Sistemas de Traslacion 1 suspencion

SUSPENSIÓN SISTEMAS DE TRASLACIÓN

SISTEMA DE SUSPENSIÓN Introducción A pesar del buen estado de las carreteras, los vehículos no circulan

siempre por superficies planas. Estas irregularidades de la carretera

producen movimientos de subidas y bajadas continuas en función de la

velocidad del vehículo. El vehículo recibe todas las variaciones de la

carretera en forma de pequeños golpes y vibraciones.

Las vibraciones en el vehículo son provocadas fundamentalmente por tres

tipos de acciones:

•••• Las irregularidades de la calzada (siendo las más importantes)

•••• La acción de masas giratorias (motor y transmisión)

•••• Acciones aerodinámicas,


Como ninguna carretera es completamente plana, las ruedas además del

movimiento de giro tienen que realizar movimientos hacia arriba y hacia

abajo. En marcha rápida, estos movimientos se dan en espacios cortos de

tiempo y las aceleraciones perpendicularmente al suelo, pueden ser

mayores a la aceleración de la gravedad, lo que produce esfuerzos en el

vehículo en forma de golpes.

Los golpes resultan muy desagradables para los ocupantes e incluso

perjudiciales para la salud, además de que aumentan las solicitaciones en

las piezas constructivas del vehículo. Además las ruedas no pueden saltar

del suelo, ya que mientras las ruedas están el aire, se pierde la

transmisión de fuerza, y el vehículo durante ese tiempo carece de

dirección y no puede ser frenado.


El sistema de suspensión del vehículo es el encargado de mantener las

ruedas en contacto con el suelo, adaptándose a las irregularidades del

terreno, absorbiendo las vibraciones, y movimientos provocados por las

ruedas en el desplazamiento del vehículo, para que estos golpes no sean

transmitidos al bastidor o chasis, proporcionando la máxima comodidad a

los pasajeros y contribuyendo a incrementar la seguridad activa del

vehículo.


El control de los movimientos

vibratorios se realiza a través

del sistema de suspensión,

intercalado entre las masas

unidas a las ruedas (masas

no suspendidas) y el cuerpo

del vehículo (masas

suspendidas); este sistema

permite el desplazamiento

entre ambas por medio de

elementos elásticos y

produce una disipación de

energía mediante elementos

amortiguadores.


Las funciones de la suspensión son:

•••• Proteger a los pasajeros y equipajes de las sacudidas, contribuyendo

en la confortabilidad de los mismos.

•••• Mantener en todo momento las ruedas en contacto con el suelo,

permitiendo la transmisión de la fuerza de marcha y la de frenada,

además contribuyendo a mejorar la adherencia y el guiado de las

r

u

e

d

a

s


•••• Soportar el peso del vehículo sobre los ejes y mantener la relación

geométrica

•••• Absorber y amortiguar las vibraciones, oscilaciones y sacudidas que se

reciben de las irregularidades del camino.

•••• Absorber las

fuerzas

longitudinales,

transversales y

verticales que se

producen durante

la marcha,

contribuyendo en

la estabilidad.


Oscilaciones

Ensayos realizados demuestran que el margen de comodidad para una

persona está alrededor de una oscilación por segundo. Una cifra

superior excita el sistema nervioso y una cifra muy inferior provoca el

mareo. Por lo tanto, para disponer de una suspensión ideal el número de

oscilaciones debe de estar comprendido entre 30 y 60 períodos por

minuto. Para ello se tienen en cuenta dos

variables:

•••• El peso que soporta el elemento elástico

•••• El coeficiente de elasticidad del mismo

En función del peso soportado, se produce

una deformación, según el coeficiente

elástico del resorte.


La energía que ocasiona la deformación del resorte es devuelta como

reacción elástica en forma de oscilaciones, cuyo período “T” es:

Sabiendo que el coeficiente elástico es K = P/h, y conociendo la carga del

resorte (P) y la deformación que se produce (h), se obtiene:

T = Periodo o tiempo de oscilación, en seg.

h = Deformación producida, en m.

g = Gravedad (9.81 m/seg2)

m = Masa suspendida,, en kg.

K = Coeficiente elástico del resorte, en kg/m


SISTEMAS DE SUSPENSIÓN

Los sistemas de suspensión más utilizados son los siguientes:

•••• Sistema de suspensión simple o convencional

•••• Sistema de suspensión neumática

•••• Sistema de suspensión hidroneumática

•••• Sistema de suspensión inteligente

SUSPENSIONES SIMPLES O CONVENCIONALES

Este es el sistema más utilizado, este sistema utiliza elementos de

suspensión simples, no gestionados electrónicamente, y está formado por:

• Elementos elásticos

• Elementos amortiguadores

• Elementos anexos


ELEMENTOS ELÁSTICOS

Los elementos elásticos tienen la finalidad de absorber los golpes

provenientes de la calzada, mejorando el confort, además aseguran la

adherencia continua de las ruedas al suelo, mejorando la estabilidad y la

capacidad para dirigir el vehículo.

Son elementos construidos de acero especial para resortes, a los que se le

aplican diferentes tratamientos térmicos para mejorar sus propiedades,

tales como elasticidad, resistencia mecánica, etc.

Se utilizan tres tipos de elementos elásticos:

• Ballestas

• Muelles helicoidales

• Barras de torsión


BALLESTAS Están formadas por un conjunto

de láminas de un acero especial

para muelles (aleado con

pequeñas proporciones de silicio y

manganeso) que, sometido a un

tratamiento térmico de temple y

revenido, tiene la característica

fundamental de poder doblarse

considerablemente bajo la acción de una

fuerza, retornando a su posición original

en cuanto esta fuerza que la dobla

desaparece.


Las hojas están unidas mediante unas abrazaderas que permiten el

desplazamiento entre las hojas cuando éstas se deforman por el peso

que soportan; la hoja más larga o superior recibe el nombre de hoja

maestra o principal, va curvada en sus extremos formando unos ojos en

los que se monta unos casquillos, para su acoplamiento, por medio de

unos pernos o bulones. El número de hojas y su espesor está en

función de la carga que ha de soportar. Todas las hojas se unen en el

centro mediante un tornillo pasante con tuerca, llamado capuchino o

perno guía.


Tipos de ballestas:

1. Ballestas simétricas convencionales:

Las ballestas simétricas se utilizan siempre que la geometría del vehículo

lo permite, generalmente en vehículos pesados de tres o más ejes, en los

que las distancias entre ejes resultan excesivamente reducidas; en

muchas ocasiones obligan a que las ballestas sean más cortas en el

espacio comprendido entre los ejes (ballestas asimétricas).

Dentro de esta categoría nos encontramos con distintas tipologías, los

elementos diferenciadores son:

• Flexibilidad uniforme o flexibilidad variable.

• Espesor de las hojas.

• Anchura de las hojas.

• Escalonamiento uniforme o no uniforme


Escalonamiento: es la cadencia con que las hojas de la ballesta

disminuyen su longitud al pasar de las superiores (más largas) a las

inferiores. La razón de ser de escalonamiento es conseguir una resistencia

uniforme en cualquier sección de la ballesta; no tendría sentido que todas

las hojas estuviesen dotadas de la misma longitud puesto que los

esfuerzos de flexión sobre una sección cualquiera de la ballesta son

directamente proporcionales a la distancia de dicha sección al extremo de

la ballesta.

Tratar de conseguir una ballesta tal que todas sus secciones manifestasen

la misma resistencia ante los esfuerzos a los que hipotéticamente se va a

encontrar sometida; a este comportamiento se define como sólido de

igual resistencia (sólido tal que todas sus secciones son capaces de

soportar iguales solicitaciones


a) Ballesta simétrica convencional con hojas de igual espesor y anchura, y escalonamiento uniforme.

En general con cualquier suspensión por ballestas se debe tomar como

objetivo acercarse lo más posible al “sólido de igual resistencia”, lo que

supone un perfil parabólico para el conjunto de la ballesta.

Con este tipo de ballestas, no se obtiene un perfil parabólico en el conjunto

de la ballesta, pero sí que se obtiene una aproximación trapezoidal a una

envolvente parabólica lo que se ajusta aceptablemente a un sólido de igual

resistencia


Además este tipo de ballestas permite simplificar notablemente el proceso

productivo, aunque pueden resultar ligeramente más voluminosas que las

siguientes, con escalonamiento no uniforme.


b) Ballesta simétrica convencional con hojas de igual espesor y anchura, y escalonamiento no uniforme

Permiten ajustarse algo más al sólido de igual resistencia, al lograr en el

conjunto de la ballesta un perfil de envolvente parabólico.

Si bien el proceso productivo y de diseño resulta algo más engorroso, claro

que el de las de escalonamiento no uniforme permite reducir

sensiblemente el volumen de las ballestas.


c) Ballesta simétrica convencional con hojas de diferente espesor e igual anchura, y escalonamiento uniforme

Con esta metodología se consigue, de una forma alternativa, al perfil

parabólico, aproximarse al sólido de igual resistencia, aunque resulta poco

eficiente por la diversidad de perfiles metálicos de diferente espesor con

los que se hace preciso trabajar.

Además, el proceso de laminación lleva asociado a él unos grandes

esfuerzos que se multiplican por un factor muy importante cuando

aumentan de forma sensible los espesores de las hojas.


d) Ballesta simétrica convencional con hojas de diferente espesor e igual anchura, y escalonamiento no uniforme

Tipología similar a la anterior, aunque permite un mejor juego en lo que a

limitaciones de volumen y flecha se refiere. Resulta notablemente más

caro que los anteriores.

2. Ballestas simétricas de flexibilidad variable. En función del número de etapas, los resortes laminares pueden

clasificarse en simples o de una etapa, y compuestos o de varias etapas.

Los resortes laminares simples se caracterizan por ser de rigidez

constante, mientras que los de varias etapas (combinación de resortes en

paralelo) consiguen una rigidez variable.


En algunos casos especiales en los que la carga estática sobre la ballesta

es alta y pueden aparecer notables sobrecargas, se hace preciso reducir la

flexibilidad y darle a la ballesta una mayor rigidez, lo suficiente como para

soportar sin excesivo sedimento las cargas dinámicas resultantes.

Cuando las sobrecargas de uso del vehículo son muy elevadas, una

ballesta dimensionada en función de estas cargas puede resultar

excesivamente rígida. Para evitar estos problemas se utilizan ballestas de

rigidez variable.

Existen varios sistemas de conseguir una rigidez variable en una ballesta;

en ballestas simétricas la solución pasa por la colocación de una ballesta

para cargas reducidas conjugada con una segunda ballesta, llamada

“ballestín”, de hojas más cortas y unidas a la ballesta y al puente por su

parte central.


Este conjunto se

complementa, a la

hora del montaje con

un tope de goma

unido al bastidor e

intercalado entre éste

y la parte central de la

ballesta, que impide el

choque de la ballesta

con el bastidor.

Con este montaje se consigue adaptar la suspensión al modo de trabajo

del vehículo. Con el vehículo descargado o mínimamente cargado tan solo

trabaja la ballesta principal. Por el contrario, cuando el vehículo trabaja a


plena carga la ballesta principal cede completamente, siendo el ballestín el

encargado de soportar los esfuerzos dinámicos de la suspensión.

Con este mismo planteamiento se pueden realizar en ocasiones

suspensiones dotadas de tres e incluso más ballestas en paralelo, aunque

lo más habitual es encontrar una ballesta principal y un ballestín.


3. Ballestas parabólicas:

Se entiende por ballesta parabólica a aquella cuyo perfil es una parábola.

Una ballesta parabólica podría estar formada por una sola hoja si su

resistencia fuera suficiente para soportar con seguridad las cargas

exigibles. Pero, por las dificultades que entraña la materialización de una

hoja tal que soporte dichos esfuerzos, suele estar formada por varias hojas

(dos o tres) de igual longitud.

La ballesta trabaja básicamente a flexión, la distribución de esfuerzos

tendrá una forma parabólica y por tanto la sección de la ballesta tendrá

que ser igualmente parabólica.


El montaje de ballestas de hojas parabólicas en las suspensiones, ofrece

varias diferencias constructivas con respecto a las ballestas

convencionales, entre las que cabe destacar:

•••• Todas las hojas presentan la misma longitud, condición necesaria para

conseguir un comportamiento de sólido de igual resistencia.

•••• Ante la imposibilidad de curvar las hojas inferiores haciendo que se

adapten al perfil inferior de las superiores (esto supondría mayores

longitudes en las hojas inferiores), no cabe la posibilidad de

amortiguamiento de fricción ante aceleraciones o frenadas del

vehículo. Además, al no estar las hojas en contacto, hemos de

aseguramos de algún modo el que todas las hojas trabajen al unísono

y, por lo tanto, sufran deformaciones similares; esto se resuelve

colocando separadores entre las hojas de las ballestas parabólicas, lo


que impide la materialización de ballestas parabólicas con un gran

número de hojas ya que resultarían excesivamente voluminosas.

•••• Las ballestas parabólicas no presentan pues contacto entre sí, por lo

que no son capaces de absorber por sí mismas movimientos de

cabeceo de la carrocería. Por esta causa las ballestas parabólicas van

siempre acompañadas de amortiguadores que se encargan de

absorber estos movimientos.


4. Ballestas trapezoidales:

Si bien, como hemos visto, el perfil parabólico es el que más se aproxima

al sólido de igual resistencia, dada la dificultad que entraña la fabricación

de estas hojas, muchas veces son sustituidas por hojas con perfiles

trapezoidales. En este caso, aunque la ballesta no resulta un sólido de

igual resistencia, sí que se aproxima bastante.

Este tipo de ballestas se puede considerar como una variedad del anterior,

siendo sus características, forma de montaje y utilización análoga a las de

las ballestas parabólicas


TIPOS DE MONTAJE:

Montaje longitudinal

La ballesta que presenta cierta curvatura, tiende a ponerse recta la subir la

rueda con las irregularidades del terreno, aumentado con ello su longitud

horizontal, por este motivo, en su unión al chasis dispone de un sistema

que permite su alargamiento. Generalmente, este dispositivo va colocado

en la parte posterior de la ballesta y consiste en la adopción de una

gemela que realiza la unión al chasis por medio de un perno pasante.

Además, en el 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, sin que se produzcan ruidos, ni requiera engrase.


El montaje de la ballesta en el eje, puede realizarse con apoyo de la

ballesta sobre el eje o con el eje sobre la ballesta; este último montaje

permite que la carrocería baje, ganado en estabilidad. La sujeción se

realiza por medio de unas abrazaderas que enlazan la ballesta al eje.


Montaje transversal

Utilizada generalmente en vehículos livianos, se realiza uniendo los

extremos de la ballesta al puente o brazos de suspensión, con

interposición de gemelas y la base de la ballesta a una travesaño del

bastidor o carrocería.


Dependiendo del tipo de montaje sobre el vehículo los ojos van a adquirir

distinta forma y sentido, las formas más comunes se muestran en la figura.


MUELLES HELICOIDALES

Este tipo de muelles tienen como

ventaja que ocupan poco espacio y

además brindan mayor suavidad que la

de ballestas, debido a que posee

excelentes cualidades elásticas, pero

poca capacidad para almacenar

energía, de ahí la necesidad del

amortiguador que absorbe la reacción

del muelle; no son capaces de soportar

mucha carga, ni de contrarrestar los

esfuerzos laterales por lo que requieren

de tirantería que le ayude a controlar estos esfuerzos.


Trabajan a torsión, retorciéndose

proporcionalmente al esfuerzo que

tienen que soportar, acortando su

longitud y volviendo a su posición de

reposo cuando cesa el efecto que

produce la deformación.


La flexibilidad del muelle (o se podría decir la rigidez) depende de

diversos factores que se resumen en el siguiente cuadro:


Muelles de rango variable El muelle de paso variable, controla la carga tanto

como ésta varíe. Las espirales inferiores más

separadas se comprimen menos que las

superiores, que están más juntas, ayudando a un

rodaje suave. Los resortes de rango variable

marcan la diferencia en la sensación del camino.

Reducen el vencimiento, la oscilación y mantienen

la estabilidad cuando transportan cargas extras en

vehículo.

Los muelles con arrollamiento en forma de cono o

doble cono tienen la ventaja, en comparación con


los muelles helicoidales cilíndricos, de que los arrollamientos del muelle no

pueden tocarse durante la marcha al comprimirse éste, ya que cada vuelta

del arrollamiento en espiral se aloja en el arrollamiento mayor anterior.

Con esto, resulta un muelle de menor altura su pérdida de recorrido de

compresión, además de obtenerse una flexibilidad progresiva.


BARRAS DE TORSIÓN La introducción de nuevos materiales ha permitido sustituir las ballestas y

los muelles helicoidales por las barras de torsión.

Su funcionamiento está basado en el

principio de que si a una varilla de acero

elástico, sujeta por uno de sus extremos,

se le aplica por el otro un esfuerzo de

torsión, la varilla tenderá a retorcerse,

oponiendo un par de reacción de igual

valor y sentido contrario, volviendo a su

forma primitiva, por su elasticidad,

cuando cese el esfuerzo de torsión.


El montaje de estas barras sobre el vehículo se realiza fijando uno de sus

extremos al chasis o a la carrocería, de forma que no pueda girar en su

soporte; en el otro extremo, se coloca una palanca solidaria a la barra,

unida en su extremo libre al eje de la rueda. Cuando ésta suba o baje por

efecto de las desigualdades del terreno, se producirá en la barra un

esfuerzo de torsión, cuya deformación elástica permite el movimiento de la

rueda.

Las barras de torsión se pueden disponer paralelamente al eje longitudinal

del vehículo o transversalmente. En el caso de disposición longitudinal,

son posibles mayores longitudes (por lo tanto mayores ángulos de torsión,

mayor recorrido elástico). Las cabezas de sujeción están generalmente

dentadas, con la finalidad de facilitar el ajuste de la tensión previa.

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