Suspensión - Escuela del Trabajo

IPET Nº. 49 Domingo F Sarmiento
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Latino Raul Corrado
UNIDAD Nº 7: El Sistema de Suspensión
Introducción
Misión:
Comodidad y estabilidad.
El uso de un sistema de suspensión en el vehículo, es la necesidad de mantener el
contacto entre la rueda y la carretera.
Cualidades:
- Elasticidad: evitar golpes secos de las irregularidades.
- Amortiguación: impide balanceo excesivo de la suspensión.
Componentes:
Neumáticos: absorben las desigualdades pequeñas del terreno.
Ballestas o muelles: absorben las desigualdades grandes del terreno.
Amortiguadores: limitan las oscilaciones del movimiento de los
muelles.
Con respecto a la suspensión, el peso del vehículo se divide en dos partes:
La masa suspendida comprende todos los mecanismos cuyo peso es el soportado
por el chasis o bastidor (motor, carrocería autoportante,...).
La masa no suspendida abarca las partes del vehículo no comprendidas en el
apartado anterior, es por así decirlo la parte del vehículo que está
permanentemente en contacto con el suelo (ruedas, elementos de la suspensión
como muelles, amortiguadores, brazos, estabilizadoras,...).
El sistema de suspensión se puede considerar como parte de la masa no
suspendida que enlaza con la masa suspendida por medio de una unión elástica:
ballestas, muelles, barras de torsión, dispositivos neumáticos, de caucho, etc, que
no solamente amortiguan los golpes que las ruedas transmiten al bastidor, sino
también los que el mismo peso del coche devuelve a las ruedas a causa de la
reacción.
Un vehículo mejorará su comportamiento si disminuye su masa no suspendida.
Esto se puede conseguir con llantas más ligeras, elementos de la suspensión
(brazos y barras) fabricados en aluminio.
Movimientos de la carrocería
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Giro sobre el eje X: Balanceo.
Movimiento sobre el eje X: Vaivén.
Giro sobre el eje Y: Cabeceo.
Movimiento sobre el eje Y: Bandazo.
Giro sobre el eje Z: Guiñada.
Movimiento sobre el eje Z: Bailoteo.
En el movimiento de la carrocería influye:
- El diseño de las suspensiones, es decir, la solución técnica adoptada en su
concepción.
- El tarado de los muelles y amortiguadores.
- Las cotas de batalla y vías delantera y trasera.
- Reparto de pesos entre los ejes delanteros y traseros.
El balanceo de la carrocería se percibe sobre todo en las curvas y para mitigar sus
efectos tenemos los muelles (cuanto más duros sean menos se inclinará la
carrocería) y las barras estabilizadoras. También existen otros métodos más
eficaces como las suspensiones pilotadas o las hidroneumáticas.
El cabeceo se puede producir tanto por los defectos que puedan haber en el
asfalto como en una aceleración o frenada bruscas. El diseño de los brazos de la
suspensión son los que pueden eliminar este movimiento.
La guiñada se produce sobre todo en situaciones de cambios bruscos de
dirección, como por ejemplo un adelantamiento.
El movimiento debido al vaivén puede ser producido por numerosas causas, un
ejemplo de ello son las ráfagas fuertes de viento frontal. También puede ser
debido a los "tirones" del motor en el caso de estar en mal estado.
Los bandazos suelen ser provocados por el viento lateral. Para evitar sus efectos
influyen numerosos elementos en el diseño del vehículo como es el reparto de
pesos entre ejes, el perfil del neumático, la aerodinámica lateral del coche,...
El bailoteo es un movimiento típico que se produce en carreteras levemente
onduladas.
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Elementos de la suspensión
Ballestas:
- Mismo efecto que un muelle, pero con un cierto amortiguamiento de las
oscilaciones debido al rozamiento existente entre las distintas hojas.
- En la actualidad con la implantación de suspensiones de ruedas independientes
se utilizan los muelles helicoidales.
Muelles helicoidales:
Elemento común en todo el parque automovilístico en el caso de suspensiones
delanteras.
Elemento muy extendido en el
esquema de suspensión trasero, pero
en algunos modelos de suspensión
semi-independiente se sustituye por
las barras de torsión.
Para que el aplastamiento total del
muelle no se produzca, se procura
que trabaje entre la mitad y los dos
tercios de la carga de aplastamiento.
- Muelles cónicos: la distancia entre
espigas puede ser mayor en el centro
que el los extremos del muelle para
de esta forma aumentar la rigidez al
aumentar
la
compresión.
- Si recortamos el muelle para rebajar la carrocería del vehículo corremos el
riesgo de provocar el aplastamiento total en apoyos fuertes y con ello la pérdida
de control del vehículo.
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Barras de torsión:
- Sustituyen a los muelles.
- Las oscilaciones de la rueda provoca la
torsión de una barra de acero, que retorna
a su posición de equilibrio debido a la
elasticidad del material.
- Las levas de reglaje permiten regular la
altura de la carrocería.
Brazos de suspensión:
- Bajo esta denominación se encuadran todos los elementos mecánicos articulados
que permiten los movimientos
verticales de la rueda y que en
función de su longitud y
disposición, guían ésta a lo largo de
su recorrido vertical, dando el
efecto de caída y convergencia que
el responsable de su diseño ha
calculado previamente.
Bielitas de empuje:
- Los muelles por tener una rigidez
transversal muy pequeña, se hace necesario completar la suspensión con
dispositivos destinados a impedir los desplazamientos de la carrocería con
relación a los ejes.
Amortiguadores:
- Amortiguadores hidráulicos: ejercen una resistencia de un fluido al paso por un
orificio.
- Amortiguadores de doble efecto: frenan el muelle tanto en la extensión como en
la
compresión.
- Suspensiones pilotadas: un ordenador analiza diversos parámetros de la
conducción (como velocidad, posición del acelerador, giro del volante,...)
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actuando sobre el grado de
dureza de la amortiguación
adecuándola
al
estilo
de
conducción.
Barra estabilizadora:
- Barra de torsión en forma de
"U" que está anclada en cada uno
de sus extremos a una rueda de
un mismo eje.
- Cuando en una curva, por
efecto de la fuerza centrífuga, la
carrocería se inclina la rueda
exterior se comprime. Ese movimiento vertical hacia arriba de la rueda exterior se
transmite a la rueda interior a través de la barra, que tiende a bajar la carrocería
del lado interior de la curva comprimiendo muelle. De esta forma se consigue
sumar la acción de los dos muelles.
Silentblocs:
- Son aislantes de caucho u otro
material elastómero que se encargan de
amortiguar las reacciones en los apoyos
de la suspensión, con frecuencia
situados entre las rótulas.
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Geometrías de la suspensión
Para entender con mayor detalle los variados sistemas que existen de suspensión,
se hace necesaria una definición detallada de las variables que definen el
comportamiento de una suspensión.
Ángulo de convergencia y ángulo de divergencia: Es el ángulo definido entre
cada una de las ruedas y el eje longitudinal del vehículo, siempre en su
proyección horizontal.
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Ángulo de avance: Es el que provoca la auto-alineación de las ruedas, dotando al
vehículo de un elevado grado de estabilidad.
Ángulo de caída: Es un ángulo que queda definido entre el plano de una rueda y
la vertical al suelo. En la figura podemos ver que la caída es positiva pues la parte
más alta de la rueda sobresale más que cualquier otra parte del neumático.
También existe la caída negativa cuando la parte de contacto con el suelo
sobresale más que cualquier otra parte del neumático. Este segundo caso suele
darse en coches de gran potencia o de competición.
Descentrado de las ruedas o radio de pivotamiento: 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 pivotamiento corta el
suelo en la parte interior del dibujo de rodadura del neumático se dice que el radio
de pivotamiento es positivo. Si por el contrario, el eje de pivotamiento cruza la
vertical del neumático y el corte con el plano del suelo se produce más allá de la
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banda de rodadura del neumático decimos que el radio de pivotamiento es
negativo.
Tipos de suspensión
Los tipos de suspensión de los distintos vehículos automotores varían según su
característica, por ejemplo: si poseen chasis y carrocería, si son monocascos o si
tienen monocascos con falso chasis. Según su característica se adopta el tipo de
suspensión. Las suspensiones más comunes son:
No independientes
Eje rígido en dos ruedas
Eje rígido en cuatro ruedas
Pueden acoplarse con:
Ballestas
Resorte helicoidal
Barra de torsión
Semi independiente (ruedas traseras)
De rueda tirada en ruedas traseras
Pueden acoplarse con:
Resorte helicoidal
Barra de torsión
Independientes
Ruedas delanteras
Mc Pherson ruedas delanteras
Paralelogramo deformable ruedas delanteras
Con doble triángulo ruedas delanteras
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Twin been ruedas delanteras
Ruedas traseras
Multibrazo ruedas delanteras
Suspensiones traseras
Suspensiones de eje rígido
Hasta que Citroën no inventó la tracción delantera, los automóviles estaban
dotados de propulsión a las ruedas traseras, por lo que el eje trasero había que
adaptarlo
a
tal
disposición.
Con
este
fin
se
concibieron los ejes
traseros con un
carácter
que
encerraba
a
la
transmisión final, al
diferencial y a los
semiejes
de
la
transmisión.
Actualmente, sólo
los
vehículos
industriales y algunos vehículos todo-terrenos están dotados de propulsión a las
ruedas traseras.
En esta figura podemos ver un sistema de eje rígido que conlleva
el sistema de trasmisión a las
ruedas traseras. Este puede
ser el sistema empleado
por un vehículo
industrial o por un
todo-terreno.
Suspensiones traseras semi independiente
Es una variante del eje rígido, pero eliminando el sistema de transmisión.
Sólo se emplea en vehículos de tracción delantera.
Se instala en todos los vehículos urbanos, utilitarios, en la mayor parte de los
compactos y en algunas berlinas medias.
Es un esquema sencillo y de bajo coste de producción.
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A favor
:- Las ruedas permanecen siempre perpendiculares al asfalto.
- Nunca se pierde la alineación de las ruedas.
- Hay algunos ejes semi-independientes que no montan muelles pues la barra
tiene una
Torsión que realiza este cometido. De esta manera nos ahorramos el dinero de
tener que cambiar los muelles usados.
- El fabricante ahorra en investigación. Y por lo tanto el precio final del vehículo
es más bajo.
En contra:
- Todo movimiento de una de las ruedas se transmite en gran parte a la otra.
- Las reacciones al límite suelen ser más "secas".
- En conducción deportiva se puede llegar a dejar en el aire a la rueda interior.
En esta radiografía podemos ver un sistema de ruedas semi-independientes o de
ruedas tiradas con sus muelles y amortiguadores.
Las únicas diferencias que podemos encontrar con otros modelos es la diferente
disposición de los muelles y amortiguadores.
Suspensiones traseras ruedas independientes
El movimiento de cada rueda de un mismo eje es independiente respecto de la
otra.
Suelen emplearse en vehículos de mayor empaque tanto para tracción delantera
como para propulsión trasera, e incluso tracción permanente a las cuatro ruedas.
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Existen una gran variedad de tipologías y soluciones técnicas que cada fabricante
incorpora a sus mejores modelos.
Los principales beneficios que cabe esperar del uso de los sistemas de suspensión
trasera independiente están directamente relacionados con la mejora en la
estabilidad y manejabilidad pues las ruedas siempre permanecen en contacto con
el piso.
Concretamente, el confort de conducción se ve beneficiado por la reducción en
aproximadamente un 50% sobre el total de las masas no suspendidas, pues en el
caso de una propulsión trasera el diferencial y la transmisión final van
ensambladas e integradas a la estructura del vehículo.
Esquema de suspensión trasera independiente para vehículos de propulsión trasera
Doble triangulo superpuesto
Paralelogramo deformable creado por triángulos superpuestos (el inferior anclado
a un sub-chasis).
Podemos observar como la complejidad del esquema de la suspensión ha
aumentado.
Ahora el movimiento del diferencial trasero se ha eliminado con lo que se gana
espacio en el interior del vehículo
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Doble brazos
En este otro caso de un vehículo a propulsión, el esquema de suspensión lo
conforman dos grandes brazos: uno longitudinal al eje y otro transversal.
También podemos ver que el muelle y el amortiguador no están dispuestos en el
mismo eje uno dentro del otro, es posible que sea para ganar espacio en el
maletero...
Aquí tenemos un diseño de suspensión trasera independiente para un vehículo con
tracción delantera.
Suspensiones delanteras
Suspensión Mac Pherson:
Estos tipos de esquemas de suspensión son los más extendido en todo el parque
automovilístico, dotando al vehículo de una gran estabilidad y confort de marcha.
Su montaje es en forma de una columna pilar formado por un elemento
telescópico que dispone de amortiguador y muelle sobre el mismo eje el primero
dentro del segundo, todo ello anclado en su parte inferior mediante unos tirantes
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transversales. La parte superior de dicha columna se llama torreta y va anclada al
chasis.
La parte de la torreta es la más débil del conjunto y la que debe soportar los
mayores
esfuerzos.
Se puede también colocar para el eje trasero, pero el volumen del maletero se ve
perjudicado por el volumen que ocupan las torretas.
Si bien la parte superior no varía, el diseño de la parte inferior es muy variable
pues se puede colocar un triángulo inferior o brazos transversales.
Suspensión delantera de dobles triángulos superpuestos
Tenemos dos brazos oscilantes, uno inferior y otro superior anclados a un
sub-chasis.
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Suspensión Twin I Beam
Ford ha mantenido una posición líder en el mercado comercial liviano gracias al
F-100, incluido de inmediato en la línea de ensamblaje con la novedosa
suspensión Twin I Beam que permitía una marcha más suave sin menoscabo de la
resistencia aunque aun esta pick up necesitaba un recio conductor. Ello cambió en
1966 con una nueva versión totalmente armada en nuestro país que mejoraba
notablemente la marcha y para la cual se ofrecían motores 6L o V8. En 1973 se
renovó radicalmente para brindar aun más comodidad de marcha, recibió ligeros
cambios en su parrilla hasta que en 1980 Ford lo reemplaza con un pick up
totalmente nuevo. La Serie F, hasta la fecha, roza las 200mil unidades
ensambladas, todo un record.