BR102015030829A2 - biela - Google Patents

Abstract

biela a presente invenção se refere a uma biela (1) com um olho de biela pequeno (2), que pode ser conectado rotativamente com um pistão, e com um olho de biela grande (3), realizado de forma separada, que pode ser conectado rotativamente com um virabrequim, assim como com um corpo de biela (4) entre os olhos de biela (2, 3), em que o olho de biela grande (3) apresenta uma cabeça de biela (5) no lado do corpo de biela, com a qual pode ser aparafusada uma capa de biela (6), assim como estão dispostos orifícios de passagem (7) na capa de biela (6) em ambos os lados do olho de biela grande (3) e orifícios roscados (8) alinhados com estes orifícios de passagem (7), que atravessam a cabeça de biela (5) na cabeça de biela (5), em que parafusos (9) atravessam os orifícios de passagem (7) e são aparafusados nos orifícios roscados (8). no caso de uma biela desta natureza de acordo com a presente invenção está previsto que a cabeça de biela (5) apresenta um entalhe (10) no respectivo lado oposto à capa de biela (6), na região de cada orifício roscado (8), que está orientado na direção do olho de biela grande (3) e é excêntrico em relação ao eixo de rosca (11). uma biela desta natureza permite minimizar os esforços do componente na região do último passo de rosca de cada orifício roscado e, por conseguinte, aumentar significativamente a vida útil da biela.

Description

“BIELA” [001 ] A presente invenção se refere a uma biela com um olho de biela pequeno, que pode ser conectado rotativamente com um pistão, e com um olho de biela grande, realizado de forma separada, que pode ser conectado rotativamente com um virabrequim, assim como com um corpo de biela entre os olhos de biela, em que o olho de biela grande apresenta uma cabeça de biela no lado do corpo de biela, com a qual pode ser aparafusada uma capa de biela, assim como estão dispostos orifícios de passagem na capa de biela em ambos os lados do olho de biela grande e orifícios roscados alinhados com estes orifícios de passagem, que atravessam a cabeça de biela na cabeça de biela, em que parafusos atravessam os orifícios de passagem e são aparafusados nos orifícios roscados.

[002] As bielas em estado operacional são sujeitas a esforços alternados de tração - compressão elevados, aos quais se sobrepõem tensões de flexão e esforços de torção. Cada um dos diferentes esforços pode variar ao longo da seção transversal e do comprimento de uma biela. Mais particularmente, na região do olho separada de biela grande, a biela está sujeita a esforços elevados devido ao aparafusamento aí realizado. Além disso, os esforços no estado operacional se alteram em função da posição da biela e, por conseguinte, são variáveis temporalmente, pelo que é gerado um perfil de esforços complexo, ao qual uma biela em estado operacional tem de resistir. No caso de uma biela para aplicações de alta potência além do critério de uma estabilidade elevada e, por conseguinte, de uma vida útil longa relacionada com esta, um critério adicional reside no fato de dominar números de rotação elevados do motor.

[003] Uma biela desta natureza é conhecida da EP 1 602 841 A2. Neste documento é descrita uma disposição vantajosa da biela sob o aspecto do aparafusamento da cabeça de biela e da capa de biela. O aparafusamento é realizado exclusivamente por meio dos parafusos, pelo que não estão previstas nenhumas porcas adicionais, que interagem com os parafusos.

[004] No caso da biela conhecida o orifício roscado atravessa totalmente a cabeça de biela. Contudo o parafuso associado ao orifício roscado apenas é aparafusado parcialmente no orifício roscado. Por conseguinte podem ser transmitidas convenientemente forças entre a cabeça de biela e o parafuso, mas o orifício roscado na região da cabeça de biela oposta à capa de biela permanece inutilizada ao longo de um comprimento parcial do orifício roscado. Neste caso, des vantajosamente é gerado um peso mais elevado da cabeça de biela com a consequência de uma massa mais elevada, a qual tem de ser movimentada.

[005] Na prática são igualmente conhecidas bielas desta natureza, em que cada parafuso é aparafusado no orifício roscado ao longo do comprimento total do orifício roscado da cabeça de biela associado. Neste caso o orifício e, por conseguinte, o entalhe roscado na extremidade da rosca do orifício roscado, apenas é ligeiramente maior do que o diâmetro interno do orifício roscado. Isto faz com que a carga operacional na sua maioria seja absorvida pelo último (superior) passo de rosca. Daí resultam tensões muito elevadas na base de rosca diretamente acima do último passo de rosca de suporte.

[006] A presente invenção tem por objetivo aperfeiçoar uma biela desta natureza de forma que as tensões de componente na região do último passo de rosca de cada orifício roscado possam ser minimizadas e a vida útil da biela possa ser vantajosamente aumentada.

[007] Este objetivo é alcançado por meio de uma biela de acordo com as características da reivindicação 1.

[008] No caso da biela de acordo com a presente invenção está previsto que a cabeça de biela apresenta um entalhe no respectivo lado oposto à capa de biela, na região de cada orifício roscado. Este entalhe está orientado na direção do olho de biela grande e está disposto de forma excêntrica em relação ao eixo de rosca.

[009] Devido a esta forma de realização da biela na região da cabeça de biela é alcançado que a carga do último passo de rosca, solicitado pela carga operacional, é reduzida e distribuída por passos de rosca adicionais. Por conseguinte, são igualmente reduzidas as tensões de componente nesta região, o que aumenta as forças suportáveis e prolonga a vida útil da biela.

[010] O entalhe previsto de acordo com a presente invenção, que representa um desnível radial definido na cabeça de biela na região de cada orifício roscado impede o deslocamento de força para a extremidade de rosca e, por conseguinte, conduz a um alívio massivo, particularmente do último passo de rosca.

[011] Sob este aspecto é vantajoso quando o contorno do entalhe se estende paralelamente em relação ao eixo longitudinal do orifício roscado. Esta forma de realização do entalhe permite produzir facilmente o entalhe na cabeça de biela.

[012] Preferencialmente o entalhe apresenta um contorno parabólico ou semicircular, em relação a uma direção de visão na extensão axial do orifício roscado, no lado orientado para o olho de biela grande. Esta forma de realização contribui particularmente para uma condução redutora de picos de tensão das forças na biela.

[013] Preferencialmente a extensão do entalhe na direção de cada orifício roscado, a partir de cada orifício roscado, é de 10% a 20%, preferencialmente de 13% a 17%, particularmente de 15% do diâmetro do orifício roscado.

[014] Mais particularmente está previsto que estão dispostos entalhes idênticos na região dos orifícios roscados.

[015] As demais características da presente invenção são enunciadas nas reivindicações dependentes, nas figuras anexas e na descrição dos exemplos de realização representados nas figuras, sem se limitarem a estas. A: Fig. 1 apresenta uma vista espacial de uma biela de acordo com a presente invenção, observada obliquamente de cima na direção do olho de biela grande, Fig. 2 apresenta o detalhe assinalado com um círculo na Fig. 1 na região da cabeça de biela da biela em uma representação espacial, Fig. 3 apresenta o detalhe de acordo com a Fig. 1 em um corte longitudinal, em relação ao eixo longitudinal de um parafuso aparafusado na cabeça de biela, recortado perpendicularmente em relação ao eixo de suporte de ambos os olhos de biela da biela, Fig. 4 apresenta uma vista em corte da biela de acordo coma Fig. 1 em uma representação esquemática, evidenciando a região inferior do corpo de biela assim como do olho de biela grande, recortada perpendicularmente em relação ao eixo de suporte do olho de biela grande, Fig. 5 apresenta o detalhe evidenciado na Fig. 4 em uma representação ampliada, Fig. 6 apresenta uma forma de realização de acordo com o estado da técnica correspondente à representação na Fig. 4, Fig. 7 apresenta o detalhe de acordo com a Fig. 6, relativo ao estado da técnica, em uma representação ampliada, Fig. 8 apresenta um diagrama, relativo à biela de acordo com a presente invenção e de acordo com o estado da técnica para evidenciar as relações de tensão em função da posição angular no passo de rosca, Fig. 9 apresenta um diagrama para evidenciar as relações de tensão na rosca exterior e na rosca interior em função de cada passo de rosca relativo ao estado da técnica, Fig. 10 apresenta um diagrama para evidenciar as relações de tensão na rosca exterior e na rosca interior em função de cada passo de rosca relativo à presente invenção, Fig. 11 apresenta um diagrama para evidenciar as relações de tensão relativas à tensão máxima e à tensão mínima em função de cada passo de rosca relativo ao estado da técnica, e, Fig. 12 apresenta um diagrama para evidenciar as relações de tensão relativas à tensão máxima e à tensão mínima em função de cada passo de rosca relativo à presente invenção.

[016] A biela de acordo com a presente invenção é evidenciada nas figuras, de 1 a 5, às quais será feita referência na descrição que se segue: [017] É apresentada uma biela 1 com um olho de biela pequeno 2, que pode ser conectado rotativamente com um pistão, e com um olho de biela grande 3, realizado de forma separada, que pode ser conectado rotativamente com um virabrequim. A biela 1 apresenta um corpo de biela 4 entre os olhos de biela 2, 3. Devido à forma de realização separada do olho de biela grande 3 este apresenta uma cabeça de biela 5 no lado do corpo de biela, com a qual pode ser aparafusada uma capa de biela 6. Estão dispostos orifícios de passagem 7 na capa de biela 6 em ambos os lados do olho de biela grande 3. Estão previstos dois orifícios de passagem 7 em cada lado do olho de biela grande 3. A cabeça de biela 5 está provida de orifícios roscados 8 que o atravessam, que estão alinhados com os orifícios de passagem 7 no estado montado da biela 1. Estão previstos dois parafusos 9. Cada parafuso 9 é introduzido no orifício de passagem 7 da capa de biela 6 associado e aparafusado no orifício roscado 8 da cabeça de biela 5 associado. A fixação da capa de biela 6 na cabeça de biela 5 é realizada exclusivamente por meio de parafusos 9, sem porcas.

[018] A cabeça de biela 5 apresenta um entalhe 10 no respectivo lado oposto à capa de biela 6, na região de cada orifício roscado 8. Este está orientado na direção do olho de biela grande 3 e posicionado de forma excêntrica em relação ao eixo de rosca 11. Cada orifício roscado 8 é adjacente ao entalhe 10, em relação à respectiva extensão axial. Estão dispostos entalhes 10 idênticos na região dos orifícios roscados 8.

[019] O contorno 12 do entalhe 10 se estende paralelamente em relação ao eixo longitudinal do orifício roscado 8 associado e, por conseguinte, paralelamente em relação ao eixo de rosca 11.0 entalhe 10 apresenta um contorno parabólico 12, em relação a uma direção de visão na extensão axial do orifício roscado 8, no lado orientado para o olho de biela grande 3. Em vez do contorno parabólico nesta região pode igualmente estar previsto um contorno parcialmente circular, preferencialmente semicircular, ao qual se ligam duas seções de contorno que se estendem paralelamente.

[020] Geralmente a extensão 10 é de 10% a 20%, preferencialmente de 13% a 17%, particularmente de 15% do diâmetro do orifício roscado 8 na direção radial de cada orifício roscado 8, a partir de cada orifício roscado.

[021] Considerando o exemplo de realização de acordo com o estado da técnica evidenciado nas figuras. 6 e 7 em comparação direta com o exemplo de realização de acordo com a presente invenção evidenciado nas Figuras. 4 e 5 é evidente que no estado da técnica o orifício (não roscado) na extremidade da rosca de biela apenas é ligeiramente maior do que o diâmetro da rosca interior da cabeça de biela. Por conseguinte, a carga operacional é em grande parte absorvida pelo último (superior) passo de rosca. Isto é evidenciado por meio do círculo 13 na figura 7. Daí resultam tensões muito elevadas na base de rosca diretamente acima do último passo de rosca.

[022] No caso do exemplo de realização de acordo com a presente invenção, em que se remete particularmente para a representação da figura 5, está previsto o entalhe 10, orientado na direção do olho de biela grande 3 e disposto de forma excêntrica em relação ao eixo de rosca 11. Desta forma é alcançado que a carga do último passo de rosca, solicitada pela carga operacional, é reduzida e distribuída por passos de rosca adicionais. Desta forma são igualmente reduzidas tensões de componente nesta região. Isto aumenta as forças suportáveis e prolonga a vida útil da biela.

[023] No caso do exemplo de realização concreto de acordo com as figuras de 1 a 3 o entalhe 10 é realizado 2 mm para dentro, a partir do lado voltado para o olho de biela grande 3 em relação ao orifício roscado 8. Neste caso é realizado um raio R de 1,0 mm em relação ao fundo 14 do entalhe 10.

[024] Os diagramas apresentados nas figuras de 8 a 12, que evidenciam especificidades relativas à biela de acordo com o estado da técnica ou de acordo com a presente invenção ou comparam diretamente especificidades desta biela: [025] A figura 8 evidencia as tensões máximas no orifício roscado 8 determinadas em experiência, na rosca interior, em que as tensões máximas na direção periférica do orifício roscado são analisadas e se referem por exemplo ao penúltimo passo de rosca da rosca interior. A curva relativa ao estado da técnica demonstra que no caso de uma posição angular de 90° no passo de rosca, que corresponde ao lado interno de biela, correspondendo à região voltada para o olho de biela grande 3, existe uma tensão máxima. Para a curva relativa à forma de realização da biela de acordo com a presente invenção no caso desta posição angular de 90° no passo de rosca, pelo contrário, é gerado um mínimo significante, condicionado pelo entalhe 10 realizado. Este entalhe 10 reduz as tensões, onde estas são máximas. Além disso, as curvas onduladas evidenciam a carga de flexão intensa na rosca em si no caso de apenas uma carga de tração/pressão sobre a biela.

[026] A figura 9 evidencia, relativamente ao estado da técnica, as tensões máximas em função dos passos de rosca individuais do orifício roscado 8. Neste caso estão previstos quinze passos de rosca. É evidente a progressão da tensão para a rosca interior, quer dizer o orifício roscado 8 da biela constituído por titânio e a rosca exterior do parafuso 9, que é constituído por aço 10.9. Neste diagrama é evidente que a aplicação de força na extremidade da rosca interior, quer dizer no orifício roscado 8 da região do primeiro passo de rosca, gera uma tensão máxima relativa prejudicial.

[027] A figura 10, para uma representação correspondente à figura 9, evidencia que na sequência da formação do entalhe 10 na região de cada orifício roscado 8 na extremidade da rosca interior, quer dizer na região do primeiro passo de rosca, é reduzida a tensão máxima relativa.

[028] No diagrama de acordo com a figura 11 é representada a tensão máxima em função do passo de rosca de acordo com o estado da técnica, por sua vez para quinze passos de rosca, no caso de um esforço estático primário por força de pré-tensão de parafuso. São evidentes as amplitudes de tensão máximas nos passos de rosca, em que uma curva apresenta a tensão máxima e uma outra curva apresenta uma tensão mínima. A tensão máxima e a tensão mínima servem como base para a estimativa da vida útil da biela. Nesta representação é evidente que na região do primeiro passo de rosca são geradas amplitudes elevadas particularmente prejudiciais por tração - compressão sobre a biela.

[029] A figura 12 apresenta as relações correspondentes à representação na figura no caso da forma de realização da biela de acordo com a presente invenção. Na Fig. 12 é evidente que na região do primeiro passo de rosca o valor da tensão máxima e o valor da tensão mínima são significativamente mais reduzidos e, por conseguinte, é igualmente mais reduzida a amplitude entre tensão máxima e tensão mínima.

[030] No caso da variante de acordo com o estado da técnica se verificou que no caso desta forma de realização da biela o deslocamento de força na biela é conduzido de forma direcionada para a extremidade do orifício roscado, quer dizer da rosca interior e, por conseguinte, nos passos de rosca aí existentes são geradas tensões elevadas e sobretudo igualmente amplitudes elevadas.

[031] Pelo contrário, no caso do exemplo de realização de acordo com a presente invenção a perfuração da extremidade de rosca, quer dizer a realização dos entalhes 10 no lado interno da biela 1 com base em desníveis radiais definidos, permite impedir o deslocamento de força para a extremidade de rosca e aí aliviar massivamente a biela.

[032] A presente invenção permite alcançar aumentos da vida útil na região do orifício roscado ou da rosca interior em um fator superior a 10 em comparação com o estado da técnica. O local de falha máximo se afasta desde a extremidade de rosca até aos passos de rosca dianteiros, quer dizer do local de falha clássico no caso das conexões por aparafusamento.

Lista dos números de referência 1 Biela 2 Olho de biela pequeno 3 Olho de biela grande 4 Corpo de biela 5 Cabeça de biela 6 Capa de biela 7 Orifício de passagem 8 Orifício roscado 9 Parafuso 10 Entalhe 11 Eixo de rosca 12 Contorno 13 Círculo 14 Fundo

Claims (6)

1. Biela (1) com um olho de biela pequeno (2), que pode ser conectado rotativamente com um pistão, e com um olho de biela grande (3), realizado de forma separada, que pode ser conectado rotativamente com um virabrequim, assim como com um corpo de biela (4) entre os olhos de biela (2, 3), em que o olho de biela grande (3) apresenta uma cabeça de biela (5) no lado do corpo de biela, com a qual pode ser aparafusada uma capa de biela (6), assim como estão dispostos orifícios de passagem (7) na capa de biela (6) em ambos os lados do olho de biela grande (3) e orifícios roscados (8) alinhados com estes orifícios de passagem (7), que atravessam a cabeça de biela (5) na cabeça de biela (5), em que parafusos (9) atravessam os orifícios de passagem (7) e são aparafusados nos orifícios roscados (8), caracterizada por a cabeça de biela (5) apresentar um entalhe (10), que está orientado na direção do olho de biela grande (3) e é excêntrico em relação ao eixo de rosca (11), no respectivo lado oposto à capa de biela (6), na região de cada orifício roscado (8).

2. Biela de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por cada orifício roscado (8) ser adjacente ao entalhe (10), em relação à respectiva extensão axial.

3. Biela de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por a extensão do entalhe (10) ser de 10% a 20%, preferencialmente de 13% a 17%, particularmente de 15% do diâmetro do orifício roscado (8) na direção radial de cada orifício roscado (8), a partir de cada orifício roscado (8).

4. Biela de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizada por o contorno do entalhe (10) se estender paralelamente em relação ao eixo longitudinal (11) do orifício roscado (8).

5. Biela de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizada por o entalhe (10) apresentar um contorno (12) parabólico ou um contorno (12) semicircular, em relação a uma direção de visão na extensão axial do orifício roscado (8), no lado orientado para o olho de biela grande (3).

6. Biela de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizada por estarem dispostos entalhes (15) idênticos na região dos orifícios roscados (8).