BIELA.

ROLUL FUNCTIONAL

Biela este organul mecanismului motor care transmite forta de presiune a gazelor (componenta longitudinala) de la piston (capul de cruce) la arborele cotit si care asigura transformarea miscarii alternative de translatie a pistonului in miscarea de rotatie a arborelui cotit. La motoarele rapide si semirapide, biela asigura si conducerea uleiului la piston.

CONSTRUCTIA BIELEI

Biela este compusa din trei parti:

a)      piciorul bielei - partea articulata

cu boltul (traversa capului de cruce);

b)      capul bielei - partea articulata cu

fusul maneton al arborelui cotit;

c)      corpul bielei - partea centrala

a bielei.

Constructia piciorului bielei

Piciorul bielei are forma unui tub. Daca ungerea se face prin stropire, se practica un orificiu sau o taietura in partea superioara a piciorului (fig. 2.25). Daca uleiul este adus sub presiune, se practica un canal in corpul bielei. Daca este necesar sa se asigure racirea simpla a capului pistonului, prin jeturi de ulei, se prelungeste canalul pana la extremitatea superioara si se prevede la capatul sau cu un pulverizator.

Fig. 2.24

In interiorul piciorului se preseaza o bucsa din bronz, aluminiu, cupru sau alt material antifrictiune, numita cuzinet. Cuzinetul poate fi realizat dintr-o singura bucata sau sectionat. Este prevazut cu dispozitive de asigurare impotriva deplasarii axiale sau rotirii sale in piciorul bielei. In cuzinet este prevazut un canal inelar pentru dirijarea uleiului. La motoarele navale de puteri mici, piciorul poate fi confectionat din doua piese.

Constructia corpului bielei

Solicitarea corpului bielei la flambaj este posibila in doua planuri ale bielei (fig. 2.26.a): in planul de miscare (planul de oscilatie) si intr-un plan normal, in care biela se considera incastrata (planul de incastrare). Solicitarea la flambaj este de 4 ori mai mare in planul de oscilatie fata de cel de incastrare. Ca urmare, sectiunea corpului bielei trebuie sa asigure un moment de inertie de 4 ori mai mare in planul de oscilatie fata de planul de incastrare, utilizandu-se cel mai adesea sectiunea dublu T (fig. 2.26.b). Se mai utilizeaza sectiunea circulara (mai simpla din punct de vedere constructiv), dar numai la motoarele lente, dar de puteri mari.

Constructia capului bielei

Capul bielei trebuie sa satisfaca mai multe cerinte:

a)      sa aiba rigiditate superioara, conditionata de functionarea normala a cuzinetului;

b)      sa aiba o masa redusa (forte de inertie mici);

c)      sa aiba dimensiuni reduse (determina forma carterului si face posibila trecerea bielei prin cilindru la demontare-montare);

d)     sa aiba o racordare larga cu corpul, pentru a atenua efectul de concentrare a tensiunilor.

Capul bielei ester sectionat, capacul separandu-se de partea superioara a capului dupa un plan normal la axa bielei (fig. 2.27.a) sau dupa un plan oblic (fig. 2.27.b), inclinat de obicei la 45⁰, mai rar la 30 sau 60⁰.

La motoarele de puteri mari, poate exista si posibilitatea de reglare a lungimii bielei si, implicit, a raportului de comprimare si a volumului camerei de ardere (fig. 2.27.a).

Muchiile ascutite din partea superioara a capului duc la ruperi (fig. 2.28.a). De aceea, in aceasta regiune se utilizeaza racordari largi (fig. 2.28.b) sau degajari (fig. 2.28.c).

Capacul bielei se rigidizeaza prin nervuri care sporesc insa masa bielei si dificultatile de fabricatie. De asemenea, in partea superioara a capului poate fi practicat un orificiu prin care uleiul ester proiectat de forta centrifuga.

La motoarele cu cilindrii dispusi in V, daca bielele care lucreaza pe acelasi maneton sunt alaturate (fig. 2.29.a), capul lor este identic. In cazul ambielajului in furca (fig. 2.29.b), una dintre biele are capul in furca, iar cealalta are capul normal. Ambele biele lucreaza asupra aceleiasi bucse. In cazul ambielajului articulat (fig.2.29.c), biela secundara (bieleta) transmite miscarea bielei principale (bielei mama) prin intermediul unui bolt.

Suruburile de biela se utilizeaza in numar de 2, 4 sau 6. Ele se prind cu piulite pe partea superioara a capacului, pentru o mai buna accesibilitate, si se asigura impotriva rotirii.

Cuzinetii se executa din otel cu continut redus de carbon sau din aliaje de bronz, pe suprafata lor interioara aplicandu-se un strat de material antifrictiune. Montarea lor se face cu strangere, ceea ce asigura un contact mai bun cu capul bielei si implicit, o mai buna evacuare a caldurii.

SOLICITARILE BIELEI

Biela este solicitata de forta de presiune a gazelor la comprimare si flambaj. Forta de inertie a grupului piston solicita biela la intindere si comprimare. Marimea variabila a sarcinii aplicate bielei impune acesteia o conditie fundamentala: sa posede o rezistenta mecanica superioara.

Sub actiunea acestor forte, partile componente ale bielei se deformeaza diferit. Forta de presiune produce in corpul bielei o deformatie permanenta care, micsorand distanta dintre axele piciorului si capului bielei (fig. 2.30.a), impiedica miscarea libera. Sub actiunea aceleiasi forte, corpul bielei se deformeaza astfel incat se modifica paralelismul axelor (fig. 2.30.b), ceea ce constituie cauza principala a uzurii lagarelor si a slabirii asamblarii pieselor din mecanismul motor. Sub actiunea fortelor de inertie, piciorul si capul bielei se ovalizeaza (fig. 2.30.c), ceea ce creeaza pericolul de gripaj. Fortele tangentiale de inertie produc solicitarea de incovoiere a corpului (fig. 2.30.d). Incovoierea bielei poate aparea si din cauza dispozitiei excentrice a fortei de compresiune, determinata de jocul radial dintre bolt si bucsa. Deformarea bielei fiind cauza principala a micsorarii fiabilitatii ei si mai ales a organelor conjugate, se impune o a doua cerinta fundamentala: biela sa posede o rigiditate superioara.

Din punct de vedere functional, o deosebita importanta o prezinta lungimea bielei. Bielele lungi conduc la forte normale mai reduse, deci la micsorarea frecarii dintre piston si cilindru. Solutia conduce in schimb la marirea inaltimii motorului, la cresterea masei acesteia si la reducerea rigiditatii bielei. La reducerea lungimii bielei se obtine o biela cu rigiditate sporita, la care solicitarile de flambaj sunt practic neinsemnate.

Dezvoltand forte mari de inertie, biela creeaza solicitari mari in lagare, de unde rezulta si necesitatea unor mase cat mai reduse ale acesteia. Dupa fabricatie, masa bielei variaza in limite largi ( 5%). Pentru echilibrare se cere ca abaterea sa fie sub 1%. De aceea, la piciorul si la capul bielei se prevad zone ingrosate, din care se elimina material pentru corectarea masei.

MATERIALE DE FABRICATIE

Bielele se confectioneaza din:

a)      otel carbon de calitate;

b)      otel aliat cu elemente de aliere: Cr, Mn, Mo, Ni, V;

c)      aliaj usor (duraluminiu) - numai la motoarele de puteri mici;

d)     fonta cu grafit nodular.

Bielele din oteluri aliate se lustruiesc, fiind foarte sensibile la concentrarea de tensiuni. O metoda mai eficienta de ridicare a rezistentei la oboseala o constituie ecruisarea (durificarea bielelor cu alice).

Suruburile de biela se executa din oteluri aliate pentru imbunatatire. Materialele de constructie ale cuzinetilor piciorului si capului au fost mentionate in paragrafele 2.1. si 2.3.