Sistemas Mecánicos Automotrices PDF

SISTEMAS MECÁNICOS AUTOMOTRICES Hermenegildo Santiz Gómez Introducción a los sistemas mecánicos automotrices 0. Introducción La suspensión es lo que une las ruedas al chasis del vehículo y permite el movimiento relativo. Las ruedas, a través del mecanismo de la suspensión, deben impulsar, diri...

SISTEMAS MECÁNICOS AUTOMOTRICES Hermenegildo Santiz Gómez Introducción a los sistemas mecánicos automotrices 0. Introducción La suspensión es lo que une las ruedas al chasis del vehículo y permite el movimiento relativo. Las ruedas, a través del mecanismo de la suspensión, deben impulsar, dirigir y detener el vehículo y soportar las fuerzas asociadas. 2.1. Generalidades del sistema de suspensión Nuevos componentes, nuevos diseños y un mayor trabajo de ingeniería han sido las claves para optimizar este sistema. Desde los primeros sistemas, en que las ruedas estaban unidas directamente a la estructura del vehículo, hasta los sistemas inteligentes que actúan electrónicamente sobre los componentes. 2.1. Generalidades del sistema de suspensión Para estudiar el sistema de suspensión debemos tener en cuenta el peso del vehículo que se divide en dos partes: La masa suspendida, comprende todos los mecanismos cuyo peso es soportado por el chasis o bastidor (motor, carrocería autoportante, carga, pasajeros, etc.) La masa no suspendida, abarca las partes del vehículo que está permanentemente en contacto con el suelo, en este caso están las ruedas y los elementos asociados a el, como la suspensión con los muelles, amortiguadores, brazos, barras estabilizadoras, ejes, rodamientos, etc). 2.1. Generalidades del sistema de suspensión El sistema de suspensión enlaza la masa no suspendida con la masa suspendida por medio de uniones elásticas: 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” 2.1. Generalidades del sistema de suspensión Función de la suspensión La suspensión es el conjunto de elementos que tiene como función mantener la carrocería lo más horizontal posible frente a las descompensaciones que puedan generar las fuerzas laterales, las de aceleración y frenado. 2.1. Generalidades del sistema de suspensión Finalidades del sistema de suspensión Mantener las ruedas en contacto con el suelo, Absorber las vibraciones, y movimiento provocados por las ruedas en el desplazamiento de vehículo, para que estos golpes no sean transmitidos al bastidor Proporcionar a los pasajeros un adecuado nivel de confort, Proporcionar seguridad de marcha, y Proteger la carga y las piezas del vehículo 2.1. Generalidades del sistema de suspensión Cualidades La amortiguación de un vehículo debe tener las siguientes cualidades: - Elasticidad: para evitar golpes secos de las irregularidades. - Amortiguación: para impedir oscilaciones excesivo de la suspensión. 2.1. Generalidades del sistema de suspensión Elementos de la suspensión El sistema de suspensión está compuesto por los siguientes elementos: - Un elemento flexible (ballestas, muelles y resortes), - Un elemento de amortiguación (amortiguador) - Anillo Jebe y uniones de los elementos de amortiguación (ponchos, soporte de motor, etc) - Otros elementos que templan o amarran la suspensión para lograr una mayor rigidez (barra estabilizadora, barra de torsión, etc.). 2.1. Generalidades del sistema de suspensión Tipos de suspensión Suspensión delantera rígida Suspensión delantera independiente Suspensión delantera Suspensión Mac Pherson Suspensión delantera de brazos oscilantes 2.1. Generalidades del sistema de suspensión Suspensiones traseras de ruedas Tipos de suspensión semindependientes Suspensiones traseras de ruedas independientes Dobles brazos Suspensión trasera Suspensión Multibrazo Suspensión posterior de tipo independiente con resorte Suspensión Neumática 2.2. Tipos de suspensión Automotriz La forma más sencilla de fijar un par de ruedas a un chasis es montarlas en dos extremos de un eje sólido. Una suspensión con un eje sólido entre las ruedas izquierda y derecha se llama suspensión dependiente 2.2. Tipos de suspensión Automotriz Cuando un eje sólido vivo está conectado al chasis con nada más que dos ballestas, se denomina Tracción Hotchkiss, que es el nombre del coche que lo utilizó por primera vez. Los principales problemas de la transmisión Hotchkiss son la ubicación del eje bajo fuerzas laterales y longitudinales y tener una baja relación de masa. 𝑚𝑠 𝜀= 𝑚𝑢 2.2. Tipos de suspensión Automotriz Las ballestas no son adecuadas para absorber las fuerzas de tracción de conducción y frenado. Estas fuerzas tienden a empujar los resortes hacia un perfil en forma de “S”. La flexibilidad de conducción y frenado de las ballestas puede generar un avance negativo y aumentar la inestabilidad. 2.2. Tipos de suspensión Automotriz Para reducir el efecto de una fuerza horizontal y dar una apariencia de perfil S en un eje sólido con ballestas, el eje se puede unir al chasis mediante un barra longitudinal. Tal barra se llama anti- vuelco. La barra y la suspensión son la solución más sencilla para los problemas longitudinales de un accionamiento Hotchkiss. 2.2. Tipos de suspensión Automotriz Todos los muelles poseen a pesar de sus distintas formas determinadas propiedades comparativas que influyen en la aptitud para la circulación de un automóvil. 2.2. Tipos de suspensión Automotriz Las ballestas experimentan esfuerzos de flexión y la resistencia a la flexión permisible en las ballestas debe estar entre 50 y 80 kg/mm2. Para grandes cargas se requieren varias hojas. La carga permisible en el caso de sus extremos apoyados y la carga gravando en su centro, se calcula en función de la sección transversal y la longitud de la ballesta. 2.2. Tipos de suspensión Automotriz Muchas hojas finas constituyen un muelle blando, y pocas gruesas un muelle duro. Un muelle largo es igualmente más blando que otro corto. Es decir aparte de la carga hay que considerar también la característica elástica del muelle. 𝑛 ∙ 𝑏 ∙ 𝑒2 ∙ 𝜎 𝐶𝑏 = 6∙𝑙 Donde: 𝐶𝑏 : Semi carga del muelle en cada extremo (kg), 𝑛: numero de hojas del muelle, 𝑙: longitud de la semicurada (en mm), 𝑏: ancho de las hojas (en mm), 𝑒: espesor de las hojas (en mm), 𝜎 esfuerzo de la flexión bajo carga (en kg/mm2). 2.2. Tipos de suspensión Automotriz La elevada dureza de los muelles es un problema de las ballestas. Reducir su dureza estrechándolas y utilizando menos hojas reduce la dureza lateral y aumenta significativamente la estabilidad direccional de la suspensión. Un brazo Panhard es una barra que fija lateralmente una suspensión de eje macizo al chasis. 2.2. Tipos de suspensión Automotriz La figura muestra un enganche triangular y una combinación de brazo Panhard para guiar un eje macizo. 2.2. Tipos de suspensión Automotriz Un mecanismo de doble triángulo, como se muestra en la figura, es un diseño alternativo para guiar el eje y apoyarlo lateralmente. 2.2. Tipos de suspensión Automotriz Existen muchos mecanismos que proporcionan un movimiento rectilíneo para su uso en el diseño de suspensiones. Los mecanismos más sencillos son los acoplamientos de cuatro barras con un punto de acoplamiento que se mueve en línea recta. Mecanismo de Watt Mecanismo de Roberts 2.2. Tipos de suspensión Automotriz En las siguientes figuras se muestran dos mecanismos de suspensión Watt con un brazo Panhard. 2.2. Tipos de suspensión Automotriz En las siguientes figuras se muestran combinaciones de enlaces de suspensión Robert equipados con un brazo Panhard 2.2. Tipos de suspensión Automotriz Para reducir la masa no suspendida y aumentar la flexibilidad vertical de las suspensiones de eje sólido, es posible equiparlas con resortes helicoidales en lugar de ballestas. En la figura se muestra un ejemplo de una suspensión de eje sólido con resorte helicoidal. 2.2. Tipos de suspensión Automotriz El diseño de De Dion es una modificación de un eje de viga que puede usarse como eje muerto o para unir el diferencial al chasis y transferir la potencia motriz a las ruedas motrices mediante el uso de juntas universales y ejes divididos. Referencias Norton, R.L. (2013) “Diseño de maquinaria. Análisis y síntesis” McGrawHill Jazar, R. N. (2008). Vehicle Dynamics: Theory and Applications. Springer-Verlag. ¿Qué es la cremallera de dirección? (s. f.). Piezas MOOG. https://www.moogparts.com/es-es/blog/rack-and-pinion-system- with-power-steering.html