Diseño de un compartimento de motor para acoplar un motor de diésel en una moto de nieve a gas

Aplicaciones: Ingeniería inversa
Sectores: Automoción/Transporte

La integración de un motor de diésel industrial en el chasis de una moto de nieve a gas para reducir el ruido y eliminar las emisiones, a la vez que se mantiene o se aumenta la velocidad y el desempeño no se puede realizar adecuadamente sin medir geometrías extremadamente complejas con tecnologías de vanguardia para obtener una base precisa y usar las tolerancias correctas.

¿Cómo se puede modificar la base estructural de la moto de nieve que se modificará a fin de acoplar el motor de diésel a la vez que se mantiene la integridad estructural del chasis?

Reemplazar toda la estructura de soporte, cambiar el cárter de fábrica o usar un sistema de aceite de cárter seco parecen opciones costosas y complejas que pueden ocasionar posibles problemas de fiabilidad. Por consiguiente, los ingenieros deben encontrar una forma de diseñar el compartimento del motor (en torno al motor) a fin de acoplar el motor de diésel industrial sin tener que alterar el diseño del cárter. Para conseguirlo, la medición del motor actual, del montaje del motor y del compartimento del motor es un paso crucial. Sin embargo, se debe llevar a cabo con instrumentos de medición muy precisos, puesto que el diseño puede implicar muchos espacios de separación extremadamente estrechos.

Puesto que el fundido de aluminio que forma el compartimento del motor es geométricamente complejo y contiene una variedad de formas, ¿cómo se puede medir con precisión?

Medir cada ángulo y cada superficie del fundido es obligatorio para modificar la base estructural de la moto de nieve a fin de acoplar el motor y, a la vez, mantener la integridad estructural del chasis. Los ingenieros necesitan conocer las tolerancias correctas entre el motor y el compartimento del motor. Desafortunadamente, todas estas tolerancias no se pueden obtener con precisión usando herramientas tradicionales.

Si bien las herramientas de medición tradicionales han demostrado su utilidad en otras áreas de desarrollo, ¿qué otras soluciones se podrían usar cuando los calibres simplemente no son suficientemente precisos y versátiles?

Los calibres y las herramientas de medición tradicionales no pueden acceder a áreas específicas de las superficies que se deben medir o proporcionan datos que no son lo suficientemente precisos para la tarea a realizar. Dado que el compartimento del motor contiene geometrías muy complejas, se requiere una solución de medición más versátil y precisa para capturar datos que destaquen las tolerancias correctas y ofrecer el espacio de separación apropiado para un acoplamiento rápido y eficiente.

Tan crucial como es, la primera fase del desarrollo puede ser larga y tediosa. ¿Cómo puede el equipo reducir el número de iteraciones generalmente requeridas durante el diseño y, de esta manera, no superponerlas a otras etapas del desarrollo?

Seguir la vía de medir la geometría compleja del compartimento del motor con herramientas tradicionales puede ocasionar errores complejos que podrían requerir varias iteraciones de diseño y fabricación para crear todos los componentes del montaje con precisión. A fin de reducir el número de iteraciones requeridas durante el proceso de diseño, se deben priorizar las soluciones de medición adecuadas. De esta manera, se ahorra tiempo valioso y las otras etapas de desarrollo pueden darse en su secuencia lógica.

Soluciones: Tecnologías de escaneado 3D de alta resolución, precisas, versátiles y rápidas.

La mejor manera posible de evitar cambiar el cárter o usar un sistema de aceite de cárter seco es diseñar una estructura de soporte para el motor que se pueda acoplar de la manera más ajustada posible, dada la geometría compleja del compartimento del motor. Sin ninguna duda, la tecnología de escaneado 3D es la solución para capturar datos que destaquen las tolerancias correctas y ofrece el espacio de separación apropiado para un acople rápido y eficiente.

La precisión está demostrada por el nivel de comodidad y confianza que los ingenieros tienen al trabajar con algunos espacios de separación extremadamente estrechos del modelo CAD que resultaron ser perfectamente adecuados una vez que se fabricó el montaje del motor.

El alto nivel de detalles proporcionado por las cámaras de alta resolución para la adquisición de geometrías es una característica importante para los equipos de diseño y desarrollo. La calidad de escaneado es esencial para apreciar las discrepancias entre las superficies escaneadas y las superficies reales de los componentes.

La versatilidad es posible con tecnologías ópticas avanzadas y volúmenes de escaneado ilimitados.. Gracias a esto, los escáneres 3Dpueden medir cualquier pieza sin importar su tamaño, forma, material, acabado de superficie y complejidad. La velocidad está definida por la función de malla instantánea, en la que la malla generada ya está aligerada, procesada y lista para integrarla a la perfección en el software CAD o de impresión 3D.

Los escáneres 3D de grado de metrología tales como el HandySCAN 3D o el Go!SCAN 3D, así como las plataformas de software VXModel y Polyworks, son buenos ejemplos de estas soluciones de escaneado de alta resolución, precisas, versátiles y rápidas.

Beneficios: Con alta resolución, precisión, versatilidad y velocidad, el desafío de acoplar un motor de diésel a una moto de nieve a gas se puede lograr a tiempo y dentro del presupuesto

Además de un rediseño limpio, los distintos resultados que los ingenieros obtienen al probar su nuevo diseño son la prueba definitiva de su realización. Las tecnologías de escaneado 3D contribuyen a conseguir los siguientes beneficios, todos los cuales son esenciales para lograr la victoria en una competencia de motos de nieve limpias:

Diseño seguro y robusto
La precisión de los escaneados 3D es un factor importante para un diseño seguro y robusto de una moto de nieve a diésel. Puesto que los escáneres 3D y las tecnologías de escaneado a CAD generan resultados confiables, los ingenieros pueden conocer las tolerancias correctas entre el motor y el compartimento del motor. De esta manera, se sienten cómodos al modificar la base estructural de la moto de nieve para acoplar el motor. Saben que no alterarán la integridad estructural del chasis.
Proceso de diseño optimizado
Dado que los escáneres 3D pueden capturar muchos datos de la superficie completa (no solo de puntos discretos) sin necesidad de programación ni preparación, los diseñadores e ingenieros ahorran tiempo durante el proceso de diseño reduciendo el número de iteraciones requeridas en el diseño (y fabricación) de los componentes de montaje.
Mejor desempeño
Se podría pensar que la modificación de la base estructural de una moto de nieve para limitar el ruido y eliminar las emisiones se conseguiría a expensas de la velocidad y el desempeño. Gracias al ingenio de los ingenieros, y con la ayuda de los escáneres 3D, pudieron medir piezas geométricas complejas con varias formas y contornos para acercarse a su objetivo. Con los escáneres 3D, los ingenieros y diseñadores tienen la capacidad de hacer ajustes a componentes que, sencillamente, eran imposibles de medir antes, lo que añade rendimiento y robustez a las motos de nieve.

El equipo de Clarkson SAE Clean Snowmobile involucra aproximadamente a 20 estudiantes de una amplia variedad de programas de pregradoen proyectos estudiantiles de experiencia en ingeniería y diseño. Su último proyecto fue diseñar y construir una moto de nieve a diésel en un año, lo que fue un logro impresionante. Con una pequeña ayuda de Polaris Industries, el equipo recibió un chasis 2020 Polaris Titan Adventure para comenzar a realizar las modificaciones. El rediseño también implicó la elección de un nuevo motor a diésel: el Caterpillar C1 de 1 litro, 3 cilindros y 4 tiempos. Luego, el chasis se transportó a Montreal, donde los Servicios de Metrología de Creaform realizaron (como patrocinadores) un escaneado 3D para hacer posible el modelado del compartimento del motor en SolidWorks.

“La forma en que nuestro equipo llevó a cabo este proyecto no habría sido posible sin el escaneado 3D del compartimento del motor realizado por Creaform y un archivo STEP del motor que recibimos de Clarke Powered Solutions. La geometría del modelo fue increíblemente precisa, lo que permitió conseguir varios espacios de separación estrechos satisfactorios una vez que se fabricó la moto de nieve”, dijo Shawn Schneider, presidente de Clarkson SAE Clean Snowmobile.

El equipo de Clarkson SAE Clean Snowmobile volvió de la Michigan Technological University a principios de este año para promover un acabado ganador del primer lugar en la Clase de Vehículos Utilitarios a Diésel del programa SAE Clean Snowmobile Challenge. “Hacer exactamente lo que hicimos sin un escaneado del compartimento del motor hubiera sido prácticamente imposible”, agrega el Sr. Schneider.

Ahora, el equipo puede seguir desarrollando y mejorando su robusto diseño en CAD para las próximas cuatro competencias hasta que se requiera un nuevo chasis en 2025. Tener una base confiable sobre la cual construir, inevitablemente hará posible la creatividad y la innovación en el futuro.