Universidad Nacional Experimental Del TáchiraDepartamento De Ingeniería Mecánica

Ingeniería del Automóvil

Sistema de Suspensión

San Cristóbal, Marzo de 2016

La suspensión de un vehículo tiene como cometido "absorber” las desigualdades del terreno sobre el que se desplaza, a la vez que mantiene las ruedas en contacto con el pavimento, proporcionando un adecuado nivel de confort y seguridad de marcha. Se puede decir que sus funciones básicas son las siguiente:

Reducción de fuerzas causadas por irregularidades del terreno.

Control de la dirección del vehículo.

Mantenimiento de la adherencia de los neumáticos a la carretera.

Mantenimiento de una correcta alineación de ruedas.

Soporte de la carga del vehículo.

Mantenimiento de la altura optima del vehículo.

Existen básicamente tres tipos de suspensión:

a) Independientes.

b) Rígidas.

c) Semirrígidas.

Sistema de suspensión independiente

Una suspensión independiente consiste en que cada rueda está conectada al automóvil de forma separada, lo cual permite que cada rueda se mueva hacia arriba y hacia abajo sin afectar la rueda del lado opuesto. La suspensión independiente se puede utilizar en las cuatro ruedas.

Tipos de suspensión independiente

Suspensión de ejes oscilantes.

Suspensión de brazos tirantes.

Suspensión de McPherson.

Suspensión de paralelogramo deformable.

Suspensión multibrazo (multilink).

Suspensión de ejes oscilantesLa peculiaridad de este sistema que se muestra en la figura inferior

es que el elemento de rodadura (1) y el semieje (2) son solidarios (salvo el giro de la rueda), de forma que el conjunto oscila alrededor de una articulación (3) próxima al plano medio longitudinal del vehículo. Este tipo de suspensión no se puede usar como eje directriz puesto que en el movimiento oscilatorio de los semiejes se altera notablemente la caída de las ruedas en las curvas. Completan el sistema de suspensión dos conjuntos muelle-amortiguador telescópico (4).

Suspensión de brazos tirantes

Este tipo de suspensión se caracteriza por tener dos elementos soporte o "brazos" en disposición longitudinal que van unidos por un extremo al bastidor y por el otro a la mangueta de la rueda. Si el eje es de tracción, el grupo diferencial va anclado al bastidor. En cualquier caso las ruedas son tiradas o arrastradas por los brazos longitudinales que pivotan en el anclaje de la carrocería.

Suspensión de McPherson

Este sistema es uno de los más utilizados en el tren delantero aunque se puede montar igualmente en el trasero. Este sistema ha tenido mucho éxito, sobre todo en vehículos más modestos, por su sencillez de fabricación y mantenimiento, y el poco espacio que ocupa. Con esta suspensión es imprescindible que la carrocería sea mas resistente en los puntos donde se fijan los amortiguadores y muelles.

Suspensión de paralelogramo deformable

La suspensión de paralelogramo deformable junto con la McPherson es la más utilizada en un gran número de automóviles tanto para el tren delantero como para el trasero. Esta suspensión también se denomina: suspensión por trapecio articulado y suspensión de triángulos superpuestos.

Suspensión multibrazo

La diferencia que aporta este tipo de suspensiones es que los elementos guía pueden poseer anclajes elásticos (manguitos de goma). Así, las multibrazo pueden modificar los parámetros de la rueda en cuanto a caída y convergencia para dar más estabilidad al vehículo en situaciones comprometidas.

Suspensión rígida

Las suspensiones rígidas están constituidas por un eje rígido en cuyos extremos se montan las ruedas. Debido a ello, todas las perturbaciones que afectan a una rueda se transmiten a la otra del mismo eje.

Sistema de suspensión semirrígida.

Estas suspensiones se diferencian de las rígidas en que, aún estando unidas de forma rígida, las oscilaciones se transmiten de manera parcial.  

Parte de una suspensión

Muelle

Amortiguadores

Brazos de suspensión o control

Varillas de tensión

Rotulas

Mangueta o buje

Barra estabilizadora

Silentblocs

MuellesEstos elementos impiden que las oscilaciones del terreno

se transmitan a la carrocería en forma de golpes, mejorando el confort. Además, mantiene las ruedas en contacto con el terreno, mejorando la estabilidad y la capacidad para dirigir el vehículo.

a) Ballestas.

b) Resorte helicoidales.

c) Barras de torsión.

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BallestasLas ballestas están formadas

por un grupo de láminas longitudinales de acero resistente y elástico, unidas mediante abrazaderas que permiten el deslizamiento relativo entre láminas cuando hay deformación al absorber impactos.

(1)Hojas

(2)Abrazaderas

(3)Casquillos (acoplamiento al bastidor)

(4)Capuchino (tornillo pasante con tuerca)

Muelle o resorte helicoidales

Están constituidos por una varilla de acero, enrollado en forma de hélice. Sus espiras extremas se hacen planas para obtener un buen asiento, tanto en la zona superior como en la inferior. El diámetro del muelle varia en función de la carga que ha de soportar.

Barras de torsión

La barra de torsión es un elemento de acero que conecta los ejes de la suspensión con el fin de reducir el movimiento del chasis causado por una fuerte demanda de giros. Actúa como un resorte de torsión, donde los impactos son absorbidos al torcerse la barra de acero sobre su eje longitudinal.

AmortiguadoresEl amortiguador es un dispositivo

construido con un eje cromado y dos tubos de acero (uno dentro del otro). El tubo exterior se denomina tubo de reserva (lleno de aceite). El interno, tubo de compresión. En un extremo, el eje de acero tiene el apoyo que se ancla al vehículo. En el otro extremo se monta un pistón, que siempre se desplaza a lo largo del tubo de compresión, el cual presiona o succiona aceite que fluye a través de válvulas instaladas en el tubo de compresión. Esta construcción genera dos fuerzas muy diferentes, extensión y compresión.

Tipos de amortiguadores

Amortiguadores hidráulicos

Amortiguadores de gas

Amortiguadores de fricción

Amortiguadores de aire comprimido

Amortiguadores ajustables

Amortiguadores reológicos

Amortiguador hidráulico

El funcionamiento de este tipo de amortiguadores se basa principalmente en la transformación de la energía cinética en calor. Para ello se hace uso de aceite hidráulico en el interior del amortiguador, el cual debe pasar a través de los orificios y de los sistemas de válvulas que incorpore el pistón.

Amortiguador a gas

El amortiguador de gas se basa en el principio del movimiento de un pistón en un tubo lleno de aceite, que, en uno de los extremos, tiene una pequeña cantidad de nitrógeno a alta presión (25 bares). Un pistón flotante separa el gas del aceite, evitando que ambos se mezclen (ver dibujo componentes del amortiguador de gas).

Amortiguador de fricción

Se basa en la disipación de la energía en forma de calor que por el rozamiento de unos discos de fricción absorbe las irregularidades que puedan darse. Posee dos brazos, uno se une a la rueda y otro al bastidor y el movimiento relativo produce fricción entre dos o más discos de acero que se unen alternados en un eje común.  

Amortiguadores de aire Comprimido

Los amortiguadores de aire a presión son básicamente iguales a los amortiguadores hidráulicos. Las secciones superior e inferior están selladas mediante un diafragma de neopreno a fin de formar un cilindro de aire. Mediante un compresor de aire controlado electrónicamente la presión en el cilindro es mantenida entre aproximadamente 10 y 32 psi. Una tubería con su conector proporciona presión de aire al amortiguador. De acuerdo aumenta la carga del automóvil, los sensores de altura señalan a la unidad de control electrónica, para que active el control del compresor y así aumentar la presión de aire en los amortiguadores.

Amortiguador ajustableLos amortiguadores ajustables

proporcionan una conducción firme, mediana o suave. Al ajustar el amortiguador se modifica el ajustable de las válvulas internas. Un flujo mayor de fluido hidráulico entre las cámaras permite un amortiguador más suave, un flujo restringido da como resultado un amortiguador mas firme.

Algunos amortiguadores se ajustan en forma manual, al girar una perilla de ajuste o el cuerpo del amortiguador controlado eléctrica o electrónicamente se utiliza un solenoide eléctrico.

Amortiguador reológico

El aceite contiene partículas metálicas. Al aplicar una corriente magnética, este fluido se vuelve más espeso endureciendo la suspensión. Es un híbrido entre sistemas mecánicos y electrónicos al precisar de sensores que detecten las necesidades de amortiguación en cada momento.

Brazos de suspensión o trapecio.

Es una barra de acero que conectan la articulación de la dirección, eje de la rueda, con la carrocería o chasis. Los brazos oscilan en ambos extremos, permitiendo movimientos hacia arriba y hacia abajo. Los extremos exteriores permiten acción oscilatoria para la conducción.

Varillas de tensión.

La varilla de tensión impide que el extremo exterior de un brazo de control se mueva hacia delante o hacia atrás, un extremo esta fijo al chasis y el otro extremo al brazo de control en un ángulo de control aproximado de 45º.

Junta Esférica o Rótula

Brazo Superior

Topes de Goma

Muelle Helicoidal

Amortiguador

Mangueta

Brazo de la Mangueta

Rótula Inferior

Rótula Superior

Brazo Inferior Varilla de

tensión

Rótula.Son elementos de unión

que posibilitan el giro de las piezas en varias direcciones. Están constituidos por una bola de acero, alojada en el interior de un cuerpo metálico por medio de dos soportes de nilón, que permiten el giro de la bola por la acción del vástago unido a ella. Además, disponen de un muelle, que hace que la bola se ajuste a sus soportes sin holguras. El vástago va roscado por su parte superior con una tuerca almenada, que lo sujeta a los elementos de la suspensión. La tuerca va asegurada mediante un pasador para evitar que se afloje.

Mangueta o Buje.La mangueta de la

suspensión 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.

Barras estabilizadoras.La barra estabilizadora es un componente de la

suspensión que tiene como objetivo lograr que ambas ruedas de un mismo eje compartan el movimiento vertical. Con ello se logra minimizar la inclinación lateral que sufre el auto en las curvas al estar sometido a la fuerza centrípeta. 

Silentblocs.

Son elementos de goma vulcanizada utilizados para unir la suspensiones al chasis, que absorben las vibraciones de la suspensión y evitan que se transmitan a la carrocería. Sólo permiten el giro de los brazos de la suspensión. Deben tener buen aislamiento

Delantera

Trasera

Trapecio Articulado. McPherson Doble triangulo de pivote

desacoplado

Eje Rígido. Eje Torsional. Independientes.

Suspensión

Trapecio Articulado

A y B Brazo C y D Eje de Giro E Mangueta F y G Rotula H Muelle I Amortiguador K Soporte

Suspensión Delantera.

McPherson.

A Articulación extremo al chasis 1 Brazo Inferior 2 Mangueta 3 Amortiguador 4 Plato de soporte 5 Muelle 6 Platillo 7 Taco Elástico

Doble triangulo de pivote desacoplado

1 Brazo superior 2 Portamangueta 3 y 5 Rótula 4 Mangueta 6 Brazo inferior

Suspensión trasera

1 Eje trasero rígido 2 Muelle 3 Amortiguadores 4 Barra de torsión 5 Eje tirante 6 Brazo central

Eje rígido

Eje Torsional.

1 y 2 Brazos 3 Cuerpo del Eje 4 y 5 Soporte fijados al

Chasis 6 Muelle

Independientes de brazo Oscilantes.

1 Amortiguador 2 Muelle Helicoidal 3 Brazo Articulado 4 Silentblocks

Suspensión Independiente McPherson.

1 Brazos 2 Columnas

Suspensión multibrazo.

1 y 5 Brazo Triangulares 3 y 4 Brazos Superiores 2 Brazo (Convergencia)

Angulo de convergencia y divergencia

Es el ángulo definido entre cada una de las ruedas y el eje longitudinal del vehículo siempre en su proyección horizontal.

Angulo de avance (caster)Es el ángulo formado entre la vertical y la recta que une los pivote de la mangueta de una rueda.

Es el que provoca la autoalineacion de las ruedas, esto es, que el vehículo vuelva a su posición de línea recta cuando hemos tomado una curva o incluso que se mantenga en línea recta si no provocamos giro actuando sobre el volante.

Angulo de caída (camber)Angulo 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 que nos permite tener mayor agarre del neumático al pavimento.

Angulo de salida (kingpin)

Es el ángulo formado por el eje del pivote de dirección y la línea perpendicular a la superficie de la pista cuando eje del pivote de dirección es visto desde el frente. La distancia entre los puntos donde las líneas extendidas de ambos hacen contactos con la tierra es llamada desviación kingpinrente. Haciendo esta desviación kingpin lo más pequeña, se reduce la fuerza requerida de dirección. 

Descentrado de las ruedas o radio de pivotamiento

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 banda de rodadura del neumático decimos que el radio de pivotamiento es negativo.