Biela: peças, tipos, funções, usos e mais
O que é biela?
A biela é uma conexão entre o pistão e o virabrequim. Ela une o pino do pistão com o munhão do virabrequim.
A extremidade pequena da biela está conectada ao pino do pistão e a extremidade grande ao munhão do virabrequim.
O propósito da biela é converter o movimento linear do pistão no movimento rotatório do virabrequim.
A biela consiste em uma seção transversal em forma de I e é feita de aço forjado. Liga de alumínio também é usada para bielas.
Elas são combinadas com precisão em conjuntos de peso semelhante para manter o equilíbrio do motor.
Quanto mais leves forem a biela e o pistão, maior será a potência resultante e menor a vibração, porque o peso alternativo é menor.
A biela transmite o empuxo de potência do pistão até o munhão do virabrequim e, portanto, deve ser muito forte, rígida e também o mais leve possível.
As seguintes são as peças da biela:
- Extremidade pequena
- Extremidade grande
- Bucha
- Bronzinas
- Parafuso e porca
- Haste
- Pino de pistão
- Pistão
- Tampa de mancal
1. Extremidade pequena
A extremidade na qual a biela é fixada à face do pino do pistão é conhecida como a extremidade pequena da biela.
2. Extremidade grande
A extremidade na qual a biela é fixada ao lado do munhão do virabrequim é conhecida como a extremidade grande da biela.
3. Bucha
Ambas as extremidades da biela são fixadas com uma bucha. Uma bucha de bronze fosforoso é ajustada no olho sólido preso à extremidade pequena da biela.
A extremidade grande está presa ao munhão do virabrequim. A extremidade é dividida em duas partes e é apoiada sobre a casca do mancal do virabrequim.
4. Bronzina
Na extremidade grande da biela, há uma bronzina que está conectada à tampa do mancal, é conhecida como bronzina. Elas são feitas em duas partes que se encaixam no virabrequim. Esta é a posição onde a biela viaja na direção inversa.
5. Parafuso e porca
Depois que a biela é ajustada com o virabrequim na parte inferior, ambos os lados das extremidades grandes são fixados com alguns parafusos e porcas. Assim, ao combinar todos esses componentes, a biela está pronta para uso.
6. Haste
Além disso, cada um dos parafusos e porcas são empregados para conectar tanto a biela quanto a tampa do mancal. E uma seção em forma de viga é aplicada, é conhecida como haste. A seção da biela pode ser retangular, tubular e circular.
O comprimento da biela depende da relação (I/r)
Onde,
I = é o comprimento da haste ou viga
r
= é o raio da haste.
7. Pino de pistão
O pistão do motor está conectado à biela com a ajuda de um tubo de aço endurecido oco chamado pino de pistão. Também é conhecido como pino de gudgeon. O pino de pistão atravessa a extremidade curta da biela e pivota sobre o pistão acoplado.
8. Pistão
O pistão está conectado ao virabrequim com a ajuda de uma biela, que geralmente é abreviada como biela ou Conrod. O propósito do pistão é funcionar como um bujão móvel no cilindro, que forma o fundo da câmara de combustão.
9. Tampa de mancal
Os mancais de casca têm ajuste para desgaste, mas controlam o funcionamento e a folga lateral permite que a tampa do mancal seja apertada corretamente.
Há dois tipos de extremidades: extremidade pequena e extremidade grande com mancais. A extremidade grande é dividida em ângulo reto com seu comprimento como em (a) ou em um ângulo como em (b), para que possa ser montada no munhão do virabrequim. Uma tampa é fixada ao corpo da biela por dois parafusos e porcas.
Os motores modernos não têm metal de mancal fundido no furo da extremidade grande, mas usam cascas de mancal de aço de baixo carbono separadas.
O mancal de casca tem ajuste para desgaste, mas dá controle sobre o funcionamento e a folga lateral, proporcionando à tampa do mancal um ajuste correto. Às vezes, peças finas de metal conhecidas como calços são usadas quando são empregados mancais de espiga.
Estas podem ser preenchidas mais finas para compensar o desgaste do mancal e também para garantir a folga correta do mancal entre a biela e o virabrequim. A extremidade pequena geralmente é um olho sólido equipado com uma bucha de bronze fosforoso e um parafuso para fechar o olho ao redor do pino.
Todas as bielas de um motor devem ter o mesmo peso; caso contrário, pode ocorrer vibração perceptível. Na montagem, as bielas e as tampas são combinadas individualmente entre si. Geralmente carregam números de identificação para que não sejam misturadas se o motor for desmontado para serviço.
Os seguintes são os tipos de biela usados em vários tipos de motores:
- Biela tipo lisa
- Biela de garfo e lâmina
- Biela mestra e escrava
- Bielas de bloco
- Bielas fundidas
- Bielas forjadas
- Bielas de metal sinterizado
1. Bielas tipo lisa
A biela tipo lisa é usada em motores em linha e opostos. A extremidade grande da biela está presa ao munhão do virabrequim e equipada com uma tampa de mancal.
A tampa do mancal é montada por um parafuso ou prisioneiro na extremidade da biela. A biela deve ser substituída no mesmo cilindro e na mesma posição relativa para manter um ajuste e equilíbrio adequados.
2. Bielas de garfo e lâmina
Estes tipos de biela são usados em motores de motocicleta V-twin e motores de aeronave V12. Em cada par de cilindros do motor, uma biela de "garfo" é dividida em duas partes na extremidade grande e uma biela de "lâmina" é afinada a partir do cilindro oposto para encaixar neste espaço no garfo.
Este sistema elimina o momento de balanceamento que ocorre quando os pares de cilindros são equilibrados junto com o virabrequim.
No tipo de arranjo de mancais de extremidade grande, a biela de garfo tem uma única manga de mancal larga que se estende por toda a largura da biela, incluindo o espaço central.
A biela de lâmina então corre diretamente fora desta manga, não sobre o munhão do virabrequim. Isso faz com que as duas bielas se movam para frente e para trás, reduzindo assim a força sobre o mancal e a velocidade superficial. Mas, a velocidade do mancal também alterna em vez de girar continuamente, o que é um problema importante para a lubrificação.
3. Bielas mestras e escravas
Os motores radiais tipicamente usam bielas mestras e escravas. Neste sistema, um pistão consiste em uma biela mestra com conexão direta ao virabrequim. Outros pistões conectam suas bielas aos anéis que cercam a borda da biela mestra.
A desvantagem das bielas mestra-escrava é que o curso do pistão escravo é ligeiramente maior que o do pistão mestre, o que aumenta a vibração no motor em V.
4. Bielas de bloco
As bielas de bloco são projetadas a partir de aço ou alumínio. Em comparação com outros tipos de biela, elas são mais leves, mais fortes e têm maior vida útil.
É comumente usada em veículos de alta velocidade. Às vezes é projetada para reduzir os concentradores de tensão e se adaptar à fibra natural do material do bloco.
5. Bielas fundidas
Estes tipos de biela são preferidos e projetados pelos fabricantes porque podem lidar com a carga de um motor de série.
As bielas fundidas requerem baixo custo de produção e não podem ser usadas em aplicações de alta potência. As bielas fundidas têm uma costura perceptível no meio que as separa do tipo forjado.
6. Bielas forjadas
Algumas das bielas são fabricadas por forjamento. Estes tipos de biela são feitos forçando a fibra do material à forma da extremidade. Dependendo das propriedades exigidas, o material pode ser liga de aço ou alumínio.
As ligas de aço comumente usadas são ligas de cromo e níquel. O produto final não é projetado para ser frágil. Portanto, as ligas de níquel ou cromo aumentam a resistência da biela.
7. Bielas de metal sinterizado
As bielas também são projetadas a partir de metal sinterizado, pois é uma escolha adequada para os fabricantes. É preparada com uma mistura de pó metálico que é prensada no molde e aquecida a alta temperatura. Esta mistura é transformada em forma sólida.
Pode exigir usinagem leve, mas o produto basicamente sai de um molde de produto acabado. As bielas de metal sinterizado são menos caras que o aço e são mais fortes que as bielas fundidas.
Uma biela frequentemente está sujeita a forças grandes e repetitivas durante cada rotação do virabrequim. Estas forças criadas são proporcionais à velocidade do motor (RPM). Enquanto a biela trabalha continuamente no virabrequim, ela pode danificar ou quebrar. As seguintes são as falhas de uma biela:
- Fadiga
- Hidrolock
- Sobregiro
- Falha do pino
1. Fadiga
A fadiga ocorre frequentemente porque a compressão e o estiramento da biela acontecem a maior parte do tempo durante o processo. Eventualmente, isso causa o desgaste da biela até que ela quebre. A falta de óleo e a presença de sujeira no motor podem exacerbar este problema.
Este é o tipo mais comum de defeito e frequentemente também ocorre em motores mais antigos. Se o motor for reconstruído, você também pode experimentar fadiga ao adicionar um motor novo. Bem, isso acontece quando peças baratas ou peças erradas são usadas.
2. Hidrolock
O hidrolock ocorre quando a água entra na câmara do pistão causando deformação da biela. Isso pode ocorrer quando os veículos passam por uma estrada alagada.
Uma pequena gota de água no cilindro pode produzir batidas ou ruídos no motor. Isso pode ser facilmente corrigido. Mas, se houver muita água no cilindro, a faísca está por toda parte por um período de tempo, fazendo com que a biela do cilindro entorte ou quebre.
3. Sobregiro
O sobregiro é outro tipo de falha da biela. Que ocorre em motores novos e de alto desempenho. Se o tacômetro mostrar uma cor vermelha, indica que a posição da biela está em perigo. Isso ocorre porque as forças que atuam sobre a biela aumentam drasticamente em rotações mais altas.
4. Falha do pino
Às vezes o pino do pistão também é danificado e resulta em falha catastrófica do motor. Isso ocorre quando a biela se move para o bloco do motor ou quando o virabrequim é empenado.
Em alguns motores, pode causar grande perda de potência. O motor para imediatamente quando o pino quebra devido a este problema. Existe a possibilidade de que o motor tenha sobrevivido; caso contrário, pode ocorrer uma avaria total.
É uma parte de um motor de pistão que conecta o pistão ao virabrequim.
A biela converte o movimento alternativo do pistão na rotação do virabrequim.
As bielas são aplicadas em vários motores de automóveis.
A biela é usada em todos os tipos de veículos, como carros, caminhões e motocicletas.
Além disso, também é usada em veículos de construção como escavadeiras, rolos de estrada (máquinas de terraplenagem).
Portanto, na era moderna, todos os tipos de máquinas dependem inevitavelmente de pistões, bielas e virabrequins.
Estes componentes são necessários para o funcionamento preciso do motor de combustão interna.