martes, 11 de septiembre de 2012

suspension automotriz

suspensión automotriz
Se conoce somo suspensión automotriz, a las formas de utilizar las fuerzas mecánicas de torsión, con la pretención, de amortiguar y suavizar el desplazamiento, de un vehículo, sobre irregularidades de la superficie de un terreno.
La suspensión en un automóvil,camión, motocicleta, es el conjunto de elementos que absorben las irregularidades del terreno por el que se circula para aumentar la comodidad y el control del vehículo. El sistema de suspensión actúa entre el chasis y las ruedas, las cuales reciben de forma directa las irregularidades de la superficie transitada.


clases de suspensión



Componentes de la suspensión

   El sistema de suspensión esta compuesto por un elemento flexible (muelle o resorte, barra de torsión, muelle de goma, gas o aire) y un elemento de amortiguación (amortiguador), el cual debe neutralizar las oscilaciones de la masa suspendida ocasionadas por el elemento flexible al adaptarse a las irregularidades del terreno.
   Elementos de suspensiones simples:
-Muelle o ballesta.
-Resorte.
-Barras de torsión.
   Estos elementos, tienen excelentes propiedades elásticas pero poca capacidad de absorción de energía mecánica, por lo que no pueden ser montados solos en la suspensión; necesitan de un elemento que frene las oscilaciones producidas en su deformación.   Debido a esto, los resortes se montan siempre con un amortiguador de doble efecto que frene tanto su compresión como expansión.
   -Ballestas:   Las ballestas están constituidas por un conjunto de hojas o láminas de acero especial para muelles, unidas mediante unas abrazaderas que permiten el deslizamiento entre las hojas cuando éstas se deforman por el peso que soportan.   La hoja superior, llamada hoja maestra, va curvada en sus extremos formando unos ojos en los que se montan unos casquillos de bronce para su acoplamiento al soporte del bastidor por medio de unos pernos o bulones.


 El número de hojas y el espesor de las mismas esta en función de la carga que han de soportar.   Funcionan como muelles de suspensión, haciendo de enlace entre el eje de las ruedas y el bastidor.   En algunos vehículos, sobre todo en camiones, además de servir de elementos de empuje, absorben con su deformación longitudinal la reacción.
   El montaje de las ballestas puede realizarse longitudinal o transversalmente al sentido de desplazamiento del vehículo.
   Montaje longitudinal:   utilizado generalmente en camiones, se realiza montando la ballesta con un punto "fijo" en la parte delantera de la misma (según el desplazamiento del vehículo) y otro "móvil", para permitir los movimientos oscilantes de la misma cuando se deforma con la reacción del bastidor.   El enlace fijo se realiza uniendo directamente la ballesta al soporte y, la unión móvil, interponiendo entre la ballesta y el bastidor un elemento móvil, llamado gemela de ballesta.



  El montaje de la ballesta sobre el eje, puede realizarse con apoyo de la ballesta sobre el eje o con el eje sobre la ballesta; este último montaje permite que la carrocería baje, ganando en estabilidad.




Montaje transversal:   utilizado generalmente en turismos, se unen los extremos de la ballesta al puente o brazos de suspensión, con interposición de elementos móviles (gemelas) y la base de la ballesta al bastidor o carrocería.



   Resortes  Estos elementos mecánicos se utilizan en sustitución de las ballestas, pues tienen la ventaja de conseguir una elasticidad blanda debido al gran recorrido del resorte ocupando poco espacio y peso.





-Barra de torsión:   Este tipo de resorte utilizado en algunos turismos con suspensión independiente, está basado en el principio de que; a una varilla de acero elástico sujeta por uno de sus extremos se le aplica por el otro un esfuerzo de torsión, esta varilla tenderá a retorcerse, volviendo a su forma original por su elasticidad cuando cesa el esfuerzo de torsión.



-Barras estabilizadoras:   Cuando un vehículo toma una curva, por la acción de la fuerza centrífuga se carga el peso del coche sobre las ruedas exteriores, con lo cual la carrocería tiende a inclinarse hacia ese lado con peligro de vuelco y la molestia para sus ocupantes.


-Silentblocks y cojinetes elásticos:   Son aislantes de caucho u otro material elastómero que se encargan de amortiguar las reacciones en los apoyos de la suspensión.  Su propósito es amortiguar los golpes existentes entre dos elementos en los que existe movimiento.   Suelen montarse a presión o atornillados.   Su sustitución debe realizarse cuando el caucho esté deteriorado o exista holgura en la unión.   Los cojinetes elásticos son elemento de caucho que permiten la unión de los componentes de la suspensión facilitando un pequeño desplazamiento.   Su montaje suele realizarse mediante bridas o casquillos elásticos.   Estos cojinetes son muy utilizados para el montaje de las barras estabilizadoras.


 - Rótulas:   Es un elemento de unión y fijación de la suspensión y de la dirección, que permite su giro manteniendo la geometría de las ruedas.   La fijación de las rótulas se realiza mediante tornillos o roscados exteriores o interiores.




Mangueta y buje:   La mangueta es una pieza fabricada con acero o aleaciones que une el buje de la rueda y la rueda a los elementos de la suspensión; tirantes, trapecios, amortiguador, etc.   La mangueta se diseña teniendo en cuenta las características geométricas del vehículo.   En el interior del buje se montan los rodamientos o cojinetes que garantizan el giro de la rueda.






 -Trapecios o brazos de suspensión:   Son brazos articulados fabricados en fundición o en chapa de acero embutida que soportan al vehículo.   Unen la mangueta y su buje mediante elementos elásticos (silentblocks) y elementos de guiado (rótulas) al vehículo soportando los esfuerzos generados por este.




-Tirantes de suspensión:   Son brazos de acero longitudinales o transversales situados entre la carrocería y la mangueta o trapecio que sirven como sujeción de estos y facilitan su guiado.   Absorben los desplazamientos y esfuerzos de los elementos de la suspensión a través de los silentblocks o cojinetes elásticos montados en sus extremos.
   -Topes de suspensión:   Estos topes pueden ser elásticos o semirrígidos en forma de taco o en forma de casquillo.   Su función es servir de tope para el conjunto de la suspensión, de manera que en una compresión excesiva esta no se detiene.   El montaje de este elemento es muy diverso dependiendo de la forma del taco.   Por ejemplo, en las suspensiones McPherson se monta en el interior del vástago del amortiguador, mientras que en las suspensiones por ballesta se suele montar anclado en la carrocería.
   -Amortiguadores:   Estos elementos son los encargados de absorber las vibraciones de los elementos elásticos (muelles, resortes, barras de torsión), convirtiendo en calor la energía generada por las oscilaciones.   Cuando la rueda encuentra un obstáculo o bache, el resorte se comprime o se estira, recogiendo la energía mecánica producida por el choque, energía que devuelve a continuación, por efecto de su elasticidad, rebotando sobre la carrocería.   Este rebote en forma de vibración es el que tiene que frenar el amortiguador, recogiendo, en primer lugar, el efecto de compresión y luego el de reacción del resorte, actuando de freno en ambos sentidos; por esta razón reciben el nombre de amortiguadores de doble efecto.   Los amortiguadores pueden ser "fijos" y "regulables", los primeros tienen siempre la misma dureza y los segundos pueden variarla dentro de unos márgenes.   En modelos modernos este reglaje se puede hacer incluso desde el interior del vehículo.





  Los amortiguadores mas empleados en la actualidad son los de tipo telescópico de funcionamiento hidráulico.    Dentro de estos podemos distinguir:
 -Los amortiguadores hidráulicos convencionales (monotubo y bitubo):   Dentro de esta categoría podemos encontrar los fijos y los regulables.
-Los amortiguadores a gas (monotubo o bitubo):   No regulables
-Los amortiguadores a gas (monotubo):   Regulables.





 -Amortiguadores hidráulicos convencionales:   Son aquellos en los que la fuerza de amortiguación, para controlar los movimientos de las masas suspendidas y no suspendidas, se obtiene forzando el paso de un fluido a través de unos pasos calibrados de apertura diferenciada, con el fin de obtener la flexibilidad necesaria para el control del vehículo en diferentes estados.   Son los más usuales y baratos pero su duración es limitada y presentan pérdidas de eficacia con trabajo excesivo, debido al aumento de temperatura.   No se suelen utilizar en conducción deportiva ni en competición.
   Estos amortiguadores de tipo telescópico y de funcionamiento hidráulico están constituidos por un cilindro dentro del cual puede deslizarse el émbolo unido al vástago, que termina en el anillo soporte, unido al bastidor.   Rodeando el cilindro va otro concéntrico y los dos terminan sellados en la parte superior por la empaquetadura, por la que pasa el vástago, al que también se une la campana, que preserva de polvo al amortiguador.   El cilindro termina en el anillo, que se une al eje de la rueda y se comunica con el cilindro por medio del orificio.   El cilindro queda dividido en dos cámaras por el pistón; éstas se comunican por los orificios calibrados, este último tapado por la válvula de bola.   Así constituido el amortiguador, quedan formadas las cámaras 1, 2 y 3, que están llenas de aceite.   Cuando la rueda sube con relación al chasis, lo hace con ella el anillo y a la vez, los cilindros, con lo cual, el líquido contenido en la cámara va siendo comprimido, pasando a través de los orificios J y K a la cámara 1, en la que va quedando espacio vacío debido al movimiento ascendente de los cilindros.   Otra parte del líquido pasa de 2 a la cámara de compensación 3, a través del orificio I.   Este paso forzado del líquido de una cámara a las otras, frena el movimiento ascendente de los cilindros A y F, lo que supone una amortiguación de la suspensión.





  Cuando la rueda ha pasado el obstáculo que la hizo levantarse, se produce el disparo de la ballesta o el resorte, por lo que H baja con la rueda y con él los cilindros A y F. Entonces el líquido de la cámara 1 va siendo comprimido por el pistón y pasa a la cámara 2 a través de J (por K no puede hacerlo por impedírselo la válvula antirretorno L), lo que constituye un freno de la expansión de la ballesta o el resorte.   El espacio que va quedando vacío en la cámara 2 a medida que bajan los cilindros A y F, se va llenando de aceite que llega de la cámara 1 y, si no es suficiente, del que llega de la cámara de compensación 3 a través de I.   Por tanto, en este amortiguador vemos que la acción de frenado es mayor en la expansión que en la compresión del resorte o ballesta, permitiéndose así que la rueda pueda subir con relativa facilidad y que actúe en ese momento el resorte o la ballesta; pero impidiendo seguidamente el rebote de ellos, que supondría un mayor número de oscilaciones hasta quedar la suspensión en posición de equilibrio.   Según el calibre del orificio J, se obtiene mayor o menor acción de frenado en los dos sentidos; y según el calibre del orificio K, se obtiene mayor o menor frenado cuando sube la rueda.   En el momento que lo hace, el aceite contenido en la cámara inferior 2 no puede pasar en su totalidad a la superior 1, puesto que ésta es más reducida, debido a la presencia del vástago del pistón; por ello se dispone la cámara de compensación 3, para que el líquido sobrante de la cámara inferior 2 pueda pasar a ella.   Todo lo contrario ocurre cuando la rueda baja: entonces el líquido que pasa de la cámara superior 1 a la inferior 2 no es suficiente para llenarla y por ello le entra líquido de la cámara de compensación 3.
   Este tipo de amortiguador se ha visto que es de doble efecto; pero cuando la rueda sube, la acción de frenado del amortiguador es pequeña y cuando baja es grande (generalmente el doble), consiguiéndose con ello que al subir la rueda, sea la ballesta o el resorte los que deformándose absorban la desigualdad del terreno y cuando se produzca la expansión, sea el amortiguador el que lo frene o disminuya las oscilaciones.




 La energía desarrollada por el resorte en la "compresión" y "expansión" es recogida por el amortiguador y empleado en comprimir el aceite en su interior.   La energía, transformada en calor, es absorbida por el líquido.   Como el amarre de los resortes se realiza entre el elemento suspendido y el eje de las ruedas, los amortiguadores se montan también sujetos a los mismos elementos, con el fin de que puedan frenar así las reacciones producidas en ellos por los resortes.   Esta unión se realiza con interposición de tacos de goma, para obtener un montaje elástico y silencioso.   La temperatura ambiente y el calor absorbido por el aceite en el funcionamiento de los amortiguadores hidráulicos, influyen sobre la viscosidad del líquido, haciendo que pase con más o menos dificultad por las válvulas que separan las cámaras, resultando una suspensión más o menos amortiguada.   Por esta razón, en invierno, en los primeros momentos de funcionamiento, se observa una suspensión más dura, ya que el aceite debido al frío, se ha hecho más denso; en verano o cuando el vehículo circula por un terreno irregular, el aceite se hace más fluido y se nota una suspensión más blanda.
   Amortiguador hidráulico presurizado:   Un avance en la evolución de los amortiguadores consiste en presurizar el interior de los amortiguadores, esto trae consigo una serie de ventajas.
   En los no presurizados se puede formar en ellos bolsas de aire bajo las siguientes condiciones:
-El amortiguador se almacena o transporta horizontal antes de ser instalado.
-La columna de aceite de la cámara principal cae por gravedad cuando el vehículo permanece quieto durante mucho tiempo.
-El aceite se contrae como consecuencia de su enfriamiento al final de un viaje y se succiona aire hacia la cámara principal.
   En los presurizados se añade una cámara de gas de baja presión (4 bares) y la fuerza amortiguadora en compresión la sigue proporcionando el aceite en su paso por las válvulas del émbolo.   De esta forma la fuerza de extensión realizada por el amortiguador en su posición nominal es baja.   Esto permite utilizar esta solución en suspensiones McPherson en las que se requieren diámetros de amortiguador mas elevados.
    Sus ventajas respecto de los no presurizados son las siguientes:
-Respuesta de la válvula mas sensible para pequeñas amplitudes.
-Mejor confort.
-Mejores propiedades de amortiguación en condiciones extremas (grandes baches).
-Reducción de ruido hidráulico.
-Siguen funcionando aunque pierdan el gas.
-Respecto a los amortiguadores monotubos, los de doble tubo presurizados tienen la ventaja de tener una menor longitud y fricción para las mismas condiciones de operación.





 Amortiguadores a gas:   Estos trabajan bajo el mismo principio básico que los hidráulicos, pero contienen en uno de sus extremos nitrógeno a alta presión (aproximadamente 25 bares).   Un pistón flotante separa este gas del aceite impidiendo que se mezclen.   Cuando el aceite al desplazarse el vástago, comprime el gas, esté sufre una variación de volumen que permite dar una respuesta instantánea y un funcionamiento silencioso.   Los amortiguadores a gas además de amortiguar también hacen en cierto modo de resorte elástico, es por ello que este tipo de amortiguadores vuelven a su posición cuando se deja de actuar sobre ellos.





  -Amortiguadores de gas no regulables:   Suelen ser amortiguadores monotubo o bitubo, muy resistentes a golpes, de alta duración y de alta resistencia a la pérdida de eficacia por temperatura de trabajo.   Aunque el precio es mayor, se ve compensado por su durabilidad y fiabilidad.   Es un tipo de amortiguador de muy alta calidad.   Su uso es recomendable para los vehículos de altas prestaciones.
   -Amortiguadores de gas regulables:   Son monotubo, con o sin botella exterior, con posibilidad de variación.   Es un tipo de amortiguador de alta tecnología, con precio alto pero proporcional a su eficacia, por eso es el mas usado en conducción deportiva, en los vehículos de competición y de altas prestaciones.



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