UT 6: Sistemas de Suspensión en Vehículos PDF

UT 6: SISTEMAS DE SUSPENSIÓN EN VEHÍCULOS  6.1 LA SUSPENSIÓN El sistema de suspensión de los vehículos debe absorber las irregularidades del terreno para permitir una conducción estable y segura. Además debe asegurar un contacto óptimo de las ruedas del vehículo con el s...

UT 6: SISTEMAS DE SUSPENSIÓN EN VEHÍCULOS  6.1 LA SUSPENSIÓN El sistema de suspensión de los vehículos debe absorber las irregularidades del terreno para permitir una conducción estable y segura. Además debe asegurar un contacto óptimo de las ruedas del vehículo con el suelo. La carrocería junto con todos los elementos que la integran, el motor y la caja de cambios forman los elementos o masas suspendidas; las ruedas y sus elementos anexos forman las masas no suspendidas.  6.1 LA SUSPENSIÓN Interesa que la masa no suspendida sea lo más pequeña posible, para evitar la transmisión de vibraciones a la masa suspendida: por ejemplo, no es lo mismo el impacto de una canica de 5 gramos contra la carrocería de un coche que el impacto de una piedra de 5 Kg contra esa misma carrocería. Como cabía esperar, el peso de la carrocería del vehículo DEBE SER SOPORTADO POR EL SISTEMA DE SUSPENSIÓN. Por tanto, un vehículo cargado tendrá un recorrido de la suspensión distinto de un vehículo sin carga.  6.1 LA SUSPENSIÓN Un sistema de suspensión debe ser confortable para los ocupantes de un vehículo. En ese confort intervienen los neumáticos, así como los asientos del vehículo (su mullido). Además del confort, un buen sistema de suspensión debe reunir los siguientes requisitos: Reducir la incidencia de fuerzas sobre la carrocería, evitando que esta tenga que ser muy robusta para soportar los esfuerzos recibidos, con lo que esto implica. Asegurar el contacto permanente de las ruedas con el suelo; si una rueda deja de estar en contacto con el suelo (está en el aire), no se tiene control sobre la dirección, los frenos o las fuerzas de tracción y agarre en curva. Mejorar la direccionalidad en curvas, garantizando un contacto óptimo de las ruedas con el suelo.  6.1 LA SUSPENSIÓN Incrementar la adherencia de los neumáticos, haciendo que la carga que soportan sea lo más uniforme posible. Mantener las cotas de dirección, haciendo que los ángulos característicos de las ruedas (caída, ángulo incluido, etc.) se mantengan constantes e incluso se adapten al terreno en beneficio propio. Aumento de la estabilidad; el sistema de suspensión debe absorber los movimientos oscilatorios de la carrocería (balanceo en curvas, cabeceo en frenadas y aceleraciones y guiñada en un derrape.  6.1 LA SUSPENSIÓN Los elementos que constituyen un sistema de suspensión se pueden clasificar como: Elementos elásticos de la suspensión: muelles, ballestas, barras de torsión y balonas neumáticas de suspensión. Amortiguadores: en sus distintos tipos y variedades. También podemos incluir como elementos constituyentes de un sistema de suspensión, los elementos de sujeción y guiado, las barras estabilizadoras y los elementos comunes. 6.1 LA SUSPENSIÓN  6.2 DINÁMICA DE LA SUSPENSIÓN Centro de balanceo: es un punto imaginario del eje delantero o del eje trasero en torno al cual, gira la carrocería cuando el vehículo toma una curva. Centro de gravedad: es un punto imaginario en el que podríamos imaginar que se concentra toda la masa del vehículo y es donde se aplican todas las fuerzas exteriores.  6.2 DINÁMICA DE LA SUSPENSIÓN En un vehículo se definen tres ejes geométricos (longitudinal, transversal y vertical), que corresponden con los tres ejes ortogonales característicos del espacio (coordenadas cartesianas espaciales). Sobre estos ejes se pueden ejercer también momentos de giro: cabeceo (en frenadas y aceleraciones), balanceo (en curvas a izquierda y derecha) y momentos de guiñada (en derrape en curva).  6.2 DINÁMICA DE LA SUSPENSIÓN Oscilación: movimiento de vaivén que se produce en un cuerpo. Se caracteriza por su amplitud, periodo y frecuencia.  6.2 DINÁMICA DE LA SUSPENSIÓN Amplitud (A): distancia máxima de una oscilación, entre el pico y la posición de reposo; mide el desplazamiento máximo del muelle; ya veremos que en un sistema de suspensión de un vehículo nos interesa absorber la energía de la oscilación y hacer que la amplitud se haga nula lo antes posible.  6.2 DINÁMICA DE LA SUSPENSIÓN Periodo (T): es el tiempo que tarda en producirse una oscilación completa; para ello, la onda tiene que pasar por dos estados de fase idénticos. Se mide en segundos. Frecuencia (F): es la inversa del periodo; F = 1/T. Es el número de oscilaciones que se producen en un segundo. Se mide en hertzios (Hz).  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Silentblocks y cojinetes elásticos: los silentblocks son elementos absorbedores de vibraciones, de material elástico que se coloca entre el casquillo central y el soporte exterior. Se suelen montar a presión, con la prensa o con utillaje específico, o también atornillados.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Los cojinetes elásticos se suelen montar en las barras de torsión, están abiertos y se les coloca mediante un sombrerete atornillado.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Rótulas: unen elementos de la suspensión y permiten su giro, por ejemplo, la mangueta y el triángulo de suspensión.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Mangueta y buje: La mangueta (también llamada portabuje) es el elemento que conecta la rueda con los otros elementos de la suspensión; para ello necesita el buje, que se une a ella mediante un rodamiento, montado con prensa o atornillado.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN En el centro del buje se dispone de un estriado en el que se acopla la punta de la transmisión, que es la encargada de transmitir el giro que proviene de la caja de cambios hasta la rueda. La rueda se atornilla al buje, situándose el disco de freno entre buje y rueda.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Brazos o tirantes (2 puntos), triángulos (3 puntos) y trapecios de suspensión (4 puntos) Brazos: disponen de 2 puntos de fijación con silentblocks o rótulas y sirven para soportar esfuerzos de tracción y compresión en sentidos longitudinal y/o transversal.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Triángulos: disponen de tres puntos de fijación, con silentblocks o rótulas.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Trapecios: más robustos que los triángulos, ya que disponen de 4 puntos de fijación.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Barra estabilizadora o antibalanceo: es una barra en forma de “U” que sirve para reducir el balanceo de la carrocería en curva (de hecho, sólo trabaja en curva). Se fija al subchasis o carrocería y trabaja a torsión; lo que hace es repercutir en una rueda lo que ocurre en la rueda contraria al trazar una curva.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Si una rueda se “levanta”, debido a la torsión la barra hace que la otra rueda también se “levante”, manteniendo la carrocería lo más horizontal posible en una curva.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Topes de suspensión: Son elementos elásticos que protegen otros elementos de la suspensión en caso de una compresión excesiva  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Los elementos elásticos de una suspensión son: Muelles helicoidales. Barras de torsión. Ballestas. Resortes neumáticos o muelles de goma: balonas de suspensión y esferas de suspensión. Los elementos elásticos se deforman absorbiendo las oscilaciones generadas por la marcha del vehículo. Un elemento elástico diremos que tiene un TARADO “duro” frente a otro, cuando al aplicar una fuerza sobre el primero, la deformación que se produce es menos que si esa misma fuerza se la aplicásemos al segundo elemento. Comenzaremos el análisis de estos elementos con los resortes neumáticos o muelles de goma.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Resortes neumáticos: el elemento elástico es un gas (aire o nitrógeno) en una cámara hermética de caucho. Los gases son compresibles. Su curva de tarado es progresiva (a mayor carga, más duros).  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN El tarado depende de la presión del gas: mayor presión = más duro. Estas suspensiones son complejas y sofisticadas y se usan mucho en vehículos industriales (camiones, autobuses, etc.). Su tarado es progresivo (a mayor compresión, más dureza) y permiten regularlo sobre la marcha. Además, existen resortes cuya longitud puede modificarse, por lo que en muchas ocasiones permiten regular y modificar la altura de la carrocería.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Barras de torsión: Es una barra de acero elástica, que se une por un lado a la carrocería y por otro lado a la rueda a través de un brazo o triángulo. Pueden disponerse en sentido longitudinal o transversal. Como su propio nombre indica, trabajan a torsión, al retorcerse tratan de recuperar su forma original.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Se fijan a la carrocería mediante estrías o excéntricas y son sencillas, sin ocupar mucho espacio. Su tarado depende de la longitud (más larga = más dura), del material y del diámetro (más diámetro = más dura). Con las barras de torsión se puede regular la altura de la carrocería, sin más que cambiar el estriado de posición o mediante le tornillo de regulación.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Ballestas: formada por láminas de acero que flexionan y rozan entre sí. Al flectar, aumentan o disminuyen su longitud, por lo que necesitan de una unión fija (ojo de la ballesta) y una unión móvil articulada (gemela). Componentes y características:  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Las ballestas son robustas y soportan esfuerzos transversales (no como los muelles); sin embargo, son pesadas, complejas (muchos componentes), ruidosas, necesitan mantenimiento y el rozamiento entre láminas es un efecto indeseado. No se puede regular la altura de la carrocería (sin cambiarlas).  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Muelles helicoidales: son de acero, al comprimirse, disminuyen su longitud al torsionarse o revirarse. Son sencillos, pueden colocarse en diversas posiciones y no soportan esfuerzos transversales. No se puede regular la altura de la carrocería sin sustituirlos. Características de un muelle:  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Factores que determinan el tarado de un muelle: además del material que lo constituye, el tarado de un muelle (más duro o más blando) depende de: Así, tendremos muelles de tarado constante y muelles de tarado progresivo.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Muelles de tarado progresivo: se empieza a deformar siempre la zona de mayor paso y la de mayor diámetro de espiras en primer lugar.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Amortiguadores: Complementan a los elementos elásticos, ya que estos se deforman absorbiendo la energía que se les transmite al circular por terrenos bacheados, pero luego la devuelven, generando así una oscilación. Esa oscilación necesita ser eliminada, disipando esa energía en forma de calor. Si no fuese por la acción del amortiguador, la rueda iría “rebotando” contra el suelo, haciendo que se perdiese el control sobre la dirección y los frenos en los momentos en que dicha rueda perdiese total o parcialmente el contacto con el suelo. Un amortiguador en buen estado garantiza: Buen contacto de las ruedas con el suelo. Buena estabilidad en curvas, evitando o disminuyendo el balanceo. Disminuye las oscilaciones. Disminuye el desgaste de los neumáticos.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN La altura de una carrocería depende de los elementos elásticos (muelles, barras de torsión, ballestas o resortes neumáticos) y no de los amortiguadores. En el caso de amortiguadores concéntricos con el muelle, la altura de la carrocería dependerá de la precarga del muelle que rodea a dicho amortiguador; a mayor precarga, menor altura de la carrocería, pero también, menos bajaría la carrocería al cargar el vehículo con equipaje (por ejemplo).  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Existen varios tipos de amortiguadores: De fricción: apenas utilizados en el mundo del automóvil, antiguamente se llegaron a emplear en algunas horquillas de motocicletas.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN De palanca: formado por un émbolo que se mueve dentro de un cilindro y es accionado por una palanca. En su interior hay aceite y el paso del aceite se puede regular mediante un tornillo.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Giratorio: formado por un brazo que hace girar una paleta dentro de una cámara circular y en su giro, la paleta hace pasar el aceite por un orificio tarado.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Telescópico: el amortiguador más utilizado; se basa en la absorción de energía que se produce al pasar un aceite especial, con una viscosidad determinada, por unos orificios tarados de pequeña sección que se practican en un pistón que se mueve por dentro de un cilindro. En los orificios, se suele disponer de unas válvulas unidireccionales, para frenar tanto la extensión como la compresión (amortiguadores de doble efecto). Pueden ser monotubo o bitubo. Veamos las partes de un amortiguador telescópico:  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Cuerpo del amortiguador Pistón Vástago Válvulas Retenes Aceite  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Lo normal es que el cilindro del amortiguador se una a la rueda en su mangueta o en un brazo o triángulo y que el vástago se una a la carrocería, aunque también se puede montar en posición inversa.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Amortiguadores monotubo (de gas): disponen de un pistón flotante que separa el gas (nitrógeno) del aceite y permite absorber así las diferencias de volumen debidas al vástago.  6.3 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA SUSPENSIÓN Amortiguadores bitubo: debido al volumen que ocupa el vástago, el aceite se desplaza hacia la cámara interior desde la exterior (extensión), o bien, desde la cámara interior a la exterior (compresión).  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS Podemos clasificarlos en: Independiente: (una rueda no influye sobre la otra). Semiindependiente: (una rueda influye ligeramente sobre la otra). No independiente: (una rueda influye totalmente sobre la otra). También podríamos clasificar las suspensiones según el eje en el que se instalen. Empezaremos estudiando las suspensiones independientes, las cuales pueden ser: De paralelo deformable (o de triángulos o trapecios superpuestos) McPherson Brazos tirados Multibrazo  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS De triángulos superpuestos o trapecios superpuestos.  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS McPherson: la mangueta se une a una columna telescópica de muelle+amortiguador la cuál gira debido a la rótula de suspensión inferior de la mangueta y a un rodamiento que se instala en la copela de la columna telescópica. 6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS Brazos tirados: normalmente empleada en el eje trasero, los brazos pueden girar alrededor de un eje transversal; el elemento elástico empleado suele ser una barra de torsión transversal para cada rueda.  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS Un caso particular de brazos tirados es la suspensión de triángulos oblicuos; parecida a la de los brazos tirados, pero en este caso el eje de pivote de los triángulos no coincide.  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS Multibrazo o multilink: dispone de brazos que pueden disponerse de forma longitudinal, transversal o inclinada. Es compleja, pero proporciona una excelente fijación a la rueda.  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS Continuaremos ahora con las suspensiones semiindependientes, en las que lo que le ocurre a una rueda, afecta ligeramente a la otra rueda del mismo eje. Suspensión semiindependiente de brazos tirados no articulados con vigueta de torsión. En este caso, los brazos tirados no están articulados y por tanto provocan una torsión en el eje transversal, que suele tener perfil en “U” o en “V”. Por ello no suelen llevar barra de torsión ene ese eje.  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS Finalmente, analizamos las suspensiones no independientes, en las que lo que le ocurre a una rueda influye totalmente en la otra rueda. Estas suspensiones son las de eje rígido, con las variantes del puente o eje de Dion y el paralelogramo de Watt. Eje rígido: el eje o puente no se deforma  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS El puente o eje rígido se suele emplear en 4x4, es muy robusto, asegura un contacto perfecto con el suelo y permite guiar por su interior los palieres; sin embargo, es muy pesado, poco confortable, ocupa mucho espacio y es menos estable que una suspensión independiente (en carretera).  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS Dado que los ejes rígidos o puentes no soportan bien los esfuerzos transversales, se los fija a la carrocería por una barra auxiliar llamada barra Panhard.  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS Existe una variante que es el eje de Dion, en la que se independiza la suspensión de la transmisión. 6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS Una evolución más sofisticada que la barra Panhard es el paralelogramo de Watt. 6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS  6.4 TIPOS DE SUSPENSIONES MECÁNICAS Los vehículos pesados, suelen llevar en los ejes rígidos suspensión por ballestas o balonas neumáticas.  6.5 DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE SUSPENSIÓN Revisar: Altura de la carrocería. Estado de guardapolvos, silentblocks y gomas de todos los elementos. Estanqueidad de amortiguadores (sin fugas de aceite). Eficacia de amortiguación (medida en banco de suspensión). Ausencia de holguras en las articulaciones. A parte de la inspección visual, lo más eficiente es comprobar el vehículo en el banco de suspensión, donde se puede ver la eficacia del sistema y también si existe mucha diferencia en la eficacia entre ruedas de un mismo eje.