Biela ( ing. biela ) ( barra de tracción obsoleta ) - una parte que conecta el pistón (por medio de un pasador de pistón ) y el muñón de la biela del cigüeñal o las ruedas motrices de una locomotora de vapor . Sirve para transferir las fuerzas del gas del pistón alternativo al cigüeñal giratorio.
La biela, como elemento necesario para conectar el pistón al cigüeñal, se utiliza en todos los motores de pistón existentes, a excepción del motor Balandin , donde la fuerza sobre el eje no se transmite por una biela, sino por una corredera. mecanismo, así como motores de lavado.
Las bielas se distinguen por la forma de la sección de la biela biela:
Los redondos son comunes en los motores marinos, la lubricación o el enfriamiento se proporciona perforando el interior; rómbico: en motores de carreras con alta velocidad, donde es importante mejorar la aerodinámica. Las bielas simples de los mecanismos de baja velocidad tienen una sección rectangular [1] .
Según la forma de la cabeza del cigüeñal, las bielas son:
Estos últimos son típicos de los motores radiales y en forma de V, los bifurcados se utilizan en algunos motores en forma de V y W. Debido a las fuerzas de gas más altas, con el mismo diámetro de cilindro, la sección requerida de la biela diesel es más grande, por lo que las bielas diesel son más pesadas. La biela experimenta una carga alterna compleja y se calcula por separado para cada uno de sus elementos [2] .
Por el tipo de cojinetes en las cabezas de biela:
En la cabeza inferior de la biela, la mayoría de las veces se instala un cojinete liso, que tiene un revestimiento reemplazable con una aleación antifricción hecha de bronce de plomo (en motores diesel que funcionan con combustible sucio con azufre), aleación de aluminio y estaño (la mayoría a menudo) o incluso plateado (alta velocidad en forma de estrella). La cabeza superior de la biela tradicionalmente tiene un buje de bronce, perforado con mayor frecuencia para suministrar aceite desde el cojinete de la cabeza inferior. Sin embargo, en los motores con un pasador de pistón fijo en la biela (primeros modelos VAZ), no hay un cojinete de biela superior, no hay bujes ni rodillos. Dependiendo del impulso del motor, las bielas pueden tener un orificio en la cabeza del cigüeñal para suministrar aceite a la camisa del cilindro [3] .
Algunos diseños tienen rodamientos en la cabeza inferior e incluso superior de la biela, en estos casos la superficie interna de la biela está endurecida. Tal biela no tiene revestimientos y dimensiones de reparación, cuando se desgasta, se cambia el clip con rodillos, de acuerdo con los resultados de las mediciones: la biela y / o el cigüeñal. Aplicaciones: motores de alta velocidad enfriados por aire, motores de barrido de cámara de cigüeñal, es decir, aquellos en los que es más difícil proporcionar suficiente aceite bajo presión. Pero los más comunes son los ordinarios con bujes y un dedo flotante [4] .
Por tipo de conector de tapa de biela:
Las mitades de la cabeza inferior de la biela deben encajar exactamente, sin moverse, entre sí. La conexión de las cabezas está atornillada. En los primeros diseños, las tuercas de biela se mantenían en su lugar con arandelas plegables o alambre.
Cómo centrar la tapa:
La biela en los motores modernos de alta velocidad percibe voltajes alternos miles de millones de veces (este número depende de la velocidad y el recurso del motor de combustión interna). Tiene requisitos para:
El material utilizado suele ser aleado (40G, 45G2, 40KhN, 12KhN3A, 18KhNVA, 18Kh2N4A, ...) o acero al carbono de templabilidad suficiente [6] : cuanto mayor sea el espesor de la sección, más acero aleado se debe utilizar. Para motores automotrices pequeños, es común usar acero endurecido seleccionado al carbono; en los mecanismos de baja velocidad, las bielas tienen secciones grandes y, para aumentar el 90% de la templabilidad, una cantidad creciente de elementos de aleación aumenta inaceptablemente su costo. Por lo tanto, las bielas de los motores marinos de combustión interna están fabricadas en acero al carbono normalizado del tipo St5 (Steel 30, 35, 40) [7] . En los automóviles VAZ, se utiliza acero 40 select. El tipo de níquel-cromo 12XH3A se utiliza cuando es necesario cementar (obtener una alta dureza) el diámetro interior de las cabezas que trabajan con cojinetes de rodillos. Las bielas de aluminio se encuentran en motores de arranque, lo que les permite prescindir de revestimientos enchufables, las bielas de titanio estampadas se utilizan en motores de carreras de alta velocidad.
Dado que la biela trabaja principalmente en tensión-compresión, y no en flexión, el núcleo de su sección debe tener la misma resistencia que las capas superficiales. Esto se logra mediante una templabilidad continua limitando el espesor de la sección (viga en I) usando la cantidad requerida de elementos de aleación (cromo, níquel, molibdeno) o negándose a endurecer usando acero normalizado (motores de combustión interna de gran tamaño). La elección de los cojinetes de biela puede influir en el material y el grado de endurecimiento requerido: por ejemplo, los cojinetes de rodillos requieren una gran dureza en la pista y, por lo tanto, se selecciona el acero deseado y luego se cementa el diámetro del cojinete. La biela siempre se obtiene por estampación o forja para aumentar la resistencia, no se utiliza fundición.
Para aumentar la resistencia a la fatiga, se utiliza uno de dos métodos: pulido de la superficie o endurecimiento mediante granallado. La fuerza cíclica de la biela también se ve afectada por el radio de transición, el ángulo de sellado de la cabeza superior de la biela. Los pernos de biela están hechos de aceros aleados de alta calidad, sometidos a enfriamiento y revenido, y se toman todas las medidas para aumentar la resistencia a la fatiga: una transición suave desde la rosca, tratamiento de superficie limpio, endurecimiento de la superficie. Lo mismo se aplica a la tuerca de la biela. En vista de esto, el perno de la biela no está sujeto a estandarización y siempre es único.
Una opción son los rodamientos (rodamientos de rodillos o de agujas), en cuyo caso los elementos rodantes suelen tener una jaula. Esto también impone requisitos de dureza en el cigüeñal del motor. En el caso de utilizar liners, estos últimos se evitan que giren por sus "bigotes" que caen en la ranura de la cabeza [8] . Las tapas de los cojinetes en cualquier modelo de motor no deben confundirse entre sí.
La cabeza de la manivela (manivela) tiene revestimientos instalados, que se fijan al girar mediante un "bigote" insertado en las ranuras de la cabeza. En el caso de un rodamiento fabricado con babbit (se utilizan babbits de estaño-plomo de alta resistencia del tipo B83), se instala un paquete de juntas metálicas entre las mitades de la biela, y a medida que se desgasta el babbit, se retiran cuando mantenimiento de un motor diesel marino. Los revestimientos ordinarios están hechos de cinta de acero y aluminio (aleación de aluminio antifricción, por lo general también contiene estaño) o bronce de plomo (tiene una presión de contacto permisible más alta) [9]
El cojinete inferior de la biela en la mayoría de los casos está dividido (puede ser de una sola pieza solo con un cigüeñal prefabricado), por lo que la tapa está conectada a la biela con pernos (espárragos), con menos frecuencia con pasadores.
Los pernos de biela (espárragos) deben garantizar la no apertura de la unión de la cabeza del cigüeñal, mientras que el perno experimenta una tensión alterna, dependiendo de la relación de rigidez del perno y la tapa. Cuanto menor sea la rigidez del perno (cuanto mayor sea la longitud, menor será la sección transversal), menores serán las pulsaciones de tensión de tracción en él. Tan pronto como se abre la unión, la pulsación de tensión aumenta muchas veces y los pernos se rompen muy rápidamente [10] .
La cabeza superior de la biela en la mayoría de los casos tiene un buje de bronce laminado con un orificio para lubricación. Después del prensado, el manguito se gira al tamaño del dedo, proporcionando la limpieza superficial deseada. Dado que la velocidad de rotación del pasador del pistón es baja, la durabilidad del conjunto está en muchos casos asegurada con un diámetro pequeño del pasador y lubricación por salpicadura.
Las bielas más simples pueden no tener revestimientos de cabeza inferiores (bielas de aluminio para motores de arranque, motores de aviones para drones y similares con un recurso limitado).
Las bielas en un motor se seleccionan por peso. Además, es deseable ajustar las masas de las cabezas superior e inferior por separado, utilizando las mareas izquierdas en la tapa y la cabeza superior para archivar [11] . Sin embargo, algunos mecánicos prefieren una forma más fácil: al reparar, pese bielas y pistones nuevos, alinee uno por peso en orden ascendente y el segundo en orden descendente, luego conecte. Entonces, la masa del kit de pistón resulta fácil y simplemente ser casi la misma [12] .
Las fallas son en su mayoría por desgaste. La reparación de la cabeza superior rara vez se requiere, la vida útil del buje alcanza la vida útil completa del motor.
Sin embargo, es posible que se produzcan daños catastróficos debido al golpe de ariete o al impacto del pistón contra la cabeza cuando entran objetos en la cámara. La varilla de la biela también suele estar doblada.
La evidencia más temprana del uso de bielas data de finales del siglo III d.C. antes de Cristo, cuando en los aserraderos del Imperio Romano en Hierápolis , Asia Menor , se usaban mecanismos similares a las bielas modernas para convertir el movimiento de rotación de una rueda hidráulica en movimiento de traslación para accionar una sierra . También se han descubierto mecanismos similares durante las excavaciones en Éfeso , que datan del siglo VI d.C. mi.
Entre 1174 y 1200 el científico e inventor árabe Al-Jazari describió una máquina cuyo diseño incluía una biela con un cigüeñal ( mecanismo de manivela ). Tal máquina estaba destinada a levantar agua [13] .
En la construcción de máquinas, las manivelas y bielas se han utilizado abundantemente desde el siglo XVI, como lo atestiguan los tratados de la época: Agostino Ramelli Las máquinas diversas y artificiosas de 1588, que muestra dieciocho ejemplos. El número de ejemplos crece en Theatrum Machinarum Novum de Georg Andreas Böckler , que presenta hasta 45 máquinas diferentes.