introduccion suspension
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SISTEMAS DE SUSPENSIÓN.
Historia 1885 a 1920: Aparecen los primeros principios de construcción del paso
del diseño de los carruajes a un vehículo motor.
1920 a 1955: Búsqueda de soluciones con mayores prestaciones y una
estabilidad que se convirtió en parte de una exigencia fundamental.
Aparecieron distintos tipos de esquemas en función de la posición del
motor, tipo de propulsión, tipo de carga y en vehículo de una gama mas
alta de desarrollaron esquemas mas complejos en busca del confort y de
mayores prestaciones.
1955 a los sesenta: SE adopto soluciones ya formuladas teóricamente y
consideradas ya en esquemas para vehículos de serie.
En los 80: EL conocimiento del efecto de autolineamiento de las ruedas,
pudo permitir que aspectos como el desequilibrio en el sistema de frenado,
o el arrastre del neumático, o el balanceo negativo en las curvas, pudieran
comenzar a ser abordables y solucionables en vehículos estándar.
En los 90: La posibilidad de utilizar controles electrónicos.
Misión
Los elementos elásticos deben absorber los golpes provenientes de
la calzada y asegurar la adherencia continua de las ruedas con el
suelo, así como el de brindar estabilidad durante los virajes.
Características Deben de ser lo suficientemente fuertes para soportar todo el peso del
vehículo sin causar deformaciones permanentes.
Deben de ser lo suficientemente elásticas para que las ruedas no se separen del piso.
Las oscilaciones deben de ser amortiguadas hasta un nivel razonable que no ocasione molestias al los usuarios.
La experiencia demuestra que el margen de comodidad para una persona es de 1 a 2 oscilaciones por segundo; una cifra superior excita el sistema nervioso, aunque tampoco conviene bajar el valor mínimo porque se favorece el mareo.
Un muelle blando tiene gran recorrido y pequeño numero de oscilaciones bajo la carga, mientras que un muelle duro tiene menor recorrido y mayor numero de oscilaciones.
Finalidad Llamamos suspensión a todos los elementos elásticos que se
interponen entre la masa suspendida y la no suspendida del
vehículo.
Funciones Complementarias
Trasmitir las fuerzas de aceleración y frenado entre los ejes y el
bastidor.
Resistir el par motor y de frenada.
Resistir los efectos de las curvas.
Conservar el ángulo de dirección en todo recorrido.
Conservar el paralelismo entre los ejes y la perpendicularidad
del bastidor.
Conservar una estabilidad adecuada con el eje de balanceo.
Aguantar la carga del vehículo.
Movimientos de la carrocería Los movimiento de interés son:
Aceleración
Frenado
Cambios de dirección
Vuelco
El comportamiento dinámico del vehículo vendrá determinado
por las ruedas aplicadas sobre el vehículo por las rueda,
gravedad y el arrastre aerodinámico
Para la representación del vehículo será tomado una sola masa
puntual, concentrando su masa en su centro de gravedad (CG)
Un CG equivale dinámicamente a la totalidad del vehículo,
siempre y cuando se asuma como un solido rígido.
Movimientos de la carrocería
Los movimientos del vehículo se definirán respecto a un sistema de
referencia cartesiano asociado al mismo vehículo.
Este sistema de referencia tendrá su origen en el CG y se moverá
solidario con el.
Las variables de movimiento respecto a las coordenadas que define un
sistema de referencia fijado sobre el propio vehículo serán:
Movimientos de la carrocería
Así pues son seis son los movimientos básicos de la carrocería de un vehículo con respecto a la pista.
1. Cabeceo (q): El movimiento de rotación del vehículo en torno al eje transversal del mismo. Consiste en un hundimiento de la parte anterior del vehículo y un levantamiento de la posterior o viceversa. Es un movimiento típico de aceleración y frenado
2. Balanceo: Al movimiento de rotación en torno al eje longitudinal del vehículo. Es un momento típico que se produce al describir una curva.
3. Guiñada: AL movimiento de rotación en torno al eje vertical del vehículo. Este es un movimiento que puede producirse sobre todo es situaciones de cambios bruscos de dirección.
4. Bailoteo: Al movimiento de toda la “caja” del vehículo paralelo al terreno, movimiento típico cuando se anda por carreteras con ondulaciones.
5. Bandazos: Movimiento oscilatorio rectilíneo en el sentido del eje transversal. Movimiento típico que suele ser provocado por la acción del viento lateral.
6. Vaivenes: Al movimiento oscilatorio rectilíneo en el sentido del eje longitudinal. Movimiento típico que se da cuando el automóvil tiene fallos en el motor o en los frenos.
Movimientos de la carrocería
Las masas suspendidas es el conjunto de órganos del vehículo que forma la “caja” (bastidor o chasis, carrocería, pasajeros y carga, que no esta en contacto rígido con la superficie del terreno por la que circula.
Las masas no suspendidas son aquellas que están soportadas directamente por el neumático
Movimientos de la carrocería
Mecanismo de la suspensión.
El conjunto de elementos elásticos K y amortiguadores V, que se
interponen entre las masas no suspendidas y las suspendidas y que
confieren a esta unión un comportamiento flexible y amortiguado al
mismo tiempo.
También forman parte de la suspensión los elementos estabilizadores
y estructurales que posicionan las ruedas respecto a la “caja” del
vehículo.
La rigidez total de un sistema de muelles compuesto, puede ser determinada de forma similar al de las resistencias en serie
Mecanismo de la suspensión.
En términos dinámicos, la máxima carga probable que puede soportar
el muelle de suspensión de un vehículo rondara el doble de su carga
en condiciones estáticas.
Si un muelle tiene un grado de rigidez de 30 KN/m, se deformara
cerca de 0,08m si actúa una carga estática de 248Kg. (generando una
fuerza de 2400N), pero la deformación superara los 0,16 si el
vehículo esta en movimiento.
Mecanismo de la suspensión.
Para reducir el 0,16m se requiere de un elemento suplementario
que puede ser un tope de goma
Una instalación típica posee topes de goma que actúan cuando el
desplazamiento de acerca a los 0,1m, y se consigue que el
movimiento total restringido sea de 0,127m.
La máxima rigidez que se necesita para estas condiciones es de
37,8 KN/m en el muelle y por lo tanto situando un tope de goma
en paralelo únicamente se necesitarían 7,8 KN/m
Mecanismo de la suspensión.
Geometría de la suspensión.
El desarrollo del control de la posición de las ruedas ha llegado a
ser en cierto grado complejo, tanto como la demanda de
seguridad, confort y la maniobrabilidad que tiene que tener el
vehículo.
Angulo de convergencia (toe-in)y
divergencia (toe-out). Es el ángulo
definido entre cada una de las ruedas
y el eje longitudinal del vehículo,
siempre en su proyección horizontal.
Este ángulo se mide en condiciones
estáticas.
Se determina por la diferencia entre
la distancia de cada uno de los bordes
delantero y trasero al nivel de la línea
central, de las ruedas izquierda y
derecha.
Geometría de la suspensión.
Angulo de avance Caster. Este ángulo produce un efecto de
autoalineacion del las ruedas al tomar una curva.
Este ángulo tiene valores de entre 1 o 2 grados
Geometría de la suspensión.
Angulo de caída (Camber): El ángulo queda definido entre la
vertical de la rueda y el plano del suelo.
Camber positivo: Cuando la parte mas alta de la rueda sobresale
más que cualquier otra parte del neumático
Camber negativo: Cuando la parte baja de contacto del
neumático con el suelo sobresale mas que cualquier otra parte
del neumático
Geometría de la suspensión.
Descentrado de las ruedas (wheel offset): Es la distancia lateral entre el punto donde la prolongación del eje de pivotamiento corta al suelo (B) y el punto central del dibujo del neumático(A).
Si el eje de pivotameinto corta el suelo en la parte inferior del dibujo de rodadura del neumático se dice que el radio de pivotamiento es positivo
Si el eje de pivotamento cruza la vertical del neumático y el corte con el plano del suelo se produce mas allá de la banda central de rodadura decimos que el radio de pivotameinto es negativo
Geometría de la suspensión.
Efecto Ackermann: Cuando un
vehículo circula en una curva, la rueda
interior esta obligada a cubrir una
distancia inferior que la rueda
exterior.
El efecto Ackermann queda
determinado por la orientación de los
brazos de la dirección hacia el interior
cuya prolongación interseca con el
centro del eje trasero del vehículo, de
forma que las cuatro ruedas giran
alrededor de un mismo punto en una
curva
Geometría de la suspensión.
Centros de balanceo (Roll center):
Es el punto imaginario correspondiente a cada uno de los ejes del
auto, que se encuentran en el plano vertical e incluye al mismo,
definiendo el centro instantáneo de rotación de la masa sostenida
atribuible ese eje cuando sobre ella se aplica una fuerza lateral.
Geometría de la suspensión.
Eje de balanceo (roll axis):
Tenemos en el auto dos puntos que responden a los centros de rolido
delantero y trasero para una posición determinada de la suspensión.
Dependiendo de la distribución estática de pesos los puntos de centro
de rolido estarán lo mas próximo posible al plano longitudinal del
vehículo, pero puede que no estén a la misma altura.
De todos modos si unimos el punto del centro de rolido delantero con
el trasero obtendremos una línea que representa el eje de rolido, 0 eje
de balanceo.
Centro de Balanceo
Una de las propiedades mas importantes de la suspensión.
Esta relacionada con la localización del punto en el que son
aplicadas las fuerzas laterales desarrolladas por las ruedas y que
son transmitidas a las masas suspendidas.
Este punto donde se reciben estos efectos se los conoce como
centro de balanceo, afecta el comportamiento de las masas
suspendidas y no suspendidas, afectando de forma directa al gira
del vehículo.
Cada sistema de suspensión tiene su propio centro de balanceo.
Un vehículo que pesa 363 Kg. En cada rueda, cercad e 345 Kg se
transmiten como fuerza lateral en cada rueda por cada 5° de ángulo
de deriva.
En curvas muy cerradas las cargas cambian a 181 Kg. En la rueda
interior a la curva y 544 Kg. A la rueda exterior.
La medida de la fuerza lateral para ambas ruedas disminuye a 308Kg.
Consecuentemente las ruedas tendrán que asumir un grado de
deriva mayor para poder soportar una menor fuerza lateral.
Si las ruedas delanteras son las que tienden a irse hacia afuera el
vehículo tiene un comportamiento subvirador.
Si las ruedas posteriores son las que tienden a irse hacia afuera el
vehículo tiene un comportamiento sobrevirador.
Centro de Balanceo
Este es un efecto que aparecen en los dos ejes del vehículo, el
comportamiento sobrevirador y subvirador del vehículo dependerá
del balance de los momentos de balanceo distribuidos en los ejes
delantero y trasero
Un mayor momento de balanceo en el eje delantero dispondrá de un
comportamiento subvirador de igual manera ocurrirá con el eje
trasero disponiendo de un comportamiento sobrevirador.
Existen mecanismos que gobiernan el momento de balanceo de un
vehículo.
Centro de Balanceo
Todas las suspensiones son equivalentes a dos muelles. La
separación lateral de los muelles proporciona un momento
resistente al balanceo, proporcional a la diferencia en el ángulo de
balanceo entre la carrocería y el eje. La rigidez viene dada por:
Centro de Balanceo
En caso de suspensiones independientes la expresión anterior puede
ser utilizada pero sustituyendo la distancia “s” por el ancho de vías y la
rigidez de la barra estabilizadora.
Cuando un vehículo circula por curvas se puede afirmar que
generalmente la distribución de este momento de balanceo tiene a
desplazarse hacia la parte delantera del vehículo, debido a algunos
factores:
En relación a la carga, la rigidez de la suspensión delantera es ligeramente
inferior a la de la suspensión trasera, esto hace que tenga una mayor
rigidez al balanceo en el eje trasero.
Normalmente los diseñadores refuerzan las suspensiones delanteras para
oponerse de mayor forma al balanceo y asegurar, en un estado limite en
curva, el comportamiento subvirador del vehículo.
Se emplean barras estabilizadoras en la unión de la suspensión para
aumentar la rigidez y oposición al balanceo.
Centro de Balanceo
Funciones principales de los sistemas de suspensión.
Las condiciones básicas en las cuales se desarrolla el trabajo de la suspensión no solo tiene que ver con el nivel de oscilaciones que soporta el ser humano que esta relacionado con el confort si no también se tiene que preocupar la interacción entre el vehículo y el suelo.
Son dos las funciones fundamentales que deben de cumplir la suspensión:
Estabilidad
Confort.
Confort de Marcha.
El margen de comodidad de una persona esta entre 1 a 2 oscilaciones
por segundo, es decir de 60- 120 oscilaciones por minuto.
Por encima de estos valores se altera el sistema nervioso y por
debajo de estos se producen mareos.
Partiendo de estos datos se puede calcular la flexibilidad adecuada
para cada vehículo.
La suspensión debe de absorber las reacciones producidas en las ruedas por las irregularidades del terreno, asegurando la comodidad de las personas así como la protección de la carga y de los órganos mecánicos del vehículo.
La absorción de estas reacciones se consiguen por la acción combinada de los neumáticos, la elasticidad de los asientos y el sistema elástico de la suspensión.
Los neumáticos solo absorben las pequeñas asperezas de la pista y su misión mas importante es la de asegurar un buen agarre la carretera y conservar la silenciosa marcha del vehículo.
Cuando las irregularidades son grandes, son absorbidas por el sistema elástico de la suspensión generado las oscilaciones de las rueda, que serán mas grandes cuanto mas blanda sea la suspensión.
Confort de Marcha.
Los elementos que afectan al confort de la marcha del pasajero están referidos a las vibraciones táctiles y visuales, mientras que las vibraciones auditivas quedan reconocidas dentro del campo de los ruidos.
El tratamiento del confort de marcha del pasajero queda centrado en el rango de frecuencia que varia entre 1 y 25 Hz.
Las vibraciones auditivas cubren un rango de frecuencia entre 25 y 20000Hz.
Los diferentes tipos de vibración normalmente esta tan correlacionados, que resulta en muchas ocasiones difícil considerarlos cada uno por separado
Confort de Marcha.
Fuentes de excitación.
Se puede dividir en dos grupos.
Ajenas al vehículo: La carretera por donde circula
Propias del vehículo: Fuentes de excitación de vibraciones que están
incorporadas al propio vehículo y que surgen de componentes como:
Neumáticos, el sistema de tracción/transmisión y el motor.
El comportamiento de un vehículo en lo referente a la transmisión de vibraciones.
Confort de Marcha.
Irregularidades en la carretera.
En general se acepta que ondulaciones con amplitudes cuyos valores
superen los 0,019m a 0,025m, llegaran a ser molestas a velocidades
normales de marcha; amplitudes menores de 0,013m, significaran
firmes de calidad media, mientras que valores inferiores a 0,005m
serán indicativos de una gran calidad en la superficie de la pista.
Confort de Marcha.
Uniones Llanta/ Neumático.
Tiene que ser una conexión lo suficientemente flexible como para absorber los relieves irregulares, formando parte del sistema de aislamiento de la carrocería.
Las imperfecciones de fabrica de llantas, uniones, frenos y conexiones de elementos rotacionales, deben dar lugar a irregularidades que facilitan la transmisión de vibraciones y que pueden ser agrupadas en:
Desequilibrio de masas
Variaciones dimensionales
Variaciones de rigidez
Este tipo de fenómenos actúan como fuente de excitación de las vibraciones. Las variaciones de fuerzas pueden producirse en dirección vertical, longitudinal o lateral.
Confort de Marcha.
Transmisión
La tercera mayor fuente de excitación proviene de los elementos que
poseen movimientos de rotación en el sistema de tracción.
La línea de transmisión suele estar formada por los componentes que
se sitúan entre el motor y las ruedas motrices.
De todos los elementos que componen este sistema el árbol de
transmisión a través de sus juntas es una de las principales fuentes
de vibraciones
Confort de Marcha.
Motor
El motor es la fuente de potencia del vehículo y por lo tanto también
un fuente de vibraciones.
Pero además la masa del motor conjuntamente con la transmisión
puede ser usado de forma adecuada como un elemento de absorción de
vibraciones.
Una de las claves para el asilamiento de las vibraciones de la estructura
del vehículo, consiste en diseñar un sistema de suspensión que contenga
un eje de balanceo que este alineado con el eje inercial del motor y
proporcione una resonancia alrededor de este eje a una frecuencia que
este por debajo de la frecuencia de encendido mas baja , quedando
atenuadas las vibraciones sobre la frecuencia de resonancia.
Confort de Marcha.
Respuesta del vehículo. A bajas frecuencias, la carrocería, considerada como una porción
de la masa suspendida del vehículo, se mueve como una unidad que forma parte integral de
Los ejes y dispositivos asociados con las masas no suspendidas, también se comportan como un cuerpo rígido y consecuentemente también transmiten vibraciones hacia las masas suspendidas
El comportamiento dinámico del vehículo, puede considerarse la relación entre las entradas y las salidas. La entrada se materializa por las vibraciones anteriores y la salida ya como un comportamiento de la estructura
Sensibilidad humana a las vibraciones Como conclusiones generales el cuerpo humano puede soportar un cierto
grado de vibraciones circulando con un vehículo
El cabeceo produce sensación de nauseas y alteraciones en el laberinto auditivo que modifican el sentido del equilibrio
Las oscilaciones de frecuencia inferior a 0,5 Hz producen un malestar semejante al maro de un barco
Las frecuencias de 5-6Hz causan fatiga general, debida a la resonancia de los músculos
LA cabeza y el cuello son muy sensibles a las vibraciones que varían entre 18 y 20 Hz.
Las zonas viscerales del cuerpo humano se muestran especialmente sensible a frecuencias entre 5 y 7 Hz. Este efecto dependerá del pasajero como de la amplitud de la frecuencia transmitida
Las frecuencias del orden de los 20Hz son perjudiciales para las vertebras cervicales
El campo en el cual las vibraciones son aceptadas esta restringido a frecuencias comprendidas entre 1 y 2 Hz.
Sensibilidad humana a las vibraciones.
De este modo resulta que las aceleraciones verticales deben ser en
cualquier caso inferiores a 0,02g
Un papel fundamental en la suspensión de confort es el juego por el
asiento cuyos muelles deben de tener sus frecuencias naturales alejadas
de las frecuencias de las solicitaciones transmitidas al casco de la
carrocería por las suspensión para evitar fenómenos de resonancia.
Sensibilidad humana a las vibraciones
Un papel importante en la sensación de confort es el jugado por el
asiento, cuyos muelles deben de tener sus frecuencias naturales
alejadas de las frecuencias de las oscilaciones transmitidas al casco
de la carrocería por las suspensiones, para evitar fenómenos de
resonancia.
Sensibilidad humana a las vibraciones
Estabilidad La estabilidad del vehículo, hace referencia a la necesidad de que las
ruedas estén constantemente en contacto con el suelo, ya que el
vehículo se “apoya” sobre la huella del neumático y la adherencia del
mismo es función de dos factores:
El rozamiento de la interface neumático-suelo
El peso que gravita sobre el neumático.
Si por efectos de la suspensión la rueda dejara de estar en contacto
con el suelo y en ese caso tendríamos una A=0, de hay la
importancia de reducir rápidamente las oscilaciones, con
amortiguadores adecuados a cada vehículo.
Suspensiones muy blandas con grandes deformaciones, serán muy
confortables pero poco estables, con el riesgo de quedarnos sin
adherencia
Suspensiones muy duras con escaso recorrido, serán poco cómodas
pero muy estables
Estabilidad
Tipos de suspensión.
Hacer más cómoda la marcha del vehículo la de los pasajeros y
mantener en todo momento la estabilidad del mismo.
Para cumplir con estos objetivos la Suspensión debe tener 2 cualidades
importantes:
Elasticidad
Amortiguación
Elasticidad Evita que las desigualdades del terreno se transmitan al vehículo en
forma de golpes secos.
Impide el balanceo excesivo.
TIPOS DE SUSPENSION
SUSPENSIÓN INDEPENDIENTE
SUSPENSIÓN RIGIDA
SUSPENSIÓN SEMI-RIGIDA
TIPOS DE SUSPENSION
Suspensiones Traseras
Suspensiones Traseras
Dentro de las suspensiones traseras de los vehículos se pueden
diferenciar básicamente 2 tipos
Suspensión de eje rígido
Suspensiones independientes o de eje partido
La selección de un tipo u otro para el eje trasero depende, de
forma significativa de la configuración de los sistemas de
propulsión.
Suspensiones Traseras de Eje Rígido
1. Eje Trasero Rígido y Tracción a las Ruedas Traseras
Los primeros vehículos poseían este tipo de suspensiones debido a la ubicación de la propulsión del vehículo se encontraban en la parte posterior, hoy en día este tipo de suspensiones a quedado reducida a vehículos industriales y deportivos
Estas suspensiones se caracterizan por que las ruedas se encuentran permanente formando los mismos ángulos con los semiejes, y son los propios semiejes los que hacen las veces de brazos de suspensión .
Con esta disposición el eje trasero queda englobado dentro de las masas no suspendidas , lo que hace que aumente considerablemente su peso con la consiguiente perdida de adherencia.
2. Eje rígido en las ruedas traseras no motrices
Este es uno de los sistemas que hoy en día se puede encontrar, el eje
consiste en un tubo ligero que une las dos ruedas asegurando un
ancho de vía constante.
Este sistema es mucho mas económico y sencillo que el anterior.
Produce un mayor grado de confort y un a mayor estabilidad al
reducir las masas no suspendidas.
Suspensiones Traseras de Eje Rígido
Suspensiones Independientes
Las suspensiones traseras independientes están destinadas a
vehículos deportivos.
Las ventajas de este sistema son la estabilidad, manejabilidad y, en
el caso de vehículos con ruedas motrices, tracción.
El confort se ve beneficiado al reducir en aproximadamente un
50% sobre el total de las masas no suspendidas
Además permiten un incremento total de espacio
1. Suspensión de Semiejes Oscilantes
Este sistema supone un centro de balanceo relativamente alto del
vehículo, que en curvas cerradas puede provocar que se eleve la
parte trasera del vehículo haciendo que las ruedas de dicho eje
tomen una caída positiva reduciendo el contacto de la banda de
rodadura con el piso
Todo esto deriva en un sistema inestable altamente sobrevirador por
la perdida de adherencia de las ruedas traseras.
Suspensiones Independientes
Suspensión de eje oscilante La peculiaridad de este sistema que se muestra en la figura inferior es que el elemento de
rodadura (1) y el semieje (2) son solidarios (salvo el giro de la rueda), de forma que el
conjunto oscila alrededor de una articulación (3) próxima al plano medio longitudinal
del vehículo.
Este tipo de suspensión no se puede usar como eje directriz puesto que en el movimiento
oscilatorio de los semiejes se altera notablemente la caída de las ruedas en las curvas.
Completan el sistema de suspensión dos conjuntos muelle-amortiguador telescópico (4)
Suspensión mediante “Trailing” o “semi-
trailing arms”
Este tipo de suspensión a disminuido el peso de las masas no
suspendidas traseras en especial en los vehículos de tracción delantera.
Es su forma original los brazos de la suspensión pivotan alrededor de
un eje paralelo al suelo y en dirección transversal al vehículo.
De esta manera las ruedas transmiten movimiento independientes
La colocación de este tipo de suspensiones en la carrocería da lugar a
que se produzcan movimientos de balanceo mas pronunciados que los
otros diseños.
Al ser transmitido el balanceo íntegramente a una rueda y a otra , este
tipo de suspensiones provocan una perdida en la capacidad de giro del
vehículo
SUSPENSION DE BRAZO ARRASTRADO
Con este tipo de suspensión, los puntos de apoyo de los brazos que soportan a los
neumáticos son montados en ángulos rectos en la dirección longitudinal de la carrocería.
Suspensión mediante “Trailing” o “semi-
trailing arms”
SUSPENSION DE BRAZOS SEMI-ARRASTRADO
Este tipo de suspensión se parece al tipo de brazos tirantes, pero los
puntos de apoyo son montados, tanto como sea inclinado con
respecto a la dirección longitudinal de la carrocería.
Suspensión mediante “Trailing” o “semi-
trailing arms”
Semi-Arrastrado Arrastrado
Suspensión mediante “Trailing” o “semi-trailing arms”
Brazos Transversales desiguales Este sistema es de poco uso debido a problemas de espacio.
Representa un mejor compromiso respecto a la geometría de suspensión, debido a que en las curvas la rueda que recorre el exterior de la misma, mas cargada, experimenta una variación menor en su caída ante el balanceo del vehículo.
En algunos casos los semiejes hacen de brazo superior del sistema disminuyendo las masas no suspendidas, al igual que reduciendo el espacio a ocupar.
Modificaciones mas reciente introducen cuatro barras con el fin de evitar las fuerzas transversales en la unión de los neumáticos con el suelo, que pudiesen provocar variaciones de convergencia en las ruedas.
Algunos vehículos introducen una quinta barra que actúa a modo de brazo de dirección y de esta manera se consigue un efecto de autodireccionamiento pasivo en las ruedas posteriores lo que se asegura un correcto autolineamiento de las mismas bajo cualquier rango de carga
Suspensión Mac Pherson
Es uno de los sistemas mas usado en los vehículos de turismo en la
parte delantera, en la parte trasera se usan con barras
transversales para controlar los movimientos longitudinales y
transversales
De forma alternativa, la barra transversal puede ser articulada de
forma similar a la de un brazo oscilante con el fin de evitar el
efecto sobrevirador que puede producir este tipo de suspensiones
ya que este tipo de geometría no es adecuada en los giros.
Suspensiones Delanteras
Suspensiones delanteras de eje rígido
Con este tipo de suspensiones nos aseguramos el mantenimiento
de la vía en las ruedas delanteras.
Pero al ser las ruedas delanteras directrices y en algunos casos
motrices, este tipo de suspensión no es aconsejable ya que
producen efectos que alteran la inestabilidad del vehículo
Suspensiones delanteras independientes.
1. Suspensión delanteras con barras de suspensión desiguales
En este tipo de suspensiones cada rueda es guiada mediante una barra superior mas corta y una inferior mas larga.
La relación de longitudes así como los ángulos de las barras son determinados de forma que se consiga la combinación optima de los siguientes componentes:
Reducir en un 50% la variación de la caída provocada por los movimientos verticales de la suspensión
Minimizar en la medida de lo posible las variaciones en el ancho de vía que el vehículo pueda experimentar. Variaciones que llegaran a ser considerables si las longitud de las barras transversales fueran similares.
Permitir que las ruedas no tengan caída a pesar del movimiento de balanceo del vehículo, para evitar desgastes anormales del neumático y posibles adherencia en las curvas
Permite ciertas ventajas constructivas derivadas principalmente de buscar la menor intromisión posible en el comportamiento del motor y el habitáculo.
Suspensiones Multibrazo o Multilink
Las suspensiones multibrazo se basan en el mismo concepto básico que sus precursoras las
suspensiones de paralelogramo deformable,
La diferencia fundamental que aportan estas nuevas suspensiones es que los elementos guía de
la suspensión multibrazo pueden tener anclajes elásticos mediante manguitos de goma. Gracias a
esta variante las multibrazo permiten modificar tanto los parámetros fundamentales de la rueda,
como la caída o la convergencia.
Las suspensiones multibrazo se pueden clasificar en dos grupos fundamentales:
Suspensiones multibrazo con elementos de guía transversales u oblicuos con
funcionamiento similar al de las suspensiones de paralelogramo deformable.
Suspensiones multibrazo que además disponen de brazos de guía longitudinal con un
funcionamiento que recuerda a los sistemas de suspensión de ruedas tiradas por brazos
longitudinales.
En la figura sistema multibrazo delantero y en la derecha uno trasero del tipo paralelogramo deformable con tres brazos.
La suspensión delantera consta de un brazo superior (1) que va unido a una mangueta (2) larga y curvada mediante un buje de articulación (A) y un brazo inferior transversal (3) que va unido a la mangueta por una rótula doble (B) y al bastidor por un casquillo (C) que aísla de las vibraciones.
Cierra el paralelogramo deformable el propio bastidor como en cualquier suspensión de este tipo.
Esta suspensión dispone además de un tercer brazo (4) que hace de tirante longitudinal y que está unido al bastidor y mangueta de la misma forma que el brazo inferior transversal (3).
La gran altura de la prolongación de la mangueta consigue una disminución de los cambios de convergencia de la rueda y un ángulo de avance negativo.
La suspensión trasera consta de un brazo superior (1) con forma de
triángulo como la delantera, pero dispone de dos brazos transversales,
superior (2) e inferior (3) y un tirante longitudinal inferior (4).
Ambos sistemas poseen como elementos elásticos muelles helicoidales
y amortiguadores telescópicos (5) y también barra estabilizadora.
Observar que en la disposición delantera el amortiguador va anclado a
la barra inferior transversal (3) mediante una horquilla.
Suspensión de paralelogramo deformable
La suspensión de paralelogramo deformable junto con la McPherson es la más utilizada en un gran
número de automóviles tanto para el tren delantero como para el trasero. Esta suspensión también se
denomina: suspensión por trapecio articulado y suspensión de triángulos superpuestos.
Las características de suspensión son determinadas por la longitud de los brazos superior e inferior y
sus ángulos de instalación, permitiendo así una gran cantidad de libertad en el diseño de la suspensión.
Suspensión de paralelogramo deformable
En la figura se muestra una suspensión convencional de paralelogramo deformable.
El paralelogramo está formado por un brazo superior (2) y otro inferior (1) que están unidos al chasis a través de unos pivotes, cerrando el paralelogramo a un lado el propio chasis y al otro la propia mangueta (7) de la rueda.
La mangueta está articulada con los brazos mediante rótulas esféricas (4) que permiten la orientación de la rueda.
Los elementos elásticos y amortiguador coaxiales (5) son de tipo resorte helicoidal e hidráulico telescópico respectivamente y están unidos por su parte inferior al brazo inferior y por su parte superior al bastidor.
Completan el sistema unos topes (6) que evitan que el brazo inferior suba lo suficiente como para sobrepasar el limite elástico del muelle y un estabilizador lateral (8) que va anclado al brazo inferior (1).
2. Suspensión delantera independiente MacPherson.
Ideado por E.S Mac Pherson cada rueda es guiada sobre los posibles obstáculos mediante un tirante o puntal que comprime a un amortiguador telescópico unido mediante un tirante o puntal que comprime a un amortiguador telescópico unido por un extremo a la rotula de salida de la barra transversal y por el otro a la carrocería mediante una unión flexible mediante un elemento cónico de goma
Para reducir efectos de flexiones y fricción en la suspensión se suelen disponer los muelles y el amortiguador de forma que sus ejes formen un cierto ángulo para que de esta forma se pueda contrarresta la tendencia de la rueda a oscilar hacia adentro durante la marcha en línea recta del vehículo
Esta distribución representa considerables ventajas derivadas de: mayor espacio disponible para la ubicación del motor, mayor comodidad al remplazar un amortiguador
Suspensiones delanteras independientes.
Este tipo de suspensión se constituye de un brazo de control inferior y
una columna formada por un solo cuerpo donde se encuentra el
muelle y el amortiguador cuyo nombre esta patentado desde 1958
SUSPENSION MC PHERSON
Modelos de MAcPherson.
3. Análisis comparativo de los dos sistemas de suspensión
delantera independiente
El sistema de brazos desiguales estuvo orientado a vehículos con
carrocería y los MacPherson a vehículos con carrocería aportante, lo
que le permite al MacPherson ser mas ligero además que concentra
menos carga en la parte frontal del vehículo, lo que permite
aligerarla permitiendo un mayor reparto de pesos.
Las innovaciones de las multibrazos las cuales elevaron los brazos
superiores por encima de la ruedam lo que permite aumentar el
espacio para la colocacion de motores incluso superando a la
MacPherson.
Suspensiones delanteras independientes.
Una desventaja de las MacPherson es que las fuerzas de fricción provocadas por el deslizamiento de los elementos que hacen las veces de guía en los amortiguadores son mucho mas mayores que las de multibrazo, el las que las funciones de la tiranteria están desempeñadas únicamente por las barras y los amortiguadores no participan en la misión estructural por lo que no soporta ningún momento esfuerzos de fricción.
La variación del ángulo de caída como resultado de los movimientos verticales de la suspensión es generalmente menor con un sistema MacPherson que uno con multibrazo; en cambio los cambios de ancho de vía son mayores en este sistema especialmente cuando las ruedas caen como consecuencia del rebote hacia una posición mas baja, conservando un ángulo menor con la vertical.
Suspensiones delanteras independientes.
Ventajas y Desventajas de la suspensión de eje
rígido frente a la suspensión independiente.
Ventajas dela suspensión independiente
Disminución de la altura del centro de gravedad
Mejora de la estabilidad
Mejora del confort
Eliminación de la acción reciproca de los muelles
Disminución del peso no suspendido
Ventajas de la suspensión de eje rígido
1. La alineación de las ruedas se mantiene mejor , esto supone un menor grado de variación de la caída con el balanceo del vehículo y se asegura el mantenimiento constante del ancho de vía.
2. El chasis puede ser aligerado al ser las oscilaciones sensiblemente menos concentradas.
3. Los neumáticos presentan una mayor vida útil
4. Reducidos costes de fabricación
5. En vehículos industriales el uso del eje rígido asegura el mantenimiento de la distancia al suelo, independientemente del estado de carga, Esta ventaja también se transmite en los vehículos todo terreno en los que el eje rígido permite sortear con mayor estabilidad las irregularidades del terreno.
Ventajas y Desventajas de la suspensión de eje
rígido frente a la suspensión independiente.
Inconvenientes de la suspensión de eje rígido
1. El centro de balanceo se puede encontrar alto con respecto al suelo lo que supone una mayor tendencia al balanceo, y como consecuencia unas peores características de confort y estabilidad en especial al tomar una curva
2. Las ruedas van unidas por un eje rígido y el cual va unido a la carrocería por los elementos elásticos, esto supone un movimiento inevitable de la una con respecto a la otra
3. La variación concordante de la inclinación de las ruedas en desplazamientos verticales, provoca un momento giroscópico, el cual reduce la estabilidad y el confort.
4. Necesitan una mayor cantidad de espacio en la parte central
5. Tienen masas no suspendidas con mas peso, lo que provoca mayor inestabilidad
Ventajas y Desventajas de la suspensión de eje
rígido frente a la suspensión independiente.
SUSPENSION SEMI-RIGIDA
Estas suspensiones son muy parecidas a las anteriores su diferencia principal es que las ruedas están unidas entre si como en el eje rígido pero transmitiendo de una forma parcial las oscilaciones que reciben de las irregularidades del terreno.
En cualquier caso aunque la suspensión no es rígida total tampoco es independiente. La función motriz se separa de la función de suspensión y de guiado o lo que es lo mismo el diferencial se une al bastidor, no es soportado por la suspensión.
Tipos de Suspensión Semi-Rigida de Dion
En ella las ruedas van unidas mediante soportes articulados (1) al grupo diferencial (2), que en la suspensión con eje De Dion es parte de la masa suspendida, es decir, va anclado al bastidor del automóvil.
Eje Torsional
Otro tipo de suspensión semirigida (semi-independiente), utilizada en las suspensiones traseras, en vehículos que tienen tracción delantera (como ejemplo: Wolkswagen Golf).
La traviesa o tubo que une las dos ruedas tiene forma de "U", por lo que es capaz de deformarse un cierto ángulo cuando una de las ruedas encuentra un obstáculo, para después una vez pasado el obstáculo volver a la posición inicial.
Elementos Elásticos de la Suspensión.
Para que la suspensión cumpla con los diferentes funciones están
conformadas por un conjunto de elementos a los cuales le
podemos clasificar en:
Elásticos
Amortiguantes o viscosos
Estabilizantes
Estructurales o brazos de suspensión
Resortes
Los mas importantes son los muelles helicoidales y las ballestas
Cada uno tiene sus características propias de pendiendo de su uso
Definición.
Función a realizar
Se debe de tener en claro cual es la función que pretendemos
realizar
Cargas a las que esta sometido
Estas cargas se pueden dividir en dos grande grupos: Cargas
Mecánicas y Cargas Ambientales
FUNCIONAMIENTO
FUNCIONAMIENTO DE LOS MUELLES
Trabajo en línea recta Trabajo en curva
Las cargas mecánicas son las que debemos definir con exactitud antes de cualquier proyecto de construcción, mientras que las ambientales debemos básicamente conocerlas con el fin de prevenir y eliminar en lo posible sus efectos. Para definir las cargas mecánicas debemos fijarnos en los siguientes puntos.
Peso sobre el eje en vacío
Peso no suspendido en el eje
Carrera total de la rueda
Carrera de compresión de la rueda
Carrera de extensión de la rueda
Relación de carreras rueda/resorte
Peso a plena carga sobre el eje
Peso técnicamente admisible sobre el eje
Prestaciones y carácter del vehículo.
Resortes
Entendiendo el peso en vacío el peso del vehículo con todo su equipamiento, líquidos refrigerantes y el 90% del volumen máximo de combustible.
A la hora de dimensionar un resorte se toma como regla general, un valor de cuatro veces la carga en vacío como valor de carga en máxima compresión.
Dicho valor es difícilmente alcanzable con la fuerza proporcionada por el muelle, siendo necesario la mayoría de veces un tope elástico de compresión, si bien siempre se procurara que el taco de compresión no actué antes de llegar a la posición de máxima carga.
Resortes
Muelles Helicoidales Son uno de los elementos mas
utilizados y dentro de la línea de
vehículos de turismo fue dejando
de lado a los resortes por ballestas.
Las disposiciones de los muelles
helicoidales son muy diversas
dependiendo de los constructores,
según se trate de suspensiones
delanteras o traseras.
Los ejes helicoidales consisten
básicamente en un arrollamiento
helicoidal de acero elástico
formado por un hilo de diámetro
variable (10 a 15mm)
La rigidez de los muelles depende tanto del diámetro del alambre
empleado en la fabricación como de la forma que se le da al mismo,
así a mayor diámetro del alambre mayor rigidez.
Trabajan a torsión, retorciéndose proporcionalmente al esfuerzo que
tienen que soportar, acortando su longitud y volviendo a su posición
de reposo cuando cesa el efecto que produce la deformación.
Muelles helicoidales
Muelles helicoidales
Esfuerzos en un muelle helicoidal
La flexibilidad del muelle depende de diversos factores que se
resumen en el siguiente cuadro:
Muelles helicoidales
Suspensión por barras de Torsión
Tipo de resorte utilizado en algunos vehículos de turismo con suspensión independiente.
Utilizando una varilla de hacer elástico que trabaja a torsión, sujeta por uno de sus extremos, se le aplica por el otro un esfuerzo de torsión, la varilla tenderá a retorcerse, volviendo a su forma primitiva, por su elasticidad, cuando cese el esfuerzo de torsión.
Las barras de torsión son fuertes barras de acero especial para muelles tratado de elevada resistencia.
Su forma puede ser cilíndrica o de sección cuadrada o hexagonal, con los extremos de forma adecuada para poder ser fijados fuertemente es sus soportes, de modo que no puedan girar
Las barras de torsión pueden disponerse paralelamente al eje
longitudinal del bastidor o también transversalmente a lo largo del
bastidor.
En vehículos con motor y tracción delanteros se monta una
disposición mixta, con barras de torsión situadas
longitudinalmente para la suspensión delantera y transversalmente
para la suspensión trasera
Suspensión por barras de Torsión
Las suspensiones del tipo de barra de torsión incorporan
generalmente un ajuste de altura del chasis del vehículo al suelo,
que permite la corrección de la misma por variación del
posicionamiento de la barra de torsión, mediante levas de reglaje
Suspensión por barras de Torsión
Brazos de Control
La función principal de un brazo de control es servir de punto de
conexión firme entre la carrocería del vehículo y la rueda.
De este modo, la rueda puede subir y bajar mientras la carrocería y
el habitáculo de pasajeros permanecen quietos y a nivel
Materiales de Brazos de Control
Acero sinterizado .-
El acero sinterizado permite trabajar con formas geométricas complejas, con ranuras
y canales complicados para que circule la grasa, ofreciendo así una lubricación
extraordinaria.
En su fabricación, los metales en polvo se combinan con lubricantes y se compactan
mediante una presión y temperaturas altas (por debajo de su temperatura de fusión).
Los lubricantes permanecen en las moléculas y reducen eficazmente la fricción entre
la esfera de la rótula y los cojinetes superior e inferior.
BRAZOS DE CONTROL (PARTE DELANTERA)
Conectan la articulación de la dirección, eje de la rueda, con la carrocería o chasis.
Los brazos oscilan en ambos extremos, permitiendo movimientos hacia arriba y hacia abajo.
Los extremos exteriores permiten acción oscilatoria para la conducción.
Barra Estabilizadora
La barra anti balanceo es una
unión elástica entre las ruedas
de un mismo eje en donde:
Con desplazamientos iguales, la
barra gira y no reacciona.
Con desplazamientos distintos,
la barra está sometida a torsión
en el tramo L (balanceo en las
curvas.
BUJES DE HULE (CAUCHOS)
Los bujes torsionales de caucho permiten la acción oscilatoria hacia arriba y hacia abajo, de
los brazos de control.
Rotulas
Permiten la acción oscilatoria entre el extremo de los brazos de control, para el movimiento de la
suspensión hacia arriba y hacia abajo para la acción de viraje del automóvil
UBICACIÓN DE LAS ROTULAS
PARTES DE LA ROTULA
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LAS ROTULAS
Angularidad: Es el desplazamiento total del perno dentro del alojamiento de la rótula en un plano que pasa a través del eje de la rótula.
Par de rotación: Es el par necesario para hacer girar el perno sobre su propio eje.
Par de abatimiento: Es el par necesario para desplazar el perno durante toda su angularidad.
Carga de extracción: Es la fuerza en extracción necesaria para extraer el perno del alojamiento de la carcasa.
Carga de empuje: Es la fuerza en compresión necesaria para extraer el perno del alojamiento de la carcasa.
AMORTIGUADORES
El peso del automóvil que descansa sobre un muelle sin amortiguador continua
sacudiéndose hacia arriba y hacia abajo después de una sacudida. El sacudimiento se
detendrá gradualmente por la fricción en el sistema de suspensión.
Constitucion
Funcionamiento
El funcionamiento del amortiguador se basa en la circulación de
aceite entre los dispositivos internos a través de un conjunto de
válvulas que generan una resistencia al paso del mismo entre las
cámaras del amortiguador. De esta forma se controlan las
oscilaciones de la suspensión.
Expansión (el amortiguador se abre)
Para que el amortiguador se abra, el pistón necesita subir y esto solo se logra si el aceite
que está arriba del pistón fluye a través de este.
Para controlar el paso del aceite, están los barrenos ubicados en el cuello del pistón y la
ranuras que se hacen (codificado) en el asiento de la válvula de expansión.
Además de los barrenos y las ranuras, está también el resorte de expansión que
mantiene la válvula bajo presión controlada. El actuar de estos tres elementos,
proporciona la fuerzas del amortiguador que se conocen como resistencias
hidráulicas.
Expansión (el amortiguador se abre)
Compresión (el amortiguador se cierra)
Para que el amortiguador se cierre, el pistón necesita bajar y esto solo se logra si el aceite que está en la parte inferior del pistón fluye a través de este.
Para controlar el paso del aceite, están los barrenos ubicados en el cuerpo del pistón y la ranuras que se hacen (codificado) en la cabeza de compresión donde se ubica la válvula de reposición.
Además de los barrenos y las ranuras, está también el resorte de compresión ubicado en la cabeza de compresión que mantiene la válvula controlada.
Como en la expansión, el trabajo de estos elementos, genera las fuerzas del amortiguador que se conocen como resistencias hidráulicas.
Compresión (el amortiguador se cierra)
TIPOS DE MONTAJES EN LOS AMORTIGUADORES