A biela, frequentemente chamada de "biela", é um componente que desempenha um papel crucial no motor de combustão interna. Esta peça serve como elo crucial entre o pistão e o virabrequim e tem a função de converter movimento linear em força rotacional. Neste artigo, detalharemos o que é uma biela, como ela funciona, os vários tipos e materiais utilizados, como é fabricada e o que acontece quando ela falha.
Conteúdo
Funções da biela
Mais do que ser apenas a ponte de ligação entre as peças, a biela desempenha diversas funções importantes no motor.
Transmissão de força
Durante a combustão, o pistão é forçado para baixo, o que gera uma força que é transmitida diretamente ao virabrequim pela biela. Isso transforma o movimento alternativo em torque, atuando assim como uma alavanca mecânica.
Conversão de movimento
A biela funciona principalmente como o meio que converte o movimento linear (reciprocante) do pistão no movimento rotativo do virabrequim. Isso significa que ela permite a articulação na extremidade do pistão e a rotação na extremidade do eixo.
Mantém o sincronismo e o equilíbrio do motor
As bielas também ajudam a manter o movimento sincronizado e o tempo entre o motor e outros componentes, como o eixo de comando.
Gerenciamento de Carga
A biela sofre pressões de compressão e tração durante a combustão. Um único golpe pode exercer toneladas de força, e a biela precisa suportar essa força, às vezes milhares de vezes por minuto.
Tipos de bielas
As bielas têm a mesma função principal; no entanto, elas vêm em diversos formatos e designs. Os diversos tipos são adequados para aplicações específicas com base em certos requisitos.
Barras de viga I
Estes são os tipos de bielas mais comumente usados em motores automotivos. As bielas em formato de "I" têm uma seção transversal em forma de "I", com equilíbrio entre peso e resistência. Essas bielas são adequadas para uso diário e aplicações de desempenho moderado. As bielas em formato de "I" são leves, resistentes e econômicas. São usadas em automóveis de passeio e caminhonetes leves.
Barras de viga H
Essas barras têm uma área de superfície maior; são mais resistentes do que as vigas em I e também duram mais. Sua seção transversal em "H" as torna mais rígidas e capazes de lidar com ambientes de alta tensão. As barras em viga H são extremamente resistentes e podem suportar altas rotações por minuto (RPM). São ideais para carros de corrida e motores turboalimentados.
Barras de raio X
Um tipo híbrido de biela que consiste em uma mistura de designs de viga I e viga H, incluindo seus benefícios. As bielas de viga X têm uma seção transversal grande; portanto, oferecem um bom equilíbrio entre alta resistência, leveza e resistência a rachaduras. Essas bielas são adequadas para corridas de alto desempenho.
Materiais da biela
A escolha do material pode afetar a resistência da biela, o peso e o custo. Para projetar um motor, a escolha do material se baseia no tipo de motor, no desempenho pretendido e nas condições de carga.
Ligas de Aço
Para projetar motores de alto desempenho, o aço forjado é geralmente a melhor escolha e o material mais comumente usado para bielas. As bielas de aço são duráveis, relativamente acessíveis e adequadas para a maioria das aplicações automotivas.
Tipos comuns de aço
Alguns tipos de ligas de aço são materiais ideais para a fabricação de bielas:
- O tipo 4340, contendo cromo, molibdênio e níquel, é ideal devido à sua alta resistência e durabilidade.
- O tipo 1045, um aço carbono simples, é ideal devido à sua resistência moderada e boa resistência ao desgaste.
Ligas de Alumínio
Bielas de alumínio são mais leves que as de aço; isso ajuda a reduzir o peso total do motor e melhora a capacidade de resposta. No entanto, como se desgastam mais rapidamente, são ideais para uso em motores de corrida de alta velocidade. Melhor aplicadas em corridas de arrancada e eventos de curta duração.
Ligas de titânio
As bielas de titânio são conhecidas por sua alta relação resistência-peso e oferecem o melhor dos dois mundos, mas a um custo elevado. São resistentes à fadiga e ao calor e são ideais para motores que exigem desempenho de ponta.
Materiais para Metalurgia do Pó
Estes materiais de metalurgia do pó são usados em alguns motores modernos para garantir qualidade consistente e reduzir o tempo de usinagem. Embora tenham menor resistência à tração e à fadiga em comparação com o aço forjado, são econômicos, especialmente para produção em massa. Bielas de metal em pó são feitas pela compressão de pós metálicos sob alta pressão e sinterização. São ideais para motores produzidos em massa que exigem precisão e controle de custos.
Métodos de Fabricação
O processo de fabricação de uma biela determina em grande parte seu desempenho e confiabilidade. Cada método de fabricação oferece diferentes vantagens e desvantagens.
Formação do elenco
No método de fundição, um metal fundido é despejado em um molde para criar o formato da biela e, em seguida, removido após a solidificação. Esse processo começa com a criação de um padrão no formato da biela desejada usando um metal de alta precisão, que é colocado em um frasco e preenchido com areia compactada para moldagem. O metal fundido no forno é despejado no molde na temperatura correta para a solidificação e, quando totalmente conformado e resfriado, é removido da peça fundida.
Etapas finais de pós-processamento são aplicadas, se necessário, para obter a biela desejada. Este é um método de baixo custo, mas geralmente produz bielas mais fracas devido à fluidez inconsistente dos grãos. Este método é adequado para motores de baixo estresse e econômicos.
Forjar
A primeira etapa é a estampagem, onde a matéria-prima é cortada no formato e tamanho desejados da biela. Em seguida, ela é aquecida a uma temperatura acima da temperatura de recristalização para garantir a maleabilidade para a conformação, utilizando aquecimento por indução de média frequência. A peça maleável passa por rolos para conformação e, em seguida, é colocada em uma matriz para comprimi-la até o formato final.
O excesso de material é aparado, furos são perfurados e a biela forjada passa por tratamento térmico para aumentar sua resistência e tenacidade. As impurezas são removidas por jateamento de granalha e os ajustes finais são feitos para produzir a biela final de acordo com as especificações desejadas.
O forjamento é melhor para fabricar bielas usadas em motores de alto desempenho e serviço pesado.
Usinagem (barras de tarugo)
Este método começa com a usinagem de desbaste, onde o excesso de material é removido da peça forjada para moldar a biela adequadamente. Este processo inclui operações como mandrilamento, furação e torneamento, realizadas por meio de máquinas de controle numérico computadorizado (CNC). A próxima etapa é a usinagem de precisão, que envolve processos de mandrilamento, brunimento, retificação, fresamento e perfuração.
Estes são realizados para alisar superfícies, refinar a geometria e aumentar a precisão, garantindo que certas características da biela atendam às especificações desejadas. O tratamento térmico é aplicado para aprimorar suas propriedades mecânicas, após o que são realizadas as operações finais para remover rebarbas em preparação para a montagem final. Este método permite extrema personalização e precisão, mas também é caro. É adequado para uso em motores personalizados de alto desempenho.
Forjamento em pó
Forjamento em pó é um método de fabricação que combina processo convencional de metalurgia do pó com processo de forjamento para produzir peças de alta resistência, quase prontas. O processo começa com a prensagem de pó metálico pré-ligado ou ligado por difusão em uma pré-forma compactada usando uma prensa mecânica. Essa pré-forma tem a geometria básica da biela final, mas retém alguma porosidade e resistência limitada.
O pacto verde é então sinterizado em atmosfera controlada, geralmente à base de hidrogênio ou nitrogênio, a temperaturas em torno de 1120 a 1140 graus Celsius. A sinterização une as partículas metálicas e confere à pré-forma integridade suficiente para o forjamento subsequente. Após a sinterização, a peça é reaquecida a uma temperatura de forjamento, normalmente entre 1050 e 1150 graus Celsius, dependendo da liga utilizada.
Nesta etapa, a pré-forma sinterizada é forjada a quente usando uma prensa mecânica ou hidráulica para atingir densidade próxima à máxima e aprimorar as propriedades mecânicas. O processo de forjamento elimina poros residuais e melhora a resistência à fadiga, refinando a estrutura dos grãos e gerando um fluxo de fibras favorável. Uma biela forjada a pó oferece as vantagens de alto desempenho, design leve e baixo custo de produção.
Bielas: Modos de falha comuns e causas
Falha por fadiga
Ciclos de estresse prolongados podem criar rachaduras que crescem e levam à falha da biela. Sinais comuns incluem batidas no motor e resíduos metálicos no óleo.
Desgaste do Rolamento
A lubrificação inadequada causa atrito excessivo, levando ao desgaste ou travamento dos rolamentos. Isso pode resultar em baixa pressão do óleo e ruídos de batida.
Dobrar ou esticar
Detonação ou sobrecarga do motor podem deformar a biela, afetando o sincronismo e a compressão. A perda de potência é um sintoma típico.
Cracking
Rachaduras podem surgir devido a defeitos de fabricação, tratamento térmico inadequado ou superaquecimento. Rachaduras visíveis e ruídos anormais do motor são os principais sinais.
A BLUE é certificada pela ISO 9001:2015 fabricante de metalurgia do pó Com mais de 20 anos de experiência, somos especializados em bielas forjadas a pó para motores a gasolina e diesel. Fornecemos bielas padrão sem custo de ferramental e oferecemos suporte a projetos personalizados para requisitos específicos.
Perguntas frequentes
O que significam “Big End” e “Small End” em uma biela?
- Fim Pequeno: A parte superior da haste que se conecta ao pino do pistão (pino do pistão).
- Grande final: A parte inferior da biela que se conecta ao munhão do virabrequim.
Como manter ou prolongar a vida útil de uma biela?
- Mudanças regulares de óleo.
- Utilizar lubrificantes de alta qualidade de acordo com as instruções do fabricante.
- Garantir a afinação correta do motor (para evitar detonação).
- Verifique regularmente se há desgaste em parafusos, porcas e rolamentos.
O que é relação de bielas e por que ela é importante no projeto do motor?
A relação da biela é a relação entre o comprimento da biela e o curso do virabrequim, expressa matematicamente como:
Relação da haste = Comprimento da haste / Curso.
A relação de transmissão da biela afeta a angulação entre a biela e o virabrequim para uma determinada rotação. Uma relação de transmissão maior significa uma angulação reduzida, menos atrito na parede do cilindro e melhor desempenho em altas rotações, e vice-versa.