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 función 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 elemento 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 corvaduras 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 torsió N:
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 .
TIPOS DE AMORTIGUADORES
DE CONTENIDO DE ACEITE Este
tipo es usado en suspensiones de vehículos y motos.
CARGADO DE GAS Estos
tiene un pistón extra en el fondo del cilindro del amortiguador con aceite
sobre la cabeza y gas a alta presión por debajo de esta.
DE TANQUE DE RESERVA La
reserva de este tipo de amortiguadores es usada con el fin de ayudar a disipar
mejor el calor.
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 flecarse 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 oscilaciones 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 también 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.
Suspensión 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 rígido 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.
Suspensión 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 hidráulico; 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.
Modelos de suspensión mecánica
Según el tipo de elementos empleados y la forma de montajes
de los mismos, existen varios sistemas de suspensión, todos ellos basados en el
mismo principio de funcionamiento. Constan de un sistema elástico,
amortiguación y barra estabilizadora independientes para cada uno de los ejes
del vehículo.
Actualmente existen distintas disposiciones de suspensión
cuyo uso depende del tipo de comportamiento que se busca en el vehículo:
mayores prestaciones, más comodidad, sencillez y economía, etc.
Principio básico
Las primeras suspensiones estaban formadas por un "eje
rígido" en cuyos extremos se montaban las ruedas. Como consecuencia de
ello, todo el movimiento que afecta a una rueda se transmite a la otra del
mismo eje. En la figura inferior podemos
ver como al elevarse una rueda, se extiende su inclinación al eje y de este a
la otra rueda. Como el eje va fijado directamente sobre el bastidor, la
inclinación se transmite a todo el vehículo.
Este montaje es muy resistente y más económico de fabricar,
pero tiene la desventaja de ser poco cómodo para los pasajeros y una menor
seguridad.
El sistema de suspensión "independiente" tiene un
montaje elástico independiente que no está unido a otras ruedas. A diferencia
del sistema rígido, el movimiento de una rueda no se transmite a la otra y la
carrocería resulta menos afectada.
Suspensiones delanteras y traseras
No todos los modelos de suspensión pueden ser montados en el
eje delantero o trasero distintamente; la mayor o menor facilidad de adaptación
a las necesidades específicas de los dos ejes ha determinado una selección, por
lo que cada tipo de suspensión se adapta mejor a uno de los dos ejes.
Clasificación de las suspensiones
Se pueden clasificar las suspensiones mecánicas en tres
grupos:
Suspensiones rígidas: en las que la suspensión de una rueda
va unida a la otra mediante un eje rígido, se transmiten las vibraciones de una
rueda a la otra.
Suspensiones semirrígidas: similares a las suspensiones
rígidas pero con menor peso no suspendido.
Suspensiones independientes: en esta disposición las ruedas
tienen una suspensión independiente para cada una de ellas. Por lo tanto no se
transmiten las oscilaciones de unas ruedas a otras.
Suspensiones rígidas
Esta suspensión tiene unidas las ruedas mediante un eje
rígido formando un conjunto. Presenta el inconveniente de que al estar unidas
ambas ruedas, las vibraciones producidas por la acción de las irregularidades
del pavimento, se transmiten de un lado al otro del eje. Además el peso de las
masas no suspendidas aumenta notablemente debido al peso del eje rígido y al
peso del grupo cónico diferencial en los vehículos de tracción trasera. En
estos últimos el grupo cónico sube y baja en las oscilaciones como un parte
integradora del eje rígido. Como principal ventaja, los ejes rígidos destacan
por su sencillez de diseño y no producen variaciones significativas en los parámetros
de la rueda como caída, avance, etc. El principal uso de esta disposición de
suspensión se realiza sobre todo en vehículos industriales, autobuses, camiones
y vehículos todo terreno.
En la figura inferior se muestra un modelo de eje rígido
actuando de eje propulsor. En estos casos el eje está constituido por una caja
que contiene el mecanismo diferencial (1) y por los tubos (3) que contienen los
palieres. El eje rígido en este caso se apoya contra el bastidor mediante
ballestas (2) que hacen de elemento elástico transmitiendo las oscilaciones.
Completan el conjunto los amortiguadores (4).
En la figura inferior
vemos una suspensión rígida trasera montada en el vehículo de la marca Lada
Niva, que sustituye las ballestas por muelles. Esta suspensión no presenta
rigidez longitudinal, de forma que el eje rígido lleva incorporada barras
longitudinales que mantienen el eje fijo en su posición, evitando que se mueva
en el eje longitudinal.
Además para estabilizar el eje y generar un único centro de
balanceo de la suspensión, se añade una barra transversal que une el eje con el
bastidor. A esta barra se le conoce con el nombre de de barra
"Panhard". Tanto las barras longitudinales como la barra Panhard
dispone de articulaciones elásticas que las unen con el eje y la carrocería.
Suspensión semirrígida
Estas suspensiones son muy parecidas a las anteriores su
diferencia principal es que las ruedas están unidas entre sí como en el eje
rígido pero transmitiendo de una forma parcial las oscilaciones que reciben de
las irregularidades del terreno. En cualquier caso aunque la suspensión no es
rígida total tampoco es independiente. La función motriz se separa de la
función de suspensión y de guiado o lo que es lo mismo el diferencial se une al
bastidor, no es soportado por la suspensión.
En la figura inferior se muestra una suspensión de este
tipo. Se trata de una suspensión con eje "De Dion". En ella las
ruedas van unidas mediante soportes articulados (1) al grupo diferencial (2),
que en la suspensión con eje De Dion es parte de la masa suspendida, es decir,
va anclado al bastidor del automóvil. Bajo este aspecto se transmite el giro a
las ruedas a través de dos semiejes (palieres) como en las suspensiones
independientes. A su vez ambas ruedas están unidas entre sí mediante una
traviesa o tubo De Dion (3) que las ancla de forma rígida permitiendo a la
suspensión deslizamientos longitudinales. Este sistema tiene la ventaja, frente
al eje rígido. De que se disminuye la masa no suspendida debido al poco peso de
la traviesa del eje De Dion y al anclaje del grupo diferencial al bastidor y
mantiene los parámetros de la rueda prácticamente constantes como los ejes
rígidos gracias al anclaje rígido de la traviesa. La suspensión posee además
elementos elásticos de tipo muelle helicoidal (4) y suele ir acompañada de
brazos longitudinales que limitan los desplazamientos longitudinales.
Otra suspensión
semirrígida "De Dion" pero que utiliza ballestas en vez de muelles
En la actualidad hay pocos coches que montan esta suspensión
debido a que su coste es elevado. Alfa Romeo es uno de los fabricantes que
monto este sistema, más en concreto en el modelo 75 (figura inferior). En la actualidad
lo montan vehículos como el Honda HR-V y el Smart City Coupe.
El "eje
torsional" es otro tipo de suspensión semirrígida (semi-independiente),
utilizada en las suspensiones traseras, en vehículos que tienen tracción
delantera (como ejemplo: Volkswagen Golf). La traviesa o tubo que une las dos
ruedas tiene forma de "U", por lo que es capaz de deformarse un
cierto Angulo cuando una de las ruedas encuentra un obstáculo, para después una
vez pasado el obstáculo volver a la posición inicial.
Las ruedas están unidas rígidamente a dos brazos
longitudinales unidos por un travesaño que los une y que se tuerce durante las
sacudidas no simétricas, dando estabilidad al vehículo. Esta configuración da
lugar, a causa de la torsión del puente, a una recuperación parcial del ángulo
de caída de alto efecto de estabilización, características que junto al bajo
peso, al bajo coste y al poco espacio que ocupan, ideal para instalarla junto
con otros componentes debajo del piso (depósito de combustible, escape, etc.).
Esta configuración ha convertido a este tipo de suspensiones en una de las más
empleadas en vehículos de gama media-baja.
Suspensión
independiente
Actualmente la suspensión independiente a las cuatro ruedas
se va utilizando cada vez más debido a que es la más óptima desde el punto de
vista de confort y estabilidad al reducir de forma independiente las
oscilaciones generadas por el pavimento sin transmitirlas de una rueda a otra
del mismo eje. La principal ventaja añadida de la suspensión independiente es
que posee menor peso no suspendido que otros tipos de suspensión por lo que las
acciones transmitidas al chasis son de menor magnitud. El diseño de este tipo de suspensión deberá
garantizar que las variaciones de caída de rueda y ancho de ruedas en las
ruedas directrices deberán ser pequeñas para conseguir una dirección segura del
vehículo. Por contra para cargas elevadas esta suspensión puede presentar
problemas. Actualmente éste tipo de suspensión es el único que se utiliza para
las ruedas directrices.
El número de modelos de suspensión independiente es muy
amplio y además posee numerosas variantes. Los principales tipos de suspensión
de tipo independiente son:
Suspensión de eje oscilante.
Suspensión de brazos tirados.
Suspensión McPherson.
Suspensión de paralelogramo deformable.
Suspensión multibrazo (multilink)
Suspensión de eje oscilante
La 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)
Una variante de este
sistema es el realizado mediante un eje oscilante pero de una sola articulación
mostrada en la figura inferior. Esta suspensión es utilizada por Mercedes Benz
en sus modelos 220 y 300. La ventaja que presenta es que el pivote de giro (1)
está a menor altura que en el eje oscilante de dos articulaciones. El
mecanismos diferencial (2) oscila con uno de los palieres (3) mientras que el
otro (4) se mueve a través de una articulación (6) que permite a su vez un
desplazamiento de tipo axial en el árbol de transmisión. El sistema también
cuenta con dos conjuntos muelle-amortiguador (7).
Suspensión de brazos
tirados o arrastrados
Este tipo de suspensión independiente 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.
Este sistema de suspensión ha dado un gran número de
variantes cuyas diferencias estriban fundamentalmente en cuál es el eje de giro
del brazo tirado en el anclaje al bastidor y cuál es el elemento elástico que
utiliza.
En la figura inferior se muestra como los brazos tirados
pueden pivotar de distintas formas: en la figura de la derecha los brazos
longitudinales pivotan sobre un eje de giro perpendicular al plano longitudinal
del vehículo. Este tipo de suspensión apenas produce variaciones de vía, caída
o avance de la rueda. En la figura de la izquierda pivotan los brazos sobre
ejes que tienen componentes longitudinales, es decir sobre ejes oblicuos al
plano longitudinal del vehículo. A esta última variante también se la conoce
como "brazos semi-arrastrados" y tiene la ventaja de que no precisa
estabilizadores longitudinales debido a la componente longitudinal que tiene el
propio brazo o soporte. Aquí las variaciones de caída y de vía dependen de la
posición e inclinación de los brazos longitudinales por lo tanto, permite que
se varié durante la marcha la caída y el avance de las ruedas con lo que se
mejora la estabilidad del vehículo. En cuanto al tipo de elementos elásticos
que se utilizan en estas suspensiones, se encuentran las barras de torsión y
los muelles.
Sistemas de suspensión de brazos tirados con barras de
torsión. Las barras se montan de manera transversal a la carrocería. Como
mínimo se utilizan dos, pudiendo llegar incluso a montar cuatro en vehículos
cuyo tarado deba ser mayor. Por ejemplo, existen modelos que montan dos barras
de torsión en el puente trasero, mientras que un modelo similar pero con mayor
motorización, monta cuatro barras unidas por una gemela.
Suspensión McPherson
Esta suspensión fue desarrollada por Earle S. McPherson,
ingeniero de Ford del cual recibe su nombre. 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, el costo de
producción y el poco espacio que ocupa.
Con esta suspensión es imprescindible que la carrocería sea
más resistente en los puntos donde se fijan los amortiguadores y muelles, con
objeto de absorber los esfuerzos transmitidos por la suspensión.
La figura inferior muestra un modelo detallado de una
suspensión McPherson con brazo inferior y barra estabilizadora.
La mangueta (1) de la rueda va unida al cubo (2) permitiendo
el giro de éste mediante un rodamiento (3). A su vez la mangueta va unida al
bastidor a través de dos elementos característicos de toda suspensión
McPherson:
El brazo inferior (4) que va unido a la mangueta (1)
mediante una unión elástica (A) (rótula) y unido al bastidor mediante un
casquillo (B).
El conjunto muelle helicoidal-amortiguador. El amortiguador
(5) va anclado de forma fija a la parte superior de la mangueta (1) y el muelle
(6) es concéntrico al amortiguador y está sujeto mediante dos copelas superior
(C) e inferior (D). El amortiguador está unido al bastidor por su parte
superior mediante un cojinete de agujas (7) y una placa de fijación (8). En las
ruedas delanteras se hace necesaria la existencia de este cojinete axial ya que
el amortiguador al ser solidario a la mangueta gira con ésta al actuar la
dirección.
La suspensión tipo
McPherson forma un mecanismo de tipo triángulo articulado formado por el brazo
inferior (4), el conjunto muelle-amortiguador y el propio chasis. El lado del
triángulo que corresponde al muelle-amortiguador es de compresión libre por lo
que sólo tiene un único grado de libertad: la tracción o compresión de los
elementos elásticos y amortiguador. Al transmitirse a través del
muelle-amortiguador todos los esfuerzos al chasis es necesario un dimensionado
más rígido de la carrocería en la zona de apoyo de la placa de fijación (8).
Como elementos complementarios a esta suspensión se
encuentra la barra estabilizadora (9) unida al brazo inferior (4) mediante una
bieleta (10) y al bastidor mediante un casquillo (E), y en este caso un tirante
de avance (11).
"Falsa" McPherson
Actualmente existen múltiples variantes en cuanto a la
sustitución del tirante inferior (4) que pueden ser realizada por un triángulo
inferior, doble bieleta transversal con tirante longitudinal, etc. A estos
últimos sistemas también se les ha denominado "falsa" McPherson,
aunque en cualquier caso todos ellos utilizan el amortiguador como elemento de
guía y mantienen la estructura de triángulo articulado.
La suspensión clásica McPherson dispone de la barra
estabilizadora como tirante longitudinal, mientras que las denominadas
"falsa" McPherson ya absorben los esfuerzos longitudinales con la propia
disposición del anclaje del elemento que sustituye al brazo inferior.
En la figura inferior se muestra un esquema McPherson donde
se ha sustituido el brazo inferior por un triángulo (1) que va unido a la
mangueta (2) mediante una rótula (A) y a la cuna del motor (3) mediante dos
casquillos (C) y (D). El resto de los componentes es similar al de una
McPherson convencional.
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
En la figura inferior se muestra una suspensión convencional
de paralelogramo deformable. El paralelogramo está formado por un brazo
superior (2) y otro inferior (1) que están unidos al chasis a través de unos
pivotes, cerrando el paralelogramo a un lado el propio chasis y al otro la
propia mangueta (7) de la rueda. La mangueta está articulada con los brazos
mediante rótulas esféricas (4) que permiten la orientación de la rueda. Los
elementos elásticos y amortiguador coaxiales (5) son de tipo resorte helicoidal
e hidráulico telescópico respectivamente y están unidos por su parte inferior
al brazo inferior y por su parte superior al bastidor. Completan el sistema
unos topes (6) que evitan que el brazo inferior suba lo suficiente como para
sobrepasar el límite elástico del muelle y un estabilizador lateral (8) que va
anclado al brazo inferior (1).
Con distintas
longitudes de los brazos (1) y (2) se pueden conseguir distintas geometrías de
suspensión de forma que puede variar la estabilidad y la dirección según sea el
diseño de estos tipos de suspensión.
La evolución de estos
sistemas de suspensión de paralelogramo deformable ha llegado hasta las
actuales suspensiones llamadas multibrazo o multilink.
Suspensiones
Multibrazo o Multilink
Las suspensiones multibrazo se basan en el mismo concepto
básico que sus precursoras las suspensiones de paralelogramo deformable, es
decir, el paralelogramo está formado por dos brazos transversales, la mangueta
de la rueda y el propio bastidor. La diferencia fundamental que aportan estas
nuevas suspensiones es que los elementos guía de la suspensión multibrazo
pueden tener anclajes elásticos mediante manguitos de goma. Gracias a esta
variante las multibrazo permiten modificar tanto los parámetros fundamentales
de la rueda, como la caída o la convergencia, de la forma más apropiada de cara
a la estabilidad en las distintas situaciones de uso del automóvil. Esto
significa que las dinámicas longitudinal y transversal pueden configurarse de
forma precisa y prácticamente independiente entre sí, y que puede alcanzarse un
grado máximo de estabilidad direccional y confort
A principios de los noventa se comenzó a instalar estos
sistemas multibrazo en automóviles de serie ya dando buenos resultados aunque
había reticencias para los ejes no motores. En la actualidad las grandes
berlinas adoptan este sistema en uno de los trenes o en ambos. Para que una
suspensión se considere multibrazo debe estar formada al menos por tres brazos.
Las suspensiones multibrazo se pueden clasificar en dos
grupos fundamentales:
Suspensiones multibrazo con elementos de guía transversales
u oblicuos con funcionamiento similar al de las suspensiones de paralelogramo
deformable.
Suspensiones multibrazo que además disponen de brazos de
guía longitudinal con un funcionamiento que recuerda a los sistemas de
suspensión de ruedas tiradas por brazos longitudinales.
En la figura inferior se muestra en la parte izquierda un
sistema multibrazo delantero y en la derecha uno trasero del tipo paralelogramo
deformable con tres brazos. La suspensión delantera consta de un brazo superior
(1) que va unido a una mangueta (2) larga y curvada mediante un buje de
articulación (A) y un brazo inferior transversal (3) que va unido a la mangueta
por una rótula doble (B) y al bastidor por un casquillo (C) que aísla de las
vibraciones. Cierra el paralelogramo deformable el propio bastidor como en
cualquier suspensión de este tipo.
Esta suspensión dispone además de un tercer brazo (4) que
hace de tirante longitudinal y que está unido al bastidor y mangueta de la
misma forma que el brazo inferior transversal (3). La gran altura de la
prolongación de la mangueta consigue una disminución de los cambios de
convergencia de la rueda y un ángulo de avance negativo.
La suspensión trasera
(figura inferior) consta de un brazo superior (1) con forma de triángulo como
la delantera, pero dispone de dos brazos transversales, superior (2) e inferior
(3) y un tirante longitudinal inferior (4). Las articulaciones son similares al
modelo de suspensión delantera.
Ambos sistemas poseen como elementos elásticos muelles
helicoidales y amortiguadores telescópicos (5) y también barra estabilizadora.
Observar que en la disposición delantera el amortiguador va anclado a la barra
inferior transversal (3) mediante una horquilla.
