Clases de sistemas de suspensión
Amortiguadores
Sistema de suspensión delantera
Suspensión Macpherson (de pierna)
Suspensión de brazo largo y corto
Suspensión de doble viga en I
Sistema de suspensión traseros
La suspensión de un automóvil tiene como objetivoel absorber las desigualdades del terreno sobre el que se desplaza, a la vez que mantiene las ruedas en contacto con el pavimento, proporcionando a los pasajeros un adecuado confort y seguridad en marcha y protegiendo la carga y las piezas del automóvil, también evitar una inclinación excesiva de la carrocería durante los virajes, inclinación excesiva en la parte delantera durante el frenado.
Las características del manejo de un automóvil dependen del chasis y del diseñode la suspensión. En un extremo se encuentra la suspensión diseñada para proporcionar un suave desplazamiento encontrado en automóviles de lujo, en el otro extremo se encuentra la suspensión diseñada para proporcionar un desplazamiento firme y tenso como la suspensión de un automóvil de carreras.
La gran mayoría de automóviles de motorposeen suspensiones que proporcionan un desplazamiento entre los discos extremos.
En el diseño de la suspensión del automóvil la diferencia entre el peso amortiguado y el no-amortiguado es importante. El peso amortiguado es la totalidad del peso que se soporta por los muelles del automóvil, lo cual incluye la carrocería, estructura, motor, componentes de transmisión y todos lo que estos contienen.
El peso no amortiguado es el de las partes entre los muelles y la superficie del camino, lo cual incluye llantas, ruedas, frenos, partes de la dirección y montaje del eje trasero.
El sistema esta compuesto por un elemento flexible (muelle de resorte (ballesta) helicoidal, barra de torsión, estabilizador, muelle de caucho, gas o aire, etc. Y un elemento de amortiguación, cuya misión es neutralizar las oscilaciones del amasa suspendida originada por el elemento flexible al adaptarse a las irregularidades del terreno.
Los elementos más comunes encontrados en los sistemas de suspensión son:
BRAZOS DE CONTROL: 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.
ARTICULACION DE LA DIRECCION: forma del eje muñón o eje de rueda para soporte del cojinete y de la rueda.
BUJES DE HULE: 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
RESORTES: soportan el peso del automóvil. La flexión de los resortes en compresión y la extensión permite que las ruedas se muevan hacia arriba y hacia abajo para amortiguar la conducción
AMORTIGUADORES: amortiguan la acción de los resortes, impidiendo que la suspensión tenga una acción prolongada hacia arriba y hacia abajo.
CLASES DE SISTEMAS DE SUSPENSION
INDEPENDIENTE
Una suspensión independiente consiste en que cada rueda esta conectada al automóvil de forma separada con las otras ruedas, lo cual permite que cada rueda se mueva hacia arriba y hacia abajo sin afectar la rueda del lado opuesto. La suspensión independiente se puede utilizar en las cuatro ruedas.
NO INDEPENDIENTE
En una suspensión no independiente las ruedas izquierda y derecha están conectadas al mismo eje sólido. Cuando una rueda se mueve hacia arriba o hacia abajo, hace que la rueda del lado opuesto se incline en su parte superior hacia afuera o hacia adentro. Normalmente es utilizada en la parte trasera de algunos automóviles con tracción trasera y en algunos automóviles en la parte delantera con tracción de cuatro ruedas.
SEMI-INDEPENDIENTE
Es utilizada en algunos automóviles de tracción delantera, lo cual permite un movimiento independiente limitado de cada rueda, al transmitir una acción de torsión al eje sólido de conexión.
RESORTES EN ESPIRAL
Lo resortes en espiral son los mas utilizados en los automóviles actuales, se emplean tanto en la suspensión delantera como la trasera. Un resorte en espiral es una varilla de acero enrollada. La presiónrequerida para comprimir el resorte es el coeficiente del resorte. El coeficiente del resorte es calculado para hacerlo compatible con cada automóvil; en algunos casos esto es distinto de derecha a izquierda. Los resortes en espiral de coeficiente variable proporcionando tasas distintas de compresión de resorte.
Los resortes se clasifican en función de la deflexión bajo una carga dad, la ley de Hook indica que una fuerza aplicada a un resorte hace que este se comprima en proporción directa a la fuerza aplicada. Al retirarse la fuerza, el resorte regresa a su posición original, en caso que no sea sobrecargado. Los automóviles más pesados requieren resortes más duros. Los resortes están diseñados para soportar en forma adecuada la carga y proporcionar al mismo tiempo una conducción suave y blanda como sea posible.
MUELLES DE HOJA
La mayor parte de muelles de hoja están fabricados en placas de acero. Se utilizan muelles de una o varias hojas, en algunos casos como en la parte delantera como la trasera. Actualmente son utilizados exclusivamente en la parte trasera de automóviles y camiones ligeros.
Unos muelles de una sola hoja son del tipo de placa de acero de espesor variable, con una sección central gruesa y delgada hacia ambos lados, lo cual permite un coeficiente de resorte variable para una conducción suave y una buena capacidad de soporte de carga. Un muelle de varias hojas posee una hoja principal con las terminales en cada extremo y varias hojas sucesivas mas cortas unidas mediante un perno central o abrazadera.
El perno central o abrazadera se ajusta al eje, lo cual impide movimiento hacia delante i hacia atrás del eje, conservándolo alineado. En algunos casos se utilizan tacones o grapadas entre las hojas con el fin de reducir el desgaste, fricción y el ruido. Los muelles de las hojas poseen un ojo en cada extremo para fijarse con el chasis o bastidor.
BARRA DE TORSION
La barra de torsión esta sujeta al bastidor y se conecta indirectamente con la rueda. En algunos casos el extremo trasero de la barra esta fijo al chasis y el delantero al brazo de control de la suspensión, que actúa como palanca; al moverse verticalmente la rueda, la barra se tuerce. Las barras de torsión pueden estar montadas longitudinalmente o transversalmente. Las barras de torsión están hechas de una aleación tratada por calor para el acero, durante la manufactura son precisamente estiradas para darles una resistencia contra la fatiga.
RESORTE DE AIRE
La membrana de resorte de aire esta fabricada de compuesto plástico o caucho sintético. Se trata de un cilindro de aire con una placa de montaje. El montaje inferior se mueve hacia arriba dentro del cilindro conforme se comprime el aire en el mismo-
CAUCHO
Lo cauchos se utilizan entre los brazos de control, los protectores, los estabilizadores y los amortiguadores. Ayuda a absorber los golpes de la carretera, permiten algún movimiento y reducen el ruido.
BRAZOS DE CONTROL
Son los acoplamientos que conectan la articulación de la dirección, la punta del eje de la rueda con el chasis o la carrocería durante el movimiento hacia arriba y hacia abajo. Están construidas en acero estampado, forjado o de aluminio forjado. Los brazos de control lateralmente angostos requieren de una varilla de refuerzo para mantener el control de la rueda hacia delante o hacia atrás.
Si los brazos de control superior e inferior poseen igual longitud. La rueda sigue perpendicular al camino, al pasar por un obstáculo, pero se mueve ligeramente hacia adentro, o cual reduce la distancia de las ruedas delanteras, altera la dirección y producen mayor desgaste de las llantas. En caso que el brazo superior sea mas corto del inferior, la rueda se inclina hacia adentro, al subir la distancia entre las ruedas no cambia, lo cual produce más control y menos desgaste de las llantas.
Los bujes de los brazos de control están colocados a presión o atornillados en los extremos interiores de los brazos, permitiendo el movimiento oscilatorio del brazo sobre el eje o sobre un perno fijo en el chasis.
La gran mayoría de bujes son de tipo de caucho torsional. De acuerdo el brazo se mueve hacia arriba o hacia abajo, se deforma el caucho que hay dentro de las corazas de los bujes interiores y exteriores, eliminando la fricción entre las partes de metal.
ROTULAS
La rotula sobre el brazo de control con el muelle de la suspensión se denomina articulación de bola de transporte de peso.
Cuando la unión de la dirección se conecta a la dirección por encima del brazo de control se denomina articulación de bola de tensión. Esta en tensión por que el peso del automóvil trata de empujar la rotula desde el nudillo.
Cuando el brazo de control esta arriba del nudillo de la dirección, empuja la rotula hacia la unión. Lo cual comprime la coyuntura de bola y por ello se le denomina articulación de bola de compresión.
La rotula sobre el brazo de control no cargado se precarga porque no transporta peso. La articulación se precarga con un disco elastometrico o con un resorte de metal. La articulación se denomina articulación de bola precargada o de fricción. La precarga es lo suficientemente grande para mantener la bola asentada durante los cambios en las cargas en las carreteras ásperas, en los desplazos laterales y en los altos de emergencia.
VARILLA DE TENSION
La varilla de tensión impide que el extremo exterior de un brazo de control se mueva hacia delante o hacia atrás, un extremo esta fijo al chasis y el otro extremo al brazo de control en un Angulo de control aproximado de 45º.
Los bujes de caucho en la parte delantera de la varilla de tensión proporcionan amortiguamiento por los golpes en la varilla de tensión.
BARRA ESTABILIADORA
Una barra inclinada o barra estabilizadora se usa en la suspensión delantera de muchos vehículos y en algunas suspensiones traseras, la barra estabilizadora es una varilla en forma de U y en cada uno de los extremos conectada a los brazos de control inferiores a través de montajes de caucho. En las curvas la fuerza centrifuga transfiere parte del peso del automóvil a las ruedas exteriores. En caso que posean suspensión independiente no se puede contrarrestar la tendencia del automóvil a inclinarse hacia el extremo de la curva.
Para reducir este efecto, los brazos de control izquierdo y derecho se conectan a una barra estabilizadora, la cual es en esencia una barra de torsión transversal, que cuando se inclina el automóvil, se tuerce para resistir el movimiento y mantener más nivelado el automóvil.
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.
Los muelles es espiral de una sola hoja y las barras de torsión poseen muy poca fricción y los muelles de hojas múltiples ayuda a detener el sacudimiento con mayor rapidez. Un automóvil bajo sacudimiento es muy difícil de controlar, por que el peso efectivo sobre las llantas cambia de forma permanente.
Los amortiguadores se instalan sobre un sistema de suspensión para detener rápidamente el sacudimiento natural de los muelles del automóvil, lo cual mejora el desplazamiento, control y manejo. El muelle controla el peso del automóvil y el amortiguador controla el sacudimiento o la oscilación.
Un amortiguador es básicamente un cilindro con un pistón que se mueve dentro de el. El pistón posee unas aberturas u orificios internos.
El liquido o fluido hidráulico es empujado a través de los orificios a medida que el pistón se mueve dentro del cilindro. Lo cual permite al fluido hidráulico que entre en la cámara de compresión y la cámara de rebote.
Hay un tubo de reserva alrededor de la parte externa del cilindro de aplicación en la mayoría de amortiguadores. Una válvula de toma de compresión ente el cilindro de aplicación y la cámara de reserva controla el flujo de fluido hidráulico entre ellos. El pistón es empujado hacia abajo dentro del cilindro durante la compresión y hacia arriba durante el rebote.
La energía absorbida por el amortiguador se convierte en calor, el cual calienta el fluido hidráulico. El calor pasa a través del compartimiento y se dirige hacia el aire alrededor del amortiguador. El control de fluido hidráulico durante la compresión y el rebote usa las aberturas de los orificios y las válvulas de disco.
El flujo de fluido hidráulico en una dirección asienta el disco para restringir el flujo. El flujo en dirección reversa levanta la válvula desde su asiento y permite que se desplace el fluido hidráulico a través de la abertura.
Debido a que las válvulas son de flujo más que de presión, las fuerzas de presión del amortiguador cambian a media que se cambia la tasa de aplicación del amortiguador, por lo tanto entre mas rápido se aplique el amortiguador, mas fuerza de control tendrá.
Durante la extensión el amortiguador, el fluido hidráulico queda atrapado arriba del pistón en la cámara de rebote pasa a traces de la abertura del pistón a la cámara de compresión. La varilla del pistón toma el lugar del fluido hidráulico en la cámara de rebote y debido a que en la cámara de compresión no hay varilla, durante la extensión algo de fluido hidráulico debe desplazarse de la cámara de reserva a la cámara de compresión, compensando la cantidad de reserva desplazado por la varilla.
Durante la compresión ocurre un flujo del fluido hidráulico de reserva hacia ambas cámaras. La presión acumulada en la cámara de compresión abre la válvula de compresión, permitiendo que el fluido hidráulico se desplace hacia la cámara de reserva.
La reserva de fluido hidráulico alrededor del cilindro de aplicación del amortiguador no se encuentra llena de fluido hidráulico, el aire llena el espacio por arriba del fluido hidráulico en los amortiguadores estándar. El fluido hidráulico tiene turbulencia a medida que es forzado para que fluya hacia adentro y hacia fuera de la reserva a través de un orificio pequeño. La turbulencia causa que el aire de la reserva se mezcle con el fluido hidráulico del amortiguador.
El mezclado causa que se formen burbujas de aire en el fluido hidráulico. Lo cual se denomina aireación. La aireación reduce la viscosidad del fluido hidráulico para disminuir la cantidad de control del amortiguador.
En los caminos ásperos, los amortiguadores operan con mayor intensidad y causa que el aire se mezcle con el fluido hidráulico mas rápido de lo que puede escaparse.
AMORTIGUADORES DE GAS
Los amortiguadores de gas funcionan bajo los mismos principios que los amortiguadores hidráulicos. Una cámara en el amortiguador esta cargada de nitrógeno, el cual mantiene una presión constante sobre el fluido hidráulico que hay en el amortiguador, con el fin de evitar la aireación del fluido hidráulico durante los movimientos rápidos de la suspensión. El rendimiento del amortiguador mejora cuando no existen burbujas de aire en el fluido hidráulico.
AMORTIGUADORES DE AIRE A PRESION
Los amortiguadores de aire a presión son básicamente iguales a los amortiguadores hidráulicos. Las secciones superior e inferior están selladas mediante un diafragma de noeprofeno a fin de formar un cilindro de aire. Mediante un compresor de aire controlado electrónicamente la presión en el cilindro es mantenida entre aproximadamente 10 y 32 psi. Una tubería con su conector proporciona presión de aire al amortiguador. De acuerdo aumenta la carga del automóvil, los censores de altura señalan a la unidad de control electrónica, para que active el control del compresor y así aumentar la presión de aire en los amortiguadores, el sistema esta diseñado para diferentes cargas y mantener en forma automática la altura del automóvil.
AMORTIGUADORES AJUSTABLES
Los amortiguadores ajustables proporcionan una conducción firme, mediana o suave. Al ajustar el amortiguador se modifica el ajustable de las válvulas internas.
Un flujo mayor de fluido hidráulico entre las cámaras permite un amortiguador más suave, un flujo restringido da como resultado un amortiguador mas firme.
Algunos amortiguadores se ajustan en forma manual, al girar una perilla de ajuste o el cuerpo del amortiguador controlado eléctrica o electrónicamente se utiliza un solenoide eléctrico.
SISTEMA DE SUSPENSION DELANTERA
La articulación de la suspensión delantera es mucho más compleja que la de la suspensión trasera.
Las suspensiones delanteras de todos los carros actuales son independientes. Lo cual significa que cada rueda delantera esta conectada por separado al chasis. Permitiendo que las ruedas reacciones independientemente con las irregularidades del camino.
Las suspensiones delanteras de todos los carros actuales son independientes. Lo cual significa que cada rueda delantera esta conectada por separado al chasis. Permitiendo que las ruedas reaccionen independientemente con las irregularidades del camino.
SUSPENSIÓN MACPHERSON (DE PIERNA)
En la gran mayoría de automóviles actuales se utiliza la suspensión por pierna. Puede ser instalada adelante o atrás. Se conforma de un solo brazo de control inferior, un ensamble de pierna (tirante tubular), amortiguador y un resorte.
El brazo de control esta fijo a través de rotulas al chasis y a la parte inferior de la pierna. La parte superior esta sujeta a una sección reforzada de la carrocería.
La pierna modificada tiene un amortiguador de tipo pierna espiral ubicado en el brazo de control inferior y el chasis. La suspensión de pierna utiliza un cilindro de aire en la parte superior de la pierna en forma de resorte.
SUSPENSION DE BRAZO LARGO Y CORTO
La suspensión de brazo largo y corto tiene en cada rueda un brazo de control superior y un brazo de control inferior. Los brazos están fijos al chasis en el extremo interior del brazo mediante bujes que permiten el movimiento vertical de los extremos exteriores de los brazos.
Los brazos están fijos, mediante rotulas a una articulación de la dirección. Las rotulas permiten que la punta del eje de la rueda se mueva hacia arriba o hacia abajo, así como girar a la izquierda como a la derecha. La desigualdad de longitud de los brazos hace que en la parte superior de la rueda se mueva hacia adentro y hacia fuera con el movimiento de suspensión, impidiendo que la llanta resbale o ruede lateralmente en la parte inferior, donde esta en contacto con la superficie del camino.
Cada rueda puede moverse hacia arriba y hacia abajo en forma independiente. En la suspensión de brazo largo y corto, el resorte en espiral puede colocarse entre el chasis y el brazo de control inferior o parte superior del brazo de control superior.
SUSPENSION DE DOBLE VIGA EN I
La suspensión de doble viga en I es una forma de suspensión semi-independiente. Son utilizadas dos vigas en I, para cada una de las ruedas, la cual esta fija a un lado del chasis y se extiende hasta la punta del eje y a la rueda del otro costado. El extremo de la rueda viga I se mueve hacia arriba y hacia abajo y gira en el otro extremo. Este tipo de suspensión es utilizado en algunas camionetas livianas. En automóviles de tracción delantera, la función de la doble viga en I se consigue en la parte delantera mediante dos vigas de eje de acero, una de las cuales posee el diferencial.
SISTEMA DE SUSPENSION TRASEROS
La suspensión trasera esta diseñada para proporcionar comodidad en el manejo, mantener en contacto las ruedas con el camino; aunque tiene mucho en común con la suspensión delantera, difiere en diseño y disposición. El muelle de hojas absorbe la fuerza de torsión del eje trasero durante la aceleración y el frenado.
La fuerza de torsión de tiende a torcer el comportamiento del eje, el cual, a su vez trata de torcer el muelle. Esta acción se denomina enrollado se reduce con una sección corta y dura del muelle hacia delante. La fuerza de torsión y las cargas del freno absorbidas durante la aceleración y el frenado tratan de torcer el muelle de hojas.
La torsión del tren propulsor y las fuerzas de frenado pueden torcer los muelles.
Para evitarlo, el eje o funda del eje se monta adelante del centro del muelle, con un amortiguador colocado adelante y atrás.
La estabilidad de la suspensión trasera se mejora montando brazos de control que oscilan entre eje o funda del eje y el chasis, y un brazo de control en diagonal, llamado tensor, tirante o varilla de tensión.
Los resortes absorben los impactos del camino y soportan el peso del automóvil; la posición y estabilidad del eje se logran con brazos de control colocados entre la carrocería o el chasis y el eje o funda del eje.
En los automóviles con tracción delantera la torcion del motor no se transmite a la suspensión trasera. Muchos automóviles poseen eje de viga flexible, que son un tipo de suspensión trasera semi-independiente.
Los sistemas de suspensión trasera con tracción delantera incluyen suspensión de pierna independiente, suspensión no independiente de eje sólido, suspensión semi – independiente de torsión de los brazos colgantes, suspensión independiente de formas A
