PT93860B - Casquilho para bielas de motores de combustao interna - Google Patents

Description

O presente invento diz respeito a um casquilho, para a utilização principalmente em bielas de motores de combustão interna com sua face interna (12) apresentando um raio de curvatura substancialmente constante desde um plano central de simetria (A) até duas regiões de face interna (12) localizadas uma em cada lado do pleno central de simetria (A) e sobre um respectivo plano radial (P) que forma um ângulo agudo (a) com um plano de partição de mancai (B), as porções extremas restantes da face interna (12) sendo definidas por superfícies (13) que se afastara progressiva e mais acentuadamente do plano central de simetria (A) do que o conseguido com o raio de curvatura de face interna (12), de modo a formar dois reservatórios de óleo nas porções extremas com excentricidade da face interna (12), assegurando uma película estável de óleo entre o casquilho e o respectivo eixo e reduzindo a temperatura de operação do casquilho.

presente pedido diz respeito a um casquilho destinado a aplicações em motores de combustão interna a quatro tempos, de modo especial a um mancai de biela.

Como é do conhecimento dos versados na técnica, há entre o mancai de biela e o munhão do eixo de manivela(pino de biela) correspondente uma folga preenchi da por uma película de óleo lubrificante_T Segundo os preceitos da tecnologia actual, a escolha adequada da folga de montagem entre o eixo e os casquilhos é feita com base em análise de carga e lubrificação, geralmente efectuada com o emprego de métodos numéricos.

Nessas análises, os valores mínimose máximo para essas folgas são estabelecidos por parâmetros de lubrificação considerados chave, tais como temperaturas de operação de casquilhos, espessura máxima da película de óleo e pressão máxima gerada na película de óleo. Em folgas reduzidas, um alto corte é provocado na película de óleo, causando uma temperatura excessiva dos casquilhos, além de permitir o contacto entre o eixo e casquilhos, devido a uma película lubrificante excessivamente fino.

Nessas condições, o material dos casquilhos está sujeito a falhas por superaquecimento e desgaste excessivo. Inversamente , folgas elevadas provocam excessiva pressão hidromecânica, acompanhada da redução de espessura da película de óleo, possibilitando, então falha por fadiga e desgaste excessivo.

Os métodos numéricos actualmente usados possibilitam uma previsão dos limites aceitáveis de folgas de montagem, a partir das caracteristicas do lubrificante e da geometria e dos materiais dos casquilhos.

-4Os motores de combustão interna a qu£ tro tempos de alta solicitação, conforme desenvolvimentos mais recentes, tem submetido os casquilhos, principalmente os de biela, a excessiva solicitação e desgaste, que chegam a ser considerados proibitivos, isso quando não ocorrem pro blemas de fadiga e superaquecimento.

Esses motores, que se caracterizam por altas velocidades de operação aliadas a um interesse de baixa massa de cada componente, submetem as bielas a elevadas cargas de inércia, provocando deformações do seu furo maior durante a operação.

Devido à sua forma construtiva e ao modo pelo qual transmitem as forças actuantes , .as deformações da biela são de tal ordem que, durante o ciclo de exaustão e, em menor grau, durante o ciclo de compressão, o furo maior da biela tende a ter o seu diâmetro aumentado na direcçãõ da linha de centro dos furos maior e menor e reduzido na direcção ortogonal à mesma linha de centros.

Em contrapartida, durante o ciclo de explosão, o furo maior tende a ter o seu diâmetro aumentado, senão inalterado, na direcçaõ ortogonal às linhas de centro dos furos maior e menor de biela.

Os valores dessas variações diametrais são dependentes dos esforços inércia que actuam sobre as bielas, bem como de sua resistência estrutural, a qual está relacionada tanto com a quantidade como com a distribuição de massa em sua construção.

A redução de folga na direcção de fechamento do furo da biela provoca deficiências na formação de uma pelicula de óleo lubrificante estável e acarreta elevação da temperatura de operação. Nessas condições, podem ocorrer contactos de casquilho com o eixo, nas proximidades do ponto abaixo da linha de partição, com subsequente falha do material do casquilho por desgaste excessivo a suparaquecimento.

Devido à instabilidade ou turbulência provocada na pelicula de óleo, esse fechamento pode, ainda, conduzir a superficie de deslizamento a erosão provocada por efeitos de cavitação na pelicula de óleo.

Nas circunstâncias citadas (fechamento do furo sob esforço de inércia) torna-se necessário aumentar a folga na direcção do fechamento, possibilitando a manutenção de uma pelicula de óleo lubrificante estável, com o que se evita a geração de calor acima de niveis previamente estabelecidos .

Esse aumento de folga de montagem com o uso de par de casquilhos convencionais embora solucione problemas decorrentes do fechamento du furo maior da biela sujeito a carga? de inércia, pode provocar, por outro lado, problemas durante o ciclo de expansão no casquilho montado no corpo da biela.

Um aumento excessivo na folga de operação pode acarretar uma elevação proibitiva na pressão hidrodinâmica desenvolvida na pelicula de óleo lubrificante, acompanhada de uma redução igualmente danosa de espessura mínima da pelicula de óleo.

Essas duas condições podem levar a um desgaste excessivo ou falha de material dos casquilhos por processo de fadiga.

Tendo em vista as desvantagens verificadas com a utilização de casquilhos convencionais para as aplicações em que ocorrem esses problemas de lubrificação decorrentes da referida deformação, a requerente propõe a aplicação de casquilhos para biela com características geométricas que proporcionam melhores condições de lubrificação e, com isso, de resistência a fadiga e desgaste.

Constitui, portanto, o principal objectivo da presente invenção promover um casquilho de biela que apresenta nas suas regiões de extremidade, também conhecidas como saidas, uma espessura menor do que a espessura da região central do casquilho, definindo, assim, um casquilho com excentricidade.

O casquilho objecto da presente invenção está mostrado em corte transversal, no desenho anexo.

De acordo com a ilustração acima citada, o casquilho do mancai (10) apresenta um plano central de simetria (A), um par de extremidades diametralmente opo£ tas (11) situadas sobre um plano de partição de mancai (B) e uma face interna de deslizamento, (12).

Segundo a presente invenção, a face interna (12) do casquilho apresenta um raio de curvatura substancialmente constante desde o plano central de simetria (A) até duas regiões de face interna (12) localizada uma em cada lado do plano central de simetria (A) e sobre um respectivo plano radial (P) que forma um ângulo agudo (ot.) , prefereivelmente de cerca de 5° a 45°, com o plano de partição de mancai (B).

A partir de cada uma das referidas regiões e até atingir a respectiva extremidade (11) do casqu_i lho (10), a face interna (12) desse último é definida por uma superfície (13) que se afasta progressivamente do plano central de simetri (A) de modo mais acentuado do que o afastamento realizado pela face interna (12) a partir de seu ponto de intersecção com o referido plano central de simetria (A), de modo a formar uma excentricidade (^ ) na respectiva porção extrema da face interna (12) do casquilho e cujo valor varia de 0,01 a 0,25 mm.

A região das saidas com espessura reduzida. além de proporcionar um alivio das pressões hidrodinâmicas geradas na região de maior carga do eixo sobre a película de óleo entre o casquilho e o eixo, actua como um reservatório de óleo, garantindo a manutenção de uma película de óleo estável, sem turbulência.

Essa condição, por sua vez, propicia uma diminuição de temperatura de funcionamento do casquilho, aumentando a viscosidade do óleo lubrificante e, consequentemente, a espessura máxima da película de óleo, sem incremento da pressão máxima da película de óleo.

Por outro lado, boa parte dos casquilhos conhecidos é provida, na sua região central, de um orificio para a passagem de óleo destinado a lubrificar a camisa do cilindro e o pino do êmbolo e/ou arrefecimento do êmbolo.

Com isso, uma importante quantidade desse óleo é desviada da região de manutenção de carga, provocando desgaste excessivo, fadiga e falha prematura do casquilho.

Também esse problema é solucionado com o reservatório de óleo formado pela geometria do casquilho da presente invenção, já que a região mais solicitada apresentará sempre uma pelicula de óleo com o minimo de espessura exigido para um funcionamento adequado do casquilho.

Uma vantagem adicional do objecto da presente invenção reside no facto de que o casquilho aqui descrito pode ser instalado em bielas em que a montagem do casquilho na capa do mancai não é perfeitamente precisa, sem comprometimento das suas condições de lubrificação.

Claims (2)

1. REIVINDICAÇÕES:

   ia.- Casquilho para bielas de motores de combustão interna, apresentando um plano central de simetria (A), um par de extremidades diametralmente opostas (11) situadas sobre um plano de partição do mancai (B) e uma face interna de deslizamento (12), caracterizado pelo facto de a face interna de deslizamento apresentar um raio de curvatura substancialmente constante desde o plano central de simetria (A) até duas regiões da referida face interna (12) localizadas uma em cada lado do plano central de simetria (A) e sobre um respectivo plano radial (P) que forma um ângulo agudo (a) com o plano de partição de mancai (B), sendo a face interna (12) do casquilho (10) definida, entre cada uma das referidas regiões e a extremidade (11) situada sobre um mesmo lado do plano central de simetria (A), por uma superfície (13) que se afasta progressiva e mais acentuadamente do plano central de simetria (A) do que o afastamento conseguido com o raio de curvatura da face interna (12), de modo a formar uma excentricidade na respectiva porção extrema da face interna (12) do casquilho (10).
2. 2 a.- Casquilho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de cada plano radial (P) formar com o plano de partição de mancai (B) um ângulo de 5° a 45°.

   -1033,- Casquilho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de as excentricidades apresentarem um valor de 0,1 a 0,25 mm.