Guía de Nº 1 Mecánica Automotriz. Sistemas de Suspensión, amortiguación y dirección

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1 Fundación Universidad de Atacama Escuela Técnico Profesional Unidad Técnico Pedagógica Profesor: Sr. Jorge Hernández Valencia Módulo: Mantenimiento de los sistemas de dirección y suspensión. Guía de Nº 1 Mecánica Automotriz. Sistemas de Suspensión, amortiguación y dirección Se dice que algo está suspendido cuando se encuentra colgado de algún soporte por medio de una cuerda, una cadena etc. Este elemento mediante el cual se suspende algo, recibe el nombre de suspensión (Figura Nº 1). En el caso que nos ocupa, la suspensión de un auto es un conjunto de elementos más o menos complejo que sirve para suspender el peso del vehículo de un soporte constituido por las ruedas. Un poco de Historia Fig. 1. Eje de Carreta directo. Una preocupación de los fabricantes de carruajes fue tratar de hacer más cómodos los vehículos. Los caminos empedrados eran seguramente una tortura para los ocupantes de los antiguos carros de tracción animal, pues cada hoyo o piedra que las ruedas pasaran se registraba exactamente ahí, donde se sentaban, en la misma magnitud. Se hicieron varios intentos para reducir esos impactos, acolchando los asientos o poniendo unos resortes en el pescante del cochero, (para empezar no estuvo mal) pero el problema aún no se resolvía hasta que alguien tuvo la idea de colgar la cabina del carruaje, con unas correas de cuero, desde unos soportes de metal más o menos acerado que venían de los ejes (ver figura 2) de modo que aquella quedaba suspendida por cuatro soportes y cuatro correas. Fig. Nº 2. El resultado fue que aunque los golpes del rodaje eran parcialmente absorbidos por tal sistema, resultó ser una verdadera coctelera pues se mecía y bamboleaba sin control, añadiendo al relativo confort las delicias del mareo. Sin embargo, en estricto sentido, podemos decir que ahí nació el concepto de suspensión: un medio elástico que además de sostener la carrocería asimile las irregularidades del camino. En la medida en que las suspensiones evolucionaron y fueron haciéndose más eficientes, las ruedas disminuyeron su tamaño. Esto se entiende porque las ruedas de gran diámetro reducían el efecto de las irregularidades del camino; las ruedas pequeñas las registraban más debido a que entraban en los hoyos en mayor proporción. Con el desarrollo del motor de combustión interna aplicado a los vehículos, las ruedas también evolucionaron, de la rueda de rayos (radios) pasaron al de metal estampado y al de aleación ligera; de la llanta de hierro a la de hule macizo, después al neumático de cuerdas o tiras diagonales y finalmente al radial. Una suspensión actual de tipo convencional cuenta básicamente con dos elementos: un resorte (o muelle helicoidal) y un amortiguador. El resorte tiene como función principal absorber las irregularidades del camino para que no se transmitan a la carrocería (figura Nº 3). El amortiguador a su vez, tiene la función de controlar las oscilaciones de la carrocería (figura Nº 4). Con esta combinación de elementos se logra una marcha cómoda, segura y estable, acorde con los requerimientos de los automóviles y los caminos actuales.

2 Especialidad de Mecánica Automotriz Obviamente, los componentes mencionados no trabajan solos, pues se encuentran integrados en conjuntos mecánicos que funcionan como un equipo y que juntos constituyen el sistema denominado; suspensión. Figura Nº 3. Figura Nº 4 Oscilaciones de la suspensión sin amortiguador Oscilaciones de la suspensión con amortiguador Evidentemente, la labor de los amortiguadores mantiene a las Ilantas en contacto con el pavimento al reducir tanto el número como la magnitud de las oscilaciones; esto se traduce en tracción efectiva y seguridad de rodaje. La Suspensión En la imagen Nº 5 (una suspensión delantera) se puede observar el ensamble típico de un conjunto de pata telescópica con el amortiguador ubicado dentro del resorte. Otros elementos de la suspensión, como las horquillas, colaboran en combinación con cojinetes de metal-goma en la labor de proporcionar buena calidad de rodaje. En la figura Nº 6 está ilustrada una horquilla elemental. A la horquilla sólo le queda el nombre pues ha evolucionado tanto que en su forma actual dista mucho de parecerse. Los ángulos de los soportes, el tipo de los cojinetes y la estructura de la pieza cumplen ahora funciones más complejas que la de soportar la rueda. Figura Nº 5. Figura Nº 6. Vista Superior Escuela Técnico Profesional. Copiapó - Área Electromecánica 2

3 Eje delantero. Especialidad de Mecánica Automotriz Las patas telescópicas tipo Mc Pherson (Figura Nº 7), forman una combinación extraordinaria que cumple con tres funciones: asimilan con los resortes, las irregularidades del pavimento; controlan las oscilaciones de la carrocería con los amortiguadores y sirven como eje de pivotamiento* de la dirección. Figura Nº 7. * Mientras que un eje de giro permite el rodado completo (360 o más), un eje de pivotamiento sólo permite algunos grados (menos de 360 ). La Suspensión Las patas telescópicas pueden encontrarse en ambos ejes como partes de la suspensión respectiva. En la figura Nº 8 vemos un eje trasero con patas telescópicas y el resorte en paralelo, fuera de la pata. Figura Nº 8. El medio elástico puede variar de forma para ajustarse a los requerimientos del diseño y el trabajo de la suspensión. En la figura Nº 9 a y b, podemos ver un par de ejemplos. Figura Nº 9a Figtura 9b Escuela Técnico Profesional. Copiapó - Área Electromecánica 3

4 La Suspensión Independiente Especialidad de Mecánica Automotriz En un eje rígido, como es el caso del eje trasero de un camión de carga, (o como hace pocos años algunos automóviles) la suspensión a base de resorte elípticos no evita que los movimientos de la rueda de un lado se transmitan al otro, es decir, si una rueda rebota transmitirá buena parte de su inestabilidad a su compañera de eje. Este problema se solucionó con el diseño de suspensiones independientes, en las que los rebotes de una rueda no son transmitidos a su compañera de eje. (figura Nº 10) Figura Nº 10. Cuando esta disposición se presenta en ambos ejes, estaremos hablando de una suspensión independiente en las cuatro ruedas. El resultado es una mayor permanencia de las Ilantas en el pavimento con la consecuente mejor tracción y mayor seguridad de manejo. (figura Nº 11) Figura Nº 11 La Dirección. Pocos mecanismos aparentan tanta simplicidad como el de la dirección y sin embargo oculta entre los ángulos de su geometría una compleja relación entre sus componentes. Veremos ahora lo más sencillo: el Ilamado trapecio de la dirección (figura Nº 12 a y b). Figura Nº 12a. Posición del trapecio en marcha recta. Figura Nº 12b. Posición del trapecio en curvas. Escuela Técnico Profesional. Copiapó - Área Electromecánica 4

5 Especialidad de Mecánica Automotriz Como se puede apreciar en las figuras anteriores, las ruedas directrices se encuentran divergentes entre sí cuando describen una curva; este fenómeno da la impresión de ser una aberración pues las ruedas parecen dirigirse a distintas direcciones separándose una de la otra. En la figura Nº 13 se aclara este concepto; si observamos, la divergencia obedece al retraso que la rueda derecha tiene respecto a la izquierda (distancia A), según el sentido de marcha en curva, lo que no sucede en marcha recta. Figura Nº 13. También se puede observar que las trayectorias de las cuatro ruedas son paralelas entre sí al recorrer la curva, conservando siempre un centro de giro común. Asimismo se puede apreciar que las traseras describen una circunferencia de menor diámetro. El vehículo y el centro de giro se acercarán o se alejarán uno del otro en la proporción que la dirección sea girada en mayor o menor medida. En trayectoria rectilínea el centro de giro desaparece y de girarse el volante en la dirección contraria se presentará de nuevo en el lado opuesto. El mecanismo de la dirección obedece al giro efectuado en el volante; la columna de la dirección acciona a su vez un sistema, que puede ser mecánico o hidráulico, para mover las ruedas. En la figura Nº 14 se puede ver cómo están conectados entre sí los elementos que intervienen en el mecanismo, en este caso, un sistema de piñón y cremallera. Figura Nº 14. Radio de pivotamiento negativo. La suspensión con radio de pivotamiento negativo tiene como función la de neutralizar la tendencia de la dirección a desviarse hacia los lados cuando se presentan fuerzas de adherencia o de frenado disparejas en alguna de las ruedas delanteras (figura Nº 15). Como ejemplos podemos citar el reventón de una Ilanta y el frenado sobre un sector con arena donde la Ilanta derecha derrapa sobre aquella, mientras la izquierda se adhiere bien al pavimento. En ambos casos, con un radio de pivotamiento normal o positivo, la dirección girará hacia la Ilanta que oponga mayor resistencia al rodaje. Figura Nº 15. Escuela Técnico Profesional. Copiapó - Área Electromecánica 5

6 Estabilización direccional por el radio de pivotamiento negativo. Especialidad de Mecánica Automotriz Las fuerzas de resistencia al avance y la del brazo de palanca del radio de pivotamiento negativo se neutralizan, dando como resultado la estabilización de la trayectoria (figura Nº 16). Figura Nº 16. El ángulo de avance. Se ha preguntado el lector por qué cuando se suelta el volante al terminar un viraje, el volante y el vehículo retoman solos la trayectoria rectilínea? Pues bien, este efecto es el resultado de una disposición geométrica muy sencilla de la suspensión. El punto de apoyo superior del eje de pivoteo se encuentra retrasado en relación con el inferior, según el sentido de marcha, de modo que dicho eje resulta inclinado hacia atrás. Si el eje de pivoteo fuera completamente vertical, sería necesario regresar a mano el volante después de doblar una esquina en vez de deslizarlo entre los dedos. Para aclarar un poco más este concepto, echemos un vistazo a la dirección de una bicicleta (figura 17). Si observamos la "horquilla" apreciaremos que tiene una inclinación hacia atrás por el punto de apoyo superior y hacia adelante (avance) por el inferior. Esta disposición permite pedalear sin empuñar el manubrio, manteniendo la bicicleta una trayectoria rectilínea. Este mismo resultado se obtiene en la dirección de un automóvil donde se logra obtener el ángulo "n" (figura Nº 18). Figura Nº 17 Figura Nº 18. Escuela Técnico Profesional. Copiapó - Área Electromecánica 6

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