Biela: Care este funcția sa?
Biela este o piesă mecanică care leagă pistonul de arborele cotit și asigură transmiterea forțelor între pistoane și arborele cotit. O parte a bielei este atașată la piston, în timp ce cealaltă este atașată la arborele cotit.
Acest articol va face lumină asupra funcției bielei și a posibilelor defecte. În plus, vom discuta pe scurt despre construcția acesteia și vom aminti cele mai frecvente probleme cu bielele și soluțiile acestora.
Conţinut
Funcțiile bielei
Biela este o componentă esențială a oricărui motor. Funcția sa principală este de a conecta pistonul la arborele cotit și de a transfera mișcarea pistonului la arborele cotit, care în cele din urmă antrenează motorul și generează putere.
Arborele cotit: pentru ce este și ce forțe trebuie să reziste?
Pe lângă transferul mișcării, biela susține greutatea pistonului și alte sarcini. Aceasta este o funcție critică, deoarece biela trebuie să fie suficient de puternică pentru a rezista la presiunea gazelor de ardere din cilindru, care poate fi substanțială.
Pistoanele motorului: Cum funcționează?
O altă funcție critică a bielei este aceea de a permite pistonului să se miște liber în interiorul cilindrului. Biela trebuie să se miște fără probleme și fără obstacole, deoarece orice rezistență sau interferență ar putea cauza funcționarea defectuoasă a motorului sau chiar defectarea.
Bielele sunt una dintre cele mai solicitate părți ale motorului și trebuie să absoarbă forțele generate de pistoane pe măsură ce se deplasează în sus și în jos. Aceste forțe includ presiunea gazelor de ardere și impactul pistonului care lovește chiulasa.
Biela trebuie să reziste la următoarele:
- Temperaturi ridicate
- Presiune mare
- Forțe de inerție ale greutății proprii
- Forțele de inerție ale pistoanelor
Biela trebuie să reziste acestor forțe fără a se rupe sau deforma. Din acest motiv, sunt de obicei realizate din oțel forjat sau din aliaje foarte rezistente și, în același timp, ușoare. Cu toate acestea, materialele din care sunt fabricate bielele diferă în funcție de tipul de motor.
Material biela
Bielele trebuie să prezinte o rezistență ridicată la lucru deoarece, pe durata de viață a motorului cu ardere internă, efectuează câteva zeci până la sute de milioane de curse. Cu toate acestea, durata de viață a bielelor utilizate în sporturile cu motor nu este o prioritate.
Diverse materiale oferă proprietăți unice care le fac potrivite pentru diferite aplicații. Trei materiale comune pentru biele sunt oțelul, aluminiul și titanul.
- Oțelul este un material popular pentru biele datorită rezistenței și durabilității sale. Poate rezista la solicitări și forțe mari în timpul funcționării motorului și este utilizat în mod obișnuit la motoarele de înaltă performanță și pentru sarcini grele.
- Aluminiul este un material ușor, cu o conductivitate termică bună. Poate disipa rapid căldura și poate reduce riscul de deteriorare a motorului din cauza supraîncălzirii. Bielele din aluminiu sunt adesea folosite la motoarele cu turații mari, unde reducerea greutății este o prioritate.
- Titanul este un material solid și ușor, făcându-l o alegere ideală pentru aplicații de înaltă performanță și curse. Cu toate acestea, titanul este, de asemenea, scump, făcându-l mai puțin comun la motoarele produse în serie.
Bielele folosite în sporturile cu motor sunt fabricate din aliaj de aluminiu sau titan. Avantajul bielelor din aliaj de aluminiu este greutatea lor mai mică, datorită căreia forțele de inerție sunt reduse și astfel este posibil să se obțină turații mai mari ale motorului.
Dezavantajul este durata scurtă de viață a unor astfel de biele. Aliajele de titan sunt solide și ușoare, dar acest material este costisitor și sensibil la deteriorarea suprafeței.
Piese ale bielei
Imaginea de mai jos prezintă construcția bielei dar include și un piston. Cu toate acestea, pistonul nu face parte din biela, așa că gândiți-vă la construcția bielei fără piston.
1. Corp tije
Partea principală a bielei este corpul tijei, de obicei construit din oțel robust și durabil. Are o formă cilindrică cu capete rotunjite și este conceput special pentru a rezista solicitărilor și forțelor experimentate în timpul funcționării motorului.
2. Două capete - Capătul mare și mic
Biela are două capete: mare și mică. Capătul mare este capătul mai mare și rotunjit care se atașează la arborele cotit, în timp ce capătul mic este capătul mai mic și rotunjit care se atașează la piston. Corpul tijei conectează capetele mari și mici și este proiectat să pivoteze și să se rotească unul față de celălalt.
3. Știft pentru încheietura mâinii/gudgeon
Știftul încheieturii mâinii, cunoscut și sub denumirea de știft de piston sau știft de piston, este o componentă cilindrică mică care se atașează la piston și se extinde în capătul mic al bielei. Știftul permite bielei să pivoteze și să se rotească în raport cu pistonul pe măsură ce arborele cotit se rotește.
4. Știftul manivelei
Știftul cotit este o componentă cilindrică care se atașează la arborele cotit și se extinde în capătul mare al bielei. Știftul manivelei permite bielei să pivoteze și să se rotească în raport cu arborele cotit pe măsură ce pistonul se mișcă în sus și în jos în cilindru.
5. Inserții de rulmenți
Bielele au de obicei rulmenți atât la capetele mari, cât și la cele mici pentru a permite pivotarea și rotirea lină. Acești rulmenți pot fi fabricați din bronz sau polimeri sintetici cu frecare redusă.
6. Șuruburi și piulițe
Bielele sunt adesea ținute împreună cu șuruburi și piulițe, ceea ce le face ușor de dezasamblat și reasamblat pentru întreținere sau reparare. Aceste șuruburi și piulițe pot fi fabricate din diferite materiale, cum ar fi oțel sau un aliaj.
Tipuri de biele
- Tije de tip simplă
- Tije furcă și lamă
- Tije forjate
- Tije master și slave
- Tije turnate
- Tije bile
- Tije metalice motorizate
1. Tije de tip simplu
Bielele de tip simplu sunt utilizate în mod obișnuit în motoarele în linie și opuse. Au un design simplu, cu un capăt mare atașat la manetă și echipat cu un capac de rulment.
Capacul rulmentului este montat folosind un șurub sau un știft la capătul bielei. Înlocuirea bielei în același cilindru și poziție relativă este esențială pentru a menține potrivirea și echilibrul corespunzătoare.
2. Furcă și tije cu lame
Motocicletele V-twin și motoarele de aeronave V12 folosesc de obicei biele cu furcă și lamă. Fiecare pereche de cilindri ai motorului are o tijă cu furcă împărțită în două părți la capătul mare, iar o tijă a lamei este conică pentru a se potrivi cu acest spațiu în furcă.
Acest design elimină cuplul de balansare care apare atunci când perechile de cilindri sunt echilibrate împreună cu arborele cotit. În tipul de aranjament cu rulmenți cu capăt mare, tija furcii are un singur manșon de rulment lat care se extinde pe toată lățimea tijei, inclusiv golul central.
Tija lamei trece în afara acestui manșon, nu pe pivot. Acest lucru face ca cele două tije să se miște înainte și înapoi, reducând forța asupra rulmentului și viteza de suprafață. Cu toate acestea, viteza rulmentului este inversă în loc să se rotească continuu, ceea ce poate fi o problemă semnificativă pentru lubrifiere.
3. Tije forjate
Unele biele sunt fabricate prin forjare, unde un granul de material este forțat în forma dorită. Materialul poate fi un aliaj de oțel sau aluminiu, în funcție de proprietățile necesare.
Oțelul aliat cu crom și nichel este folosit în mod obișnuit, crescând rezistența bielei. Produsul final nu este conceput pentru a fi fragil, ceea ce îl face o opțiune durabilă a motorului.
4. Tije master și slave
Motoarele radiale folosesc de obicei biele master-and-slave. În acest sistem, un piston constă dintr-o tijă principală cu atașare directă la arborele cotit, în timp ce alte pistoane își conectează bielele la inelele care înconjoară marginea tijei principale.
Cu toate acestea, dezavantajul tijelor master-slave este că cursa pistonului slave este puțin mai mare decât cea a pistonului principal, ceea ce crește vibrația în motorul de tip V.
5. Tije turnate
Producătorii preferă tije turnate deoarece pot face față sarcinii unui motor de stoc. Acestea necesită un cost redus de producție și nu pot fi utilizate în aplicații cu putere mare. Tijele turnate au o cusătură vizibilă în mijloc care le separă de tipul forjat.
6. Lansete de ghiveci
Bielele Billet sunt proiectate din oțel sau aluminiu. În comparație cu alte biele, acestea sunt mai ușoare, mai puternice și au o durată de viață mai lungă. Ele sunt utilizate în mod obișnuit la vehiculele de mare viteză și uneori sunt proiectate pentru a reduce stresul și pentru a pătrunde în granul natural al materialului țaglelor.
7. Biele metalice alimentate
Bielele din power metal sunt o alegere potrivită pentru producători. Un amestec de pulbere metalică este presat în matriță și încălzit la o temperatură ridicată pentru a crea o formă solidă.
Produsul poate necesita prelucrare ușoară, dar iese dintr-o matriță de produs finit. Bielele metalice din pulbere sunt mai puțin costisitoare decât oțelul și sunt mai rezistente decât tijele turnate.
Defecte ale bielelor
Una dintre cele mai frecvente defecte ale unei biele este oboseala. Acest lucru se întâmplă din cauza comprimării și întinderii continue a tijei în timpul funcționării motorului, care în cele din urmă provoacă uzură până când tija se rupe. Lipsa uleiului de motor și murdăria în motor pot agrava, de asemenea, această problemă.
Clasificarea uleiului de motor explicată
Hydrolock este o a doua defecțiune posibilă și apare atunci când apa pătrunde în camera pistonului și provoacă deformarea bielei. Acest lucru se poate întâmpla atunci când vehiculele trec prin drumuri inundate. Dacă intră prea multă apă în cilindru, scânteia poate cauza înclinarea sau spargerea tijei, rezultând daune semnificative.
Depășirea turației este un alt tip de defecțiune și apare atunci când turometrul afișează o culoare roșie, indicând că poziția bielei este în pericol - forțele pe care trebuie să le suporte tija cresc dramatic la turații mai mari, ceea ce poate duce la defecțiune.
În cele din urmă, defecțiunea știfturilor poate provoca, de asemenea, o defecțiune catastrofală a motorului. Când știftul pistonului este deteriorat, biela se deplasează în blocul motor. Acest lucru poate cauza pierderi mari de putere, iar motorul se poate opri imediat. Motorul poate supraviețui uneori, dar este posibilă și o defecțiune totală.