DIRECCION Y SUSPENSIÓN AUTOMOTRIZ
SISTEMA DE SUSPENSIÓN
FUNCIONALIDAD DE LA SUSPENSIÓN: La suspensión en un automóvil, camión o 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.
MUELLE O BALLESTA
La suspensión de ballesta es un sistema de amortiguación empleado en vehículos. En la actualidad es empleado eminentemente por vehículos pesados. Se podría resumir su función como la de un muelle plano que permite una gran variedad de formas de instalación. La ballesta es un conjunto elástico realizado con láminas de acero de la misma composición que el empleado para los muelles helicoidales en otros sistemas de suspensión, es decir, aleado con silicio y manganeso. Esta composición más su especial forjado y temple permiten a estas láminas doblarse bajo la acción de una fuerza, retornando a su posición inicial tras el cese de la misma. Las láminas de acero que componen la ballesta reciben el nombre de hojas, y su longitud siempre es diferente respecto a las contiguas, de mayor a menor. Las hojas se mantienen unidas mediante un orificio central común a todas ellas, atravesado por un tornillo llamado tornillo capuchino. El conjunto de la ballesta se une al bastidor del vehículo mediante la hoja más larga, usualmente ubicada en la posición más alta. Esta hoja recibe el nombre de hoja maestra, y sus extremos están curvados tomando una forma cilíndrica para permitir su encaje en el bastidor. Estos extremos curvados se denominan ojos. Para mantener la alineación de las hojas, además del tornillo capuchino central se dispone de varias bridas en U que impiden el desalineado durante el proceso de absorción de golpes del sistema de suspensión.
MUELLE HELICOIAL: Se conoce como resorte o muelle a un operador elástico capaz de almacenar energía y desprenderse de ella sin sufrir deformación permanente cuando cesan las fuerzas o la tensión a las que es sometido, en la mecánica es conocido erróneamente como "la muelle" varían así de la región o cultura. Son fabricados con materiales muy diversos, tales como acero al carbono, acero inoxidable, acero al cromo-silicio, cromo-vanadio, bronces, plástico, entre otros, que presentan propiedades elásticas
BARRA DE TORSIÓN: Una 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 en los giros. El objetivo es mantener sin cambios la geometría del coche, aumentando así la estabilidad. La barra de torsión puede montarse delante o detrás, además puede conectarse a un tercer punto, estableciendo un triángulo que aumenta su efecto estabilizador. Diversos automóviles la incluyen desde hace algún tiempo: el nuevo Fiesta y el Omega 3.0 y 4.1.1 La barra de torsión actúa también como un resorte de torsión, donde los impactos son absorbidos al torcerse la barra de acero sobre su eje longitudinal. Este tipo de suspensión se puede encontrar en las suspensiones traseras del escarabajo de VW, entre otros vehículos.2 Las barras de torsión pueden ir montadas longitudinalmente o transversalmente al eje del coche. En un montaje típico la barra de torsión está sujeta al chasis y conectada a la tapa de la rueda. En otros casos el extremo posterior de la barra está fijo al chasis y el delantero, al brazo de la suspensión.3
SISTEMA HOTCHKISS
MANTENER EL EJE EN POSICIÓN
SISTEMA DE SUSPENSIÓN TRASERA NORMAL E INDEPENDIENTE
La ausencia de direccionalidad en las ruedas traseras, además de que normalmente tampoco intervienen en la transmisión, hace que las soluciones empleadas en el eje trasero puedan ser más sencillas que las del delantero. Los primeros automóviles tenían transmisión a las ruedas traseras, y el eje consistía en una unión rígida entre ambas ruedas. Habitualmente se empleaban ballestas para amortiguar el movimiento del eje, un sistema sencillo y robusto que actualmente se usa en los vehículos industriales y todo terreno por su robustez, capacidad de soportar peso y gran recorrido entre topes. Con la llegada de la tracción delantera las soluciones para el eje trasero se simplificaron. La solución más sencilla y evidente es mantener un eje rígido pero sin soportar la suspensión. A partir de ahí se desarrollaron las suspensiones semi-independientes. Este tipo de suspensión se denomina "de ruedas tiradas", porque las ruedas cuelgan del soporte del eje, presentando una suspensión por muelle y el amortiguador. En algunos casos el muelle no es el típico helicoidal o espiral, sino por barras de torsión, sistema aún más sencillo y económico, que además deja mucho espacio de carga libre por ejemplo Renault 4 y sus derivados posteriores (Renault 5, Renault 6). Este tipo de amortiguación, con diferentes variaciones, todavía se utiliza en gran medida en los vehículos que se venden actualmente debido a su difícil tarea. En los vehículos modernos de gama media-alta se montan suspensiones totalmente independientes. Una de las soluciones más sencillas de las de este tipo, muy utilizada todavía en la actualidad, aunque con pequeñas variaciones según el diseño, es la de tipo MacPherson. Este tipo de suspensión es mucho más efectiva que las anteriormente mencionadas porque el movimiento de una rueda no afecta a las demás. Sin embargo, la suspensión MacPherson tiene el inconveniente de que no mantiene exactamente la geometría en todo el momento porque describe un movimiento ligeramente circular.
SUSPENSION POR BRAZO
Suspensión trasera con ruedas independientes asegurada por muelles helicoidales, barra estabilizadora y amortiguadores hidráulicos de doble efecto.
OTROS TIPOS DE SUSPENSIÓN TRASERA
SITEMA DE SUSPENSIÓN DELANTERO En casi todos los turismos el eje delantero es independiente, desde hace ya bastantes años ya que permite un contacto mejor de las ruedas con el suelo al girar. La suspensión más utilizada en el eje delantero es la de tipo McPherson y sus variantes más modernas basadas en ella. Asimismo en los vehículos de categorías superiores se emplea la suspensión de doble trapecio, más costosa de construcción y con más ventajas de cara a la estabilidad; antiguamente era la única que se conocía. Sin embargo, en el eje trasero las soluciones son mucho más variadas debido a que las ruedas suelen tener una dirección fija, por lo que no hay necesidad de que puedan rotar, además de que hoy día son mayoría los vehículos de turismo en los que tampoco soportan la transmisión. En esos casos se utilizan habitualmente soluciones más sencillas y baratas, sobre todo en los coches de gama más baja, en las que la suspensión en las ruedas traseras no es independiente. Estos tipos de suspensión, en principio, no tienen tan buen comportamiento como las independientes, pero su buen compromiso entre coste y comportamiento hace que sean ampliamente utilizadas. Las soluciones empleadas en los ejes delantero y trasero suelen ser diferentes debido, principalmente, a que sólo las ruedas delanteras tienen direccionalidad. También depende de si la transmisión se realiza a las ruedas delanteras, traseras o a las cuatro ruedas
SISTEMA DE SUSPENSIÓN DELANTERA INDEPENDIENTE
Una suspensión delantera independiente dirigible teniendo brazos de control de espoleta superior e inferior, cada brazo de control pivota mente montado aun armazón de suspensión el cual a su vez está adaptado para ser montado a un chasis de vehículo. El otro extremo de los brazos de control están pivota mente montados a un extremo superior e inferior de un puntal de rótula, el cual tiene una abertura que se extiende a través del mismo. Una rótula de dirección está montada pivota mente al puntal de rótula y monta un conjunto de freno de leva en s teniendo un accionado de freno que se extiende desde el mismo. La abertura de puntal de rótula está ubicada y dimensionada para recibir el accionador de freno cuando la rótula de dirección es pivoteada a una posición máxima para aumentar el ángulo de dirección del vehículo.
SUSPENSIÓN ARTICULADA
Este sistema (como muestra la figura) está constituido por dos trapecios o brazos oscilantes unidos al travesaño o puente de suspensión, sobre la que se apoya la carrocería. En los vértices de estos trapecios se unen la mangueta a través de dos rótulas. Entre el trapecio inferior y el travesaño o carrocería, se coloca el resorte helicoidal en unos huecos que llevan para el asiento del muelle y se amarra el amortiguador que va instalado por el interior del mismo. Al trapecio inferior y al travesaño se fija la barra estabilizadora con interposición de tacos de goma. La disposición de todo el conjunto, condiciona el comportamiento de las ruedas cuando el vehículo pasa sobre las irregularidades del terreno que, a su vez, afectan a la dirección, estabilidad y desgaste de los neumáticos. Si los trapecios son de igual longitud ocurre que, al subir y bajar en los baches, las ruedas se mantienen en la verticalidad y en las curvas se inclinan hacia fuera, acompañando a la carrocería y disminuyendo su superficie de contacto. En los diseños modernos los brazos no son paralelos ni de igual longitud, ya que el superior es más corto, con lo que la rueda, al tomar los baches, se inclina ligeramente hacia adentro. Esto mejora su comportamiento en las curvas, ya que al inclinarse hacia fuera por efecto del peso, contrarresta este ángulo manteniéndolo perpendicular al suelo y evitando así el desgaste irregular de los neumáticos.
SUSPENSIÓN TIPO MCPHERSON
Este tipo de suspensión adoptado en la mayoría de los automóviles modernos, se adopta en algunos coches ingleses y se le denomina con el nombre de McPherson, en lugar de brazo oscilante llevan un brazo único, tirante de arrastramiento y soporte telescópico en cada rueda delantera acoplado a la parte superior de la mangueta.
ORTOS TIPOS DE SUSPENSIÓN DELANTERA
BARRA ESTABILISADORA
Este tipo de montaje consiste en colocar, para cada rueda, dos barras de torsión sujetas a la carrocería y unir sus bieletas a la parte superior e inferior de la mangueta. De esta forma, los movimientos de vaivén de la rueda producen unos esfuerzos de torsión en las barras que, debido a su elasticidad, actúan como muelles, volviendo a su posición de reposo cuando cesa el efecto. Al conjunto de cada rueda se le acopla un amortiguador hidráulico fijo por su parte superior a la carrocería y por la parte inferior a la bieleta de la barra de torsión, acompañando al conjunto una barra estabilizadora. Otras disposiciones de este tipo hacen que una de las dos barras sea continua, uniendo las dos ruedas con las bieletas de sus extremos que sirven, en este caso, de barra estabilizadora.
AMORTIGUADOR TELESCOPICO El amortiguador es un dispositivo que absorbe energía, utilizado normalmente para disminuir las oscilaciones no deseadas de un movimiento periódico o para absorber energía proveniente de golpes o impactos. Los amortiguadores son un componente común de la suspensión de los automóviles y otros vehículos, para ayudar a que las ruedas se mantengan pegadas al suelo. Los elementos elásticos metálicos utilizados en la suspensión tienen la tendencia de rebotar. Se han dado casos en pisos bacheados, y debidos a que los movimientos de cada bache se sumaban en los que coches han llegado a despegar. Para evitar este efecto, el que las ruedas se despeguen, los amortiguadores frenan las oscilaciones siguientes al movimiento inicial del bache. Este efecto de rebote se evita en las suspensiones neumáticas como la hidroneumática. Tipos de amortiguadores
Amortiguador de gas Amortiguador hidráulico Amortiguador neumático Amortiguador reo lógico Amortiguador magnético amortiguador de caídas
SUSPENSIÓN HIDRONEUMATICA La suspensión hidroneumática es un tipo de suspensión de automóvil desarrollado por Citroën y equipado en sus coches, así como adaptado por otros fabricantes, notablemente RollsRoyce, Mercedes-Benz y Peugeot. También fue usado en camiones Berliet. Algunos vehículos militares usan sistemas parecidos. El objetivo de este sistema es proporcionar una conducción suave y cómoda aunque bien controlada. Su suspensión de nitrógeno es aproximadamente seis veces más flexible que el acero convencional, por lo que se añade un sistema auto nivelador para permitir que el vehículo aproveche esta característica. Francia destacaba por la baja calidad de sus carreteras en los años de posguerra, por lo que la única forma de mantener una velocidad relativamente alta en un vehículo era que fuese capaz de absorber fácilmente las irregularidades del firme. Aunque este sistema tiene ventajas inherentes sobre la suspensión de acero, generalmente reconocidas en la industria automovilística, también tiene cierto grado de complejidad, por lo que fabricantes como MercedesBenz, British Leyland (Hydrolastic, Hydragas) y Lincoln han buscado crear variantes más simples. El sistema usa una bomba movida por correa o levas desde el motor para presurizar un fluido hidráulico especial, que impulsa entonces los frenos, lasuspensión y la dirección. También puede impulsar ciertos elementos como el embrague, los faros giratorios en curva e incluso los elevalunas. El sistema de suspensión suele permitir ajustar la altura de conducción, para permitir un mayor recorrido en terrenos desiguales. Este sistema de suspensión se denomina «oleo neumática» (oléopneumatique) en la literatura más antigua, indicando que el aceite y el aire son sus principales componentes. Se han realizado muchas mejoras al sistema a lo largo de los años, incluyendo la dureza variable de la suspensión (Hydractive) y el control activo del balanceo del chasis (Activa). Sus últimas versiones presentan una esfera simplificada que combina bomba y acumulador. El sistema tuvo un impacto negativo clave sobre su inventor, Citroën: sólo los talleres especializados estaban cualificado para trabajar sobre estos automóviles, lo que les hacía parecer radicalmente diferentes del resto para los mecánicos corrientes. Citroën sufrió así el mismo problema que Apple Computer: construir un sistema propietario priva del beneficio del efecto red. Los fabricantes de automóviles siguen intentando lograr la combinación de características ofrecidas por este sistema de suspensión de 1955, típicamente añadiendo capas de complejidad a un sistema mecánico convencional de muelles de acero.
SUSPENSIÓN OLEONEUMATICA
CONECCION ENTRE SUSPENSIÓN DELANTERA Y TRASERA
DIRECCIÓN
El conjunto de mecanismos que componen el sistema de dirección tienen la misión de orientar las ruedas delanteras para que el vehículo tome la trayectoria deseada por el conductor. Para que el conductor no tenga que realizar esfuerzo en la orientación de las ruedas (a estas ruedas se las llama "directrices"), el vehículo dispone de un mecanismo des multiplicador, en los casos simples (coches antiguos), o de servomecanismo de asistencia.
Características que deben reunir todo sistema dirección: Siendo la dirección uno de los órganos más importantes en el vehículo junto con el sistema de frenos, ya que de estos elementos depende la seguridad de las personas; debe reunir una serie de cualidades que proporcionan al conductor, la seguridad y comodidad necesaria en la conducción. estas cualidades son las siguientes: Seguridad: depende de la fiabilidad del mecanismo, de la calidad de los materiales empleados y del entretenimiento adecuado. Suavidad: se consigue con un montaje preciso, una desmultiplicación adecuada y un perfecto engrase. La dureza en la conducción hace que ésta sea desagradable, a veces difícil y siempre fatigosa. Puede producirse por colocar un neumático inadecuado o mal inflado, por un "avance" o "salida" exagerados, por carga excesiva sobre las ruedas directrices y por estar el eje o el chasis deformado. Precisión: se consigue haciendo que la dirección no sea muy dura ni muy suave. si la dirección es muy dura por un excesivo ataque (mal reglaje) o pequeña desmultiplicación (inadecuada), la conducción se hace fatigosa e imprecisa; por el contrario, si es muy suave, por causa de una desmultiplicación grande, el conductor no siente la dirección y el vehículo sigue una trayectoria imprecisa. la falta de precisión puede ser debida a las siguientes causas: - por excesivo juego en los órganos de dirección. - por alabeo de las ruedas, que implica una modificación periódica en las cotas de reglaje y que no debe de exceder de 2 a 3 mm. - por un desgaste desigual en los neumáticos (falso redondeo), que hace ascender a la mangueta en cada vuelta, modificando por tanto las cotas de reglaje. - el desequilibrio de las ruedas, que es el principal causante del shimmy, consiste en una serie de movimientos oscilatorios de las ruedas alrededor de su eje, que se transmite a la dirección, produciendo reacciones de vibración en el volante. - por la presión inadecuada en los neumáticos, que modifica las cotas de reglaje y que, si no es igual en las dos ruedas, hace que el vehículo se desvíe a un lado. Irreversibilidad: consiste en que el volante debe mandar el giro a las pero, por el contrario, las oscilaciones que toman estas, debido a las incidencias del terreno, no deben se
transmitidas al volante. Esto se consigue dando a los filetes del sin fin la inclinación adecuada, que debe ser relativamente pequeña.
Mecanismo de dirección de cremallera: Esta dirección se caracteriza por la sencillez de su mecanismo des multiplicador y su simplicidad de montaje, al eliminar gran parte de la tirantearía direccional. Va acoplada directamente sobre los brazos de acoplamiento de las ruedas y tiene un gran rendimiento mecánico. Debido a su precisión en el desplazamiento angular de las ruedas se utiliza mucho en vehículos de turismo, sobre todo en los de motor y tracción delantera, ya que disminuye notablemente los esfuerzos en el volante. proporciona gran suavidad en los giros y tiene rapidez de recuperación, haciendo que la dirección sea muy estable y segura. el mecanismo está constituido por una barra (1) tallada en cremallera que se desplaza lateralmente en el interior del cárter. esta barra es accionada por un piñón helicoidal (2) montado en el árbol del volante y que gira engranado a la cremallera.
Columna de la dirección: Tanto en el modelo de la figura inferior como en otros, suele ir "partida" y unidas sus mitades por una junta carda nica, que permite desplazar el volante de la dirección a la posición más adecuada de manejo para el conductor. Desde hace muchos años se montan en la columna dispositivos que permiten ceder al volante (como la junta citada) en caso de choque frontal del vehículo, pues en estos casos hay peligro de incrustarse el volante en el pecho del conductor. es frecuente utilizar uniones que se rompen al ser sometidas a presión
y dispositivos telescópicos o articulaciones angulares que impiden que la presión del impacto se transmita en línea recta a lo largo de la columna.
Rótulas: La rótula es el elemento encargado de conectar los diferentes elementos de la suspensión a las bieletas de mando, permitiéndose el movimiento de sus miembros en planos diferentes. La esfera de la rótula va alojada engrasada en casquillos de acero o plásticos pretensados. Un fuelle están que izado evita la pérdida de lubricante. la esfera interior, macho normalmente, va fija al brazo de mando o a los de acoplamiento y la externa, hembra, encajada en el macho oscila en ella; van engrasadas, unas permanentes herméticas que no requieren mantenimiento, otras abiertas que precisan ajuste y engrase periódico.
SERVODIRECCION
Mecanismo que multiplica el esfuerzo del conductor en el manejo de la dirección.
SUBDIRECCIÓN ADWEST
DIRECCIÓN HIDRAULICA
La caja de dirección hidráulica tiene la finalidad de aportar un esfuerzo que venga a añadirse al que el conductor efectúa, sobre el volante, permitiendo una menor desmultiplicación en el mecanismo de mando y un volante de menor diámetro, con lo que resulta una dirección más sensible y la conducción más cómoda. Este sistema tiene la función de canalizar a alta presión (60 a 100 bar) procedente de una bomba accionada por el motor, haciéndolo llegar a uno u otro lado del embolo de un cilindro de trabajo, según el sentido de giro del volante.
CONVERGENCIA Y DIVERGENCIA
Convergencia: Ajuste en la geometría de la dirección que mide el ángulo que hay entre las ruedas delanteras. La convergencia de las ruedas se produce cuando la parte delantera de las mismas está más junta que la trasera. En caso contrario se llama divergencia. La convergencia se utiliza según la tendencia de la dirección a abrirse en función de las fuerzas producidas durante las aceleraciones y las frenadas.
Divergencia: Ajuste en geometría de la dirección que mide el ángulo que hay entre las ruedas delanteras. La divergencia de las ruedas se produce cuando la parte delantera de las mismas está más separada que la trasera. En caso contrario se llama convergencia. La divergencia se utiliza según la tendencia de la dirección a abrirse en función de las fuerzas producidas durante las aceleraciones y las frenadas.
ANGULO DE CAIDA
SOBREVIRAJE Y SUBVIRAJE
El subviraje es un fenómeno que se produce durante la conducción de un vehículo que provoca que el giro real del mismo sea menor al que teóricamente debería inducir la posición de las ruedas delanteras. De este modo la parte delantera del vehículo tiende a salirse hacia el exterior de la curva. Se produce cuando el vehículo pierde adherencia en el tren delantero, por lo cual, da la sensación de "abrirse" en las curvas. El efecto contrario es el sobreviraje. Es típico de los vehículos de tracción delantera y está determinado principalmente por el reparto de pesos entre los ejes del vehículo y por las inercias que producen las transferencias de masas durante la conducción. También por el hecho de que las ruedas directrices tengan que transmitir al mismo tiempo fuerzas laterales y longitudinales, ya que son las encargadas de dar tracción. Por ello, en vehículos de tracción delantera, el subviraje se vuelve más acusado cuanto más se pisa el acelerador en una curva. Más información en inglés aquí: http://en.wikipedia.org/wiki/Circle_of_forces En los coches dirigidos al gran público, se tiende a favorecer el comportamiento subvirador del vehículo en situaciones límite, ya que resulta más fácil de controlar por un conductor inexperto que el sobreviraje. En el subviraje, causado generalmente por un giro abrupto, las ruedas delanteras comienzan a patinar antes que las traseras, por lo que si se presiona ligeramente el freno, la transferencia de pesos del eje trasero al delantero ayudara a aumentar la fuerza de fricción en este eje para mejorar la situación. Como anécdota, el ex-piloto y campeón del Mundo de rally Walter Röhrl expresó una vez: "Subviraje es cuando ves el árbol contra el que te vas a estrellar. Sobreviraje es cuando sólo lo sientes."
