Η μπιέλα συνδέει το έμβολο και τον στροφαλοφόρο άξονα και μεταδίδει τη δύναμη που ασκεί το έμβολο στον στροφαλοφόρο άξονα, μετατρέποντας την παλινδρομική κίνηση του εμβόλου σε περιστροφική κίνηση του στροφαλοφόρου.
Σύντομη εισαγωγή
Το συγκρότημα μπιέλας αποτελείται από ένα σώμα μπιέλας, ένα μεγάλο άκρο κάλυμμα μπιέλας, ένα μικρό ακραίο δακτύλιο μπιέλας, ένα κέλυφος εδράνου μεγάλου άκρου μπιέλας και μπουλόνια (ή βίδες) μπιέλας. Η ομάδα μπιέλας φέρει τη δύναμη αερίου που μεταδίδεται από τον πείρο του εμβόλου, καθώς και τις δυνάμεις αιώρησης και παλινδρομικής αδράνειας της ομάδας εμβόλων. Το μέγεθος και η κατεύθυνση αυτών των δυνάμεων ποικίλλουν περιοδικά. Επομένως, η μπιέλα υπόκειται σε εναλλασσόμενα φορτία όπως συμπίεση και τάση. Η μπιέλα πρέπει να έχει επαρκή αντοχή σε κόπωση και δομική ακαμψία. Η ανεπαρκής αντοχή στην κόπωση οδηγεί συχνά σε θραύση των σωμάτων της μπιέλας ή των μπουλονιών της μπιέλας, με αποτέλεσμα μεγάλα ατυχήματα πλήρους βλάβης του μηχανήματος. Εάν η ακαμψία είναι ανεπαρκής, θα προκαλέσει παραμόρφωση κάμψης του σώματος της ράβδου και παραμόρφωση εκτός στρογγυλότητας του μεγάλου άκρου της μπιέλας, με αποτέλεσμα την έκκεντρη φθορά του εμβόλου, του κυλίνδρου, του ρουλεμάν και του πείρου του στρόφαλου.
Δομική σύνθεση
Το σώμα της μπιέλας αποτελείται από τρία μέρη και το τμήμα που συνδέεται με τον πείρο του εμβόλου ονομάζεται μικρή κεφαλή μπιέλας. Το τμήμα που συνδέεται με τον στροφαλοφόρο άξονα ονομάζεται μεγάλο άκρο της μπιέλας και το τμήμα της ράβδου που συνδέει το μικρό άκρο και το μεγάλο άκρο ονομάζεται σώμα της μπιέλας.
Η μικρή κεφαλή της μπιέλας είναι ως επί το πλείστον μια δομή κυκλικού δακτυλίου με λεπτά τοιχώματα. Για να μειωθεί η φθορά με τον πείρο του εμβόλου, μια μπρούτζινη επένδυση λεπτού τοιχώματος πιέζεται στη μικρή οπή κεφαλής. Τρυπήστε ή φρεζάρετε αυλάκια στη μικρή κεφαλή και την επένδυση για να επιτρέψετε στα σταγονίδια λαδιού που πιτσιλίζουν να εισέλθουν στην επιφάνεια ζευγαρώματος μεταξύ της λιπαντικής επένδυσης και του πείρου του εμβόλου.
Το σώμα της μπιέλας είναι ένα μακρύ μέλος που υφίσταται σημαντική καταπόνηση κατά τη λειτουργία. Για να αποφευχθεί η κάμψη και η παραμόρφωση, το σώμα της ράβδου πρέπει να έχει επαρκή ακαμψία. Για το λόγο αυτό, τα περισσότερα από τα σώματα της μπιέλας των κινητήρων αυτοκινήτων υιοθετούν μια διατομή σχήματος Ι, η οποία μπορεί να ελαχιστοποιήσει τη μάζα διατηρώντας παράλληλα επαρκή ακαμψία και αντοχή. Οι κινητήρες υψηλής ενίσχυσης χρησιμοποιούν επίσης διατομή σχήματος Η. Ορισμένοι κινητήρες χρησιμοποιούν ψεκασμό λαδιού με μικρή κεφαλή μπιέλας για την ψύξη του εμβόλου, κάτι που απαιτεί διάτρηση μιας διαμπερής οπής στο σώμα της ράβδου. Για να αποφευχθεί η συγκέντρωση τάσεων, η σύνδεση μεταξύ του σώματος της μπιέλας και των μικρών και μεγάλων άκρων υιοθετεί μια ομαλή μετάβαση μεγάλου κυκλικού τόξου.
Για τη μείωση των κραδασμών του κινητήρα, είναι απαραίτητο να περιοριστεί η διαφορά μάζας κάθε μπιέλας κυλίνδρου στο ελάχιστο εύρος. Κατά τη συναρμολόγηση του κινητήρα στο εργοστάσιο, μετριέται γενικά σε γραμμάρια και ομαδοποιείται ανάλογα με τη μάζα των μεγάλων και μικρών άκρων της μπιέλας. Το ίδιο σύνολο μπιέλας επιλέγεται για τον ίδιο κινητήρα.
Σε έναν κινητήρα σχήματος V, οι αντίστοιχοι κύλινδροι στην αριστερή και τη δεξιά στήλη μοιράζονται έναν πείρο στροφάλου και υπάρχουν τρεις τύποι μπιέλας: παράλληλες μπιέλες, μπιέλες σε σχήμα πιρουνιού και κύριες και βοηθητικές μπιέλες
Βασικές μορφές βλάβης
Οι κύριες μορφές βλάβης στις μπιέλες είναι το κάταγμα κόπωσης και η υπερβολική παραμόρφωση. Οι συνήθεις θέσεις του σπασίματος κόπωσης είναι τρεις περιοχές υψηλής τάσης στη μπιέλα. Οι συνθήκες εργασίας της μπιέλας απαιτούν να έχει υψηλή αντοχή και αντοχή στην κόπωση. Απαιτεί επίσης επαρκή ακαμψία και σκληρότητα. Στις παραδοσιακές τεχνικές επεξεργασίας μπιέλας, χρησιμοποιούνται γενικά υλικά όπως χάλυβας 45, 40Cr ή σβησμένος και σκληρυμένος χάλυβας 40MnB, τα οποία έχουν υψηλότερη σκληρότητα. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται νέα υλικά μπιέλας που παράγονται από γερμανικές αυτοκινητοβιομηχανίες όπως ο μη σβησμένος και σκληρυμένος χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα C70S6, ο σφυρηλατημένος χάλυβας σειράς SPLITASCO, ο σφυρηλατημένος χάλυβας FRACTIM και ο σφυρηλατημένος χάλυβας S53CV-FS (όλα είναι γερμανικά πρότυπα DIN). Αν και το κράμα χάλυβα έχει υψηλή αντοχή, είναι ευαίσθητο στη συγκέντρωση τάσεων. Ως εκ τούτου, θα πρέπει να τεθούν αυστηρές απαιτήσεις για το σχήμα και το υπερβολικό φιλέτο της μπιέλας και θα πρέπει επίσης να δοθεί προσοχή στην ποιότητα επεξεργασίας της επιφάνειας για τη βελτίωση της αντοχής στην κόπωση. Διαφορετικά, η εφαρμογή κραματοποιημένου χάλυβα υψηλής αντοχής ενδέχεται να μην επιτύχει τα αναμενόμενα αποτελέσματα.