SISTEMA DE SUSPENSIÓN

Principios de la suspensión.

En tiempos de los carruajes una preocupación fue tratar de hacer más cómodos los vehículos. Los caminos empedrados eran una tortura para los ocupantes, pues cada hoyo o piedra que las ruedas pasaran se registraba donde se sentaban con la misma magnitud.
Se acolcharon los asientos, se pusieron unos resortes en el pescante del cochero, para reducir esos impactos, pero el problema aún no se resolvía.

Hasta que se colgó la cabina del carruaje, con unas correas de cuero, desde unos soportes de metal que venían de los ejes de modo que quedaba suspendida por cuatro soportes y cuatro correas.

El resultado no fue el deseado, aunque los golpes eran parcialmente absorbidos, la cabina se bamboleaba sin control, añadiendo a los golpes el mareo.Sin embargo, podemos decir que ahí nació el concepto de suspensión: un medio elástico que además de sostener la carrocería asimile las irregularidades del camino.
A medida que las suspensiones evolucionaban y se hacían más eficientes, las ruedas disminuyeron su tamaño. Esto se debe a que las ruedas de gran diámetro reducían el efecto de las irregularidades del camino; y las ruedas pequeñas las registraban más, porque entraban en los hoyos en mayor proporción.
Con el desarrollo del motor de combustión interna aplicado a los vehículos, las ruedas evolucionaron, de la rueda de radios pasaron a la de metal estampado y a la de aleación ligera; de la llanta de hierro a la de hule macizo, después al neumático de cuerdas o tiras diagonales y finalmente al radial.

Función de la suspensión

Su funcion es la de suspender y absorber los movimientos bruscos que se producirían en la carrocería, por efecto de las irregularidades que presenta el camino, proporcionando una marcha suave, estable y segura. Para lograr dicha finalidad estos componentes deben ir entre el bastidor (carrocería) y los ejes donde van las ruedas. Denominamos suspensión al conjunto de elementos que se interponen entre los órganos suspendidos y no suspendidos. Existen otros elementos con misión amortiguadora, como los neumáticos y los asientos. Los elementos de la suspensión han de ser lo suficientemente resistentes y elásticos para aguantar las cargas a que se ven sometidos sin que se produzcan deformaciones permanentes ni roturas y también para que el vehículo no pierda adherencia con el suelo.

Elementos de la suspensión

Principales elementos:

1-Resortes o Muelles: Son elementos colocados entre el bastidor y lo más próximo a las ruedas, que recogen directamente las irregularidades del terreno, absorbiéndolas en forma de deformación. Tienen buenas propiedades elásticas y absorben la energía mecánica, evitando deformaciones indefinidas. Cuando debido a una carga o una irregularidad del terreno el muelle se deforma, y cesa la acción que produce la deformación, el muelle tenderá a oscilar, creando un balanceo en el vehículo que se reduce por medio de los amortiguadores. Existen de 3 tipos:

-Ballestas: Están compuestas por una serie de láminas de acero resistente y elástico, de diferente longitud, superpuestas de menor a mayor, y sujetas por un pasador central llamado “perno-capuchino”. Para mantener las láminas alineadas llevan unas abrazaderas . La hoja más larga se llama “maestra” . Termina en sus extremos en dos curvaduras formando un ojo por el cual, y por medio de un silembloc de goma, se articulan en el bastidor . Mediante los abarcones , se sujetan al eje de la rueda . En uno de sus extremos se coloca una gemela , que permite el desplazamiento longitudinal de las hojas cuando la rueda coja un obstáculo y, en el otro extremo va fijo al bastidor.
El siembloc consiste en dos casquillos de acero entre los que se intercala una camisa de goma.

Si la ballesta es muy flexible se llama blanda, y, en caso contrario, dura; usándose una u otra según el peso a soportar. Las ballestas pueden utilizarse como elemento de empuje del eje al bastidor. Para evitar que el polvo o humedad, que pueda acumularse en las hojas, llegue a “soldar” unas a otras impidiendo el resbalamiento entre sí y, por tanto, la flexibilidad, se recurre a intercalar entre hoja y hoja láminas de zinc, plástico o simplemente engrasarlas.

Suelen tener forma sensiblemente curvada y pueden ir colocadas longitudinalmente o en forma transversal , esta última forma es empleada en la suspensión por ruedas independientes, siendo necesario colocar en sus extremos las gemelas.

Existen balletas llamadas “parabólicas”, en las cuales las hojas no tienen la misma sección en toda su longitud. Son más gruesas por el centro que en los extremos. Se utilizan en vehículos que soportan mucho peso.

-Muelles helicoidales: Otro medio elástico en la suspensión. No puede emplearse como elemento de empuje ni de sujeción lateral, por lo que es necesario emplear bielas de empuje y tirantes de sujeción. Con el diámetro variable se consigue una flexibilidad progresiva; también se puede conseguir con otro muelle interior adicional. 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. Las espiras de los extremos son planas, para favorecer el acoplamiento del muelle en su apoyo. Los muelles reciben esfuerzos de compresión, pero debido a su disposición helicoidal trabajan a torsión.

-Barra de torsión: Medio elástico, muy empleadas, en suspensiones independientes traseras en algunos modelos de vehículos. También son empleadas en la parte delantera. Su funcionamiento se basa en que si a una barra de acero elástica se la fija por un extremo y al extremo libre le someto a un esfuerzo de torsión (giro), la barra se retorcerá, pero una vez finalizado el esfuerzo recuperará su forma primitiva. El esfuerzo aplicado no debe sobrepasar el límite de elasticidad del material de la barra, para evitar la deformación permanente. Su montaje se puede realizar transversal o longitudinalmente . La sección puede ser cuadrada o cilíndrica, siendo esta última la más común. Su fijación se realiza mediante un cubo estriado.

2- Amortiguadores: La deformación del medio elástico, como consecuencia de las irregularidades del terreno, da lugar a unas oscilaciones de todo el conjunto. Cuando desaparece la irregularidad que produce la deformación y, de no frenarse las oscilaciones, haría balancear toda la carrocería. Ese freno, en número y amplitud, de las oscilaciones se realiza por medio de los amortiguadores. Los amortiguadores transforman la energía mecánica del muelle en energía calorífica, calentándose un fluido contenido en el interior del amortiguador al tener que pasar por determinados pasos estrechos. Pueden ser de fricción o hidráulicos, aunque en la actualidad sólo se usan estos últimos. Los hidráulicos, a su vez pueden ser giratorios, de pistón o telescópicos; aunque todos están basados en el mismo fundamento. El más extendido es el telescópico.

COMPONENTES DEL AMORTIGUADOR TELESCÓPICO:

Se compone de dos tubos concéntricos, cerrados en su extremo superior por una empaquetadura , a través de la cual pasa un vástago , que en su extremo exterior termina en un anillo por el que se une al bastidor. El vástago, en su extremo interior, termina en un pistón , con orificios calibrados y válvulas deslizantes. El tubo interior lleva en su parte inferior dos válvulas de efecto contrario. El tubo exterior lleva en su parte inferior un anillo por el que se une al eje de la rueda. Un tercer tubo , a modo de campana y fijo al vástago, sirve de tapadera o guarda polvo.Se forman tres cámaras; las dos en que divide el émbolo al cilindro interior, y la anular , entre ambos cilindros.

FUNCIONAMIENTO:

Al flexarse la ballesta o comprimirse el muelle, baja el bastidor, y con él, el vástago , comprimiendo el líquido en la cámara inferior, que es obligado a pasar por los orificios del émbolo a la cámara superior, pero no todo, pues el vástago ocupa lugar; por tanto, la otra parte del líquido pasa por la válvula de la parte inferior del cilindro interior a la cámara anular . Este paso obligado, del líquido a una y otra cámara, frena el movimiento oscilante, amortiguando la acción de ballestas y muelles de suspensión.Cuando ha pasado el obstáculo, el bastidor tira del vástago, sube el pistón y el líquido se ve forzado a recorrer el mismo camino, pero a la inversa, dificultado por la acción de las válvulas, con lo que se frena la acción rebote. La acción de este amortiguador es en ambos sentidos, por lo que se le denomina “de doble efecto”.

Su colocación no es vertical, sino algo inclinados, más separados los extremos inferiores que los superiores, para dar más estabilidad al vehículo.

3- Barra estabilizadora: Al tomar las curvas con rapidez el coche se inclina, hacia el lado exterior, obligado por la fuerza centrífuga. Para contener esa tendencia a inclinarse se emplean los estabilizadores, que están formados por una barra de acero doblada abiertamente. Por el centro, se une al bastidor mediante unos puntos de apoyo sobre los que puede girar; por sus extremos se une a cada uno de los brazos inferiores de los trapecios. La elasticidad del material trata de mantener los tres lados en el mismo plano. Al tomar una curva, uno de los lados recibe más peso que el otro y trata de aproximarse a la rueda; la barra se torsiona por este peso y ese mismo esfuerzo se transmite al otro brazo, tratando de mantener ambos lados de la carrocería a la misma distancia de las ruedas, con lo que se disminuye la inclinación al tomar las curvas.

Otros elementos:

1- Bandejas: su finalidad es controlar los movimientos longitudinales de las ruedas, por efecto de las salidas y frenadas fuertes, además permitir libremente los movimientos verticales de las ruedas, por las irregularidades que presenta el camino.

2- Topes de gomas: tiene como finalidad evitar los golpes directos de metal con metal, cuando las oscilación pasan de los rangos normales.

3- Rótulas: tiene por finalidad permitir libremente los movimientos verticales de las ruedas, como también los movimientos angulares de la dirección.

4- Tensor o barra tensora: su finalidad es la de controlar los movimientos longitudinales, cuando en lugar de bandeja traen brazo de suspensión.

5- Candados: tienen por finalidad permitir la libre extensión de las hojas aceradas del paquete de resortes, como tambien su curvatura.

Tipos de Sistemas de Suspensión

Todos los sistemas que se describen a continuación constan de elementos elásticos (ballestas, muelles helicoidales, barras de torsión o fuelles neumáticos), amortiguadores y barras estabilizadoras. Los diferentes tipos de suspensión pueden ser: con eje rígido (delantero, trasero), independiente (delantero, trasero) o especiales.

Diferencias entre suspensión con eje rígido y la independiente.

La solución moderna en la suspensión independiente en los vehículos ha alcanzado casi a la totalidad de los turismos, y en los camiones existen muchos casos de adopción en sus ejes delanteros. Aunque al sistema se le han dado innumerables soluciones, todas buscan las grandes ventajas que reporta y que por su importancia destacan, la de disminuir los efectos de los pesos no suspendidos, a los cuales no se puede amortiguar su movimiento por ballestas, que los golpes y oscilaciones que recibe una rueda no se comunican a su pareja 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 una marcha más confortable del vehículo, más segura su dirección y por lo tanto más garantía en altas velocidades.
En el sistema de eje rígido se inclina la carrocería cuando encuentra un resalte y en el independiente el bastidor permanece horizontal y las ruedas verticales, por lo que necesitan el complemento de potentes amortiguadores y unos protectores o topes de caucho que limiten las oscilaciones.

Suspension con eje rígido delantero

-Suspensión con Ballestas

En la actualidad se emplean en camiones. Se caracterizan por unos movimientos amplios y progresivos. La interacción de los amortiguadores de doble efecto, el estabilizador y los muelles de goma huecos proporcionan un excelente confort, tanto en el vehículo cargado como vacío. Las gemelas del extremo posterior eliminan los tirones característicos de las suspensiones convencionales. Los muelles de goma huecos contribuyen a ello cuando se transportan grandes cargas por malos caminos, e impiden también las torsiones del eje delantero en las frenadas fuertes. Se utilizan en vehículos pesados ballestas parabólicas con un número reducido de hojas, ya que soportan mayores pesos.

-Suspensión con Fuelles

En la suspensión en camiones se utilizan fuelles de nylon, reforzados con goma. Son muy resistentes al aceite, productos químicos y desgaste mecánico.
Los fuelles se montan entre un collar que hay en el bastidor y un pistón metálico , que permanece en su sitio obligado por un perno de guía . En los movimientos de la suspensión el fuelle cede, comprimiéndose el aire que hay dentro, proporcionando una contrapresión que aumenta en forma continua, lo que hace que los movimientos de la suspensión sean suaves y regulares. En los fuelles hay un muelle de goma que impide que se rebasen los movimientos, permitiendo seguir manejando el vehículo, un corto trecho, en casos de que se pinchara un fuelle. Estos pueden cambiarse rápida y sencillamente por el conductor o en el taller, sin necesidad de herramientas especiales.

Suspensión con eje rigido trasero

-Suspensión con Ballestas

La suspensión posterior tiene dos ballestas a cada lado. Se caracteriza por su progresividad, debido a que la longitud activa disminuye al aumentar la carga, lo que hace que la ballesta se vuelva más dura. Estas ballestas son fáciles de reforzar y reparar. El eje trasero es guiado por patines en el lado del bastidor y por un eslabón sujeto en el anclaje delantero.

-Suspension con fuelles (Sistema Volvo)

Tiene un eje propulsor con ruedas gemelas y eje portador de ruedas sencillas , así como elevador . Una válvula sensible a la carga regula automáticamente la altura libre sobre el suelo. El eje propulsor está totalmente suspendido mediante cuatro fuelles de aire y el eje portador (alzable) con dos . Además lleva amortiguadores y barras estabilizadoras .

Suspensión independiente delantera

-Sistema por ballestas delanteras
La suspensión independiente con ballesta transversal , es quizás de las más antiguas, existiendo múltiples aplicaciones. La ballesta es fijada, a la carrocería, en su punto medio y sus extremos forman pareja con los brazos triangulares , para soporte de los pivotes-manguetas, portadores de las ruedas.Entre el pivote y el punto fijo , en el bastidor, se acopla un amortiguador hidráulico telescópico.

-Sistema por trapecio articulado delantero y muelles helicoidales
La muestra una suspensión típica de trapecio articulado. El brazo mangueta va unido a dos trapecios formados por unos brazos, que se articulan al bastidor. En el brazo inferior se apoya el muelle y se le une el amortiguador .El otro extremo del muelle y amortiguador se apoyan y unen, respectivamente, al propio bastidor . El peso y las irregularidades hacen oscilar a los brazos, comprimiendo el muelle y siendo absorbidas las oscilaciones por el mismo amortiguador.

-Suspensión delantera por barra de torsión.

En este sistema, para la suspensión del eje delantero, se montan las barras en sentido longitudinal y paralelas.

Suspensión independiente trasera

-Suspensión trasera por ballesta

En la actualidad se emplea poco en turismos. Se monta uniendo la ballesta al bastidor, en su parte central con bridas , y los extremos por medio de gemelas al eje trasero.

-Suspensión trasera por trapecio articulado y muelles helicoidales

En los vehículos de tracción delantera suelen utilizarse, como norma general, para las ruedas traseras sistemas a base de trapecios articulados y muelles helicoidales. Se diferencian del sistema articulado delantero en que, como estas ruedas tienen que moverse siempre en la misma dirección, uno de los brazos tiene la base más ancha cerca de la rueda, para mantener el paralelismo en las mismas, estando sujeto a la carrocería con tirantes para absorber los esfuerzos de frenado y aceleración.

-Suspensión trasera tipo Mac Pherson

Este tipo de suspensión , lleva un brazo único , tirante de sujeción y el soporte telescópico en cada rueda trasera acoplado a la parte superior el eje de la rueda.En el interior de este tubo se acopla el amortiguador, y el muelle se asienta sobre dos cazoletas, una solidaria al tubo y la otra apoyada en la carrocería. Se trata de una unión elástica, como puede verse en la figura.Este sistema resulta mecánicamente muy sencillo y, al ser ligeras sus partes móviles, contribuye a que las ruedas superen las irregularidades del terreno sin mucha variación en el ángulo que forman con el mismo.Con este montaje la carrocería tiene que ser más resistente en los puntos donde se fijan los soportes telescópicos, con objeto de absorber los esfuerzos transmitidos por la suspensión.

-Suspensión trasera con brazos arrastrados

Los brazos arrastrados están montados sobre pivotes que forman ángulo recto con el eje longitudinal del vehículo y unen las ruedas firmemente en posición, al tiempo que les permite un movimiento de subida y bajada.El conjunto del diferencial se apoya en el bastidor del vehículo en la carrocería.

Sistemas especiales de suspensión

Sistemas conjugados

Si la suspensión delantera y la trasera del mismo lado se comunican, se dice que el sistema es conjugado. La principal ventaja que se obtiene al unir así la suspensión delantera y trasera, es que se consigue una gran reducción en el cabeceo del vehículo, que se mantiene más nivelado, lo que se traduce en una mayor comodidad de los ocupantes. Dos sistemas: Hydrolastic, de funcionamiento hidraúlico; y el sistema de unión por muelles, con mandos mecánicos.

-Sistema Hydrolastic
Cada una de las ruedas posee una unidad de suspensión que desempeña las funciones de muelle y amortiguador, se fijan al bastidor y están unidas por medio de las tuberías , los elementos de suspensión del mismo lado. En su interior , y en uno de los extremos, lleva una masa cónica de caucho que desempeña los efectos de muelle. El otro extremo se cierra mediante los diafragmas , en el que apoya un pistón conectado a los brazos de las unidades de suspensión. La cámara que media está dividida por una campana metálica con una válvula bidireccional doble de goma . Cuando la rueda delantera sube para salvar un obstáculo, el diafragma se desplaza hacia adentro, impulsando el líquido a través de los orificios del tabique metálico y de la válvula bidireccional, cuya resistencia constituye el efecto amortiguador. El movimiento del diafragma reduce el volumen de la cámara y aumenta la presión, desplazando parte del líquido por la tubería de conexión. Esto hace que el diafragma del otro elemento sea empujado hacia afuera con lo que sube la suspensión.

-Sistema de unión por muelles

Consiste en unir los brazos delantero y trasero , de cada lado del vehículo, por un cilindro, en cuyo interior hay un muelle . En cada una de las ruedas hay un amortiguador de inercia.

Sistema de suspensión hidroneumática

En esta suspensión se combinan, perfectamente, la gran flexibilidad y la corrección automática de la altura que mantiene constante la distancia al suelo. Permite reducir las reacciones transmitidas por las ruedas a la carrocería (confort), mantener constantes las fuerzas de contacto de las ruedas con el suelo, y amortiguar, de forma inmediata, la tendencia al salto de las ruedas (estabilidad en carretera). El sistema de suspensión hidroneumática que equipa los modelos de la gama Citröen está constituido por dos fluidos: líquido y gas.El muelle mecánico clásico es sustituido por una masa de gas (nitrógeno), encerrado en una esfera de acero.La carrocería reposa sobre 4 bloques neumáticos, cuya función entra en acción al realizarse los desplazamientos de las cuatro ruedas independientes. El líquido es el elemento que asegura la unión entre la masa gaseosa y los elementos móviles de los ejes: los brazos de suspensión. El líquido permite también compensar automáticamente, mediante variaciones de su volumen, los cambios de altura del vehículo (por ejemplo, los que resultarían al cargar el vehículo).Un mando mecánico manual permite hacer variar la altura del vehículo, para facilitar el franqueo de obstáculos o el cambio de una rueda.

Suspensión neumática

El estudio de este sistema se realizó anteriormente al desarrollar independientemente, la suspensión delantera y trasera neumática. Entre las grandes ventajas de la suspensión neumática hay que incluir la constancia de sus características, que proporcionan una marcha suave independientemente de si el vehículo va cargado o vacío. Ello reduce los daños de transporte, confiere mayor longevidad al chasis y un mejor confort para el conductor.