Motores preparados para corrida são montados com parafusos diferentes para cada finalidade, cada qual realiza uma tarefa específica. Estes parafusos precisam ser desenvolvidos com critérios que variam conforme sua aplicação, além de cada engenheiro ter suas preferências. O resultado é que cada motor reflete estas diferenças de maneiras diversas. Em geral, os parafusos sob medida são concebidos para níveis de maior esforço do que as peças comerciais. O objetivo é obter peças mais eficientes em aplicações mais críticas, buscando materiais de melhor qualidade e minimizando as tensões com geometrias mais eficientes. Parafusos comerciais são de boa qualidade, mas em muitos casos, a preparação requer algo melhor do que um componente de propósito geral.
Entretanto, a maioria dos parafusos de alto desempenho, assim como os de biela e de fixação de cabeçote, não são considerados pelo desenho, mas sim pelo grande esforço suportado. Parafusos de biela são geralmente desenvolvidos com muitos critérios de geometria e materiais que devem ser seguidos. Mesmo assim, há pontos críticos no projeto e na fabricação do parafuso que devem ser considerados, entre eles, a geometria, o tratamento térmico e os processos de fabricação.
Os processos de fabricação são definitivos para o sucesso de um parafuso. Entre os fabricantes há uma discordância sobre a necessidade de forja a frio na cabeça ou simples usinagem, porém utilizando um estriado de 12 pontos de apoio, como é o caso do parafuso SPA-8000, uma forja a frio é bem recomendada. Outra atenção deve ser dada aos filetes de rosca, pois em sua maioria são laminados e, por este processo, grandes tensões residuais são impostas aos filetes. Para isto ser resolvido, um bom tratamento térmico deve ser adicionado ao processo final, para se atingir a resistência-alvo do projeto.
Geometria
Se focarmos em pontos específicos de desenho, claramente será percebido que parafusos de biela são muito diferentes de parafusos comerciais. Começando pela cabeça em que, para a aplicação de torque, é usada uma chave estriada de 12 pontos de contato e seu desenho logo abaixo deve ter raios para que o parafuso não cisalhe nem na aplicação de torque, nem no funcionamento. O diâmetro de ligação entre a cabeça e a rosca tem em geral um desenho muito interessante e é cuidadosamente controlado em dimensões e raios para que não falhe em situação alguma, pois é justo o ponto de transmissão de tensões entre a cabeça e a rosca.
A geometria é ponto fundamental para o estabelecimento da resistência-alvo do parafuso ao ser projetado. O menor diâmetro influi diretamente no cálculo da resistência final e deve ser posicionado estrategicamente pelo engenheiro no projeto, ao longo do corpo do parafuso. Os demais ângulos de mudança de raio em diversos pontos do parafuso é outro fator de projeto que influencia diretamente na qualidade do parafuso. Com auxílio de simulações computadorizadas, um engenheiro consegue estabelecer se suas premissas estão corretas para o grau de resistência que se deseja obter.
O SPA 8000 é um bom exemplo de um projeto em que sua geometria, material e processo de fabricação levaram a aproximação muito importante dos resultados obtidos em testes realizados após a fabricação. Os testes de tração sobre o parafuso pronto mostraram uma força de ruptura de 7733kgf (aplicado sobre o diâmetro do parafuso – cuidado: não são 7733kgf/cm²) que corresponde a 194.257 PSI. A margem de erro entre a prática e o projeto foi de 1,89%: quase na mosca! Veja os testes abaixo. Você também pode ver detalhes dos cálculos do SPA8000 aqui.
Bem, só para se ter uma idéia destes números, os parafusos ARP2000 – os mais conceituados do mercado – suportam 220.000 PSI, ou seja, cerca de 11% mais resistentes que os SPA8000 (cuidado de novo: isso não quer dizer 11% a mais de potência suportada). Lembrando que para a potência pretendida (1050CV a 8800rpm), ambos estão superdimensionados: é o que se espera de um bom parafuso de biela.
Frederico Falcão Weissinger
Engenheiro Mecânico da SPA Turbo
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