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El sistema de suspensión del automovil

Articulo del 23 marzo , 2010





El sistema de suspensión del automovil

La suspensión tiene como misión que las irregularidades del terreno no llegue a la carrocerí­a del vehí­culo o lo hagan lo más disminuidas posible. Para ello, entre las ruedas y el bastidor, se coloca un medio elástico de unión, medio elástico que se deformará con el peso del vehí­culo y con la inercia del mismo al elevarse o bajarse como consecuencia de las irregularidades del pavimento. En efecto, si las ruedas suben o bajan, como consecuencia de las irregularidades del terreno, el medio elástico debe absorber estas irregularidades para que el ascenso o descenso de la carrocerí­a sea el menor posible. Además se evitan las brusquedades por la acción de los amortiguadores.

Denominamos suspensión al conjunto de elementos elásticos que se interponen entre los órganos suspendidos y no suspendidos. Existen otros elementos con misión amortiguadora, como son los neumáticos y los asientos. Los elementos de la suspensión han de ser lo suficientemente resistentes y elásticos para aguantar las cargas a que se ven sometidos sin que se produzcan deformaciones permanentes ni roturas y también para que el vehí­culo no pierda adherencia con el suelo.

Elementos del sistema de suspensión

Los elementos fundamentales en toda suspensión son:


– Muellles.
– Amortiguadores.
– Barras estabilizadoras.

· Muelles

Son elementos colocados entre el bastidor y lo más próximo a las ruedas, que recogen directamente las irregularidades del terreno, absorbiéndolas en forma de deformación. Tienen que tener buenas propiedades elásticas y absorber la energí­a mecánica, evitando deformaciones indefinidas.

Cuando debido a una carga o una irregularidad del terreno el muelle se deforma, y cesa la acción que produce la deformación, el muelle tenderá a oscilar, creando un balanceo en el vehí­culo que se debe de reducir por medio de los amortiguadores.

Los muelles pueden ser:

o Ballestas.

o    Muelles helicoidales.

o     Barra de torsión.

Ballestas

Fig. 1

Están compuestas (fig. 1) por una serie de láminas (H) de acero resistente y elástico, de diferente longitud, superpuestas de menor a mayor, y sujetas por un pasador central (T) llamado "perno-capuchino". Para mantener las láminas alineadas llevan unas abrazaderas (A). La hoja más larga se llama "maestra" (M). Termina en sus extremos en dos curvaduras formando ojo (K) por el cual, y por medio de un silembloc (C) de goma, se articulan (fig. 2) en el bastidor (B). Mediante los abarcones (P), se sujetan al eje de la rueda (E). En uno de sus extremos se coloca una gemela (G), que permite el desplazamiento longitudinal de las hojas cuando la rueda coja un obstáculo y, en el otro extremo (D) va fijo al bastidor (B).

El siembloc (C) (detalle de la fig. 1) consiste en dos casquillos de acero (X) entre los que se intercala una camisa de goma (Y).

Si la ballesta es muy flexible se llama blanda, y, en caso contrario, dura; usándose una u otra según el peso a soportar. Las ballestas pueden utilizarse como elemento de empuje del eje al bastidor. Para evitar que el polvo o humedad, que pueda acumularse en las hojas, llegue a "soldar" unas a otras impidiendo el resbalamiento entre sí­ y, por tanto, la flexibilidad, se recurre a intercalar entre hoja y hoja láminas de zinc, plástico o simplemente engrasarlas.

Suelen tener forma sensiblemente curvada y pueden ir colocadas longitudinalmente (fig. 2) o en forma transversal (fig. 3), sistema este último empleado en la suspensión por ruedas independientes, siendo necesario colocar en sus extremos las gemelas (G).

 

Fig. 2

 

 

 

Fig. 3

 

 

Existen balletas llamadas "parabólicas", en las cuales las hojas no tienen la misma sección en toda su longitud. Son más gruesas por el centro que en los extremos. Se utilizan en vehí­culos que soportan mucho peso.

Muelles helicoidales

El muelle helicoidal es otro medio elástico en la suspensión (tanto rí­gida como independiente). No puede emplearse como elemento de empuje ni de sujeción lateral, por lo que es necesario emplear bielas de empuje y tirantes de sujeción. Con el diámetro variable (representado en la fig. 4) se consigue una flexibilidad progresiva; también se puede conseguir con otro muelle interior adicional. La flexibilidad del muelle será función del número de espiras, del diámetro del resorte, del espesor o diámetro del hilo, y de las caracterí­sticas elásticas del material.

Las espiras de los extremos son planas, para favorecer el acoplamiento del muelle en su apoyo. Los muelles reciben esfuerzos de compresión, pero debido a su disposición helicoidal trabajan a torsión.

Fig. 4

Barra de torsión

La resistencia que opone a la torsión una barra de acero, constituye un medio elástico, empleado también como elemento de suspensión (fig. 5).

Fig. 5

En la fig. 6 puede apreciarse su montaje.

Fig. 6

Las barras de torsión son muy empleadas, en la actualidad, en suspensiones independientes traseras en algunos modelos de vehí­culos. También son empleadas en la parte delantera.

Su funcionamiento (fig. 5) se basa en que si a una barra de acero (B) elástica se la fija por un extremo (F) y al extremo libre (L) le someto a un esfuerzo de torsión (giro), la barra se retorcerá, pero una vez finalizado el esfuerzo recuperará su forma primitiva.

El esfuerzo aplicado no debe sobrepasar el lí­mite de elasticidad del material de la barra, para evitar la deformación permanente. Su montaje se puede realizar transversal (fig. 5) o longitudinalmente (fig. 6). La sección puede ser cuadrada o cilí­ndrica, siendo esta última la más común. Su fijación se realiza mediante un cubo estriado.

·      Amortiguadores

La deformación del medio elástico, como consecuencia de las irregularidades del terreno, da lugar a unas oscilaciones de todo el conjunto. Cuando desaparece la irregularidad que produce la deformación y, de no frenarse las oscilaciones, harí­a balancear toda la carrocerí­a. Ese freno, en número y amplitud, de las oscilaciones se realiza por medio de los amortiguadores. Los amortiguadores transforman la energí­a mecánica del muelle en energí­a calorí­fica, calentándose un fluido contenido en el interior del amortiguador al tener que pasar por determinados pasos estrechos. Pueden ser de fricción o hidráulicos, aunque en la actualidad sólo se usan estos últimos. Los hidráulicos, a su vez pueden ser giratorios, de pistón o telescópicos; aunque todos están basados en el mismo fundamento. El más extendido es el telescópico.

El amortiguador telescópico (fig. 7) se compone de dos tubos concéntricos, (A y B); cerrados en su extremo superior por una empaquetadura (C), a través de la cual pasa un vástago (D), que en su extremo exterior termina en un anillo por el que se une al bastidor. El vástago, en su extremo interior, termina en un pistón (E), con orificios calibrados y válvulas deslizantes. El tubo interior (B) lleva en su parte inferior dos válvulas de efecto contrario. El tubo exterior lleva en su parte inferior un anillo por el que se une al eje de la rueda. Un tercer tubo (F), a modo de campana y fijo al vástago, sirve de tapadera o guarda polvo.

Fig. 7

Se forman tres cámaras; las dos en que divide el émbolo al cilindro interior, y la anular (G), entre ambos cilindros.

Su funcionamiento es el siguiente: al flexarse la ballesta o comprimirse el muelle, baja el bastidor, y con él, el vástago (D), comprimiendo el lí­quido en la cámara inferior, que es obligado a pasar por los orificios del émbolo a la cámara superior, pero no todo, pues el vástago ocupa lugar; por tanto, la otra parte del lí­quido pasa por la válvula de la parte inferior del cilindro interior a la cámara anular (G). Este paso obligado, del lí­quido a una y otra cámara, frena el movimiento oscilante, amortiguando la acción de ballestas y muelles de suspensión.

Cuando ha pasado el obstáculo, el bastidor tira del vástago, sube el pistón y el lí­quido se ve forzado a recorrer el mismo camino, pero a la inversa, dificultado por la acción de las válvulas, con lo que se frena la acción rebote. La acción de este amortiguador es en ambos sentidos, por lo que se le denomina "de doble efecto".

Algunos amortiguadores ofrecen más dificultad a expansionarse que a comprimirse, y se denominan de simple efecto (actúa en un solo sentido).

La colocación de los amortiguadores telescópicos no es vertical, sino algo inclinados, más separados los extremos inferiores que los superiores, para dar más estabilidad al vehí­culo.

·  Barras estabilizadoras

Al tomar las curvas con rapidez el coche se inclina, hacia el lado exterior, obligado por la fuerza centrí­fuga. Para contener esa tendencia a inclinarse se emplean los estabilizadores.

Los estabilizadores están formados por una barra de acero (E), (figs. 8) doblado en forma de (U) abierta. Por el centro, se une al bastidor mediante unos puntos de apoyo (U) sobre los que puede girar; por sus extremos se une a cada uno de los brazos (R) inferiores de los trapecios. La elasticidad del material trata de mantener los tres lados en el mismo plano. Al tomar una curva, uno de los lados recibe más peso que el otro y trata de aproximarse a la rueda; la barra se torsiona por este peso y ese mismo esfuerzo se transmite al otro brazo, tratando de mantener ambos lados de la carrocerí­a a la misma distancia de las ruedas, con lo que se disminuye la inclinación al tomar las curvas.

Fig. 8

Tipos de sistemas de suspensión

Todos los sistemas que se describen a continuación constan de unos elementos elásticos (ballestas, muelles helicoidales, barras de torsión o fuelles neumáticos), amortiguadores y barras estabilizadoras. Los diferentes tipos de suspensión pueden ser:

- Suspensión con eje rí­gido delantero.
– Suspensión con eje rí­gido trasero.
– Suspensión independiente delantera.
– Suspensión independiente trasera.
– Sistemas de suspensión neumática.
– Sistemas de suspensión hidroneumática.

 

·   Diferencias entre la suspensión con ruedas independientes y por eje rí­gido (fig. 9)

La solución moderna en la suspensión independiente en los vehí­culos ha alcanzado casi a la totalidad de los turismos, aun a los de tipo utilitario, y en los camiones existen muchos casos de adopción en sus ejes delanteros. Aunque al sistema se le han dado innumerables soluciones, todas buscan las grandes ventajas que reporta y que por su importancia destacan, la de disminuir los efectos de los pesos no suspendidos, a los cuales no se puede amortiguar su movimiento por ballestas, que los golpes y oscilaciones que recibe una rueda no se comunican a su pareja de eje, y que el contacto con el piso es más seguro y la suspensión más flexible, sin peligro tan cercano de rotura. Todas estas ventajas hacen una marcha más confortable del vehí­culo, más segura su dirección y por lo tanto más garantí­a en altas velocidades.

Fig. 9

En la figura se representa el comportamiento de un sistema de suspensión por eje rí­gido (A) y otro por ruedas independientes (B). En el sistema de eje rí­gido se inclina la carrocerí­a cuando encuentra un resalte y en el de suspensión independiente el bastidor permanece horizontal y las ruedas verticales, debido a esa gran flexibilidad, con lo que necesitan el complemento de potentes amortiguadores y unos protectores o topes de caucho que limiten las oscilaciones.

·     Suspensión con eje rí­gido delantero

Suspensión delantera con ballesta (fig. 10)

Fig. 10

Las ballestas delantera (B) con eje rí­gido en la actualidad se emplean en camiones. Se caracterizan por unos movimientos amplios y progresivos. La interacción de los amortiguadores (A) de doble efecto, el estabilizador y los muelles de goma huecos (M) proporcionan un excelente confort, tanto en el vehí­culo cargado como vací­o. Las gemelas (G) del extremo posterior eliminan los tirones caracterí­sticos de las suspensiones convencionales. Los muelles de goma (M) huecos contribuyen a ello cuando se transportan grandes cargas por malos caminos, e impiden también las torsiones del eje delantero en las frenadas fuertes.

Se utilizan en vehí­culos pesados ballestas parabólicas con un número reducido de hojas, ya que soportan mayores pesos.

Suspensión delantera neumática con fuelles

En la suspensión neumática empleada en camiones se utilizan (fig. 11) fuelles (F) de nylon, reforzados con goma. Son muy resistentes al aceite, productos quí­micos y desgaste mecánico.

Fig. 11

Los fuelles se montan entre un collar (C) que hay en el bastidor y un pistón metálico (P), que permanece en su sitio (eje delantero) obligado por un perno de guí­a (G). En los movimientos de la suspensión el fuelle (F) cede, comprimiéndose el aire que hay dentro, proporcionando una contrapresión que aumenta en forma continua, lo que hace que los movimientos de la suspensión sean suaves y regulares.

En los fuelles hay un muelle de goma (M) que impide que se rebasen los movimientos, permitiendo seguir manejando el vehí­culo, un corto trecho, en casos de que se pinchara un fuelle. Estos pueden cambiarse rápida y sencillamente por el conductor o en el taller, sin necesidad de herramientas especiales.

En la fig. 12 se representa además el sistema de sujeción (S) para fuelles de aire (F), amortiguadores (A) y estabilizador (T).

Fig. 12





· Suspensión con eje rí­gido trasero

Suspensión trasera con ballestas

Fig. 13

La suspensión posterior (fig. 13) tiene dos ballestas (A y B) a cada lado. Se caracteriza por su progresividad, debido a que la longitud activa disminuye al aumentar la carga, lo que hace que la ballesta se vuelva más dura. Estas ballestas son fáciles de reforzar y reparar. El eje trasero es guiado por patines (P) en el lado del bastidor y por un eslabón sujeto en el anclaje (E) delantero.

Suspensión trasera neumática con fuelles. Sistema Volvo (fig. 14)

En la figura se representa la suspensión neumática con eje alzable (S).

Fig. 14

Tiene un eje propulsor (P) con ruedas gemelas y eje portador de ruedas sencillas (S), así­ como elevador (V). Una válvula sensible a la carga regula automáticamente la altura libre sobre el suelo.

El eje propulsor (P) está totalmente suspendido mediante cuatro fuelles de aire y el eje portador (S) (alzable) con dos (F). Además lleva amortiguadores (A) y barras estabilizadoras (E).

·    Suspensión independiente delantera

Sistema por ballestas delanteras

Fig. 15

La suspensión independiente con ballesta transversal (fig. 15), es quizás de las más antiguas, existiendo múltiples aplicaciones. La ballesta es fijada, a la carrocerí­a, en su punto medio (S) y sus extremos forman pareja con los brazos triangulares (L), para soporte de los pivotes-manguetas, portadores de las ruedas.

Entre el pivote (P) y el punto fijo (A), en el bastidor, se acopla un amortiguador hidráulico telescópico.

Sistema por trapecio articulado delantero y muelles helicoidales

Fig. 16

La fig. 16 muestra una suspensión tí­pica de trapecio articulado. El brazo mangueta va unido a dos trapecios (A y B) formados por unos brazos, que se articulan al bastidor. En el brazo inferior (B) se apoya el muelle (M) y se le une el amortiguador (C).

El otro extremo del muelle y amortiguador se apoyan y unen, respectivamente, al propio bastidor (H). El peso y las irregularidades hacen oscilar a los brazos, comprimiendo el muelle y siendo absorbidas las oscilaciones por el mismo amortiguador.

Suspensión delantera Mac Pherson

Fig. 17

Es un sistema muy utilizado actualmente (fig. 17). Aquí­ el muelle (M) se apoya en la parte inferior del amortiguador (A) y la carrocerí­a (C), sin necesidad de brazo superior. Consta de un brazo único, el tirante diagonal (T) y de un soporte telescópico (S) en cada rueda delantera.

La mangueta (M) forma parte de la mitad inferior del soporte telescópico. Este soporte gira al hacerlo la dirección y se une a la carrocerí­a por medio de un elemento elástico. Por abajo una rótula lo une al brazo inferior.

En la fig. 18 se representan los elementos que integran este conjunto.

Fig. 18

Suspensión delantera por barra de torsión

En este sistema, para la suspensión del eje delantero, se montan las barras (B) en sentido longitudinal y paralelas (fig. 19).

Fig. 19

·       Suspensión independiente trasera

Suspensión trasera por ballesta

En la actualidad se emplea poco en turismos. Se monta (fig. 20) uniendo la ballesta al bastidor, en su parte central con bridas (B), y los extremos por medio de gemelas (G) al eje trasero.

Fig. 20

Suspensión trasera por trapecio articulado y muelles helicoidales

En los vehí­culos de tracción delantera suelen utilizarse, como norma general, para las ruedas traseras sistemas a base de trapecios articulados y muelles helicoidales (fig. 21). Se diferencian del sistema articulado delantero en que, como estas ruedas tienen que moverse siempre en la misma dirección, uno de los brazos (B) tiene la base más ancha cerca de la rueda, para mantener el paralelismo en las mismas, estando sujeto a la carrocerí­a con tirantes (T) para absorber los esfuerzos de frenado y aceleración.

Fig. 21

Suspensión trasera por barras de torsión

Para este sistema de suspensión del eje trasero se montan barras de torsión (B) en sentido transversal y paralelas, como indica de forma esquemática la figura 22.

Fig. 22

Suspensión trasera tipo Mac Pherson

Este tipo de suspensión (fig. 23), lleva un brazo único (B), tirante (T) de sujeción y el soporte telescópico (C) en cada rueda trasera acoplado a la parte superior el eje de la rueda.

En el interior de este tubo se acopla el amortiguador, y el muelle se asienta sobre dos cazoletas, una solidaria al tubo y la otra apoyada en la carrocerí­a. Se trata de una unión elástica, como puede verse en la figura.

Este sistema resulta mecánicamente muy sencillo y, al ser ligeras sus partes móviles, contribuye a que las ruedas superen las irregularidades del terreno sin mucha variación en el ángulo que forman con el mismo.

Con este montaje la carrocerí­a tiene que ser más resistente en los puntos donde se fijan los soportes telescópicos, con objeto de absorber los esfuerzos transmitidos por la suspensión.

Fig. 23

Suspensión trasera con brazos arrastrados (fig. 24)

Los brazos arrastrados (B) están montados sobre pivotes (P) que forman ángulo recto con el eje longitudinal del vehí­culo y unen las ruedas (R) firmemente en posición, al tiempo que les permite un movimiento de subida y bajada.

El conjunto del diferencial (D) se apoya en el bastidor del vehí­culo en la carrocerí­a.

Fig. 24

Suspensión trasera con brazo semi-arrastrado

Es un sistema derivado del anterior, en el que, los ejes de los pivotes o de oscilaciones, forman un determinado ángulo con el eje longitudinal del vehí­culo, no formando ángulo recto como en el sistema arrastrado. (fig. 25).

Fig. 25

Sistemas especiales de suspensión

Como sistemas especiales, se van a considerar los siguientes:

o   Sistema conjugado: Hidrolastic y mecánico con muelles.

o Sistema hidroneumático.

o    Sistema neumático.

·     Sistemas conjugados

Si la suspensión delantera y la trasera del mismo lado se comunican, se dice que el sistema es conjugado. La principal ventaja que se obtiene al unir así­ la suspensión delantera y trasera, es que se consigue una gran reducción en el cabeceo del vehí­culo, que se mantiene más nivelado, lo que se traduce en una mayor comodidad de los ocupantes. Dos sistemas: Hydrolastic, de funcionamiento hidraúlico; y el sistema de unión por muelles, con mandos mecánicos.

Sistema Hydrolastic

Fig. 26

En este sistema (fig. 26) cada una de las ruedas posee una unidad de suspensión (A y B) que desempeña las funciones de muelle y amortiguador, se fijan al bastidor y están unidas por medio de las tuberí­as (E), los elementos de suspensión del mismo lado. En su interior (figs. 27 y 28), y en uno de los extremos, lleva una masa cónica de caucho (C) que desempeña los efectos de muelle. El otro extremo se cierra mediante los diafragmas (D), en el que apoya un pistón (P) conectado a los brazos (A y B) de las unidades de suspensión.

 

Fig. 27

 

 

 

Fig. 28

 

 

La cámara que media está dividida por una campana metálica (M) con una válvula bidireccional doble de goma (V). Cuando la rueda delantera sube para salvar un obstáculo, el diafragma (D) se desplaza hacia adentro, impulsando el lí­quido a través de los orificios del tabique metálico y de la válvula bidireccional, cuya resistencia constituye el efecto amortiguador. El movimiento del diafragma reduce el volumen de la cámara y aumenta la presión, desplazando parte del lí­quido por la tuberí­a de conexión. Esto hace que el diafragma del otro elemento sea empujado hacia afuera con lo que sube la suspensión.

La fig. 27 representa cuando la rueda sube por efecto de un obstáculo, y la fig. 28, cómo se aumenta la presión sobre el brazo de la otra rueda del mismo lado y a su vez fuerza la adherencia.

Sistema de unión por muelles

Consiste (fig. 29) en unir los brazos delantero (D) y trasero (T), de cada lado del vehí­culo, por un cilindro, en cuyo interior hay un muelle (M). En cada una de las ruedas hay un amortiguador de inercia.

Fig. 29

·       Sistema de suspensión hidroneumática

En esta suspensión se combinan, perfectamente, la gran flexibilidad y la corrección automática de la altura que mantiene constante la distancia al suelo. Permite reducir las reacciones transmitidas por las ruedas a la carrocerí­a (confort), mantener constantes las fuerzas de contacto de las ruedas con el suelo, y amortiguar, de forma inmediata, la tendencia al salto de las ruedas (estabilidad en carretera).

El sistema de suspensión hidroneumática que equipa los modelos de la gama Citrí¶en está constituido por dos fluidos: lí­quido y gas.

El muelle mecánico clásico (helicoidal, de láminas o barras de torsión) es aquí­ sustituido por una masa de gas (nitrógeno), encerrado en una esfera de acero.

Fig. 30

La carrocerí­a (fig. 30) reposa sobre 4 bloques neumáticos, cuya función entra en acción al realizarse los desplazamientos de las cuatro ruedas independientes. El lí­quido es el elemento que asegura la unión entre la masa gaseosa y los elementos móviles de los ejes: los brazos de suspensión.

El lí­quido permite también compensar automáticamente, mediante variaciones de su volumen, los cambios de altura del vehí­culo (por ejemplo, los que resultarí­an al cargar el vehí­culo).

Un mando mecánico manual permite hacer variar la altura del vehí­culo, para facilitar el franqueo de obstáculos o el cambio de una rueda.

·       Suspensión neumática (figs. 12 y 14)

El estudio de este sistema se realizó anteriormente al desarrollar independientemente, la suspensión delantera y trasera neumática.

Entre las grandes ventajas de la suspensión neumática hay que incluir la constancia de sus caracterí­sticas, que proporcionan una marcha suave independientemente de si el vehí­culo va cargado o vací­o. Ello reduce los daños de transporte, confiere mayor longevidad al chasis y un mejor confort para el conductor.

El sistema de suspensión neumática hace que los vehí­culos sean más flexibles. Gracias a la regulación manual del nivel, con gran altura de elevación, se adaptan a todos los sistemas de manipulación de carga existentes actualmente en el mercado. Este sistema confiere también al vehí­culo unas excelentes cualidades y estabilidad de marcha extraordinarias. Por ejemplo, impide que se incline, si se ha cargado desigualmente. El reglaje de los faros y la distancia al suelo se mantienen siempre constantes. Gracias a esta suspensión es posible elevar o descender la totalidad del vehí­culo, o solamente su extremo posterior, según la ejecución, para adaptarse al nivel del muelle de carga.

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