La biela conecta el pistón y el cigüeñal, y transmite la fuerza que actúa sobre el pistón al cigüeñal, convirtiendo el movimiento alternativo del pistón en el movimiento de rotación del cigüeñal.
Breve introducción
El conjunto de biela consta de un cuerpo de biela, una tapa del extremo grande de la biela, un buje del extremo pequeño de la biela, una carcasa del cojinete del extremo grande de la biela y pernos (o tornillos) de la biela. El grupo de biela soporta la fuerza del gas transmitida por el pasador del pistón, así como las fuerzas de inercia oscilantes y recíprocas del grupo del pistón. La magnitud y la dirección de estas fuerzas varían periódicamente. Por lo tanto, la biela está sujeta a cargas alternas como la compresión y la tensión. La biela debe tener suficiente resistencia a la fatiga y rigidez estructural. La resistencia a la fatiga insuficiente a menudo conduce a la fractura de los cuerpos de la biela o de los pernos de la biela, lo que resulta en accidentes importantes de daño total de la máquina. Si la rigidez es insuficiente, provocará una deformación por flexión del cuerpo de la biela y una deformación por falta de redondez del extremo grande de la biela, lo que dará como resultado un desgaste excéntrico del pistón, el cilindro, el cojinete y el pasador del cigüeñal.
Composición estructural
El cuerpo de la biela consta de tres partes, y la parte conectada al pasador del pistón se llama cabeza pequeña de la biela; la parte conectada al cigüeñal se llama extremo grande de la biela, y la parte de la biela que conecta el extremo pequeño y el extremo grande se llama cuerpo de la biela.
La cabeza pequeña de la biela es en su mayoría una estructura de anillo circular de paredes delgadas. Para reducir el desgaste con el pasador del pistón, se presiona un revestimiento de bronce de paredes delgadas en el orificio de la cabeza pequeña. Taladre o frese ranuras en la cabeza pequeña y el revestimiento para permitir que las gotas de aceite que salpican entren en la superficie de contacto entre el revestimiento lubricante y el pasador del pistón.
El cuerpo de la biela es un elemento largo que experimenta una tensión significativa durante el funcionamiento. Para evitar la flexión y la deformación, el cuerpo de la biela debe tener suficiente rigidez. Por esta razón, la mayoría de los cuerpos de biela de los motores de automóviles adoptan una sección transversal en forma de I, que puede minimizar la masa manteniendo la rigidez y la resistencia suficientes. Los motores de alto refuerzo también utilizan una sección transversal en forma de H. Algunos motores utilizan una inyección de aceite de cabeza pequeña de biela para enfriar el pistón, lo que requiere perforar un orificio pasante longitudinalmente en el cuerpo de la biela. Para evitar la concentración de tensiones, la conexión entre el cuerpo de la biela y los extremos pequeño y grande adopta una transición suave de arco circular grande.
Para reducir la vibración del motor, es necesario limitar la diferencia de masa de cada biela de cilindro al rango mínimo. Al ensamblar el motor en la fábrica, generalmente se mide en gramos y se agrupa según la masa de los extremos grande y pequeño de la biela. Se selecciona el mismo juego de bielas para el mismo motor.
En un motor en forma de V, los cilindros correspondientes en las columnas izquierda y derecha comparten un muñón del cigüeñal, y hay tres tipos de bielas: bielas paralelas, bielas en forma de horquilla y bielas principales y auxiliares.
Principales formas de daño
Las principales formas de daño a las bielas son la fractura por fatiga y la deformación excesiva. Las ubicaciones habituales de la fractura por fatiga son tres áreas de alta tensión en la biela. Las condiciones de trabajo de la biela requieren que tenga alta resistencia y resistencia a la fatiga; También requiere suficiente rigidez y tenacidad. En las técnicas tradicionales de procesamiento de bielas, generalmente se utilizan materiales como acero 45, 40Cr o acero templado y revenido 40MnB, que tienen mayor dureza. Por lo tanto, se utilizan nuevos materiales de biela producidos por empresas automotrices alemanas como acero no templado y revenido microaleado con alto contenido de carbono C70S6, acero forjado de la serie SPLITASCO, acero forjado FRACTIM y acero forjado S53CV-FS (todos los cuales son estándares DIN alemanes). Aunque el acero de aleación tiene alta resistencia, es sensible a la concentración de tensiones. Por lo tanto, se deben establecer requisitos estrictos en la forma y el filete excesivo de la biela, y también se debe prestar atención a la calidad del procesamiento de la superficie para mejorar la resistencia a la fatiga. De lo contrario, la aplicación de acero de aleación de alta resistencia puede no lograr los resultados esperados.