ES2254471T3 - Biela sinterizada para un motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Biela sinterizada para un motor de combustión interna con un ojo (1) de biela para recibir un perno del émbolo, con una cabeza (3) de biela para alojar el gorrón del cigüeñal y con un árbol (2) que comprende dos nervios (4) de unión longitudinales divergentes reforzados, dado el caso, mediante un nervio (5) de conexión, cuyos flancos (11) de nervio de unión vueltos unos hacia otros están conectados en la zona de la cabeza (3) de biela a través de un zona (9) redondeada central cóncava, caracterizada porque los nervios (4) de unión longitudinales del árbol (2) divergen con sus lados interiores y exteriores desde la cabeza (3) de biela hacia el ojo (1) de biela.

Description

Biela sinterizada para un motor de combustión interna.

Campo técnico

La invención se refiere a una biela sinterizada para un motor de combustión interna con un ojo de biela para recibir un perno del émbolo con una cabeza de biela para el alojamiento del gorrón del cigüeñal y con un árbol compuesto por dos nervios de unión longitudinales divergentes reforzados, dado el caso, mediante un nervio de conexión cuyos flancos de nervio vueltos unos hacia otros están conectados en la zona de la cabeza de la biela a través de una zona redondeada central cóncava.

Estado de la técnica

Para poder aprovechar las ventajas del sinterizado, por un lado con respecto al cumplimiento de tolerancias de peso, y por otro lado con respecto a la fabricación más sencilla, ya se propuso producir bielas para motores de combustión interna mediante un sinterizado de piezas en bruto en polvo prensadas en caliente. Los árboles de estas bielas se forman mediante dos nervios longitudinales reforzados, dado el caso, por un nervio de conexión, que divergen desde el ojo de biela hacia la cabeza de biela. Esta forma de realización de las bielas podía satisfacer los requisitos de resistencia estática y dinámica, especialmente en motores de vehículos, a pesar de la resistencia menor de las bielas sinterizadas en comparación con las bielas forjadas. Sin embargo, las bielas sinterizadas de este tipo, debido a la anchura de árbol mayor en la zona de transición a la cabeza de biela, son apenas adecuadas para el empleo en motores de combustión interna de carrera corta, porque la mayor anchura de árbol en la zona de transición a la cabeza de biela limita de manera considerable el ángulo de giro posible de la biela que no debe tocar el cilindro. Los intentos de reducir la anchura del árbol en la zona de transición a la cabeza de biela mediante nervios de unión paralelos y radios de transición más pequeños en los flancos exteriores de los nervios de unión longitudinales han conducido a una reducción inadmisible de la seguridad frente a la rotura por fatiga, especialmente en la zona de los orificios de engrase que se prevén directamente junto a los árboles en las cabezas de las bielas para alimentar con aceite a los cilindros y émbolos mediante el cigüeñal para fines de lubricación y refrigeración.

Representación de la invención

La invención se basa por tanto en el objetivo de configurar una biela sinterizada del tipo mencionado al principio de tal manera que pueda emplearse para motores de combustión interna de carrera corta sin poner en peligro una seguridad suficiente frente a la rotura por fatiga.

La invención soluciona el objetivo planteado porque los nervios de unión longitudinales del árbol divergen con sus lados interiores y exteriores desde la cabeza de la biela hasta el ojo de la biela.

Dado que como consecuencia de esta medida la anchura del árbol se reduce desde el ojo de la varilla de émbolo hasta la cabeza de la varilla de émbolo pueden garantizarse mediciones de la biela entre los flancos exteriores de árbol y la cabeza de la biela a pesar de radios de transición suficientemente grandes, que permiten un uso ilimitado en los motores de combustión interna de carrera corta y, concretamente, con una seguridad suficiente frente la rotura por fatiga. Los nervios de unión del árbol que divergen en contra del ojo de la biela condicionan una distribución de tensión más uniforme en la zona de transición entre el ojo de la biela y el árbol, lo que facilita la carga uniforme de los dos nervios de unión longitudinales del árbol y genera condiciones ventajosas para introducir a presión el perno del émbolo en el ojo de la biela. Por el contrario, en la zona de la cabeza de la biela a través de nervios de unión convergentes se obtiene una concentración de tensión en la zona de transición con el efecto de que se descargan las zonas adyacentes en el lado del perímetro. Esto beneficia al estado tensado en la zona de un posible orificio de engrase que se dispone en la zona de estas descargas de tensión de manera que las tensiones críticas se desplazan en la zona de los orificios de engrase en una magnitud permitida. Por tanto, con la configuración según la invención de las bielas sinterizadas el comportamiento de resistencia dinámica puede adaptarse de manera ventajosa a las cargas que aparecen y puede garantizarse una seguridad suficiente frente a la rotura por fatiga en zonas críticas.

Dado que la concentración de tensión en la zona de transición entre el árbol y la cabeza de la biela depende de la configuración de la zona redondeada entre los flancos interiores de los nervios de unión longitudinales puede ejercerse una influencia en el comportamiento de rotura por fatiga mediante esta configuración redondeada. De esta manera para una descarga en gran medida de las zonas de perímetro de la cabeza de biela adyacentes al árbol los flancos de los nervios de unión y la zona redondeada central pueden pasar de uno a otro mediante zonas redondeadas de conexión cuyos ejes se disponen en cada caso en el lado del nervio de unión longitudinal enfrentado por fuera del árbol. Mediante esta medida el radio de la zona redondeada central puede reducirse independientemente del recorrido de los flancos de los nervios de unión lo que lleva a la concentración de tensión deseada. Los ejes de las zonas redondeadas de conexión que se disponen fuera del árbol que permiten una transición continua entre los flancos de los nervios de unión y la zona redondeada central aseguran radios de curvatura suficientemente grandes para las zonas redondeadas de conexión para ocuparse de un recorrido ventajoso de la tensión en los nervios longitudinales del árbol. Se producen comportamientos de construcción especialmente ventajosos en este contexto cuando los radios de curvatura de las zonas redondeadas de conexión corresponden al menos a diez veces, preferiblemente al menos a veinte veces el radio de la zona redondeada central. En este caso, el radio de la zona redondeada central debe ser de 5 mm como máximo.

Aunque el ángulo bajo el que divergen los dos nervios de unión longitudinales del árbol depende de diferentes parámetros de construcción se producen condiciones ventajosas para la mayoría de los casos de empleo cuando los dos nervios de unión longitudinales del árbol divergen bajo un ángulo mínimo de 2º.

Breve descripción de los dibujos

En el dibujo se muestra a modo de ejemplo el objeto de la invención. Muestran

la figura 1, una biela sinterizada según la invención para un motor de combustión interna en una vista esquemática, parcialmente seccionada,

la figura 2, esta biela en un corte según la línea II-II de la figura 1,

la figura 3, una biela sinterizada según la invención en un diagrama simplificado en el que se indican zonas con una seguridad frente a la rotura por fatiga diferente y

la figura 4, un detalle de una biela según la invención en un corte vertical a través de la cabeza de la biela en la zona del orificio de engrase en una escala mayor, estando registradas de nuevo zonas de diferente seguridad frente a la rotura por fatiga.

Mejor manera de realizar la invención

La biela mostrada presenta de manera convencional un ojo 1 de biela para introducir a presión un perno del émbolo, un árbol 2 y una cabeza 3 de biela en el otro extremo del árbol 2. El árbol 2 se forma a través de dos nervios 4 de unión longitudinales que divergen desde la cabeza 3 de la biela hacia el ojo 1 de biela y se refuerzan mediante un nervio 5 de conexión para garantizar una frecuencia propia lo más alta posible.

Para producir esta biela en primer lugar se presiona en caliente un cuerpo moldeado a partir de un polvo de sinterizar adecuado antes de que este cuerpo moldeado se dote de orificios 6 para tornillos de alojamiento y de un orificio 7 de engrase. Después de sinterizar el cuerpo moldeado, la cabeza 3 de biela puede dividirse mediante una separación de rotura a lo largo de una superficie 8 de rotura controlada indicada con puntos y rayas en la figura 1 de manera que para el cojinete del gorrón del cigüeñal que ha de alojar la cabeza 3 de biela se obtiene una tapa de cojinete correspondiente.

Debido al esfuerzo dinámico de las bielas a la seguridad frente a la rotura por fatiga de estas bielas le corresponde un significado especial. Para compensar la resistencia más reducida de las bielas sinterizadas y limitar la anchura del árbol en la zona de transición hacia la cabeza 3 de biela, los nervios 4 de unión longitudinales del árbol 2 convergen contra la cabeza 3 de biela. Los desplazamientos de tensión unidos a ello en el caso de las cargas de presión, tracción y flexión que aparecen producen diferentes seguridades frente a la rotura por fatiga con las propiedades de resistencia respectivas de las zonas individuales en estas zonas, tal como se indican en las figuras 3 y 4 según cálculos correspondientes. En este caso, las zonas de biela no marcadas por puntos muestran una seguridad frente a la rotura por fatiga superior a 3,5. Las zonas ligeramente marcadas por puntos presentan una seguridad frente a la rotura por fatiga de entre 2,5 y 3,5 y las zonas marcadas más densamente con puntos presentan una seguridad frente a la rotura por fatiga de entre 1,6 y 2,5. Tal como puede desprenderse de la figura 4, la seguridad frente a la rotura por fatiga se sitúa en la zona del orificio 7 de engrase por encima de un valor exigido de 1,6. Esto es solamente posible porque la zona del orificio 7 de engrase puede descargarse mediante una concentración de tensión en la zona central entre los dos nervios 4 de unión longitudinales. Esta concentración de tensión se consigue mediante la zona 9 redondeada central entre los nervios 4 de unión longitudinales, que presenta un radio de zona redondeada relativamente pequeño de por ejemplo 2,5 mm. Para poder prever un zona 9 redondeada de este tipo con un diámetro pequeño entre los nervios 4 longitudinales sin obtener una distribución de tensión desfavorable en los nervios longitudinales, la zona 9 redondeada pasa constantemente a través de curvaturas 10 de conexión a los flancos 11 de los nervios de unión vueltos unos hacia otros, correspondiendo el radio r de curvatura de estas curvaturas 10 de conexión, por ejemplo, a 50 veces el radio de la zona 9 redondeada. En la figura 1 se indican estas relaciones de magnitud.

En la zona del ojo 1 de biela, debido a los nervios 4 de unión longitudinales que divergen hacia este ojo 1 de biela, por ejemplo, bajo un ángulo de 4º, se producen también distribuciones de tensión favorables que permiten una introducción a presión del perno del émbolo. Las seguridades frente a la rotura por fatiga se disponen también en la zona del ojo 1 de biela por encima de los niveles mínimos exigidos.

Claims (4)

1. Biela sinterizada para un motor de combustión interna con un ojo (1) de biela para recibir un perno del émbolo, con una cabeza (3) de biela para alojar el gorrón del cigüeñal y con un árbol (2) que comprende dos nervios (4) de unión longitudinales divergentes reforzados, dado el caso, mediante un nervio (5) de conexión, cuyos flancos (11) de nervio de unión vueltos unos hacia otros están conectados en la zona de la cabeza (3) de biela a través de un zona (9) redondeada central cóncava, caracterizada porque los nervios (4) de unión longitudinales del árbol (2) divergen con sus lados interiores y exteriores desde la cabeza (3) de biela hacia el ojo (1) de biela.

2. Biela según la reivindicación 1, caracterizada porque los flancos (11) de nervio de unión y la zona (9) redondeada central pasan de unos a otros a través de zonas (10) redondeadas de conexión cuyos ejes se disponen en cada caso en el lado del nervio (4) longitudinal enfrentado fuera del árbol (2).

3. Biela según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque los radios (r) de curvatura de las zonas (10) redondeadas de conexión corresponden al menos a diez veces, preferiblemente al menos a veinte veces el radio de la zona (9) redondeada central.

4. Biela según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los dos nervios (4) de unión longitudinales del árbol (2) divergen en un ángulo mínimo de 2º.