UNIDAD Nº 7: El Sistema de Suspensión

Transcripción

1 1 UNIDAD Nº 7: El Sistema de Suspensión Introducción Misión: Comodidad y estabilidad. El uso de un sistema de suspensión en el vehículo, es la necesidad de mantener el contacto entre la rueda y la carretera. Cualidades: - Elasticidad: evitar golpes secos de las irregularidades. - Amortiguación: impide balanceo excesivo de la suspensión. Componentes: Neumáticos: absorben las desigualdades pequeñas del terreno. Ballestas o muelles: absorben las desigualdades grandes del terreno. Amortiguadores: limitan las oscilaciones del movimiento de los muelles. Con respecto a la suspensión, el peso del vehículo se divide en dos partes: La masa suspendida comprende todos los mecanismos cuyo peso es el soportado por el chasis o bastidor (motor, carrocería autoportante,...). La masa no suspendida abarca las partes del vehículo no comprendidas en el apartado anterior, es por así decirlo la parte del vehículo que está permanentemente en contacto con el suelo (ruedas, elementos de la suspensión como muelles, amortiguadores, brazos, estabilizadoras,...). El sistema de suspensión se puede considerar como parte de la masa no suspendida que enlaza con la masa suspendida por medio de una unión elástica: 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. Esto se puede conseguir con llantas más ligeras, elementos de la suspensión (brazos y barras) fabricados en aluminio. Movimientos de la carrocería

2 2 Giro sobre el eje X: Balanceo. Movimiento sobre el eje X: Vaivén. Giro sobre el eje Y: Cabeceo. Movimiento sobre el eje Y: Bandazo. Giro sobre el eje Z: Guiñada. Movimiento sobre el eje Z: Bailoteo. En el movimiento de la carrocería influye: - El diseño de las suspensiones, es decir, la solución técnica adoptada en su concepción. - El tarado de los muelles y amortiguadores. - Las cotas de batalla y vías delantera y trasera. - Reparto de pesos entre los ejes delanteros y traseros. El balanceo de la carrocería se percibe sobre todo en las curvas y para mitigar sus efectos tenemos los muelles (cuanto más duros sean menos se inclinará la carrocería) y las barras estabilizadoras. También existen otros métodos más eficaces como las suspensiones pilotadas o las hidroneumáticas. El cabeceo se puede producir tanto por los defectos que puedan haber en el asfalto como en una aceleración o frenada bruscas. El diseño de los brazos de la suspensión son los que pueden eliminar este movimiento. La guiñada se produce sobre todo en situaciones de cambios bruscos de dirección, como por ejemplo un adelantamiento. El movimiento debido al vaivén puede ser producido por numerosas causas, un ejemplo de ello son las ráfagas fuertes de viento frontal. También puede ser debido a los "tirones" del motor en el caso de estar en mal estado. Los bandazos suelen ser provocados por el viento lateral. Para evitar sus efectos influyen numerosos elementos en el diseño del vehículo como es el reparto de pesos entre ejes, el perfil del neumático, la aerodinámica lateral del coche,... El bailoteo es un movimiento típico que se produce en carreteras levemente onduladas.

3 3 Elementos de la suspensión Ballestas: - Mismo efecto que un muelle, pero con un cierto amortiguamiento de las oscilaciones debido al rozamiento existente entre las distintas hojas. - En la actualidad con la implantación de suspensiones de ruedas independientes se utilizan los muelles helicoidales. Muelles helicoidales: Elemento común en todo el parque automovilístico en el caso de suspensiones delanteras. Elemento muy extendido en el esquema de suspensión trasero, pero en algunos modelos de suspensión semi-independiente se sustituye por las barras de torsión. Para que el aplastamiento total del muelle no se produzca, se procura que trabaje entre la mitad y los dos tercios de la carga de aplastamiento. - Muelles cónicos: la distancia entre espigas puede ser mayor en el centro que el los extremos del muelle para de esta forma aumentar la rigidez al aumentar la compresión. - Si recortamos el muelle para rebajar la carrocería del vehículo corremos el riesgo de provocar el aplastamiento total en apoyos fuertes y con ello la pérdida de control del vehículo.

4 4 Barras de torsión: - Sustituyen a los muelles. - Las oscilaciones de la rueda provoca la torsión de una barra de acero, que retorna a su posición de equilibrio debido a la elasticidad del material. - Las levas de reglaje permiten regular la altura de la carrocería. Brazos de suspensión: - Bajo esta denominación se encuadran todos los elementos mecánicos articulados que permiten los movimientos verticales de la rueda y que en función de su longitud y disposición, guían ésta a lo largo de su recorrido vertical, dando el efecto de caída y convergencia que el responsable de su diseño ha calculado previamente. Bielitas de empuje: - Los muelles por tener una rigidez transversal muy pequeña, se hace necesario completar la suspensión con dispositivos destinados a impedir los desplazamientos de la carrocería con relación a los ejes. Amortiguadores: - Amortiguadores hidráulicos: ejercen una resistencia de un fluido al paso por un orificio. - Amortiguadores de doble efecto: frenan el muelle tanto en la extensión como en la compresión. - Suspensiones pilotadas: un ordenador analiza diversos parámetros de la conducción (como velocidad, posición del acelerador, giro del volante,...)

5 5 actuando sobre el grado de dureza de la amortiguación adecuándola al estilo de conducción. Barra estabilizadora: - Barra de torsión en forma de "U" que está anclada en cada uno de sus extremos a una rueda de un mismo eje. - Cuando en una curva, por efecto de la fuerza centrífuga, la carrocería se inclina la rueda exterior se comprime. Ese movimiento vertical hacia arriba de la rueda exterior se transmite a la rueda interior a través de la barra, que tiende a bajar la carrocería del lado interior de la curva comprimiendo muelle. De esta forma se consigue sumar la acción de los dos muelles. Silentblocs: - Son aislantes de caucho u otro material elastómero que se encargan de amortiguar las reacciones en los apoyos de la suspensión, con frecuencia situados entre las rótulas.

6 6 Geometrías de la suspensión Para entender con mayor detalle los variados sistemas que existen de suspensión, se hace necesaria una definición detallada de las variables que definen el comportamiento de una suspensión. Ángulo de convergencia y ángulo de divergencia: Es el ángulo definido entre cada una de las ruedas y el eje longitudinal del vehículo, siempre en su proyección horizontal.

7 7 Ángulo de avance: Es el que provoca la auto-alineación de las ruedas, dotando al vehículo de un elevado grado de estabilidad. Ángulo de caída: Es un ángulo que queda definido entre el plano de una rueda y la vertical al suelo. En la figura podemos ver que la caída es positiva pues la parte más alta de la rueda sobresale más que cualquier otra parte del neumático. También existe la caída negativa cuando la parte de contacto con el suelo sobresale más que cualquier otra parte del neumático. Este segundo caso suele darse en coches de gran potencia o de competición. Descentrado de las ruedas o radio de pivotamiento: Es la distancia lateral entre el punto donde la prolongación del eje de pivotamiento corta al suelo (B) y el punto central del dibujo del neumático (A). Si el eje de pivotamiento corta el suelo en la parte interior del dibujo de rodadura del neumático se dice que el radio de pivotamiento es positivo. Si por el contrario, el eje de pivotamiento cruza la vertical del neumático y el corte con el plano del suelo se produce más allá de la

8 8 banda de rodadura del neumático decimos que el radio de pivotamiento es negativo. Tipos de suspensión Los tipos de suspensión de los distintos vehículos automotores varían según su característica, por ejemplo: si poseen chasis y carrocería, si son monocascos o si tienen monocascos con falso chasis. Según su característica se adopta el tipo de suspensión. Las suspensiones más comunes son: No independientes Eje rígido en dos ruedas Eje rígido en cuatro ruedas Pueden acoplarse con: Ballestas Resorte helicoidal Barra de torsión Semi independiente (ruedas traseras) De rueda tirada en ruedas traseras Pueden acoplarse con: Resorte helicoidal Barra de torsión Independientes Ruedas delanteras Mc Pherson ruedas delanteras Paralelogramo deformable ruedas delanteras Con doble triángulo ruedas delanteras

9 9 Twin been ruedas delanteras Ruedas traseras Multibrazo ruedas delanteras Suspensiones traseras Suspensiones de eje rígido Hasta que Citroën no inventó la tracción delantera, los automóviles estaban dotados de propulsión a las ruedas traseras, por lo que el eje trasero había que adaptarlo a tal disposición. Con este fin se concibieron los ejes traseros con un carácter que encerraba a la transmisión final, al diferencial y a los semiejes de la transmisión. Actualmente, sólo los vehículos industriales y algunos vehículos todo-terrenos están dotados de propulsión a las ruedas traseras. En esta figura podemos ver un sistema de eje rígido que conlleva el sistema de trasmisión a las ruedas traseras. Este puede ser el sistema empleado por un vehículo industrial o por un todo-terreno. Suspensiones traseras semi independiente Es una variante del eje rígido, pero eliminando el sistema de transmisión. Sólo se emplea en vehículos de tracción delantera. Se instala en todos los vehículos urbanos, utilitarios, en la mayor parte de los compactos y en algunas berlinas medias. Es un esquema sencillo y de bajo coste de producción.

10 10 A favor :- Las ruedas permanecen siempre perpendiculares al asfalto. - Nunca se pierde la alineación de las ruedas. - Hay algunos ejes semi-independientes que no montan muelles pues la barra tiene una Torsión que realiza este cometido. De esta manera nos ahorramos el dinero de tener que cambiar los muelles usados. - El fabricante ahorra en investigación. Y por lo tanto el precio final del vehículo es más bajo. En contra: - Todo movimiento de una de las ruedas se transmite en gran parte a la otra. - Las reacciones al límite suelen ser más "secas". - En conducción deportiva se puede llegar a dejar en el aire a la rueda interior. En esta radiografía podemos ver un sistema de ruedas semi-independientes o de ruedas tiradas con sus muelles y amortiguadores. Las únicas diferencias que podemos encontrar con otros modelos es la diferente disposición de los muelles y amortiguadores. Suspensiones traseras ruedas independientes El movimiento de cada rueda de un mismo eje es independiente respecto de la otra. Suelen emplearse en vehículos de mayor empaque tanto para tracción delantera como para propulsión trasera, e incluso tracción permanente a las cuatro ruedas.

11 11 Existen una gran variedad de tipologías y soluciones técnicas que cada fabricante incorpora a sus mejores modelos. Los principales beneficios que cabe esperar del uso de los sistemas de suspensión trasera independiente están directamente relacionados con la mejora en la estabilidad y manejabilidad pues las ruedas siempre permanecen en contacto con el piso. Concretamente, el confort de conducción se ve beneficiado por la reducción en aproximadamente un 50% sobre el total de las masas no suspendidas, pues en el caso de una propulsión trasera el diferencial y la transmisión final van ensambladas e integradas a la estructura del vehículo. Esquema de suspensión trasera independiente para vehículos de propulsión trasera Doble triangulo superpuesto Paralelogramo deformable creado por triángulos superpuestos (el inferior anclado a un sub-chasis). Podemos observar como la complejidad del esquema de la suspensión ha aumentado. Ahora el movimiento del diferencial trasero se ha eliminado con lo que se gana espacio en el interior del vehículo

12 12 Doble brazos En este otro caso de un vehículo a propulsión, el esquema de suspensión lo conforman dos grandes brazos: uno longitudinal al eje y otro transversal. También podemos ver que el muelle y el amortiguador no están dispuestos en el mismo eje uno dentro del otro, es posible que sea para ganar espacio en el maletero... Aquí tenemos un diseño de suspensión trasera independiente para un vehículo con tracción delantera. Suspensiones delanteras Suspensión Mac Pherson: Estos tipos de esquemas de suspensión son los más extendido en todo el parque automovilístico, dotando al vehículo de una gran estabilidad y confort de marcha. Su montaje es en forma de una columna pilar formado por un elemento telescópico que dispone de amortiguador y muelle sobre el mismo eje el primero dentro del segundo, todo ello anclado en su parte inferior mediante unos tirantes

13 13 transversales. La parte superior de dicha columna se llama torreta y va anclada al chasis. La parte de la torreta es la más débil del conjunto y la que debe soportar los mayores esfuerzos. Se puede también colocar para el eje trasero, pero el volumen del maletero se ve perjudicado por el volumen que ocupan las torretas. Si bien la parte superior no varía, el diseño de la parte inferior es muy variable pues se puede colocar un triángulo inferior o brazos transversales. Suspensión delantera de dobles triángulos superpuestos Tenemos dos brazos oscilantes, uno inferior y otro superior anclados a un sub-chasis.

14 14 Suspensión Twin I Beam Ford ha mantenido una posición líder en el mercado comercial liviano gracias al F-100, incluido de inmediato en la línea de ensamblaje con la novedosa suspensión Twin I Beam que permitía una marcha más suave sin menoscabo de la resistencia aunque aun esta pick up necesitaba un recio conductor. Ello cambió en 1966 con una nueva versión totalmente armada en nuestro país que mejoraba notablemente la marcha y para la cual se ofrecían motores 6L o V8. En 1973 se renovó radicalmente para brindar aun más comodidad de marcha, recibió ligeros cambios en su parrilla hasta que en 1980 Ford lo reemplaza con un pick up totalmente nuevo. La Serie F, hasta la fecha, roza las 200mil unidades ensambladas, todo un record.