AVISO! Esta web utiliza cookies de terceros para mostrarte publicidad relacionada. Al continuar navegando, se considera que aceptas su uso.
Puedes encontrar más información, y cambiar tus preferencias, en la política de cookies.

— Tutorial Nº 73 —

Sistema de Suspensión
en los Vehículos

1- Introducción

1.1- Generalidades

1.2- Funcionalidad del sistema de suspensión en los vehículos

2- Componentes elásticos de la suspensión

2.1- Ballestas

2.2- Muelles

2.3- Barras estabilizadoras

2.4- Barras de torsión

3- Componentes amortiguadores de la suspensión

3.1- Tipos de amortiguadores

3.2- Amortiguador hidráulico convencional

3.3- Amortiguador hidráulico presurizado

4- Otros elementos de la suspensión

4.1- Elementos aislantes o "Silentblocks"

4.2- Rótulas

4.3- Mangueta y buje

4.4- Brazos de suspensión

4.5- Tirantes de suspensión

5- Verificación y control del sistema de suspensión

ANEXOS:

››  Suspensiones Vehiculares. Tipos y descripción de las suspensiones en los vehículos automóviles  
AUTOR: Rubén Oliva Domínguez  Universidad Carlos III - Madrid

››  Diseño de una suspensión hidráulica para un vehículo todo terreno  
AUTOR: Francisco Javier García Pablo  Escuela Técnica Superior de Ingeniería - Universidad de Sevilla


DESARROLLO DEL CONTENIDO


1- Introducción

1.1- Generalidades

El sistema de suspensión de un vehículo es el conjunto de componentes mecánicos que unen la parte suspendida del vehículo con la superficie rodante, con el objetivo primordial de mantener siempre el contacto de la rueda con el terreno, de manera que se consiga, por una parte, un mayor control y seguridad del vehículo dado que toda suspensión va a contribuir a mejorar la estabilidad del vehículo, mejorando la adherencia y la respuesta de la dirección, y por otra, que también sirva para absorber las irregularidades del terreno de manera que proporcione una mayor comodidad a los ocupantes del vehículo.

Sistema de suspensión de un vehículo

En todo vehículo se pueden distinguir dos grandes grupos en los elementos que lo componen:

La Masa Suspendida: que es la parte de la masa del vehículo que es soportada por el sistema de suspensión. Estaría constituida por el chasis, grupo motor, carrocería, etc., además de la carga y ocupantes del vehículo.

La Masa No Suspendida: que es la formada por el sistema de suspensión y los elementos que conectan dicho sistema con el terreno. Son las ruedas, frenos del vehículo (si están incluidos fuera del chasis), elementos de transmisión, ejes, etc.

Todo sistema de suspensión en los vehículos automóviles debe tener dos cualidades fundamentales: la elasticidad, para evitar golpes secos en el chasis debidos a las irregularidades del terreno; y la amortiguación, que impida un excesivo balanceo de los elementos de la suspensión que se transmita al resto del vehículo.

Por ello, los componentes en todo sistema de suspensión se pueden clasificar en dos grandes grupos atendiendo a la función que realicen:

-  Componentes elásticos o flexibles de la suspensión: entre estos componentes están las ballestas, barras de torsión, muelles, etc. Garantizan la unión entre los órganos de rodadura y el resto del vehículo, aportando una fuerza recuperadora cuando se produce alguna separación entre ellos.

-  Elementos amortiguadores de la suspensión: son aquellos componentes encargados de mitigar o neutralizar las oscilaciones del elemento flexible producidas por las irregularidades del terreno. Son elementos disipadores de energía, que hacen que decaiga el movimiento oscilatorio provocado por cualquier tipo de perturbación que actúe sobre la suspensión.

A parte de los anteriores elementos, existen otros que completan la cadena cinemática de las suspensiones de un vehículo, tales como:

-  Las barras estabilizadoras: encargadas de contener la inclinación de la carrocería.

-  Los trapecios o brazos de suspensión: que conectan la carrocería del vehículo con los elementos móviles de la suspensión, como la mangueta, elemento sobre el que se fija la rueda.

Otros componentes del vehículo, como los asientos o los neumáticos son elementos complementarios que pueden considerarse de algún modo como integrantes de la suspensión de un vehículo, ya que ayudan también a amortiguar y absorber las irregularidades del pavimento, contribuyendo a mejorar la comodidad de los ocupantes del vehículo.

 

1.2- Funcionalidad del sistema de suspensión en los vehículos

Además de soportar el peso del vehículo, los sistemas de suspensión en los vehículos desempeñan dos funciones principales: almacenar y absorber energía.

Funcionamiento del muelle de suspensión de un vehículo

Cada una de estas dos funciones las realizan componentes distintos de la suspensión: los elementos elásticos de la suspensión son los encargados de almacenar la energía generada por la marcha del vehículo debido a las irregularidades del terreno, y los elementos amortiguadores de absorberla.

En efecto, los elementos elásticos del sistema de suspensión (muelles, ballestas, etc.) almacenan energía cuando se deforman (por ejemplo, en el caso de un muelle al comprimirse), devolviendo posteriormente esa energía mediante una fuerza de acción que se va emplear en tratar de mantener siempre unida la rueda con el pavimento, garantizando así una mejor adherencia entre el neumático y la carretera, y por tanto, garantizando también un mejor control sobre la dirección o, en caso de tratarse de una rueda del eje motriz, de garantizar que no se pierda la fuerza de tracción del vehículo.

Por tanto, los elementos elásticos del sistema de suspensión de los vehículos van a desempeñar una de las funciones primordiales que tiene que ver con garantizar los más altos niveles de seguridad y estabilidad en el vehículo, y esto se consigue asegurando que exista siempre un buen contacto entre la rueda y el piso de la carretera.

Por otro lado, los elementos amortiguadores del sistema de suspensión van a absorber parte de la energía generada por la circulación del vehículo sobre terrenos irregulares. De esta manera, los amortiguadores al ser elementos absorbedores de energía, van a encargarse de eliminar lo antes posible las oscilaciones del elemento flexible producidas por las irregularidades del terreno. Son, por tanto, elementos disipadores de energía, que hacen que decaiga el movimiento de balanceo provocado por cualquier tipo de perturbación que actúe sobre la suspensión.

Por último, y no menos importante, otras de las funciones de cualquier sistema de suspensión tiene que ver con la comodidad de los ocupantes. En efecto, una buena suspensión va a tratar siempre de transmitir el mínimo efecto de las irregularidades del terreno a los ocupantes del vehículo, proporcionándoles un buen nivel de confort y seguridad. Pero además, el sistema de suspensión también va a proteger al propio vehículo y sus componentes de las vibraciones extremas que se puedan generar debida a la circulación sobre terrenos irregulares.

2- Componentes elásticos de la suspensión

2.1- Ballestas

Las ballestas son un tipo de resorte constituido por un conjunto de hojas o láminas superpuestas fabricadas en acero especial para muelles, unidas en el centro por un tornillo pasante con tuerca, llamado "capuchino" y que se mantienen alineadas por una serie de abrazaderas que evitan que se abran en abanico, y a la vez permiten el deslizamiento entre las hojas cuando éstas se deforman debida a la carga, formando todo ello un conjunto elástico de gran resistencia a la rotura. En la actualidad se suelen utilizar en los sistemas de suspensión de vehículos pesados (camiones, furgonetas), remolques y en vehículos 4x4, entre otros.

Suspensión por ballestas

La hoja superior y más larga, llamada hoja maestra, va curvada en sus extremos formando una especie de "ojos" para introducir en ellos unos casquillos o "silentblocks", que sirven para alojar los pernos o bulones que anclan la ballesta al soporte del bastidor del vehículo formando sendas articulaciones.

Las hojas que conforman la ballesta se deforman debida a las desigualdades del terreno y la carga del vehículo, de manera que las hojas tienden a ponerse rectas al deformarse, por ejemplo, cuando la rueda pasa por encima de cualquier irregularidad del terreno. Por este motivo, la forma de realizar el anclaje de la ballesta al chasis deberá disponer de un sistema que permita su alargamiento.

Este sistema consiste en realizar la unión de la ballesta al bastidor del vehículo mediante el empleo de dos tipos de apoyo distintos, uno fijo articulado mediante un perno pasador y otro móvil, realizado por medio de una pieza intermedia llamada gemela que se ancla al chasis por medio de un tornillo pasante.

Ballesta con gemela

Con esta disposición se permite aumentar o disminuir la longitud de la ballesta favoreciendo los movimientos de flexión de sus hojas. Generalmente el apoyo móvil se coloca en la parte trasera de la ballesta.

Gemela montada en una ballesta

Esta solución constructiva en el montaje de la ballesta admite el alargamiento de las hojas que conforman la ballesta y las variaciones de curvatura, que se producen por las oscilaciones a que está sometida durante la marcha del vehículo.

Montaje de la ballesta en la suspensión de un vehículo

Recordar que en cada ojo de la ballesta se coloca un casquillo elástico, llamado "silentblock", formado por dos manguitos de acero unidos entre sí por un casquillo de caucho, que se interpone a presión entre ambos. De esta manera, el "silentblock" actúa como articulación para movimientos pequeños, reduciendo la generación de ruidos y sin que se requiera engrase.

Las ballestas, debido a su tipología de construcción formada por distintas hojas de acero superpuestas, también presentan un cierto rozamiento que actúa como amortiguamiento parásito que en realidad no se puede controlar, ya que depende del coeficiente de rozamiento entre láminas, y donde influye el estado de limpieza y engrase de las hojas.

No obstante, es siempre preferible que la función de amortiguamiento la realice en su totalidad los elementos amortiguadores de la suspensión que son específico para ello.

Con la continua aparición cada vez de nuevos materiales con mejores prestaciones, la tendencia actual en las ballestas es a tener menos hojas y que sean menos curvas, llegando a fabricarse en la actualidad modelos de ballestas de una sola hoja fabricada de materiales compuestos, que pueden reducir en gran medida el problema del peso de la suspensión y el de la fricción entre hojas.

En otro orden de cosas, el montaje de la ballesta en la suspensión se puede realizar bien en sentido longitudinal, como se realiza en los vehículos industriales, como camiones, furgones, furgonetas y en vehículos todoterrenos, vehículos 4x4; o bien, en dirección transversal. El montaje de la ballesta en dirección transversal sólo se utiliza en vehículos ligeros o turismos. En este último caso, el montaje transversal de la ballesta se realiza uniendo los extremos de la ballesta al puente o brazos de suspensión, con interposición de elementos móviles o gemelas y la base de la ballesta a una traviesa del bastidor del vehículo.

Tipos de montaje de una ballesta

La principal característica de las ballestas es su elevada rigidez para soportar carga, cuyo valor va a depender del espesor y ancho de las hojas, así como del número de hojas utilizadas. La rigidez de las ballestas es lineal en relación al desplazamiento de la rueda, por lo que a cada ballesta se le puede asignar una constante de rigidez, que se calcula de diferente modo según el tipo y configuración de la ballesta.

A continuación se expondrá una sencilla y práctica forma de calcular la carga máxima admisible que puede soportar una ballesta.

Los esfuerzos que soportan las hojas de acero de una ballesta son esfuerzos de flexión. La carga que puede soportar la ballesta está en función del número de hojas que conforman la ballesta, del espesor y ancho de las hojas, de la longitud de la ballesta y de la calidad del material de fabricación de las hojas de acero de la ballesta. Para la construcción de las ballestas y elección de los materiales a usar se recomienda consultar en las normas UNE 26 224-5-6-7 y 26 063.

Un método aproximado para calcular la carga a soportar por una ballesta se puede realizar con la siguiente formulación:

 

N · b · e2 · σ

 

F =  


 

 

6 · L

 


donde,

F  es la semicarga que actúa sobre cada extremo de la ballesta

N  es el número de hojas que conforman la ballesta

b  es el ancho de las hojas que conforman la ballesta

e  es el espesor de las hojas que conforman la ballesta

L  es la longitud de la semicuerda de la ballesta

σ  es el la tensión admisible por esfuerzo de flexión de la hoja de la ballesta bajo carga. Su valor, que depende de la calidad del material del que esté fabricada la hoja, suele oscilar entre 40-60 kg/mm2 para los aceros comúnmente empleados en la fabricación de ballestas.

Cálculo de la carga admisible de una ballesta

Como ejemplo de aplicación de la fórmula anterior, se va a calcular la carga máxima admisible que puede soportar una ballesta de las siguientes características constructivas:

Número de hojas que conforman la ballesta,  N = 7

Ancho de la hoja,  b = 50 mm.

Espesor de la hoja,  e = 8 mm.

Longitud de la semicuerda de la ballesta,  L = 400 mm.

Tensión máxima admisible por flexión de la hoja de ballesta,  σ = 60 kg/mm2.

Sustituyendo los valores en la fórmula anterior, se podrá obtener la carga máxima que podrá soportar la ballesta en cada uno de sus extremos, que resulta ser:

F =  7 · 50 · 82 · 60  = 560 kg

6 · 400

Por lo que la carga total admisible que podrá soportar la ballesta anterior será el doble de la calculada, es decir, 2·F = 1120 kg.

En ocasiones, y con objeto de aumentar la capacidad de carga del eje trasero en los vehículos de carga, se suele realizar la instalación de una ballesta secundaria, también llamado ballestín, que se añade a la ballesta principal de la suspensión trasera del vehículo. De esta manera, al añadir a la ballesta principal un ballestín de refuerzo se consigue aumentar la capacidad de carga del sistema de suspensión del vehículo.

Ballesta reforzada con ballestín

En las suspensiones constituidas por ballesta y ballestín, la ballesta principal trabaja permanentemente, mientras que el ballestín de refuerzo trabajará sólo cuando se haya producido una cierta deflexión de la ballesta principal, aumentando así la rigidez de la suspensión y permitiendo soportar una mayor carga. De esta manera la suspensión se adapta al peso, evitando que sea muy dura con poca carga, o que resulte excesivamente blanda cuando se transporte mucha carga.

A continuación, y continuando con el ejemplo anterior, se procederá al cálculo de la carga máxima admisible de un ballestín de las siguientes características:

Número de hojas,  N = 3

Ancho de la hoja,  b = 50

Espesor de la hoja,  e = 8

Longitud de la semicuerda del ballestín,  L = 250

Igualmente aplicando la fórmula anterior, se podrá obtener la carga máxima que podrá soportar el ballestín en cada uno de sus extremos, que resulta ser:

F =  3 · 50 · 82 · 60  = 384 kg  (carga admisible en cada extremo del ballestín)

6 · 250

Por lo que la carga total admisible que podrá soportar el ballestín anterior será el doble de la calculada, es decir, 2·F = 768 kg.

-  Capacidad de carga del conjunto ballesta + ballestín y del eje total:

La capacidad de carga del conjunto ballesta + ballestín será igual a la suma de los dos anteriores valores:

Capacidad de carga del conjunto ballesta + ballestín = 1120 + 768 = 1888 kg.

Finalmente, y para las características de ballesta y ballestín considerados para este ejemplo, la capacidad de carga de la suspensión trasera del vehículo, como el eje dispone de dos conjuntos ballesta+ballestín correspondiente a cada rueda del eje trasero, será de:

Capacidad de carga total del eje trasero = 1888 · 2 = 3.776 kg.

A continuación, en este tutorial se puede ver los catálogos de un fabricante de ballestas que incluye accesorios para sistemas de suspensión de vehículos, con objeto que el lector pueda consultar algunos datos técnicos:

Ballestas de lanza y abarcones con tuercas

Ballestas y ballestines

Ballestas con ballestín, ballestas parabólicas y ballestas semiparabólicas

Ballestas multihojas y ballestas para carruajes de caballos

Bulones para ballestas, soporte para ojo de ballesta

Suspensiones modelo bogies, abarcones para ballestas

Suspensiones tamdem

 

2.2- Muelles

Continuando con los componentes elásticos de una suspensión, le toca el turno ahora a los muelles helicoidales o resortes. Estos elementos, básicamente formados por un alambre de acero enrollado en forma de espiral, tienen la función de absorber los golpes que recibe el vehículo, provenientes de las irregularidades de la carretera.

Muelles

Los resortes helicoidales son probablemente los elementos elásticos más utilizados en las suspensiones de vehículos. Normalmente se utilizan trabajando a compresión y se fabrican a partir de varillas y/o hilos de acero de alta resistencia. Su tensión inicial es obtenida, durante el arrollamiento en frío, por una deformación permanente.

Muelle de suspensión

Los muelles helicoidales surgieron como sustitución de los sistemas elásticos de ballesta por una serie de ventajas que presentan con respecto a éstas, como son:

La rigidez de los muelles helicoidales suele ser inferior que en el caso de las ballestas, consiguiéndose así un mejor seguimiento de las irregularidades de la calzada, proporcionando además un gran recorrido.

En comparación con las ballestas, un sistema de muelles generalmente ocupa un menor espacio, y además, el peso del conjunto no se ve incrementado de manera excesiva.

Otra principal ventaja del resorte helicoidal sobre la ballesta es la ausencia casi total de fricción interna, lo que permite confiar toda la absorción de energía al amortiguador, mucho más fácil de controlar.

Los muelles helicoidales son mucho más eficientes en su función de almacenar energía, pero necesitan reaccionar verticalmente entre sus puntos de anclaje.

Las suspensiones actuales son mayoritariamente a base de muelles helicoidales, sobre todo con amortiguadores telescópicos montados de manera concéntrica con ellos (disposición "coil-over"), lo que permite un importante ahorro de espacio, además de su poco peso y el hecho de no precisar de mantenimiento.

Disposición coil-over de amortiguador con muelle

Como se ha dicho, los resortes helicoidales consisten básicamente en un arrollamiento helicoidal de un material elástico formado por una varilla o hilo de acero con diámetro comprendido generalmente entre 10 y 15 mm, y que está enrollado en forma de hélice. Las últimas espiras de cada extremo del muelle se encuentran recortadas para crear una superficie plana y conseguir de esta forma un mejor asentamiento sobre los elementos de soporte.

Los muelles, al no trabajar ante esfuerzos laterales, no se encuentran diseñados para desempeñar dicha función. Sin embargo, sí deben poder desplazarse lateralmente de modo que absorban las reacciones provenientes de la rueda del vehículo. Para ello, se les acoplan unas bielas que proporcionan un cierto empuje lateral y transversal.

La rigidez del muelle dependerá del diámetro de la varilla utilizada, del número de espiras, del ángulo de inclinación de las mismas, del diámetro del resorte y de la calidad del acero empleado para su construcción. Variando sus características constructivas, se puede conseguir que la suspensión se comporte de una u otra manera diferente.

Parámetros de un muelle de compresión

Los parámetros más importantes que van a caracterizar a un resorte helicoidal cilíndrico de compresión, que son los más utilizados en los sistemas de suspensión vehicular, son los siguientes:

- Número de espiras útiles (N): es el número de espiras utilizadas para obtener la flecha máxima del resorte, concepto éste último que se verá más adelante.

- Número total de espiras (Nt): es el número de espiras útiles más las espiras que forman los extremos (o espiras de apoyo). Se tiene que: Nt = N + 1,5

- Sentido de arrollamiento: sentido en el que gira la espira para un observador situado en uno de los extremos del resorte. El sentido es a la derecha (RH) si la espira gira, alejándose, en el sentido de las agujas del reloj; y a la izquierda (LH) si la espira gira, alejándose, en el sentido contrario al de las agujas del reloj.

- Paso (p): es la distancia entre dos espiras útiles contiguas del resorte en estado libre, medida axialmente entre los centros de las secciones transversales del hilo de material.

- Diámetro del hilo (d): es el espesor del hilo empleado en la fabricación del resorte. Generalmente, la forma más común de la sección transversal del hilo es la circular, aunque también hay hilos de sección elíptica o rectangular.

- Diámetro exterior (De): diámetro de la superficie cilíndrica envolvente exterior del resorte.

- Diámetro interior (Di): diámetro de la superficie cilíndrica envolvente interior del resorte.

- Diámetro medio (D): diámetro medio de las espiras que conforman el resorte. El diámetro medio del muelle se elegirá en función de la carga que ha de soportar. Se tiene que:

D = 1/2 · (Di + De)

- Longitud del hilo de alambre (l): longitud total del hilo de alambre una vez desarrollada la hélice.

- Longitud en estado libre o longitud libre (L): longitud total que presenta el resorte cuando no actúa ninguna fuerza exterior.

- Longitud de compresión (Lc): longitud del muelle sometido a una carga de valor F.

- Desplazamiento o deflexión del muelle (x): es la diferencia entre la longitud libre del resorte y la longitud en su deformación.

- Longitud a bloque (Lb): longitud total que presenta el resorte cuando todas las espiras están completamente comprimidas. Es importante tener en cuenta que nunca se debe alcanzar la longitud de bloqueo en compresión en un resorte de suspensión de un vehículo, dado que si esto ocurriera, las espiras contactarían entre sí, el muelle dejaría de trabajar y se perdería el contacto rueda-calzada. Para que esto no se produzca, se procurará siempre que el muelle de toda suspensión trabaje entre la mitad y los dos tercios de su carga límite de aplastamiento.

- Flecha máxima (fmáx): diferencia de longitud que presenta el resorte entre el estado libre y con la carga máxima. Para un resorte de compresión, se trata de la diferencia entre la longitud en estado libre y la longitud con las espiras unidas.

fmáx = L - Lb

En realidad, el muelle helicoidal es un tipo especial de muelle de torsión ya que la varilla de acero, cuando se estira, está trabajando a torsión. Así el muelle, al trabajar a torsión, se retuerce proporcionalmente a la carga soportada, almacenando energía mediante su acortamiento y desprendiéndose de dicha energía y recuperando su forma original al dejar de aplicarse dicha carga.

Para cuantificar el grado de flexibilidad de un resorte se emplea el concepto de constante de rigidez. La constante de rigidez de un muelle (K, N/m), se calcula con la siguiente ecuación:

 

G · d4

 

K =  


 

 

8 · N · D3

 


donde,

G  es el módulo de rigidez característico del tipo de material con el que está fabricado el muelle [N/m2]

d  es el diámetro del hilo de acero [m]

D  es el diámetro medio del resorte [m]

N  es el número de espiras del muelle.

Otra forma diferente de calcular la constante de rigidez del muelle es mediante esta otra expresión, cuya constante recibe el nombre de constante de Wahl [N/m]:

Kwhal  =  4 · c - 1  +  0,615


4 · c - 4 c

donde,

c = D/d

siendo,

d  el diámetro del hilo de acero [m]

D  el diámetro medio del resorte [m]

Mediante la constante de rigidez (K) se puede calcular el desplazamiento o deflexión del muelle cuando sobre él actúa una fuerza (F), que representa, por ejemplo, el peso del vehículo que gravita sobre cada una de las suspensiones.

Esta deflexión o desplazamiento (x) que sufre el muelle se puede calcular debido a que la rigidez del resorte tiene un carácter lineal, siendo precisamente la constante de rigidez (K) del resorte el factor de proporcionalidad que define la relación entre la fuerza (F) aplicada sobre el muelle y el desplazamiento (x) que origina en el muelle en la dirección de la carga:

F = K · x

No obstante, la flexibilidad de un muelle no tiene por qué ser uniforme en todo su recorrido, es decir, existen tipos de resortes que pueden presentar una constante de rigidez (K) variable en función de la deflexión.

Tipos de muelles

En la figura adjunta se representan distintos tipos de muelles donde se muestran ejemplos usando distintas configuraciones para variar su flexibilidad.

Así, por ejemplo, una forma de conseguir variar la flexibilidad es con el empleo de muelles helicoidales cónicos, donde el diámetro de las espiras va disminuyendo progresivamente de un extremo a otro. Así se consigue una flexibilidad progresiva a medida que se comprime el muelle, de manera que presente un comportamiento blando inicial y una mayor dureza conforme se va comprimiendo las espiras.

También existen muelles progresivos en los que la distancia entre las espiras puede ser mayor en el centro que en los extremos del muelle para, de esta forma, aumentar la rigidez progresivamente al aumentar la compresión que soporta el muelle debida a la carga.

Existen tres principios básicos en el diseño de los muelles empleados en las suspensiones de los vehículos, a saber:

a) Cuanto más rígido sea el material empleado en la fabricación del resorte, mayor es el coeficiente de rigidez obtenido. Es decir, se puede obtener un resorte más rígido seleccionando un material para la fabricación del hilo del resorte con mayor módulo de rigidez (G), manteniéndose inalteradas las dimensiones y número de espiras.

b) Cuanto más pequeño sea el diámetro del muelle (no del hilo) mayor será el coeficiente de rigidez. Es decir, se puede obtener un resorte más rígido reduciendo el diámetro (D) del muelle, manteniéndose inalterado el tamaño de hilo y el número de espiras.

c) Cuantas menos espiras útiles tenga el muelle, menor será su coeficiente de rigidez. Es decir, se puede obtener un resorte más rígido aumentando el número de espiras activas, manteniéndose inalterado el tamaño del hilo y el diámetro del resorte.

Recordando de nuevo lo dicho anteriormente, todo sistema de suspensión en un vehículo tiene, por un lado, la misión de asegurar que exista siempre contacto entre neumático y el terreno, proporcionando de esta manera mayor estabilidad en la marcha y dirección del vehículo, y por otro lado, proteger a los ocupantes y al propio vehículo de las irregularidades del terreno.

Los distintos ensayos realizados demuestran que el margen de comodidad para una persona está en torno a una oscilación por segundo. Una cifra superior excita el sistema nervioso y una cifra muy inferior puede provocar cierta sensación de mareo. Por tanto, para disponer de una suspensión ideal, el número de oscilaciones (o frecuencia, f) debería estar comprendido entre 30 y 60 oscilaciones por minuto.

Como se sabe, la frecuencia (f), expresada en Hz u oscilaciones/segundo, es la inversa al período (T):

 

1

 

f =  


 

 

T

 


Por otro lado, para el cálculo del periodo o tiempo de oscilación (T) de un resorte, habrá que tener en cuenta dos variables: el peso o carga que soporta el elemento elástico (F) y el coeficiente de elasticidad del mismo (K). Si se conoce el valor de estas dos variables, el periodo de oscilación (T) de todo resorte viene calculado por la siguiente formulación:

 

F

 

T =  2 · π · √


 

 

K · g

 


donde,

T  es el período o tiempo de oscilación en segundos [s]

F  es la fuerza o carga a la que está solicitado el muelle [N]

K  es la constante de rigidez del muelle [N/m]

g  es el valor de la gravedad, 9,81 m/s2

Una vez calculado el valor del período (T), se obtendría la frecuencia (f = 1/T), que finalmente multiplicado por 60 nos daría las oscilaciones por minuto del muelle de la suspensión.

Ejemplo de cálculo de la frecuencia de oscilación de un muelle:

Como aplicación de lo anterior, se va a calcular el número de oscilaciones que se produce en un muelle de la suspensión de un vehículo cargado con un peso de 4500 N, sabiendo que el coeficiente de elasticidad del muelle vale K = 5980 N/m.

F = 4500 N (carga a la que está solicitado el muelle de la suspensión)

K = 5980 N/m (constante de rigidez del muelle)

Por lo tanto, el periodo de oscilación (T) del resorte vale:

T =  2 · π · √ 4500  = 1,74 s

5980 · 9,81

Y por lo tanto, la frecuencia de oscilación por segundo sería de:

f = 1/T = 0,57 oscilaciones/segundo

Finalmente, multiplicando por 60 nos daría el número de oscilaciones del muelle por cada minuto: 0,57·60 = 34,2 oscilaciones por minuto, que quedaría dentro del margen de confort.

En ocasiones, en el diseño de los muelles de suspensión de los vehículos, es necesario calcular el número de espiras que hay que dotar al resorte para que soporte una determinada carga con una deflexión máxima que no debe superarse.

En este sentido, mediante la siguiente formulación, si se conocen la deflexión (x) del muelle y la fuerza (F) a la que está solicitado dicho muelle, se puede obtener el número de espiras (N) necesarias con las que habrá que fabricar dicho muelle:

 

G · d4 · x

 

N =  


 

 

8 · F · D3

 


donde,

G  es el módulo de rigidez característico del tipo de material con el que está fabricado el muelle [N/m2]

d  es el diámetro del hilo de acero [m]

x  es la deflexión del muelle [m]

F  es una fuerza a la que está solicitado dicho muelle [N]

D  es el diámetro medio del resorte [m]

N  es el número de espiras del muelle.

Por otro lado, la energía (E) que almacena un muelle cuando se deforma se puede obtener mediante la siguiente formulación:

 

x2

 

E =  K · 


 

 

2

 


donde,

E  es la energía almacenada en el muelle [J]

K  es la constante de rigidez de un muelle [N/m]

x  es la deflexión del muelle [m]

Por último, en la siguiente tabla se puede consultar los materiales más comúnmente empleados en la fabricación de resortes:

MATERIALES EMPLEADOS EN LOS RESORTES

Materiales empleados en los resortes

 

2.3- Barras estabilizadoras

La barra estabilizadora de la suspensión de un vehículo es una barra de acero con propiedades de naturaleza elástica, que se encuentra fijada en sus extremos a cada soporte de la suspensión de cada lado del mismo eje.

Inclinación de un vehículo en una curva

Realmente las barras estabilizadoras, aunque se encuadra dentro del sistema de suspensión, son también elementos que forman parte de lo que se conoce como seguridad activa del vehículo.

Todo vehículo circulando a velocidad por una curva se ve sometido a una fuerza centrífuga que hace que se incline hacia un costado, que puede generar una sensación de molestia en los ocupantes del vehículo, además de poder existir un peligro real de vuelco del vehículo si la velocidad fuera inadecuadamente excesiva.

Esto es así debido a la fuerza centrífuga que actúa sobre el vehículo, que es de dirección radial y ejerce un empuje sobre el vehículo que tira de él hacia el exterior de la curva.

Esta fuerza genera una transferencia de carga en el vehículo que hace inclinar a la carrocería de tal forma que una parte de la suspensión, la situada en el lado exterior a la curva, se comprima, mientras que la otra parte de la suspensión del vehículo, la situada hacia el interior de la curva, se expanda corriendo el riesgo de despegar la rueda de este lado del pavimento.

Este hecho, es decir, que las ruedas de un lado del vehículo tiendan a subir, mientras que las ruedas del otro lado tiendan a bajar comprimiéndose contra el suelo, va a generar un par de torsión que es absorbido por la barra estabilizadora, impidiendo que la carrocería se incline excesivamente hacia un lado y ejerciendo una resistencia al balanceo del vehículo.

Barra estabilizadora en eje delantero del vehículo

Así, el movimiento vertical hacia arriba de la rueda situada del lado interior de la curva se transmite a la otra rueda del eje a través de la barra estabilizadora, que tiende a bajar la carrocería de ese lado comprimiendo el muelle de la suspensión, de manera que se consigue sumar la acción de los dos muelles, ayudando a mantener la estabilidad del vehículo.

Por ello, la barra estabilizadora se considera un componente elástico de la suspensión dado que actúa en parte también como muelle, especialmente cuando actúa sobre la rueda del lado del eje que tiende a subir.

Este mismo efecto se produce, no sólo cuando el vehículo toma una curva, sino cuando por ejemplo, una de las ruedas encuentra un bache o cualquier obstáculo, creando, al bajar o subir la rueda, un par de torsión en la barra que hace que la carrocería se mantenga en posición horizontal. De esta forma, como se ha dicho, se consigue sumar la acción de los dos muelles.

Por tanto, la barra estabilizadora de la suspensión de un vehículo trabaja a torsión, compensando los esfuerzos generados de una rueda sobre la otra del eje mediante una transferencia de peso de la rueda que se comprime hacia la rueda del lado que tiende a elevarse, aumentando así su adherencia.

De este modo, se evita que el muelle de un lado de la suspensión se comprima excesivamente, mientras que el otro muelle se expanda, pudiendo hacer perder el contacto de la rueda con el piso.

Principio de funcionamiento de la barra estabilizadora

Según sea el diámetro de la barra estabilizadora, la rigidez propia del material de fabricación de la barra o la longitud de brazo de palanca que tengan las bielas en los extremos de la barra, su resistencia a la torsión variará, y por ende, se opondrá en mayor o menor medida a que la distancia relativa entre ambas ruedas de un mismo eje varíe y por tanto, que la carrocería se incline.

El montaje de la barra estabilizadora dependerá de tipo de suspensión, aunque puede instalarse tanto en el eje delantero como en el trasero, suele colocarse en la mayoría de los vehículos en la suspensión trasera.

De todas maneras, su montaje es siempre transversal al vehículo, pudiendo adoptar, entre otras, alguna de las siguientes configuraciones:

- (A): en vehículos con suspensión independiente, la barra estabilizadora va unida al chasis con cojinetes elásticos y cada extremo sujeto a un brazo de suspensión a través de un cojinete elástico de caucho.

- (B): en ocasiones, se une un extremo de la barra estabilizadora con una bieleta de conexión y ésta se une por el otro extremo con el brazo superior de la suspensión. Las uniones se realizan mediante rótulas.

- (C): en vehículos con eje rígido, la barra estabilizadora va colocada transversalmente, unida al eje por un extremo y al chasis por el otro. Este tipo de barra es totalmente recta y lleva sujeciones elásticas en los extremos. También se le conoce como "barra Penhard". En esta configuración, la barra estabilizadora también trabaja a tracción y a compresión.

Distintas configuraciones de montaje de la barra estabilizadora

 

2.4- Barras de torsión

La introducción de nuevos aceros reforzados, con mejores propiedades elásticas, ha permitido sustituir en determinadas ocasiones las ballestas y los muelles helicoidales por las barras de torsión, sobretodo en vehículos con suspensión semi-independientes, como se verá más adelante.

En comparación con las ballestas, las barras de torsión apenas disipan energía por fricción, por lo que poseen una capacidad de absorción de energía mayor que las ballestas. Y en lo relativo al peso, y concretamente al peso no suspendido, se suele considerar menos de la mitad del peso de la barra de torsión como peso no suspendido, lo que sitúa este sistema de suspensión como el más favorecido en este aspecto.

Barra de torsión

Su principio de funcionamiento es muy simple y se basa en la capacidad del acero de recuperar su forma tras una deformación debida a la aplicación de una fuerza de torsión. Así, si a una barra de acero elástico, que está anclada por uno de sus extremos, se le aplica por el otro un esfuerzo de torsión, ésta tenderá a retorcerse, volviendo a su forma primitiva cuando cese el esfuerzo de torsión, siempre y cuando no se supere el límite elástico del material.

En el caso de aplicación en la suspensión de los vehículos, el extremo fijo de la barra de torsión se ancla a la carrocería, de modo que se impide todo movimiento, mientras que el otro extremo libre se une a una palanca solidaria al eje de la rueda.

Debido a las irregularidades de la carretera, la rueda subirá y bajará, y este movimiento se transmitirá por la palanca hacia la barra de torsión, provocando en ésta un esfuerzo torsor, que tenderá a deformarla.

Aunque las barras de torsión pueden tener diversos tipos de sección transversal, la más utilizada es la sección en forma circular.

Las barras de torsión pueden disponerse de dos formas distintas en el vehículo: longitudinalmente (en dirección al avance del vehículo) y transversalmente (en perpendicular al avance del vehículo).

3- Componentes amortiguadores de la suspensión

3.1- Tipos de amortiguadores

Como ya se ha dicho, los amortiguadores son los elementos absorbedores de energía, encargados de eliminar lo antes posible las oscilaciones del elemento flexible de la suspensión producidas por las irregularidades del terreno, de manera que hacen que decaiga el movimiento de balanceo en el vehículo, reduciendo la amplitud de las oscilaciones que siguen cuando la rueda pasa por encima de un bache.

En efecto, cuando el vehículo encuentra una irregularidad en el terreno, al pasar la rueda se comprime o bien se alarga el muelle (elemento elástico) de la suspensión, almacenando la energía producida en esta oscilación. Sin embargo, los elementos elásticos de la suspensión no tienen capacidad de absorción, por lo que devuelven esta energía inmediatamente, rebotando sobre la carrocería. Este rebote, que se traduce en forma de oscilaciones posteriores, es el que tiene que frenar el amortiguador, recogiendo en primer lugar el efecto de compresión y luego el de extensión del muelle, actuando de freno en ambos sentidos.

Si no existieran los amortiguadores, la carrocería del vehículo oscilaría continuamente con cada irregularidad del terreno. La función del amortiguador es pues controlar esas oscilaciones transformando la energía mecánica que almacena el resorte en calor, mediante fenómenos de rozamientos, como se verá más adelante al estudiar su principio de funcionamiento.

De entre todos los elementos, los amortiguadores son un componente común que forma parte de la suspensión de cualquier vehículo. Pueden ser de fricción (poco usados), de gas o amortiguadores de tipo hidráulicos, que a su vez se dividen en giratorios, de pistón y telescópicos, que son los más usados.

No obstante, también se pueden clasificar los amortiguadores atendiendo a otros criterios, como son:

a) Según su sentido de trabajo:

- Amortiguadores de simple efecto: sólo amortiguan en un sentido.

- Amortiguadores de doble efecto: amortiguan en extensión y compresión.

b) Según el fluido de amortiguación empleado:

- Amortiguadores de gas.

- Amortiguadores hidráulicos.

De entre todos los tipos, los amortiguadores de doble efecto, hidráulicos y telescópicos, actualmente son los más utilizados y que más aplicaciones tienen en los vehículos.

 

3.2- Amortiguador hidráulico convencional

En los amortiguadores hidráulicos convencionales, el efecto de amortiguamiento se consigue forzando el paso de un fluido (aceite hidráulico) a través de unos pasos calibrados de apertura diferenciada, de manera que permite dotar al amortiguador del grado de flexibilidad o rigidez necesaria, según las diferentes situaciones.

Partes de un amortiguador hidráulico

Así, la fuerza amortiguadora que se consigue con los amortiguadores hidráulicos es variable y función creciente con la velocidad. Entre los distintos tipos existentes de amortiguadores hidráulicos, los más ampliamente usados en automoción son los de tipo telescópico.

Como ventaja, los amortiguadores hidráulicos convencionales presentan un precio de coste de fabricación muy competitivo. Sin embargo, tienen como inconveniente una vida limitada de funcionamiento, que conlleva una pérdida importante de sus prestaciones con el uso, debido principalmente al aumento de la temperatura alcanzada por el fluido hidráulico, que termina perdiendo propiedades con el tiempo de uso.

Como ya se ha comentado anteriormente, el funcionamiento de los amortiguadores hidráulicos convencionales se basa en el paso de un fluido entre cámaras internas del amortiguador para provocar el frenado de los cilindros de los que se compone. La energía generada en este proceso será absorbida por el fluido de trabajo, que hace que aumente su temperatura.

Los amortiguadores hidráulicos telescópicos constan de un pistón que trabaja dentro de un cilindro en cuyo interior se encuentra el aceite hidráulico. Sobre el pistón existen una serie de orificios y unas válvulas precomprimidas que permiten el paso de aceite de una parte a otra del pistón cuando la presión supera un valor dado. Los orificios representan el paso permanente y las válvulas, el paso de apertura por presión.

El paso permanente son orificios fijos que restringen el flujo del caudal. En el caso de las válvulas de apertura por presión, para que éstas se abran es necesario ejercer sobre ellas una determinada presión. A medida que la presión aumenta, la apertura irá haciéndose cada vez mayor.

Flujo de aceite a través de un amortiguador hidráulico

En la figura adjunta se pueden observa el flujo de aceite a través del pistón con los discos que componen las válvulas de apertura por presión y la aguja que regula el diámetro de la válvula de apertura, cuando el amortiguador es variable.

Así, si se mueve la rosca de ajuste de la dureza del amortiguador para ablandarlo, la aguja abrirá el orificio, y de esta manera se facilita el paso del aceite, disminuyendo la rigidez del amortiguador. Y por otro lado, actuando de manera inversa sobre la rosca, se obtendrá un funcionamiento del amortiguador más rígido.

Resumiendo, el esquema de funcionamiento de un amortiguador hidráulico telescópico, el cual presenta una fuerza amortiguadora creciente con la velocidad, es el siguiente: cuando la velocidad entre ambos extremos del amortiguador es baja, las válvulas de apertura por presión permanecen cerradas, y en este caso el aceite sólo pasa a través de los orificios del paso permanente. Sin embargo, cuando la velocidad entre los extremos del amortiguador supera cierto valor, la presión del aceite alcanzará el umbral de apertura de las válvulas de presión, las cuales empiezan a abrirse y dejan pasar el aceite. Cuanto más aumenta la presión, las válvulas se abren más hasta que su apertura es completa y la ley de fuerza en el amortiguador queda controlada nuevamente por el paso del aceite a través del orificio del paso permanente.

Los amortiguadores hidráulicos convencionales son de doble efecto, y sin embargo, su comportamiento va a ser diferente, según trabajen en expansión o en compresión. Normalmente, las válvulas de extensión y compresión son diferentes, lo que va a posibilitar que el esfuerzo en compresión pueda ser menor para una misma velocidad. Esto es así porque en los vehículos interesa utilizar una característica de amortiguamiento más blanda en compresión, con objeto de evitar que la transmisión reciba la acción de grandes fuerzas compresivas que se generarían cuando la rueda se encuentra con un obstáculo. De esta manera, cuando la rueda sube, el efecto del amortiguador es pequeño, casi todo el trabajo lo realiza el elemento elástico de la suspensión, mientras que cuando la rueda baja, el efecto de amortiguamiento es muy superior, consiguiéndose así disminuir las oscilaciones.

Existen dos tipos de amortiguadores hidráulicos:

Amortiguador de doble tubo

a) Amortiguadores de doble tubo:

Son los más comunes. Los hay de dos tipos: no presurizados (aceite) y presurizados (aceite y gas). Los amortiguadores de doble tubo constan de dos cámaras: una llamada interior y otra de reserva, como se aprecia en la figura adjunta. Disponen de válvulas en el pistón y en la base del amortiguador, llamada válvula de pie.

En este tipo de amortiguadores, cuando el vástago penetra en el interior del cuerpo del amortiguador, el aceite contenido en la cámara interior fluye sin resistencia a través de los orificios del pistón hacia el espacio generado al otro lado del mismo.

Simultáneamente, una cierta cantidad de aceite se ve desplazada debido al volumen ocupado por el vástago en la cámara interior. Este aceite forzosamente pasa por la válvula de pie hacia la cámara de reserva (llena de gas en caso de los presurizados).

La fuerza de amortiguamiento viene dada por la resistencia que impone la válvula de pie al paso del aceite.

b) Amortiguadores monotubo:

De aparición más tardía que los de doble tubo, su uso cada vez está más extendido, sobretodo en vehículos de altas prestaciones y vehículos de competición.

Amortiguador monotubo

Los amortiguadores monotubo constan de dos cámaras principales, una contiene el aceite y la otra gas a presión, estando separadas ambas cámaras por un pistón flotante. Por tanto, este tipo se considera también como amortiguadores hidráulicos presurizados, con la salvedad que tienen sólo válvulas en el pistón.

En este tipo de amortiguadores, cuando el vástago penetra en el interior del cuerpo del amortiguador, ocupa un espacio en el interior de la cámara de aceite que se compensa con una cámara de volumen variable, generalmente rellena de gas presurizado a presión.

Al empujar el vástago, la presión que ejerce el aceite sobre dicho pistón flotante hace que la zona del gas se comprima, aumentando la presión a ambos lados (gas y aceite). A su vez, el aceite se ve obligado a pasar a través de las válvulas del pistón principal.

La fuerza de amortiguamiento en los amortiguadores monotubo viene dada por la resistencia que oponen dichas válvulas al paso del aceite.

Los amortiguadores monotubo presentan algunas ventajas con respecto a los de doble tubo no presurizados:

Disponen de una buena refrigeración debido a que la cámara está en contacto directo con el aire. Esto se traduce en una mayor eficiencia, dado que el amortiguador es un sistema que convierte la energía cinética en energía calorífica.

Mayor diámetro de pistón a igual diámetro de carcasa, lo que permite reducir las presiones de operación en el interior del amortiguador, que hace alargar su vida útil de trabajo.

El nivel de aceite no baja al quedar el vehículo estacionado, lo que evita funcionamientos deficientes cuando se vuelve a poner en marcha el vehículo.

Debido a la presurización, el aceite no forma espuma, evitando problemas de cavitación y resultando un buen amortiguamiento incluso con pequeñas vibraciones de alta frecuencia.

Gracias al pistón separador, no queda restringida la posición de montaje, pudiéndose colocar el amortiguador en cualquier posición, incluso tumbados.

Como desventajas se podrían citar las siguientes:

Mayores costes derivados de requerimientos superiores de precisión, tolerancias de fabricación y estanqueidad del gas.

La valvulería es más compleja.

Su mayor necesidad de espacio puede aumentar su longitud por encima de 100 mm en aplicaciones para automóviles.

Otra desventaja es la fuerza de extensión que realizan en su posición nominal, debido a la presión interna del gas y a la diferencia de áreas efectivas a ambos lados del pistón. Esta fuerza puede provocar variaciones en la altura de suspensión del vehículo que es necesario considerar en su diseño.

 

3.3- Amortiguador hidráulico presurizado

Actualmente, la mayoría de los vehículos equipados con amortiguadores hidráulicos de doble tubo son del tipo amortiguadores hidráulicos presurizados. Los amortiguadores hidráulicos presurizados surgieron como una solución de mejora de los no presurizados, con objeto de evitar que se generarse en el fluido hidráulico espuma y bolsas de aire, hecho que afecta muy negativamente al comportamiento del amortiguador.

Componentes de un amortiguador hidráulico presurizado

En los amortiguadores hidráulicos presurizados la diferencia con los convencionales radica en el añadido de una cámara de gas a presión.

Se basa en el movimiento de un pistón en un cilindro lleno de aceite hidráulico que, en uno de los extremos, tiene una pequeña cantidad de gas (suele ser nitrógeno) a alta presión (25 bares). Un pistón flotante separa el gas del aceite, evitando que ambos se mezclen, según se puede apreciar en la figura adjunta.

El funcionamiento de un amortiguador hidráulico presurizado puede resumirse de la manera siguiente:

Cuando el pistón (2) desplaza el aceite (3) durante la compresión, este aceite comprime un poco más el nitrógeno (5). El gas, por tanto, se encuentra sometido a variaciones de volumen, actuando como un muelle.

La presión continua ejercida por el gas sobre el aceite, por medio del pistón flotante (4), asegura una respuesta instantánea y un funcionamiento más silencioso de las válvulas del pistón.

Además, esta presión que ejerce el gas evita los fenómenos que provoca la aparición de espuma en el aceite, que pueden ser la causa, aunque momentáneamente, de una ineficaz amortiguación.

Las principales ventajas que presentan los amortiguadores presurizados son las siguientes:

La respuesta de las válvulas internas del amortiguador son más sensibles ante menores amplitudes.

El confort en marcha se ve mejorado.

En expansiones y compresiones límites se ve mejorada la respuesta del amortiguador.

Se reducen los ruidos provocados por el paso del aceite hidráulico entre cámaras.

Aunque se produzca una fuga del gas contenido en su interior, pueden seguir desempeñando su función.

Además, este tipo de amortiguadores suelen ser de menor tamaño y de menor fricción que los amortiguadores monotubo normales.

4- Otros elementos de la suspensión

4.1- Elementos aislantes o "Silentblocks"

Los "silentblocks" (su traducción literal del inglés es: bloque silencioso) son aislantes interpuestos entre los componentes móviles de la suspensión y el chasis del vehículo.

Silentblocks en la suspensión del vehículo

Estas piezas están fabricadas mediante combinaciones de material elastómero y metal (generalmente, tejido de hilo de acero inoxidable), y se encargan de amortiguar las reacciones que se producen en los apoyos por el movimiento de los componentes mecánicos.

Como se puede apreciar en la figura adjunta, por la suspensión de un vehículo pueden aparecer distribuidas piezas o bloques "silentblocks" de manera que ayude a hacer mas silenciosa y suave la suspensión del vehículo.

Los bloques "silentblocks" se pueden montar, bien mediante unión atornillada al chasis o bajo presión. Al ser fabricados en su mayor parte de materiales elastómeros, su duración es limitada, por lo que deben ser sustituidos cuando presenten holguras o desgastes.

Además, se tratan de piezas que se pueden dañar con cierta facilidad, por lo que en muchos vehículos los "silentblocks" son elementos que se sustituyen de forma habitual.

Generalmente, la forma de advertir que esta pieza se encuentra defectuosa es porque se puede notar algún tipo de ruido en el interior del vehículo cuando éste circula.

Al cambiar esta pieza se hace necesario realizar de nuevo la alineación de la dirección, ya que se ha actuado sobre la suspensión y la dirección del vehículo, por lo que resulta imprescindible restablecer de nuevo las cotas que marca el fabricante.

 

4.2- Rótulas

La misión de las rótulas es de servir de elementos de unión de los sistemas de suspensión y dirección del vehículo, permitiendo a las ruedas pivotar y realizar el movimiento de giro.

Rótulas de la dirección

Dependiendo de la función específica dentro de la cadena cinemática del vehículo, las rótulas pueden ser de "carga" (si reciben y transmiten el peso del vehículo hacia las ruedas) o "seguidora" (no reciben peso y sólo hacen seguimiento del movimiento de la rueda). Asimismo, las rótulas de carga se pueden dividir a su vez en rótulas de compresión y rótulas de tracción, de acuerdo a la forma en que reciben el peso del vehículo.

En general, las rótulas son piezas de mucha seguridad, sometidas a grandes esfuerzos, por lo que deben ser fabricadas con materiales y procesos que garanticen que funcionarán adecuadamente durante una vida útil con una duración aceptable, resistiendo los impactos transmitidos por la suspensión.

No obstante, son elementos que deberán ser sustituidos si se reciben golpes o impactos importantes en las ruedas, o bien cuando se detecte la presencia de holguras en la dirección.

Una rótula de dirección desgastada puede hacer que la dirección sea errática o se desvíe, así como producir un desgaste importante de los neumáticos. Cuando se utilicen rótulas de dirección nuevas, se hará necesario llevar a cabo una nueva alineación de las ruedas del vehículo.

 

4.3- Mangueta y buje

La mangueta es una pieza, generalmente fabricada en acero aleado, que sirve de unión entre el buje, en el cual se alojará la llanta de la rueda, con los elementos de la suspensión del vehículo, como el amortiguador, tirantes, trapecios o brazos de suspensión.

Mangueta y buje en un vehículo

La forma de la mangueta es distinta para cada modelo de vehículo, y se diseña teniendo en cuenta las características geométricas del propio vehículo y la distribución de los elementos que constituyen la transmisión, suspensión y dirección del vehículo.

Por otro lado, el buje es la pieza donde posteriormente irá fijada la llanta de la rueda, y que también sirve de soporte del disco o el tambor de freno. En el interior del buje irán montados los rodamientos o cojinetes que irán apoyados sobre la mangueta, de manera que esto permitirá que la rueda pueda girar libremente con respecto al vehículo.

A través del buje se transmite la parte proporcional del peso del vehículo hacia la llanta de cada rueda. El buje, por tanto, cumple una misión muy importante, pues es un punto de puente de transmisión del peso del vehículo hacia el suelo a través de la llanta de la rueda.

Para la fijación del buje a la llanta de la rueda se suelen emplear una serie de tornillos regularmente distribuidos, de manera que se garantice que la unión buje-llanta pueda soportar las fuerzas de torsión que genera el motor sobre el eje del buje y, en segundo lugar, permitir que la llanta no se separe del buje en las curvas cuando la rueda gire o se incline.

 

4.4- Brazos de suspensión

Los trapecios o brazos de suspensión son brazos articulados, normalmente de fundición o de chapa de acero embutido, cuya misión es soportar el peso del vehículo a través de la suspensión. En el caso de vehículos de alta gama o de competición, los trapecios pueden ir fabricados de fibra de carbono para reducir el peso del conjunto.

Brazos de suspensión

La misión de los brazos de suspensión es la de unir la mangueta y el buje con el vehículo, además de soportar las tensiones generadas en la suspensión por los movimientos de la rueda. Para unir los brazos con el bastidor y las manguetas se recurre a "silentblocks" y cojinetes.

 

4.5- Tirantes de suspensión

Los tirantes de suspensión son brazos de acero, dispuestos longitudinalmente o transversalmente, situados entre la carrocería del vehículo y la mangueta o el trapecio, y que sirven como sujeción de éstos, además de facilitar el guiado de la mangueta.

Los tirantes sirven también para absorber los desplazamientos y esfuerzos de los elementos de la suspensión a través de los "silentblocks" o cojinetes elásticos montados en sus extremos.

Generalmente, los tirantes son elementos empleados en aquellos vehículos dotados de suspensiones del tipo semi-independiente. Se recomienda la lectura del siguiente anexo incluido en este tutorial donde se explican los distintos tipos de suspensiones existentes para los vehículos.

(*) ANEXO:

››  Suspensiones Vehiculares. Tipos y descripción de las suspensiones en los vehículos automóviles  
AUTOR:  Rubén Oliva Domínguez  -  Universidad Carlos III - Madrid

5- Verificación y control del sistema de suspensión

El sistema de suspensión forma parte de lo que se denomina la seguridad activa del vehículo, por lo que resulta primordial asegurar su correcto funcionamiento. De hecho, se puede comprobar que un vehículo con un sistema de suspensión en mal estado, en caso de una frenada de emergencia, tarda un 30% más de tiempo en lograr detener completamente el vehículo.

PROGRAMA DE COLABORACIÓN

Colabora en el sostenimiento de esta WEB

Es importante reseñar que, en caso de realizar algún ajuste en el sistema de suspensión, posiblemente se habrá variado la altura del vehículo, y por ende, también la altura de los faros delanteros que podrían proporcionar unos haces de luz que no estén bien ajustados, y podría darse el caso de poder provocar deslumbramientos (si quedan excesivamente altos) o una pérdida de visión nocturna (si han quedado bajos).

Para verificar el estado del sistema de suspensión del vehículo lo mejor es realizar una prueba de circulación en carretera, con objeto de detectar las posibles anomalías, como golpeteos o ruidos.

Así, por ejemplo, una mala estabilidad o un balanceo excesivo cuando el vehículo circula por una curva, indica una suspensión excesivamente blanda y, por tanto, deficiente que debe ser reparada. Entre las principales anomalías que pueden detectarse en la suspensión de un vehículo, están las siguientes:

a) Suspensión blanda: una suspensión se dice que está "blanda" porque las ballestas, muelles, barras de torsión u otro elemento del sistema de suspensión, han perdido flexibilidad. Esta circunstancia es muy común que se produzca con el paso del tiempo, debido al agotamiento de los materiales. Cuando una suspensión se hace demasiado blanda, influye haciendo que la altura de la carrocería del vehículo al suelo disminuya. La reparación en este caso es muy simple y consiste en sustituir el elemento defectuoso.

En caso de encontrarse un amortiguador en mal estado, deberán sustituirse a la vez todos los amortiguadores de ese mismo eje por otros nuevos del mismo tipo. La razón de cambiar todos los amortiguadores del mismo eje, y no sólo el que está defectuoso, es para evitar que las ruedas de un mismo eje se puedan comportar de manera diferente.

b) Suspensión dura: una suspensión dura puede deberse al agarrotamiento parcial de una ballesta, amortiguador o eje de articulación, etc., en cuyo caso deberá desmontarse el elemento defectuoso y proceder a su limpieza, reparación ó sustitución si fuese preciso.

c) Suspensión ruidosa: El ruido en una suspensión se puede producir debido a la rotura de alguna hoja de ballesta, muelle o barra de torsión, en cuyo caso es necesario cambiarlos. También pueden provenir los ruidos de los amortiguadores, sus casquillos elásticos, o bien, de los brazos oscilantes, la barra estabilizadora y, en general, de cualquier articulación elástica del sistema. En cualquier caso, será necesario localizar el ruido y cambiar la pieza defectuosa. Siempre que se observe cualquier casquillo deteriorado deberá cambiarse, aunque no sea el causante del ruido.

d) Vibraciones en la suspensión: Las vibraciones suelen ser debidas generalmente a la existencia de holguras en los ejes de los brazos oscilantes o deformaciones de los mismos, en cuyo caso, además producirán irregularidades en el funcionamiento del sistema de dirección. La existencia de vibraciones también puede ser debida a defectos de los amortiguadores, los cuales habrá que desmontarlos para su comprobación. No obstante, también existen bancos de prueba en los talleres que chequean el estado de los amortiguadores sin necesidad de desmontarlos del vehículo.

Como ya se ha dicho, la mejor manera de comprobar el estado de la suspensión de un vehículo es realizando una prueba en carretera. Finalizada la prueba en carretera, se procederá a inspeccionar el vehículo tratando de localizar holguras o desgastes de los componentes, especialmente en las articulaciones de rótulas, brazos de suspensión, etc., y en la unión de estos elementos al chasis. Fundamentalmente se revisarán los siguientes puntos:

1.- Desgastes de las rótulas en las que se orienta la mangueta. Estos desgastes se pondrán de manifiesto por la existencia de holguras, que se notan si se intenta forzar la rueda de arriba abajo, teniéndola levantada. Si existiese holgura o una pérdida importante de grasa de la rótula por desgaste del guardapolvos, deberá sustituirse dicha rótula.

Desmontaje de una rótula

Esto se realiza soltando sus fijaciones al portamangueta y brazo de suspensión, respectivamente. Cuando la rótula va fijada por cono y tuerca, para soltarla de su fijación habrá de utilizarse un útil (C) que se acopla entre el brazo (B) y el extremo del perno de la rótula (A). Actuando sobre el tornillo del útil se consigue el despegue del cono de fijación.

2.- Holguras en articulaciones de brazos oscilantes. Estas holguras pueden comprobarse intentando mover el brazo correspondiente con ayuda de una palanca, teniendo la rueda levantada del suelo. En caso de encontrar holguras, deberá desmontarse el brazo de suspensión para sustituir el casquillo elástico deteriorado.

3.- Deberá comprobarse el estado, posicionamiento y montaje de la barra estabilizadora, tanto en sus extremos como en el casquillo elástico.

4.- Se comprobará si existen fugas de líquido en los amortiguadores, lo cual se puede detectar por las manchas que dejan. Esto indica que el amortiguador se encuentra en mal estado, y que será necesaria la sustitución, teniendo en cuenta que deberán cambiarse siempre los dos del mismo eje, aunque el otro amortiguador esté en buen estado.

5.- Para el caso de encontrarse con una suspensión blanda, deberán desmontarse los amortiguadores con objeto de comprobar su estado, para lo cual se abrirán a mano hasta su máxima extensión. Este movimiento deberá producirse de manera que el amortiguador vaya abriéndose sin saltos ni irregularidades. Si resulta fácil y rápida su apertura, el amortiguador puede que se encuentre deteriorado. La misma prueba deberá realizarse cerrando el amortiguador, comprobándose los resultados de manera similar. En el desmontaje y montaje de amortiguadores, habrá que poner especial atención en colocar los correspondientes anillos de caucho y arandelas en la misma posición que se encontraban antes de desmontar el amortiguador.

6.- Otra operación a realizar es verificar el estado de los muelles helicoidales de la suspensión, comprobando si existen posibles roturas o un posicionamiento defectuoso sobre sus soportes. En caso de cualquier anomalía se sustituirá el elemento defectuoso.

En las suspensiones McPherson, se desmontará todo el conjunto soltándole de sus fijaciones inferior y superior, según figura adjunta.

Desmontaje del amortiguador en las suspensiones McPherson

Posteriormente y utilizando el útil al efecto, podrá desmontarse el amortiguador. Sin este útil capaz de comprimir el muelle mientras se sueltan las fijaciones del amortiguador a la copela superior, no puede ser desmontado éste, ya que al soltar la tuerca de fijación se produciría el disparo del muelle, con el consiguiente riesgo de accidente.

7.- En los sistemas de suspensión por barras de torsión deberá realizarse una inspección del estado de las barras y una verificación de alturas de la carrocería, que determina el estado de la suspensión.

Montaje de la barra de torsión

Cuando esta altura sea insuficiente, deberá procederse al reglaje correspondiente.

Si alguna de las barras estuviera en mal estado, deberá ser sustituida, para lo cual se procederá a descomprimir la suspensión y posteriormente a retirar la barra de torsión.

El montaje de la nueva barra se realiza posicionando el brazo de suspensión a una determinada altura (especificada por el fabricante) por medio de un útil como el representado en la figura adjunta.

En esta posición se introduce la barra, quedando posteriormente la carrocería a la altura adecuada del suelo.

 

 

 

>> FIN DEL TUTORIAL

 

 

 

 

Volver a
Tutoriales

 

 

Ingemecánica

Ingeniería, Consultoría y Formación

Pulsar aquí si desea enviarnos un e-mail