SUSPENSIONES VEHÍCULOS (PARTE II)

Hola de nuevo a todos:

Este es el primer artículo que publico integramente escrito en blogger, y espero que sea de la misma utilidad que los anteriores. Por otra parte comentar que es la continuación de la primera parte de suspensiones.

Todos los sistemas de suspensión constan de elemento elástico (ballestas, muelles helicoidales, barra de torsión o cojín neumático), amortiguador y barra estabilizadora.

En los tiempos que corren la solución más usada es la suspensión independiente, alcanzando casi la totalidad de los turismos, y en los camiones existen muchos casos de introducción en sus ejes delanteros. Aunque el sistema tiene inumerables formas de diseñarlo, siempre se buscan las grandes ventajas que reporta como disminuir los efectos de los pesos no suspendidos, que los golpes y oscilaciones que recibe una rueda no se comunican a su paeja 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 que la marcha sea más segura, ya que las trepidaciones llegan amortiguadas al habitáculo, proporcionando mayor confort de marcha y pudiendo realizar más kilómetros sin cansarse.

Antes de meternos "en el meollo", una ilustración (muy simplificada) de la diferencia fundamental a la hora de trabajar entre una suspensión de eje rígido y una independiente:

La diferencia está clara, ¿no? En definitiva la suspensión independiente puede hacer permancecer, dentro de un límite, a la caja del vehículo (chasis) horizontal, independientemente de las irregularidades que encontremos en el firme. La suspensión de eje rígido, sin embargo, puede hacer que con ciertos ángulos que adopten nuestros brazos de suspensión, la caja del vehículo se incline, además de transmitir con mayor fidelidad las irregularidades del asfalto.
A continuación pongo un ejemplo de sistema de suspensión, en este caso de eje rígido:

El (1) lo explicaré en su momento cuando publique un artículo relacionado con la transmisión en automóviles. El (2) es el elemento elástico (el que absorve las vibraciones), en este caso ballestas. Os preguntaréis, ¿qué es una ballesta? Bien, aparte de un arma medieval, la ballesta es un elemento de las suspensiones de vehículos la cúal está formada por laminas (pletinas) de acero de longitud decreciente, entre las cuales se intercalan normalmente una lamina de cinc, plástico o simplemente se engrasan, para que la suciedad acumulada por el uso no reduzcan la flexibilidad del conjunto. La hoja más larga se llama "maestra", y es la que va anclada al chasis del vehículo como se observa en la siguiente imagen de un sistema de ballestas:

Las abrazaderas son las que mantienen unidas en todo momento a las hojas, las articulaciones son los anclajes de la hoja maestra al chasis, el perno capuchino es el tornillo pasador que mantiene la alineación de las ballestas, conjuntamente con las abrazaderas.

Otro tipo de elemento elástico utilizado (casi el que más) es el muelle helicoidal, el cual es un elemento formado por un redondo de acero de cierto espesor, y retorcido para darle la forma de espiras helicoidales (cada vuelta de la hélice es una espira). El trabajo del muelle no es otro que absorver las irregularidades del terreno transmitidas por la rueda (está también podría considerarse parte de la suspensión, como elemento elástico) evitando así que se transmitan integras al habitáculo, haciendo el control del vehículo y el confort de marcha más satisfactorios. El muelle no puede emplearse como elemento de empuje ni de sujeción lateral, al contrario que la ballesta, y se hace necesario utilizar bielas de empuje y tirantes de sujeción para el diseño de la suspensión con muelles. 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. En los extremos del muelle, la espira se hace plana para favorecer el acoplamiento a los elementos de sujección, es decr a los apoyos. Los muelles siempre trabajan a compresión, pero debido a su forma helicoidal trabajan a torsión. Ejemplos de muelles:

En la segunda figura observamos un esquema muy sencillo, pero ilustrativo, de como podría ir implementado un muelle (esta es una solución particular). Y se observan, pintadas en amarillo, las bielas de empuje que soportarán la estructura de la suspensión.

Otro tipo de elemento elástico muy común, sobre todo en ejes traseros independientes y cuando falta espacio para colocar suspensiones mas elaboradas, es la barra de torsión.

Este elemento no es más que una barra de acero sujeta en dos articulaciones, una fija y la otra móvil. Veamos un ejemplo para entenderlo mejor:

Como se observa, la barra trabaja absorviendo las oscilaciones transformando un movimiento lineal en uno giratorio, y el sistema es bastante simple en si. Hay que tener presente que el esfuerzo nunca deberá sobrepasar el límite elástico del acero empleado (la deformación sería permanente entonces), la sección también podría ser cuadrada, pero al tener que soportar también cierto momento flector es más conveniente que sea cilíndrica.

El (3) de la figura de la suspensión rígida son los brazos de transmisión que salen del diferencial para transmitir la potencia a las ruedas traseras. El (4) son los amortiguadores, los cuales tienen la misión de reducir las oscilaciones producidas por la actuación del elemento elástico, consiguiendo a su vez mantener las ruedas en contacto con el suelo en todo momento.

Al principio de crearse el automóvil, estos no llevaban ningún tipo de sistema de suspensión, debido a que a las velocidades tan reducidas que se desplazaban, no hacía falta. Con el tiempo las velocidades se incrementaron y se necesitaba un elemento que eliminara o redujera las oscilaciones producidas por las ballestas (introducidas para dar algo de confort al pasaje). Esto se tradujo en la aparición del amortiguador de friccion:

Este amortiguador, como se observa en la figura, consta de dos brazos unidos por un tornillo y un disco de fricción (si, parecido a un embrague) , ajustándose la resistencia apretando o aflojando el torrnillo. Este amortiguador se caracterizaba por su poca eficacia y su baja robustez. La poca eficacia derivada de un sistema en el cual, según la fuerza que le apliquemos al tornillo, la suspensión puede trabajar o no, si no se supera un valor mínimo de fuerza dependiente del ajuste del tornillo.

Gracias a dios, actualmente ya disponemos del amortiguador hidráulico, en el cual la resistencia que ofrece a su compresión es función de la velocidad (velocidad lineal vertical de la rueda, se entiende).

El tipo utilizado actualmente es el hidráulico telescópico, anteriormente se usaron de pistón o giratorios, pero los resultados obtenidos han inclinado la balanza del lado de los telescópicos.  

El funcionamiento de estos amortiguadores es muy simple, consta de un pistón que trabaja dentro de un cilindro, el cúal contiene aceite que pasa a traves de unos conductos muy finos (y de unas válvulas precargadas) de un cuerpo a otro del amortiguador, frenando el aceite el movimiento de vaivén. A continuación ejemplos de amortiguador:

Aquí observamos dos ejemplos de amortiguador, en el primero se ven los dos cuerpos, y las cavidades interiores por donde el aceite fluye. En el segundo vemos un conjunto habitual de muelle + amortiguador, que es como suele montarse en suspensiones independientes o semi-independientes.

En la imagen, observamos los pasos del flujo de aceite (indicados con flechas). Cuando la velocidad de ambas partes del amortiguador es baja, las válvulas de apertura por presión estarán cerradas, y el aceite pasa sólo por los orificios de paso realizados ex-profeso para que el aceite pase por ellos siempre de un cuerpo a otro. En cambio, si la velocidad vertical de ambas partes aumenta, la presión del aceite también lo hará, y abrirá las válvulas de apertura por presión (depende del tarado de las mismas) para que pase un mayor flujo de aceite para compensar ese aumento de velocidad. Las válvulas de apertura suelen ser distintas según se las haga trabajar a compresión o a tracción (extensión).

Lo normal es tarar las válvulas de apertura por compresión a una fuerza relativamente baja, esto es, poner el amortiguador "más blando" a compresión, para circulación por carretera, y poner más fuerte el tarado a extensión.

Otro elemento importante de una suspensión es la conocida como barra estabilizadora, la cual es una barra de acero que conecta las suspensiones de las dos ruedas del mismo eje, y a su vez va unida a la carrocería, para oponer una resistencia al par de fuerzas que se genera por culpa del balanceo del chasis, es decir, evita el balanceo excesivo de la carrocería en giros o producido por un desnivel considerable entre la altura de las ruedas en un mismo eje. La forma de la estabilizadora depende del esquema de suspensión de cada vehículo, si bien siempre van instaladas perpendicularmente al eje longitudinal del coche. A igualdad de diseño, cuanto más gruesa es una estabilizadora mayor es su resistencia a la torsión y, por tanto, mayor su efecto antibalanceo. Pero como casi siempre, debe encontrarse un compromiso, pues a mayor rigidez mayor interferencia en el funcionamiento entre los dos lados de la suspensión, impidiendo a los brazos, muelles y amortiguadores trabajar correcta y libremente. Ejemplos:

 

En el segundo ejemplo observamos que la barra estabilizadora no es más que una barra de torsión, pero que no sólo trabaja con un brazo de suspensión, sino que trabaja con los dos al mismo tiempo y además va anclada al chasis, proporcionando la rigidez de la que antes hablaba.

He explicado aquí los principales elementos de los que se compone una suspensión, y se que me he dejado elementos elásticos por explicar como el funcionamiento de la suspensión hidroneumática y de los fuelles neumáticos. Esto lo he hecho porque en si el funcionamiento es el mismo que el del muelle mecánico, sólo que la función del muelle se realiza mediante gas y aceite (hidroneumática) o sólo gas (neumática), .

En fin, para no resultar más pesado, por hoy lo dejamos aquí, no sin antes anunciar una 3º parte de suspensiones, para muy pronto. Espero que tengáis ahora más claro como son y como funcionan las suspensiones de un automóvil.

El próximo documento tratará sobre los tipos de suspensión, e intentaré explicar y arrojar algo de luz sobre la de un Fórmula 1.

A continuación, la bibliografía consultada:

- http://www.km77.com/glosario/b/barraestab.asp
- http://www.mercadoracing.org/9/167270/barra-estabilizadora-peugeot-206.html
- http://www.clubvwgolf.com/foro/showthread.php?155088-Barra-estabilizadora-de-torretas-Golf-VI-GTI-GTD
- http://curvasrectas.wordpress.com/2007/10/30/el-sistema-de-suspension-1/
- http://mecanicayautomocion.blogspot.com.es/2009/03/sistema-de-suspension.html
- http://www.webcampista.com/foro/foro-campista/27400-para-los-expertos-en-bricolage-montar-amortiguadores-2.html
- http://todomecanicamar.es.tl/El-Amortiguador.htm
- http://www.sabelotodo.org/automovil/suspension.html
- http://www.tecnun.es/automocion/files/ebooks/Amortiguadores_y_suspension.pdf
- http://www.aficionadosalamecanica.com/suspension3.htm
- http://www.almuro.net/sitios/Mecanica/suspension.asp?sw12=1#ballestas