domingo, 27 de mayo de 2012

Suspension Automotriz


Historia de la suspensión

Una preocupación de los fabricantes de carruajes fue tratar de hacer más cómodos los vehículos. Los caminos empedrados eran seguramente una tortura para los ocupantes de los antiguos carros de tracción animal, pues cada hoyo o piedra que las ruedas pasaran se registraba exactamente ahí, donde se sentaban, en la misma magnitud.

Se hicieron varios intentos para reducir esos impactos, acolchando los asientos o poniendo unos resortes en el pescante del cochero, (para empezar no estuvo mal) pero el problema aún no se resolvía hasta que alguien tuvo la idea de colgar la cabina del carruaje, con unas correas de cuero, desde unos soportes de metal más o menos acerado que venían de los ejes,  de modo que aquella quedaba suspendida por cuatro soportes y cuatro correas.

El resultado fue que aunque los golpes del rodaje eran parcialmente absorbidos por tal sistema, resultó ser una verdadera coctelera pues se mecía y bamboleaba sin control, añadiendo al relativo confort las delicias del mareo. Sin embargo, en estricto sentido, podemos decir que ahí nació el concepto de suspensión: un medio elástico que además de sostener la carrocería asimile las irregularidades del camino.

En la medida en que las suspensiones evolucionaron y fueron haciéndose más eficientes, las ruedas disminuyeron su tamaño. Esto se entiende porque las ruedas de gran diámetro reducían el efecto de las irregularidades del camino; las ruedas pequeñas las registraban más debido a que entraban en los hoyos en mayor proporción.

Con el desarrollo del motor de combustión interna aplicado a los vehículos, las ruedas también evolucionaron, de la rueda de rayos (radios) pasaron al de metal estampado y al 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.

Una suspensión actual de tipo convencional cuenta básicamente con dos elementos: un resorte (o muelle helicoidal) y un amortiguador. El resorte tiene como función principal absorber las irregularidades del camino para que no se transmitan a la carrocería. El amortiguador a su vez, tiene la función de controlar las oscilaciones de la carrocería. Con esta combinación de elementos se logra una marcha cómoda, segura y estable, acorde con los requerimientos de los automóviles y los caminos actuales.
 
El sistema de suspensión

La suspensión en un automóvil, 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.

En la actualidad las suspensiones que se emplean en los automóviles de turismo son muy variadas, si bien todas están basadas en unos pocos sistemas diferenciados.

En primer lugar se diferencian las suspensiones en las que ambas ruedas de un eje están unidas por medios elásticos, de tal manera que el movimiento de una se transmite a la otra, de las suspensiones en las que, por el contrario, ambas ruedas cuentan con elementos de suspensión que no están unidos dinámicamente. Estas últimas se denominan "independientes".

La suspensión tiene como misión que las irregularidades del terreno no llegue a la carrocería del vehículo o lo hagan lo más disminuidas posible. Para ello, entre las ruedas y el bastidor, se coloca un medio elástico de unión, medio elástico que se deformará con el peso del vehículo y con la inercia del mismo al elevarse o bajarse como consecuencia de las irregularidades del pavimento…

En efecto, si las ruedas suben o bajan, como consecuencia de las irregularidades del terreno, el medio elástico debe absorber estas irregularidades para que el ascenso o descenso de la carrocería sea el menor posible. Además se evitan las brusquedades por la acción de los amortiguadores.
 
Denominamos suspensión al conjunto de elementos elásticos que se interponen entre los órganos suspendidos y no suspendidos. Existen otros elementos con misión amortiguadora, como son 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.

 
Tipos de suspensión
EJE 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.

 EJE TRASERO

Suspensión trasera independiente multibrazo
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 ele 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 McPherson. 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 McPherson tiene el inconveniente de que no mantiene exactamente la geometría en todo el momento porque describe un movimiento ligeramente circular. Que también sirven para amortiguar golpes independientes.

SUSPENSIÓN DELANTERA CON BALLESTA

Las ballestas delanteras con eje rígido 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 DELANTERA NEUMÁTICA CON FUELLES
Es la suspensión neumática empleada 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 (eje delantero) 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 TRASERA 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 TRASERA NEUMÁTICA CON FUELLES
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 DELANTERA POR BARRA DE TORSIÓN
En este sistema, para la suspensión del eje delantero, se montan las barras en sentido longitudinal y paralelas.

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.

Sistemas especiales de suspensión
 
Como sistemas especiales, se van a considerar los siguientes:
 
 Sistema conjugado: Hidrolastic y mecánico con muelles.
Sistema hidroneumático.
Sistema neumático.

SISTEMA CONJUGADO
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 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 Citroën está constituido por dos fluidos: líquido y gas.
 
El muelle mecánico clásico (helicoidal, de láminas o barras de torsión) es aquí sustituido por una masa de gas (nitrógeno), encerrado en una esfera de acero.

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.

El sistema de suspensión neumática hace que los vehículos sean más flexibles. Gracias a la regulación manual del nivel, con gran altura de elevación, se adaptan a todos los sistemas de manipulación de carga existentes actualmente en el mercado. Este sistema confiere también al vehículo unas excelentes cualidades y estabilidad de marcha extraordinarias.

 Componentes de la suspensión

Los elementos fundamentales en toda suspensión son:
- Muelles.
- Amortiguadores.
- Barras estabilizadoras.

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 que tener buenas propiedades elásticas y absorber 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 debe de reducir por medio de los amortiguadores.
Los muelles pueden ser:
 Ballestas.
 Muelles helicoidales.
Barra de torsión.

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.

BARRAS ESTABILIZADORAS
La resistencia que opone a la torsión una barra de acero, constituye un medio elástico, empleado también como elemento de suspensión. Las barras de torsión son muy empleadas, en la actualidad, 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.

Demás componentes de la suspensión

EL NEUMÁTICO
El sistema de suspensión en el automóvil comienza en el contacto del neumático con el camino. La propia elasticidad del caucho relleno de aire proporciona un enlace muy elástico  capaz de moverse por un camino sin apenas transmitir las oscilaciones de pequeña magnitud al resto del vehículo. La presión de inflado repercute mucho en la capacidad del neumático de evitar la transmisión de ondulaciones al vehículo. Una presión excesiva endurece el neumático y esta rigidez dificulta la absorción y se empeora la suspensión.
 
La propia naturaleza del neumático es muy importante, así tenemos que los de cuerdas radiales son más elásticos que los de cuerdas diagonales, y por tanto mejores en la suavidad de la suspensión.

EL MECANISMO DE SOPORTE  
Siempre, el elemento que soporta las ruedas se conecta a la carrocería a través de un mecanismo muy elástico que permite el movimiento relativo de las ruedas y la carrocería, tal y como se representa esquemáticamente en el sistema de suspensión elemental tratado arriba como un resorte. Este mecanismo en la práctica tiene dos diseños básicos.
  1. Eje de carga transversal con una rueda en cada extremo, unido a la carrocería a través de un elemento elástico de soporte de carga.
  2. Mecanismo trapezoidal independiente por cada rueda, unido a la carrocería a través de un elemento elástico de soporte de carga. (conocido como suspensión independiente).
Este elemento elástico puede tener diferente naturaleza como veremos mas abajo, no obstante de ahora en adelante se le llamarán muelles.
 
En la descripción del sistema elemental de suspensión descrito mas arriba se ha anotado la importancia de que el elemento de apoyo sea sustancialmente mas ligero que el elemento suspendido, mientras mas grande sea la masa suspendida en relación a la masa de apoyo, mejor serán  absorbidas las irregularidades del terreno.

Por eso los fabricantes de automóviles tratan de aligerar lo mas posible las partes del automóvil que corresponden al mecanismo de suspensión es decir las que están por debajo de los muelles. Estos elementos serían los propios neumáticos, los mecanismos de montaje de las ruedas, los frenos y los ejes o mecanismos de carga.

ROTULA DE SUSPENSIÓN
La rótula de suspensión es una junta esférica que permite el movimiento vertical y de rotación de las ruedas directrices de la suspensión delantera. La rótula de suspensión compuesta básicamente por casquillos de fricción y de perno encerrados en una carcasa.

ROTULA DE BARRA DE ACOPLAMIENTO
El brazo rótula de control con muelle de suspensión se denomina articulación de bola de transporte de peso.
 
Cuando la unión de la dirección se conecta a la dirección por encima del brazo de control se denomina articulación de bola de tensión. Se encuentra en tensión porque el peso del automóvil trata de empujar la rótula desde el nudillo.
 
Cuando el brazo de control está arriba del nudillo de la dirección, empuja la rótula hacia la unión. Lo cual comprime la coyuntura de bola y por ello se le denomina articulación de bola de compresión.

BIELETAS
Las bieletas se encargan de desmultiplicar la acción de la suspensión trasera y delantera. Mejora el funcionamiento de la suspensión trasera y delantera con las bieletas de suspensión, varia la progresividad de la suspensión trasera y delantera, más suave al principio y más duro al final, el complemento ideal para el amortiguador.

BRAZO DE CONTROL
El brazo de control es un acoplamiento que conecta la articulación de la dirección, la punta del eje de la rueda con el chasis o la carrocería durante el movimiento hacia arriba y hacia abajo. Están construidas en acero estampado, forjado o de aluminio forjado. Los brazos de control lateralmente angostos requieren de una varilla de refuerzo para mantener el control de la rueda hacia delante o hacia atrás. Además, los brazos de control oscilan en ambos extremos, permitiendo movimientos hacia arriba y hacia abajo y los extremos exteriores permiten acción oscilatoria para la conducción.

BRAZO AUXILIAR
Un brazo auxiliar es el eslabón que ayuda al brazo pitman a un balance adecuado en el sistema de dirección permitiendo así los cambios de posición de las ruedas. Esto ocasiona que los bujes de hule no se dañen en un vehículo con gran kilometraje. El más mínimo juego en el brazo auxiliar puede provocar un cambio drástico en la convergencia, un desgaste prematuro en las llantas y una conducción errática.

BRAZO DE BIELA
Consiste en una barra rígida diseñada para establecer uniones articuladas en sus extremos. Permite la unión de dos operadores transformando el movimiento rotativo de uno (manivela, excéntrica, cigüeñal...) en el lineal alternativo del otro (émbolo...), o viceversa.

Herramientas de diagnostico

SET UNIVERSAL
 Set universal de 13 piezas para oprimir cilindros de calipers. Para usarse en el ensamble de los discos traseros o delanteros se puede usar montada o no en el vehículo. Incluye 11 adaptadores para BMW, VW, GM, Audi, Ford, Honda, Subaru, Mazda, Nissan, Mitsubishi, Toyota, Rover, Opel y Renault.

SET PARA OPRIMIR CILINDROS DE CALIPERS
 Set de 3 piezas para oprimir cilindros de calipers. Para usarse en el ensamble de los discos traseros o delanteros se puede usar montada o no en el vehículo. Para algunos modelos de Audi, VW, Rover, Subaru, Toyota, Peugeot y Ford.

 EXTRACTOR DE ROTULAS
 Extractor de rótulas. Para desmontar las rótulas de la dirección y de la suspensión.
  
EXRACTORES
 Juego de 5 piezas de extractores hechos en cromo-molibdeno y con tratamiento para su mayor duración.

 EXRACTOR DE BRAZO PITMAN
Extractor de brazo pitman, muy útil debido a que es ajustable en sus brazos, de esta manera nos facilita el trabajo de cambio de gomas o rótula de dirección. Capacidad de 3/4 tonelada en vehículos y camionetas livianas. Diseñado para efectuar muchos otros tipos de extracción.

JUEGO DE EXTRACTORES
Kit de extractores para suspensión delantera para brazo pitman, barras de acoplamiento, juntas de rótula y extractor de horquilla. Incluye 5 extractores y maletín organizador.

Permite extraer los brazos de la dirección. Extrae barras de acoplamiento, juntas de rótula sin dañar las cubiertas, separador universal de juntas. Incluye extractor de brazo pitman.

 EXTRACTOR VIELETERO

Éste dado extra largo, sirve para extraer los árboles (izquierdo y derecho) de la columna de la caja de la dirección en casi todos los modelos de autos, tanto Americanos como Europeos y Asiáticos ya que esta herramienta se acompaña de un juego de ocho llaves especiales en las siguientes medidas:
1 3/16", 1 1/4", 1 5/16", 1 7/16", 1 1/2", 14mm, 17mm y 33.6mm

Además de un adaptador especial para vieletas redondas (sin planos), que se ajusta con una llave Allen corta por la limitación de espacio, éste dado extractor se acciona con una matraca de 1/2" no incluida.

SEPARADOR DE ROTULAS
Kit de 5 separadores. Incluye 5 principales separadores de rotulas y terminales en su empaque. Usados para remover rotulas y terminales. También para dar servicio general a muchos de los autos y camionetas ligeras.

No. 6531 medida 11” x 1-1/8”
No. 6532 medida 11-3/4” x 1-5/8”
No. 6533 medida 11-5/8” x 1-7/16”
No. 6534 medida 16” x 11/16”
No. 6535 medida 16” x 15/16”

DADO PARA LA BASE DEL SOPORTE DEL AMORTIGUADOR
 Éste dado largo de 1-3/4” esta hecho especialmente para retirar la tuerca de la base del amortiguador. El dado tiene dos puntos de apoyo para poder girar la tuerca y realizar el trabajo. Se utiliza una llave de 7/8”(22mm).

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