantir que os furos de óleo estejam alinhados corretamente e, em seguida, dimensionadas usando um alargador ou ferramenta de brunimento, conforme mostrado na Figura 7-22. Ao instalar os rolamentos separados da extremidade grande, atenção também deve ser dada à posição dos furos de óleo e à medição da folga entre o munhão da biela e o rolamento. Tanto os wafers do rolamento quanto as buchas da extremidade pequena da biela devem ser instalados em furos limpos e secos: limpando os rolamentos com um solvente, removendo qualquer revestimento protetor da embalagem e depois secando com ar comprimido.
Dica Técnica
Depois que a tampa da biela for apertada na biela de acordo com o torque especificado, a folga lateral da biela deve ser verificada. O emperramento da tampa da biela e do acoplamento da biela pode fazer com que o motor fique preso e danifique o virabrequim ao raspar o braço da manivela. Em aplicações onde a biela está trincada, esta verificação é desnecessária, pois pode-se presumir que a tampa da biela e a biela estão perfeitamente encaixadas. Mover o conjunto da biela para frente e para trás no munhão deve produzir um clique, indicando folga lateral.
Desmonte e instale o pistão
O conjunto do pistão normalmente se refere ao pistão montado, aos anéis do pistão e à biela. Isso às vezes é chamado de pacote de pistão. alguns fabricantes incluem a camisa do cilindro em sua definição do pacote do pistão. A maioria dos motores diesel comerciais para uso rodoviário são projetados para permitir revisões na posição da cabine quando necessário: isso significa que o conjunto do pistão pode ser removido do motor sem remover o virabrequim. Em alguns motores, o tamanho da cabeça da biela impede que ela seja removida da camisa do cilindro; neste caso, o conjunto do pistão e a camisa do cilindro devem ser removidos como uma unidade. Antes de remover o pistão, consulte a literatura de serviço do fabricante. Observe que em alguns motores a diesel não{6}}rodoviários, o conjunto do pistão não pode ser removido da parte superior, o que significa que não são possíveis revisões na posição da cabine. Ao instalar o conjunto de pistão no furo do cilindro do motor, use o compressor de anel de pistão apropriado.