Connecting Rod Technology: una colaboración entre empresas y clientes

¿Por qué la tecnología es tan interesante? Para mí, es porque siempre cambia. No importa lo que sea, y no importa lo bueno que hagamos algo, siempre nos esforzamos por hacerlo mejor. También hay tecnología comprobada que proviene de pruebas, pero lo que es más importante, uso y abuso en el mundo real, un ejemplo de lo cual son las bielas.

No sé si las bielas aguantan más o menos maltrato que cualquier otro componente del motor, pero seguro que es de otra forma. Una breve mirada a las fuerzas que actúan sobre una biela me hizo sentir más como si estuviera ingresando en matemáticas científicas avanzadas que aprendiendo sobre los componentes del motor, pero sé lo suficiente como para entender que se trata de ciencia y matemáticas, así que no me sorprendió.

En lugar de tratar de darle sentido a eso, pensé que era más fácil obtener el punto de vista de aquellos que se ganan la vida con la tecnología y echar un vistazo a los últimos aspectos del diseño de bielas. La primera etapa de mi búsqueda de información me llevó a CP-Carrillo.

Carrillo Industries, conocida por sus bielas de alto rendimiento desde su fundación en 1963, fue adquirida por CP Pistons en 2008 y desde entonces se conoce como CP Carrillo. Su rica historia de carreras y su nombre es familiar para los fabricantes de motores.

Christoph Wachmann me dio un resumen del desarrollo de su biela. Sus avances más recientes en tecnología de bielas para carreras de resistencia son nuevas aleaciones de aluminio de alta resistencia, tratamientos térmicos y rutas de proceso. Para varias aplicaciones de bielas de acero, las aleaciones de acero de alta resistencia, los tratamientos térmicos y los diseños livianos se encuentran entre los nuevos desarrollos más recientes. "Y por último, pero no menos importante, están los nuevos enfoques de diseño para la optimización del sistema como un conjunto de pistón y biela", agregó Wachmann.

Históricamente, las fallas más comunes que ven están relacionadas con un perno/proceso de ensamblaje defectuoso que resulta en una carga insuficiente en la abrazadera del perno. También ven la falla del haz a través de eventos de mayor presión máxima del cilindro, como resultado de golpes o problemas de tiempo.

Cuando diseñan tecnología para varillas nuevas, comienzan con un diseño y su rutina de prueba incluye simulación de elementos finitos, pruebas de pulsación y pruebas de motor, repetidas una y otra vez según sea necesario. "Las pruebas de pulso pueden brindar muy buenos comentarios sobre posibles problemas estructurales", dice Wachmann. "Todavía se necesitan pruebas del motor para verificar cualquier posible problema dinámico y el desgaste de las superficies de contacto y los cojinetes".

El mayor desafío del diseño de bielas, explicó Wachmann, es encontrar el mejor compromiso de peso ligero, durabilidad y rendimiento del sistema con el conjunto de pistón y cigüeñal, y tratar de encontrar ese compromiso dentro del espacio disponible limitado.

El diseño de las bielas abarca una serie de factores, incluidos el peso y la resistencia. Wachmann señaló que la rigidez en ciertas áreas es muy importante para evitar la ovalización de la cabeza de biela y el desgaste de los cojinetes, y su comportamiento dinámico (frecuencias de resonancia) también es fundamental, lo que hace que estos sean aspectos importantes del diseño.

Wachmann dijo que los segmentos de rendimiento más exigentes con los que trabajan son Sprint Cars, Micro Sprint Cars y NHRA Top Fuel. Una gran mayoría de los comentarios que reciben que afectan el diseño de la biela se centran en el espacio disponible dentro de un motor que se ve afectado por otros componentes como contrapesos, chorros de aceite y coronas de pistón.

"Para destacar entre los fabricantes de motores, CP-Carrillo se enfoca en una calidad impecable, durabilidad repetible y peso ligero", dice Wachmann.

Lo que aprendí de Wachmann me dio una buena comprensión del mundo del desarrollo de bielas, mucho más de lo que habrían hecho las fórmulas matemáticas complejas, y también tenía otra etapa del viaje por venir.

Pude obtener una idea sobre el tema de Trip Manley de Manley Performance Products. Un nombre que es sinónimo de la industria de las carreras, Manley Performance fue fundado originalmente en 1966 por Hank Manley. Sus primeras dos décadas de negocios estuvieron marcadas por relaciones con clientes como Don Garlits, Bo Laws, Joe Mondello, Bill Jenkins y "Jungle Jim" Liberman.

Trip explicó que la fabricación ha sido un área de gran atención para ellos y que las mejoras en el proceso de fabricación han sido enormes, incluido el fresado dinámico. A lo largo de los años, han atribuido la instalación incorrecta de sujetadores y cojinetes giratorios a la causa de la mayoría de las fallas de las bielas.

Manley Performance se basa en los comentarios de sus clientes para desarrollar un plan de investigación y desarrollo para bielas. "Escuchamos y aprendemos de nuestra base de clientes exigentes que están superando los límites de estos motores y componentes", dice Trip.

Probar diseños de bielas es una operación multifacética en Manley Performance. "El análisis de elementos finitos (FEA) es ciertamente útil, pero la clave de FEA es asegurarse de que todos los datos de entrada y los parámetros sean precisos", dice Trip. Pregunté si la prueba de dinamómetro era beneficiosa o si había una práctica común que usaran, y Trip explicó que el proceso de prueba podría variar según la barra en sí y cuál era su aplicación.

"Este no es un proceso de 'un zapato sirve para todos'", dice. "La experiencia previa y los diseños son absolutamente útiles y conocer las áreas críticas de alto estrés. Las pruebas Dyno son útiles, pero en última instancia, la pista es donde se mide el verdadero rendimiento".

Aunque no es un material nuevo, Manley utiliza aleación de acero 300M en sus bielas cuando es necesario aumentar la resistencia entre un 15 y un 20 %, pero los constructores deben mantener el peso bajo, citando que el peso y la resistencia son dos factores clave de una biela. pero la fiabilidad es, en última instancia, lo más importante.

El acero de aleación 300M se produce mediante un proceso llamado refundición por arco al vacío (VAR). En términos simples, produce un metal de muy alta calidad. Cuando el metal se funde en un horno abierto, los gases se disuelven en el líquido. Esto crea impurezas en el metal y puede afectar la resistencia. Cuando se usa VAR, el metal se funde en el vacío y, bajo este vacío, los gases escapan del metal líquido, evitando las impurezas y dando como resultado un material increíblemente fuerte. Es un proceso costoso, por supuesto, pero vale la pena cuando la aplicación lo exige.

Manley Performance ofrece bielas para todas las facetas de la industria y dice que ninguna faceta presenta un desafío mayor, aparte de aquellas que tienen que superar restricciones de espacio o espacio libre.

"Para sobresalir entre los fabricantes de motores, nos enfocamos en la relación adecuada entre resistencia y peso, el mecanizado similar a una joya, las tolerancias estrictas y, en última instancia, la confiabilidad", dice Trip. "Los clientes saben que pueden contar con las bielas de Manley".

Como en muchos aspectos de la industria, los fabricantes de motores y empresas como Manley y CP-Carrillo trabajan juntos para desarrollar productos que funcionen. Parece que el lado humano podría ser la parte más importante del desarrollo de la tecnología de biela.EB