Biella

La biella è l'elemento snello che fa da ponte tra un pistone e l'albero motore all'interno di un motore alternativo a combustione interna. La sua ragion d'essere è risolvere un problema geometrico fondamentale: il pistone si muove in linea retta, salendo e scendendo lungo la canna del cilindro, mentre il motore deve fornire un moto rotatorio per mettere in movimento le ruote. Senza un sistema in grado di convertire un moto nell'altro, l'energia liberata dalla combustione non potrebbe essere sfruttata come coppia utile. In un motore convenzionale ogni cilindro dispone della propria biella, perciò un quattro cilindri ne monta quattro e un V8 otto.

Dal punto di vista meccanico la biella si articola in tre zone. Il piede accoglie lo spinotto che la incernieria al pistone, il fusto o gambo allungato sopporta il carico, mentre la testa, più grande, abbraccia il perno di manovella sull'albero motore. La testa è divisa in due metà unite tramite bulloni, così da poter essere montata sul perno di manovella decentrato, con un sottile cuscinetto a guscio interposto fra biella e perno e alimentato da olio in pressione. Quando il pistone scende nella fase di espansione, la biella spinge lateralmente il perno di manovella e, poiché tale perno è decentrato rispetto all'asse dell'albero, la spinta lineare si trasforma in una coppia rotante. Lo stesso cinematismo lavora in senso inverso nelle altre fasi, con l'inerzia dell'albero motore che riporta il pistone verso l'alto.

I carichi che la biella sopporta sono severi e continuamente alternati. A ogni ciclo è soggetta alternativamente a compressione durante la combustione e a trazione quando decelera il pistone al punto morto superiore, sollecitazione che cresce in modo marcato con il regime di rotazione. La biella deve quindi essere robusta e rigida a compressione per resistere all'instabilità a carico di punta, ma al tempo stesso il più leggera possibile, perché la sua massa si somma alle forze alterne e rotanti che il motore deve contenere. Questa tensione tra resistenza e leggerezza ne governa la progettazione.

La maggior parte delle bielle è stampata in acciaio per un eccellente rapporto resistenza-peso, mentre i motori sportivi e da competizione ricorrono spesso ad alluminio o titanio forgiato per ridurre la massa alterna, e alcuni motori a benzina di grande serie impiegano bielle in metallo sinterizzato o con testa fratturata per una produzione economica e precisa. La caratteristica sezione a I o a H massimizza la rigidità a parità di materiale.

Poiché si colloca al cuore del percorso delle forze nel motore, la rottura di una biella è tra i guasti più catastrofici. Una biella spezzata o espulsa, spesso conseguenza di un fuorigiri, di una carenza di lubrificazione al cuscinetto di testa o di un colpo d'ariete idraulico, può perforare il basamento, evento descritto efficacemente come motore che 'butta una biella'. Un danno simile comporta quasi sempre una revisione completa o la sostituzione del propulsore, ed è per questo che nella pratica l'alimentazione dell'olio ai cuscinetti e il limite di giri assumono un'importanza così grande.