Biela ( ing. biela ) ( bara de tracțiune învechită ) - o piesă care leagă pistonul (prin intermediul unui bolț de piston ) și articulația bielei arborelui cotit sau roților motrice ale unei locomotive cu abur . Servește pentru a transfera forțele de gaz ale pistonului alternativ la arborele cotit rotativ.
Biela, ca element necesar pentru conectarea pistonului la arborele cotit, este utilizată în toate motoarele cu piston existente, cu excepția motorului Balandin , unde forța asupra arborelui este transmisă nu printr-o biela, ci printr-un glisor. mecanism, precum și motoarele de spălat.
Bielele se disting prin forma secțiunii bielei:
Cele rotunde sunt frecvente la motoarele marine, lubrifierea sau răcirea este asigurată prin găurire în interior; rombic - în motoarele de curse cu viteză mare, unde este important să îmbunătățim aerodinamica. Bielele simple ale mecanismelor de viteză mică au o secțiune dreptunghiulară [1] .
După forma capului manivelei, bielele sunt:
Acestea din urmă sunt tipice pentru motoarele radiale și în formă de V, cele cu furcă sunt folosite la unele motoare în formă de V și W. Datorită forțelor mai mari ale gazului, cu același diametru al cilindrului, secțiunea necesară a bielei diesel este mai mare, deci bielele diesel sunt mai grele. Biela suferă o încărcare alternativă complexă și este calculată separat pentru fiecare dintre elementele sale [2] .
După tipul de rulmenți din capetele bielei:
În capul inferior al bielei, cel mai adesea este instalat un lagăr alunecat, care are o căptușeală înlocuibilă cu un aliaj anti-fricțiune din bronz plumb (la motoarele diesel care funcționează cu combustibil murdar cu sulf), aliaj de aluminiu-staniu (cele mai multe adesea) sau chiar argintiu (în formă de stea de mare viteză). Capul superior al bielei are în mod tradițional o bucșă din bronz, cel mai adesea forată pentru a furniza ulei din rulmentul capului inferior. Cu toate acestea, la motoarele cu un știft de piston fixat în biela (modelele VAZ timpurii), nu există lagăr superior de biela - nu există bucșă sau role. În funcție de puterea motorului, bielele pot avea un orificiu în capul manivelei pentru a furniza ulei căptușelii cilindrului [3] .
Unele modele au rulmenti de rulare in capul inferior si chiar superior al bielei, in aceste cazuri suprafata interioara a bielei este intarita. O astfel de biela nu are garnituri și dimensiuni de reparație, atunci când este purtată, clema cu role este schimbată, în funcție de rezultatele măsurătorilor - biela și/sau arborele cotit. Aplicații - motoare de mare viteză răcite cu aer, motoare scavenged cu camera manivelă - adică acelea în care este mai dificil să furnizeze suficient ulei sub presiune. Dar cele mai frecvente sunt cele obișnuite cu bucșe și deget plutitor [4] .
După tipul conectorului capacului bielei:
Jumătățile capului inferior al bielei trebuie să se potrivească exact, fără a se deplasa, între ele. Conexiunea capetelor este cu șuruburi. La primele modele, piulițele bielei erau ținute în poziție cu șaibe rabatabile sau sârmă.
Cum să centrați capacul:
Biela din motoarele moderne de mare viteză percepe tensiuni alternative de miliarde de ori (acest număr depinde de turația și resursa motorului cu ardere internă). Are cerințe pentru:
Materialul folosit este de obicei aliat (40G, 45G2, 40KhN, 12KhN3A, 18KhNVA, 18Kh2N4A, ...) sau oțel carbon de călire suficientă [6] : cu cât grosimea secțiunii este mai mare, cu atât trebuie utilizat oțel mai aliat. Pentru motoarele de automobile mici, este obișnuit să se utilizeze oțel călit selectat cu carbon; în mecanismele de viteză mică, bielele au secțiuni mari, iar pentru a crește cu 90% călibilitatea, o cantitate tot mai mare de elemente de aliere crește în mod inacceptabil costul acestora. Prin urmare, bielele motoarelor marine cu ardere internă sunt realizate din oțel carbon normalizat de tip St5 (Steel 30, 35, 40) [7] . În mașinile VAZ, se utilizează oțel 40 select. Nichel-crom tip 12XH3A este utilizat atunci când carburarea (obținerea durității ridicate) este necesară pentru diametrul interior al capetelor care lucrează cu rulmenți cu role. Bielele din aluminiu se găsesc în motoarele de pornire, ceea ce le permite să se descurce fără garnituri plug-in, bielele din titan ștanțate sunt folosite la motoarele de curse de mare viteză.
Deoarece biela funcționează în principal în tracțiune-compresie și nu în încovoiere, miezul secțiunii sale trebuie să aibă aceeași rezistență ca și straturile de suprafață. Acest lucru se realizează fie prin călirea continuă prin limitarea grosimii secțiunii (grindă în I) folosind cantitatea necesară de elemente de aliere (crom, nichel, molibden), fie prin refuzul călirii folosind oțel normalizat (motoare cu ardere internă de dimensiuni mari). Alegerea rulmenților de biele poate influența materialul și gradul de întărire necesar: de exemplu, rulmenții cu rulare necesită duritate mare a căii de rulare și, prin urmare, este selectat oțelul dorit, urmat de cementarea diametrului rulmentului. Biela se obține întotdeauna prin ștanțare sau forjare pentru a crește rezistența, nu se folosește turnarea.
Pentru a crește rezistența la oboseală, se utilizează una din două metode: lustruirea suprafeței sau întărirea prin sablare. Rezistența ciclică a bielei este afectată și de raza tranziției, unghiul de etanșare a capului superior al bielei. Șuruburile bielei sunt fabricate din oțeluri aliate de înaltă calitate, supuse călirii și călirii, iar toate măsurile sunt luate pentru a crește rezistența la oboseală - o tranziție lină de la filet, tratament curat al suprafeței, întărirea suprafeței. Același lucru este valabil și pentru piulița bielei. Având în vedere acest lucru, șurubul bielei nu este supus standardizării și este întotdeauna unic.
O opțiune o reprezintă rulmenții (rulmenți cu role sau cu ace), caz în care elementele rulante au cel mai adesea o cușcă. Acest lucru impune și cerințe de duritate arborelui cotit al motorului. În cazul utilizării căptușelilor, acestea din urmă sunt împiedicate să se răsucească prin „muștații” lor care cad în șanțul capului [8] . Capacele rulmenților din orice model de motor nu trebuie confundate între ele.
Capul manivelei (manivela) are căptușeli instalate, care sunt fixate de la rotire prin „mustață” introdusă în canelurile capului. În cazul unui rulment din babbit (se folosesc babbit-uri de staniu-plumb de mare rezistență de tip B83), între jumătățile bielei se instalează un pachet de garnituri metalice, iar pe măsură ce babbit-ul se uzează, acestea sunt îndepărtate atunci când întreținerea unui motor diesel marin. Căptușelile obișnuite sunt realizate din bandă de oțel-aluminiu (aliaj de aluminiu anti-fricțiune, de obicei conține și staniu) sau bronz de plumb (are o presiune de contact admisă mai mare) [9]
Rulmentul inferior al bielei este în majoritatea cazurilor despicat (poate fi dintr-o singură bucată doar cu un arbore cotit prefabricat), astfel încât capacul este conectat la biela cu șuruburi (știfturi), mai rar cu știfturi.
Șuruburile bielei (stițuri) trebuie să garanteze nedeschiderea articulației capului manivelei, în timp ce șurubul suferă o solicitare alternativă, în funcție de raportul dintre rigiditatea șurubului și a capacului. Cu cât rigiditatea șurubului este mai mică (cu cât lungimea este mai mare, cu atât secțiunea transversală este mai mică), cu atât pulsațiile tensiunii de tracțiune în el sunt mai mici. De îndată ce îmbinarea se deschide, pulsația de stres crește de multe ori, iar șuruburile se sparg foarte repede [10] .
Capul superior al bielei are în cele mai multe cazuri o bucșă de bronz laminată cu o gaură pentru lubrifiere. După apăsare, manșonul este întors la dimensiunea degetului, oferind curățenia dorită a suprafeței. Deoarece viteza de rotație a știftului pistonului este scăzută, durabilitatea ansamblului este în multe cazuri asigurată cu un diametru mic al știftului și lubrifiere prin stropire.
Este posibil ca cele mai simple biele să nu aibă căptușeli inferioare de cap (biele din aluminiu pentru pornirea motoarelor, motoare de avioane pentru drone și altele similare cu o resursă limitată).
Bielele dintr-un motor sunt selectate în funcție de greutate. Mai mult, este de dorit să se regleze separat masele capetelor superioare și inferioare, folosind mareele din stânga pe capac și capul superior pentru pilire [11] . Cu toate acestea, unii mecanici preferă o modalitate mai ușoară - atunci când reparați, cântăriți biele și pistoane noi, aliniați-vă unul după greutate în ordine crescătoare, iar al doilea în ordine descrescătoare, apoi conectați. Deci masa setului cu piston se dovedește ușor și simplu a fi aproape aceeași [12] .
Defecțiunile sunt în mare parte uzură. Reparația capului superior este rareori necesară, durata de viață a bucșei atinge întreaga durată de viață a motorului.
Cu toate acestea, sunt posibile daune catastrofale din cauza ciocanului de berbec sau a impactului piston-la cap atunci când obiectele intră în cameră. Tija bielei este, de asemenea, adesea îndoită.
Cele mai vechi dovezi ale utilizării bielelor datează de la sfârșitul secolului al III-lea d.Hr. î.Hr., când în gaterele Imperiului Roman din Hierapolis , Asia Mică , mecanismele similare cu bielele moderne au fost folosite pentru a transforma mișcarea de rotație a unei roți de apă în mișcare de translație pentru a conduce un ferăstrău . Mecanisme similare au fost descoperite și în timpul săpăturilor de la Efes , care datează din secolul al VI-lea d.Hr. e.
Între 1174 și 1200 omul de știință și inventatorul arab Al-Jazari a descris o mașină al cărei design includea o bielă cu un arbore cotit ( mecanismul manivelei ). O astfel de mașină era destinată ridicării apei [13] .
În construcția de mașini, manivelele și bielele au fost folosite din abundență încă din secolul al XVI-lea, așa cum demonstrează tratatele vremii: Agostino Ramelli The Diverse and Artifactitious Machines din 1588, care prezintă optsprezece exemple. Numărul de exemple crește în Theatrum Machinarum Novum al lui Georg Andreas Böckler , care include până la 45 de mașini diferite.