Factores que influyen en el diseño de la biela.

La elección de un tipo de biela u otro vendrá dada, lógicamente, por el tipo de motor. Su diseño debe ser acorde con las solicitaciones a las que se ve sometida procurando, además, un coste de fabricación bajo. Tres aspectos importantes a tener en cuenta a la hora del diseño son:

1.- Material

 Fundición nodular: Las bielas de fundición tienen la ventaja de ser las más baratas aunque su resistencia menor y su peso igual o superior a las de acero. Se fabrican por fundición en moldes de arena.

 Aleaciones ligeras: Este material tiene menor resistencia y mayor coste que los anteriores pero su menor densidad reduce inercias y las hace idóneas para motores que giran a alta velocidad. Su fabricación también es por fundición.

2.- Forma de partición de la cabeza de biela.

La partición de la cabeza de la biela viene condicionada por criterios de montaje y desmontaje. Así, cuando el ancho de la cabeza de biela es mayor que el

diámetro del cilindro, es necesario realizar una partición inclinada si se pretende desmontar el pistón sin desmontar el cigüeñal. Por ello, la partición de la cabeza de la biela puede realizarse de dos formas diferentes:

 Partición recta: Se utiliza cuando el tamaño de la cabeza de la biela no impide su desmontaje a través del cilindro (Ilustr. II. 7.1).

 Partición oblicua: Se utiliza en el caso de que la cabeza de la biela no pueda pasar a través del cilindro. Este tipo de partición obliga al mecanizado de dentados en la superficie de asiento de ambas partes evitando así el deslizamiento de las mismas (Ilustr. II.7.3).

3.- Forma de ejecución del pie de biela.

La forma del pie de biela resulta fundamental pues de ella depende la magnitud de las tensiones de contacto entre los distintos elementos del conjunto pistón-bulón- biela. En función de la carga mecánica del motor, el pie de biela puede adoptar dos formas:

 Pie de biela recto: El utilizado en aplicaciones no demasiado cargadas mecánicamente.

 Pie de biela trapecial: Se emplea en motores sobrealimentados sometidos a elevadas presiones de combustión. Persigue reducir las tensiones mecánicas originadas por la combustión, aumentando el área de transmisión del esfuerzo tanto entre el pistón y el bulón como entre el bulón y la biela. También se consigue disminuir la flexión del bulón al aplicar el pistón más centradas las fuerzas.

4.- Disposición de los cilindros y tipo de motor.

La biela puede adoptar una geometría peculiar cuando se trata de motores en los que una muñequilla del cigüeñal debe servir de soporte a varias cabezas de biela (motores con cilindros en "V" o en "estrella") (Ilustr. II. 7.5):

 Biela maestra y bieleta: Muy utilizada en los motores en V y en estrella. La biela principal lleva en su parte lateral, junto a la cabeza, el alojamiento para un bulón que permite su conexión con una bieleta de la que recibirá los esfuerzos de otro cilindro. Tiene como peculiaridad que las carreras de los pistones que conectan son distintas (Ilustr. II. 7.5).

 Montaje en horquilla: En este caso, el punto de anclaje de ambas bielas se desplaza al eje de la cabeza por lo que la carrera que determinan es idéntica. La biela principal dispone en la zona de la cabeza de un casquillo cilíndrico que sobresale y que sirve de bulón de conexión con la otra biela, que tiene forma de horquilla para mantener el mismo plano de giro (Ilustr. II.7.5).

 Bielas gemelas: Son bielas idénticas que se colocan una a continuación de la otra sobre la misma muñequilla del cigüeñal. Este sistema hace que los planos de rotación de ambas bielas se encuentren ligeramente desplazados,

8. EL CIGÜEÑAL.

8.1 Definición, partes y esfuerzos que soporta.

El cigüeñal es el elemento que transforma, en última instancia, el movimiento rectilíneo alternativo del pistón en rotativo. De igual forma, el esfuerzo lineal recibido del pistón a través de la biela queda convertido en un par, conocido como "Par motor". Se puede decir que el cigüeñal es una viga continua simplemente apoyada en "n" puntos con una serie de codos decalados entre sí un cierto ángulo en el que pueden diferenciarse las siguientes partes (Ilustr. II.8.1):

 Muñequillas: Zonas cilíndricas por dónde se conectan las bielas.

 Apoyos: Zonas cilíndricas que sirven de apoyo y de puntos de transmisión de fuerzas a la bancada.

 Contrapesos: Las masas que, a modo de prolongación de las palas, sirven para equilibrar dinámicamente el conjunto pistón-bulón-biela-cigüeñal. Pueden ser integrales o postizos (atornillados).

El cigüeñal soporta distintos esfuerzos:

 Fuerzas transmitidas por las bielas: Las debidas a la combustión y las fuerzas de inercia del conjunto pistón-bulón-biela.

 Fuerzas debidas al propio cigüeñal: Las de inercia y las causadas por las vibraciones torsionales.

 Otros: Momentos aplicados por el accionamiento de elementos auxiliares (distribución, bomba de aceite, bomba de inyección, etc.).

La composición de estos esfuerzos hace que el cigüeñal trabaje a flexión y torsión combinadas. No obstante, debido al carácter alternante de los esfuerzos que intervienen, su cálculo se hace a fatiga. El estudio dinámico conduce a la determinación de las velocidades de rotación para las que el cigüeñal entra en resonancia. Dichas

"velocidades críticas " deben estar lejos de las de funcionamiento normal del motor.