Progettazione tipica della biella del motore di automobile

Una biella per un motore a combustione interna consiste del ‘big end’, ‘rod’ e ‘small end’ (o ‘little end”). L’estremità più piccola si attacca al perno del gudgeon (chiamato anche “spinotto” o “perno del polso”), che può ruotare nel pistone. In genere, l’estremità grande si collega al crankpin utilizzando un cuscinetto a strisciamento per ridurre l’attrito; tuttavia alcuni motori più piccoli possono invece utilizzare un cuscinetto a rotolamento, al fine di evitare la necessità di un sistema di lubrificazione pompato.

Tipicamente c’è un foro stenopeico forato attraverso il cuscinetto sull’estremità grande della biella in modo che l’olio lubrificante schizza fuori sul lato di spinta della parete del cilindro per lubrificare la corsa dei pistoni e delle fasce elastiche.

Una biella può ruotare ad entrambe le estremità, in modo che l’angolo tra la biella e il pistone possa cambiare mentre l’asta si muove su e giù e ruota attorno all’albero motore.

MaterialsEdit

asta in Alluminio con testa scomponibile e boccola in piedi (da sinistra), olio in alluminio a goccia asta con pats (centro), asta in acciaio (a destra)

In produzione di massa di motori di autoveicoli, le bielle sono di solito realizzati in acciaio. Nelle applicazioni ad alte prestazioni, è possibile utilizzare bielle “billet”, che vengono lavorate da una billetta solida di metallo, piuttosto che essere fuse o forgiate.

Altri materiali includono la lega di alluminio T6-2024 o la lega di alluminio T651-7075, che vengono utilizzati per la leggerezza e la capacità di assorbire un impatto elevato a scapito della durata. Il titanio è un’opzione più costosa che riduce il peso. La ghisa può essere utilizzata per applicazioni più economiche e a prestazioni inferiori come gli scooter a motore.

Errore durante operationEdit

metà Superiore di un errore di biella

biella che inizialmente non è riuscito, attraverso la fatica, per poi essere ulteriormente danneggiato dall’impatto con l’albero motore

Durante ogni rotazione dell’albero motore, biella, è spesso soggetta a grandi e ripetitivo forze: forze di taglio dovute all’angolo tra il pistone e il crankpin, forze di compressione mentre il pistone si muove verso il basso e forze di trazione mentre il pistone si muove verso l’alto. Queste forze sono proporzionali alla velocità del motore (RPM) al quadrato.

Il guasto di una biella, spesso chiamato “lancio di un’asta”, è una delle cause più comuni di guasto catastrofico del motore nelle automobili, spesso guidando l’asta rotta attraverso il lato del basamento e rendendo così il motore irreparabile. Le cause più comuni di guasto della biella sono rottura di trazione da alti regimi del motore, la forza di impatto quando il pistone colpisce una valvola (a causa di un problema valvetrain), rod cuscinetto guasto (di solito a causa di un problema di lubrificazione, o non corretta installazione della biella.

Usura dei cilindri

La forza laterale esercitata sul pistone attraverso la biella dall’albero motore può causare l’usura dei cilindri in forma ovale. Ciò riduce significativamente le prestazioni del motore, poiché le fasce elastiche circolari non sono in grado di sigillare correttamente contro le pareti del cilindro di forma ovale.

La quantità di forza laterale è proporzionale all’angolo della biella, quindi le bielle più lunghe riducono la quantità di forza laterale e l’usura del motore. Tuttavia, la lunghezza massima di una biella è vincolata dalla dimensione del blocco motore; la lunghezza della corsa più la lunghezza della biella non deve far passare il pistone oltre la parte superiore del blocco motore.

Master e slave rodsEdit

motori Radiali, in genere, utilizzare master e slave bielle, in cui un pistone (il più in alto del pistone in animazione), ha un master in asta con un collegamento diretto al motore. I pistoni rimanenti fissano gli attacchi delle loro bielle agli anelli attorno al bordo dell’asta principale.

I motori multi-bank con molti cilindri, come i motori V12, hanno poco spazio disponibile per molti perni di biella su una lunghezza limitata dell’albero motore. La soluzione più semplice, come utilizzato nella maggior parte dei motori di auto da strada, è per ogni coppia di cilindri di condividere un giornale manovella,ma questo riduce le dimensioni dei cuscinetti dell’asta e significa che la corrispondenza (es. i cilindri nelle diverse banche sono leggermente sfalsati lungo l’asse dell’albero motore (che crea una coppia oscillante). Un’altra soluzione è quella di utilizzare bielle master-e-slave, dove l’asta master include anche uno o più perni ad anello che sono collegati alle grandi estremità delle aste slave su altri cilindri. Uno svantaggio delle aste master-slave è che le corse dei pistoni slave saranno leggermente più lunghe di quelle del pistone master, il che aumenta le vibrazioni nei motori V.

Uno degli esempi più complicati di bielle master-and-slave è il motore sperimentale Junkers Jumo 222 a 24 cilindri sviluppato per la seconda guerra mondiale. Questo motore consisteva in sei banchi di cilindri, ciascuno con quattro cilindri per banca. Ogni “strato” di sei cilindri utilizzava una biella master, mentre gli altri cinque cilindri utilizzavano aste slave. Sono stati costruiti circa 300 motori di prova, tuttavia il motore non ha raggiunto la produzione.

Forcella-e-lama rodsEdit

Forcella e lama aste

Forcella-e-lama aste, noto anche come “split big-end di canne”, sono stati utilizzati su V-twin moto e di motori V12 di motori per aerei. Per ogni coppia di cilindri, un’asta ” a forcella “viene divisa in due all’estremità grande e l’asta” a lama ” del cilindro opposto viene assottigliata per adattarsi a questo spazio nella forcella. Questa disposizione rimuove la coppia oscillante causata quando le coppie di cilindri sono sfalsate lungo l’albero motore.

Una disposizione comune per il cuscinetto big-end è che l’asta della forcella abbia un singolo manicotto largo che copre l’intera larghezza dell’asta, incluso lo spazio centrale. L’asta della lama viene quindi eseguita, non direttamente sul crankpin, ma all’esterno di questo manicotto. Ciò fa sì che le due aste oscillino avanti e indietro (invece di ruotare l’una rispetto all’altra), il che riduce le forze sul cuscinetto e la velocità della superficie. Tuttavia, il movimento del cuscinetto diventa anche alternativo piuttosto che in rotazione continua, il che è un problema più difficile per la lubrificazione.

I motori degni di nota per l’utilizzo di aste a forcella e lama includono il motore aeronautico Rolls-Royce Merlin V12 e vari motori motociclistici Harley Davidson V-twin.