Biella: qual è la sua funzione?
La biella è una parte meccanica che collega il pistone all'albero a gomiti e garantisce la trasmissione delle forze tra i pistoni e l'albero a gomiti. Una parte della biella è fissata al pistone, mentre l'altra è fissata all'albero motore.
Questo articolo farà luce sulla funzione della biella e sui possibili guasti. Inoltre, discuteremo brevemente della sua costruzione e menzioneremo i problemi più comuni con le bielle e le loro soluzioni.
Sommario
Funzioni della biella
La biella è un componente essenziale di qualsiasi motore. La sua funzione principale è quella di collegare il pistone all'albero motore e trasferire il movimento del pistone all'albero motore, che alla fine aziona il motore e genera potenza.
Albero motore: a cosa serve e quali forze deve sopportare?
Oltre a trasferire il moto, la biella sostiene il peso del pistone e altri carichi. Questa è una funzione critica, poiché la biella deve essere sufficientemente robusta da sopportare la pressione dei gas di combustione nel cilindro, che può essere notevole.
Pistoni motore: come funzionano?
Un'altra funzione critica della biella è quella di consentire al pistone di muoversi liberamente all'interno del cilindro. La biella deve muoversi agevolmente e senza ostacoli, in quanto qualsiasi resistenza o interferenza potrebbe causare il malfunzionamento o addirittura il guasto del motore.
Le bielle sono una delle parti più sollecitate del motore e devono assorbire le forze generate dai pistoni mentre si muovono su e giù. Queste forze includono la pressione dei gas di combustione e l'impatto del pistone che colpisce la testata.
La biella deve resistere a quanto segue:
- Alte temperature
- Alta pressione
- Forze inerziali del proprio peso
- Le forze inerziali dei pistoni
La biella deve resistere a queste forze senza rompersi o deformarsi. Per questo motivo sono generalmente realizzati in acciaio forgiato o in leghe molto resistenti e, allo stesso tempo, leggere. Tuttavia, i materiali con cui sono realizzate le bielle differiscono a seconda del tipo di motore.
Materiale della biella
Le bielle devono presentare un'elevata resistenza all'esercizio poiché, durante la vita del motore a combustione interna, eseguono da decine a centinaia di milioni di colpi. Tuttavia, la durata delle bielle utilizzate nel motorsport non è una priorità.
Vari materiali offrono proprietà uniche che li rendono adatti a diverse applicazioni. Tre materiali comuni per le bielle sono acciaio, alluminio e titanio.
- L'acciaio è un materiale popolare per le bielle grazie alla sua resistenza e durata. Può resistere a sollecitazioni e forze elevate durante il funzionamento del motore ed è comunemente utilizzato nei motori ad alte prestazioni e per impieghi gravosi.
- L'alluminio è un materiale leggero con una buona conduttività termica. Può dissipare rapidamente il calore e ridurre il rischio di danni al motore dovuti al surriscaldamento. Le bielle in alluminio sono spesso utilizzate nei motori ad alto numero di giri dove la riduzione del peso è una priorità.
- Il titanio è un materiale solido e leggero, che lo rende una scelta ideale per applicazioni ad alte prestazioni e da corsa. Tuttavia, il titanio è anche costoso, il che lo rende meno comune nei motori prodotti in serie.
Le bielle utilizzate nel motorsport sono realizzate in lega di alluminio o titanio. Il vantaggio delle bielle in lega di alluminio è il minor peso, grazie al quale si riducono le forze d'inerzia e quindi è possibile raggiungere regimi di rotazione del motore più elevati.
Lo svantaggio è la breve durata di tali bielle. Le leghe di titanio sono solide e leggere, ma questo materiale è costoso e sensibile ai danni superficiali.
Parti della biella
L'immagine sotto mostra la costruzione della biella ma include anche un pistone. Tuttavia, il pistone non fa parte della biella, quindi pensa alla costruzione della biella senza il pistone.
1. Corpo dell'asta
La parte principale della biella è il corpo dell'asta, tipicamente costruito in acciaio robusto e durevole. Ha una forma cilindrica con estremità arrotondate ed è specificamente progettato per resistere alle sollecitazioni e alle forze sperimentate durante il funzionamento del motore.
2. Due estremità: la grande e la piccola estremità
La biella ha due estremità: grande e piccola. L'estremità grande è l'estremità più grande e arrotondata che si attacca all'albero motore, mentre l'estremità piccola è l'estremità più piccola e arrotondata che si attacca al pistone. Il corpo dell'asta collega le estremità grandi e piccole ed è progettato per ruotare e ruotare l'uno rispetto all'altro.
3. Spillo da polso/spigolo
Lo spinotto, noto anche come spinotto o spinotto, è un piccolo componente cilindrico che si attacca al pistone e si estende nell'estremità piccola della biella. Il perno del polso consente alla biella di ruotare e ruotare rispetto al pistone durante la rotazione dell'albero motore.
4. Perno di manovella
Il perno di manovella è un componente cilindrico che si attacca all'albero motore e si estende nell'estremità grande della biella. Il perno di manovella consente alla biella di ruotare e ruotare rispetto all'albero motore mentre il pistone si muove su e giù nel cilindro.
5. Inserti cuscinetto
Le bielle hanno tipicamente cuscinetti sia all'estremità grande che a quella piccola per consentire una rotazione e una rotazione fluide. Questi cuscinetti possono essere realizzati in bronzo o polimeri sintetici a basso attrito.
6. Bulloni e dadi
Le bielle sono spesso tenute insieme da bulloni e dadi, che le rendono facili da smontare e rimontare per manutenzione o riparazione. Questi bulloni e dadi possono essere realizzati con vari materiali, come acciaio o una lega.
Tipi di biella
- Aste lisce
- Aste forcella e lama
- Aste forgiate
- Aste master e slave
- Aste fuse
- Aste ricavate dal pieno
- Bielle motorizzate
1. Aste di tipo normale
Le bielle di tipo semplice sono comunemente utilizzate nei motori in linea e contrapposti. Hanno un design semplice con un'estremità fissata al perno di manovella e dotata di un cappello del cuscinetto.
Il cappello del cuscinetto è montato utilizzando un bullone o un prigioniero all'estremità della biella. La sostituzione della biella nello stesso cilindro e relativa posizione è essenziale per mantenere un corretto adattamento ed equilibrio.
2. Aste della forcella e della lama
I motori V-twin per motociclette e aerei V12 utilizzano comunemente bielle a forcella e lama. Ogni coppia di cilindri del motore ha un'asta biforcuta divisa in due parti all'estremità grande e un'asta della lama è rastremata per adattarsi a questo spazio nella forcella.
Questo design elimina la coppia oscillante che si verifica quando le coppie di cilindri sono bilanciate insieme all'albero motore. Nel tipo di disposizione dei cuscinetti di fascia alta, l'asta della forcella ha un unico manicotto del cuscinetto largo che si estende per l'intera larghezza dell'asta, compreso lo spazio centrale.
L'asta della lama scorre fuori da questo manicotto, non sul perno di manovella. Ciò fa sì che le due aste si muovano avanti e indietro, riducendo la forza sul cuscinetto e la velocità superficiale. Tuttavia, la velocità del cuscinetto alterna invece di ruotare continuamente, il che può rappresentare un problema significativo per la lubrificazione.
3. Canne forgiate
Alcune bielle sono prodotte mediante forgiatura, dove una grana del materiale viene forzata nella forma desiderata. Il materiale può essere una lega di acciaio o alluminio, a seconda delle proprietà richieste.
Gli acciai legati al cromo e al nichel sono comunemente usati, aumentando la resistenza della biella. Il prodotto finale non è progettato per essere fragile, il che lo rende un'opzione di motore durevole.
4. Aste Master e Slave
I motori radiali utilizzano tipicamente bielle master e slave. In questo sistema, un pistone è costituito da un'asta principale con attacco diretto all'albero motore, mentre altri pistoni collegano le loro bielle agli anelli che circondano il bordo dell'asta principale.
Tuttavia, lo svantaggio delle aste master-slave è che la corsa del pistone slave è leggermente più grande di quella del pistone master, il che aumenta la vibrazione nel motore di tipo V.
5. Canne fuse
I produttori preferiscono le canne fuse perché possono sopportare il carico di un motore di serie. Richiedono un basso costo di produzione e non possono essere utilizzati in applicazioni ad alta potenza. Le canne fuse hanno una cucitura evidente nel mezzo che le separa dal tipo forgiato.
6. Barre di billette
Le bielle ricavate dal pieno sono progettate in acciaio o alluminio. Rispetto ad altre bielle, sono più leggere, più resistenti e hanno una durata maggiore. Sono comunemente usati nei veicoli ad alta velocità e talvolta sono progettati per ridurre le sollecitazioni e adattarsi alla grana naturale del materiale billetta.
7. Bielle metalliche motorizzate
Le bielle realizzate in power metal sono una scelta adatta per i produttori. Una miscela di polvere metallica viene pressata nello stampo e riscaldata ad alta temperatura per creare una forma solida.
Il prodotto può richiedere una lavorazione leggera, ma esce da uno stampo di prodotto finito. Le bielle in polvere di metallo sono meno costose dell'acciaio e sono più resistenti delle bielle in fusione.
Difetti delle bielle
Uno dei difetti più comuni di una biella è la fatica. Ciò si verifica a causa della continua compressione e allungamento dell'asta durante il funzionamento del motore, che alla fine provoca usura fino alla rottura dell'asta. Anche la mancanza di olio motore e la sporcizia nel motore possono peggiorare questo problema.
Spiegazione della classificazione dell'olio motore
Hydrolock è un secondo possibile guasto e si verifica quando l'acqua entra nella camera del pistone e provoca la deformazione della biella. Questo può accadere quando i veicoli attraversano strade allagate. Se troppa acqua entra nel cilindro, la scintilla può causare l'inclinazione o la rottura dello stelo, con conseguenti danni significativi.
Il fuorigiri è un altro tipo di guasto e si verifica quando il contagiri mostra un colore rosso, a indicare che la posizione della biella è in pericolo: le forze che la biella deve sopportare aumentano notevolmente a giri più alti, il che può portare a guasti.
Infine, il guasto del perno può anche causare guasti catastrofici al motore. Quando lo spinotto del pistone è danneggiato, la biella si sposta nel blocco motore. Ciò può causare una forte perdita di potenza e il motore potrebbe arrestarsi immediatamente. Il motore a volte può sopravvivere, ma è anche possibile un guasto totale.