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Service Training

Programa autodidctico 357

El Nivomat

Diseo y funcionamiento

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El Programa autodidctico presenta el diseo y

funcionamiento de nuevos desarrollos.

Los contenidos no se someten a actualizaciones.

Para las instrucciones de actualidad sobrecomprobacin, ajuste y reparacin consulte porfavor la documentacin del Servicio Postventaprevista para esos efectos.

El estado de carga de un vehculo influye de formaesencial en el confort y la estabilidad de marcha.

Para tener en cuenta esta circunstancia se handesarrollado, y se siguen desarrollando, sistemas deregulacin del nivel.Asumen la funcin de reaccionar

de forma activa ante las cargas que intervienen en la

suspensin del vehculo.

Debido a su complejidad, los sistemas de esa ndole

se implantaban hasta ahora ms bien comoequipamiento opcional en los vehculos de las

categoras superiores y de lujo.

En el caso del NIVOMAT de la casa ZF Sachs se hacreado un sistema compacto y tcnicamente

madurado, que se puede integrar de forma simple enlos sistemas de los vehculos existentes.

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NUEVO Atencin

Nota

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Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Fundamentos de la suspensin en vehculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Peso de la carga y comportamiento del vehculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Definicin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Suspensin en vehculos de motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Amortiguadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Fundamentos de la regulacin del nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Definicin de la regulacin del nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

El Nivomat en el Passat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Estructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Indicaciones para el taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Explicacin de los conceptos DESTACADOS

Pruebe sus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Referencia rpida

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Introduccin

El Nivomat es un sistema de amortiguacin, quereacciona de forma automtica ante el estado de

carga y adapta el nivel del vehculo a las condicionesen cuestin. Esto significa, que dentro de sus lmitesde regulacin el Nivomat eleva la parte posterior del

vehculo al someterse a carga, de modo que se

conserve una buena estabilidad de marcha.De esa forma contribuye esencialmente a laseguridad del vehculo y de sus ocupantes.

Sumario de las ventajas:

- Construccin compacta- Facilidad de montaje y de equipar ulteriormente- De bajo coste

- No requiere potencia elctrica o hidrulica

- No aumenta el consumo de combustible- Amortiguacin en funcin de la carga- Proteccin contra daos en los bajos debidos a

una carga intensa- Los paragolpes conservan sus posiciones ptimas,

incluso bajo carga

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Fundamentos de la suspensin en vehculos

Peso de la carga y comportamiento del vehculo

Aparte de depender de la velocidad y de las condiciones del entorno, el comportamiento del vehculo dependeesencialmente del peso y de su reparto sobre los ejes. Un reparto disparejo del peso influye negativamente, sobretodo, en la distancia libre sobre el suelo, la estabilidad de marcha y la seguridad de conduccin, as como en el

comportamiento aerodinmico.

Altura libre sobre el suelo

Si un vehculo se encuentra muy cargado, el alto peso

ya comprime los muelles en una magnitud tanintensa, que se reduce el nivel del vehculo sobre el

pavimento. Debido a ese fenmeno ya slo quedadisponible un escaso recorrido de los muelles paracompensar p. ej. el efecto de los baches. Los bajos del

vehculo pueden sufrir daos.

Estabilidad y seguridad de la marcha

Al llevar cargas intensas, su peso no va distribuido

uniformemente sobre los ejes del vehculo. Con ellodisminuye la adherencia de las ruedas delanteras al

pavimento, al grado que ya no se pueden transmitirlas suficientes fuerzas de traccin, direccin yfrenado.

En casos de colisin se agrega la particularidad de

que los paragolpes dejan de encontrarse en unaposicin ptima para la absorcin del impacto.

Condiciones aerodinmicas

La posicin desfavorable del vehculo con cargas

intensas a bordo declina la resistencia aerodinmicay provoca un aumento del consumo de combustible.

Sobre todo a velocidades superiores, las malascondiciones aerodinmicas hacen que sigadisminuyendo la estabilidad de marcha.

Baja altura libre sobre el suelo

Posicin desfavorable de los paragolpes

Alta resistencia aerodinmica

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S357_003

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Definicin

Antes de dirigir nuestra atencin a los detalles de la estructura y las funciones asignadas a los sistemas de muellesy amortiguadores en la construccin de automviles tenemos que aclarar los conceptos de la amortiguacin y elmuelleo de la suspensin y deslindarlos lo ms posible.

Amortiguacin

El concepto de la amortiguacin tiene sus orgenes enla teora ondulatoria. En la mecnica clsica, una

oscilacin se define como un movimiento ascendentey descendente de una masa suspendida de un muelle

mecnico. Si en una contemplacin idealista sedesprecian las influencias externas y las friccionesque intervienen, una MASA, una vez EXCITADA,

seguira oscilando ilimitadamente (oscilacinno amortiguada).

Sin embargo, en realidad existen influencias de

friccin, p. ej. con el aire del entorno y en el interiorde la propia estructura metlica del muelle. Lasfricciones que intervienen consumen en cada

oscilacin una parte de la energa oscilatoria. Estohace que la oscilacin se vaya debilitando con cada

ciclo y finalmente deje de existir, a no ser que elsistema muelle-masa vuelva a ser excitado por un

golpe. Se habla aqu de una oscilacin amortiguada.

En numerosas reas tcnicas es necesario intensificar

este comportamiento de amortiguacin mediante

medidas de diseo adecuadas, para evitar lageneracin de oscilaciones.En la construccin de vehculos esta funcin se asigna

a los sistemas para la amortiguacin de los ejes. Seencargan de conservar la estabilidad de la marcha,

la seguridad de la conduccin y las condiciones deconfort.

Oscilacin no amortiguada

(contemplacin idealista)

Excitacin

Oscilacin amortiguada

Excitacin S357_020

S357_021

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Muelleo de la suspensin

La funcin de la suspensin consiste en soportar elpeso del vehculo y compensar los golpes causadospor irregularidades del pavimento. Con la tensin

previa de los muelles, la suspensin se encarga de

que las ruedas no pierdan el contacto con el suelo, p.ej. al pasar por baches. Esto es necesario para poderseguir transmitiendo fuerzas de traccin, frenado y

direccin, incluso en pavimentos en condicionesadversas, y poder mantener dominable as el

comportamiento del vehculo.

Comportamiento de amortiguacin de los muelles

mecnicos

Segn la ndole de los muelles empleados, tambin

un muelle est en condiciones de amortiguar lasoscilaciones que intervienen. El efecto de

amortiguacin, sin embargo, suele ser escaso. Sedebe a que los TOMOSDEMETAL en el muelle poseen

una localizacin relativamente firme y tratan deconservarla. Los TOMOS tienen que ser excitados pormedio de una fuerza externa, para que abandonen

su sitio habitual y acompaen el movimiento de

dilatacin del muelle. Si desaparece la fuerzaexterna, los tomos del metal vuelven a su posicinoriginal.

Con estos movimientos a nivel atmico se transformala energa cintica en energa trmica. A eso se debe

que se calienten los muelles si se extienden y contraenrepetidas veces con rapidez.

Peso del vehculo

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Efecto de amortiguacina nivel atmico

Movimientode retorno

La energa delmovimiento seentrega en formade calor.

tomos del metalen el muelle

Movimiento de dilatacin del muelle

Fuerza

Entrega de calor mediante transformacin energtica

Movimiento de extensin,p. ej. causado por un bache

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Para lograr una accin conjunta ptima entre el muelleo de la suspensin y la amortiguacin se procede aimplantar muelles y sistemas de amortiguacin en versiones combinadas.Desde el punto de vista fsico, el vehculo consta de masas no amortiguadas y masas amortiguadas.

Los muelles mecnicos y los sistemas de amortiguacin pertenecen parcialmente tambin a las masas

no amortiguadas.

Masas no amortiguadas

Pertenecen a ellas los componentes que incluyen en

sus movimientos los causados por las irregularidadesdel pavimento. Se trata de:

- los ejes,- los muelles (en parte),

- las suspensiones de las ruedas,- los frenos,

- los amortiguadores (en parte) y- las ruedas.

Masas amortiguadas

Son todos los componentes que se encuentran

desacoplados de las irregularidades del pavimento atravs de elementos de suspensin, p. ej.:

- la carrocera,- los ocupantes o

- la carga a bordo.

Estructura bsica

La suspensin de un vehculo consta generalmente detres elementos de muelle:

- los neumticos,- la suspensin de los ejes y

- los muelles de los asientos.

Suspensin en vehculos de motor

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Pequeo movimiento

de masas amortiguadas, causadopor irregularidades del pavimento

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Movimiento de lasmasas no

amortiguadas,causado porirregularidades delpavimento

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Funciones asignadas a los sistemas de suspensin

Para ilustrar las funciones que asumen los sistemas de suspensin contemplaremos el comportamiento de unvehculo con una suspensin netamente mecnica, sin amortiguadores (suspensin no amortiguada) y un vehculocon un sistema de muelle-amortiguador (suspensin amortiguada).

Vehculo con suspensin no amortiguada

En el caso de una suspensin no amortiguada, los

neumticos empiezan a saltar al recorrerirregularidades consecutivas y empiezan a perder el

contacto con el pavimento.La carrocera empieza a producir movimientos de

oscilaciones y balanceo que se generan ysuperponen, provocando una adherencia disparejasobre el pavimento. El vehculo deja de ser

dominable y pierde estabilidad.

Vehculo con suspensin amortiguada

La amortiguacin se encarga de neutralizarrpidamente las oscilaciones causadas por las

irregularidades del pavimento en la carrocera y enlas ruedas. De esa forma se conserva la adherencia

entre neumticos y pavimento y se pueden seguirtransmitiendo las fuerzas de traccin, direcciny frenado.

El vehculo se mantiene dominable y estable incluso

al circular sobre un pavimento en condicionesadversas.

Suspensin sin amortiguadores

Suspensin con amortiguadores

S357_008

La oscilacin propia del vehculo se intensifica.

S357_009

La oscilacin propia del vehculo se mantiene reducida.

En las figuras relativas a muelles y amortiguadores se supone en las pginas siguientes que el punto de

anclaje a la carrocera es un punto fijo. Por ese motivo, en la etapa de contraccin de los muelles seindica en forma de flecha una fuerza dirigida hacia arriba, la cual comprime al muelle y/o al

amortiguador, mientras que la etapa de extensin del muelle se indica con una flecha dirigida haciaabajo. Es decir, que el movimiento se representa puesto en relacin con la carrocera del vehculo.

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Tipos de suspensiones

Se distinguen los tipos de suspensiones:

- Suspensiones mecnicas en forma de muelles de ballesta, muelles helicoidales o MUELLESDETORSIN en acero o

bien elementos elsticos de goma,

- suspensiones neumticas,- suspensiones hidroneumticas y- combinaciones de estos sistemas, como p. ej. un brazo telescpico dotado de un muelle neumtico y uno

helicoidal.

Suspensin mecnica

Los muelles mecnicos de un vehculo se utilizanprimordialmente para soportar la masa del vehculo.

Comportamiento de amortiguacin de los

mulles mecnicos

De acuerdo con lo descrito, los muelles mecnicos

slo suelen poseer unas reducidas caractersticasde amortiguacin.No resultan suficientes como para amortiguar

eficazmente las oscilaciones de la carrocera.

Suspensiones neumticas

Expresado en trminos simplificados, un muelle

neumtico est compuesto por un fuelle (balona)

estanco a gases, dotado de una carga de gas. Elefecto de muelleo se debe a que los gases soncompresibles. Eso significa, que el fuelle se contrae al

ser comprimido por la masa del vehculo.

Comportamiento de amortiguacin de los

muelles neumticos

Tambin la suspensin neumtica poseecaractersticas de amortiguacin en las etapas de

contraccin y extensin de la balona. Se deben a quetransforman energa de las oscilaciones en energade calor a travs del trabajo de comprimir y expandir

la carga de gas.

S357_010

Muelle de ballesta Muellede goma

Muellehelicoidal

Muelle de torsin

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Fuelle (balona)

Carga de gas

Contraccin

Extensin

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Suspensin hidroneumtica

Debido a que los lquidos apenas si son compresibles,una suspensin netamente hidrulica posee slo unmuy bajo efecto de muelleo. Para conseguir un buen

comportamiento de amortiguacin resultan ser a su

vez muy adecuados los lquidos hidrulicos. Parapoder aprovechar estas propiedades se procede aagregar entre cilindro y mbolo de trabajo un

volumen de compensacin con una carga de gas(muelle de gas presurizado). De ese modo se obtiene

una suspensin hidroneumtica, con la que seconsigue el efecto de muelleo a base de comprimir el

gas contenido en el volumen de compensacin.

Comportamiento de amortiguacin de la

suspensin hidroneumtica

En virtud de las propiedades especficas que

caracterizan al aceite hidrulico, estos sistemasposeen un comportamiento de amortiguacin

intensa. Se aprovecha implantando pequeostaladros en el mbolo, a travs de los cuales se

obliga el paso del lquido hidrulico al ser movido elmbolo por el efecto de una fuerza.

Mediante vlvulas de mbolo de efecto en un solosentido y con diferentes secciones transversales se

logra que la etapa de extensin manifieste unaamortiguacin ms intensa que el movimiento de

contraccin. Esto es necesario, porque el muellemecnico en el brazo telescpico (muelle portante)acta en contra del movimiento del mbolo de

trabajos durante la etapa de extensin.En cambio, al contraerse la suspensin, el muelle

portante apoya el movimiento del mbolo de trabajo.Por ese motivo se necesita slo una menor fuerza deamortiguacin para el movimiento de contraccin.

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Cilindro

mbolo de trabajo

Aceitehidrulico

Bajoefecto de muelleo

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Fuerza

mbolo detrabajocon taladros

La resistenciadel flujoamortigua elmovimiento

Contraccin Extensin

Vlvula de mbolo con

baja amortiguacin

Vlvula de mbolo con

alta amortiguacin

Altoefecto de muelleo

Volumen decompensacin

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Amortiguadores

Los amortiguadores son actualmente los elementosque se implantan con la mayor frecuencia paralograr efectos de amortiguacin en las suspensiones

de los trenes rodantes.

Segn se ha descrito, su misin consiste enamortiguar lo ms rpida y extensamente posible lasoscilaciones provocadas por las irregularidades del

pavimento, de modo que la carrocera no ejerzaoscilaciones propias o bien apenas si las ejerza.

Por regla general, los amortiguadores actuales estn

diseados como sistemas hidroneumticos.

La cmara de compensacin se utiliza para alojar el

aceite que se desaloja de la cmara de trabajo alsumergirse en sta la varilla de mbolo durante la

etapa de contraccin.

Por cuanto a su arquitectura se diferencia entre losamortiguadores monotubo y las versiones bitubo.El diafragma que se representa en esta figura no es

un elemento absolutamente necesario. Segn la

arquitectura especfica del amortiguador, el aceitehidrulico y la carga de gas pueden tener lmitesmutuos directos o bien pueden estar limitados por un

mbolo separador.

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Cilindro

Aceite hidrulico

mbolo de trabajocon vlvulas

Carga de gascomprimida

Cmara decompensacin

Diafragma

Varilla de mbolo

S357_016

Contraccin

Volumen de lavarilla de mbolosumergida

Carga de gasCmara de trabajo

Para ms claridad del principio de funcionamiento se representa en la figura la cmara de

compensacin como si fuera un depsito externo. Los amortiguadores suelen poseer en realidad unacmara de compensacin integrada.

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Amortiguador monotubo

Arquitectura

En un amortigua monotubo, la cmara de trabajo y

la cmara de compensacin van superpuestas en el

mismo cilindro. Esta configuracin es la que le da sunombre al amortiguador monotubo. Para evitar quedurante el funcionamiento del amortiguador se

produzcan burbujas o fenmenos de espumificacinentre el volumen de gas y el lquido hidrulico se

procede a dividir ambas cmaras por medio de unmbolo separador desplazable.

La cmara de compensacin lleva una carga de gasnitrgeno que, segn el fabricante y la arquitectura

especfica, posee una presin de aprox. 20 a 30bares. Por encima del mbolo separador se sita la

cmara de trabajo, en la que se mueve a su vez elmbolo de trabajo.

El efecto de amortiguacin se debe, segn lo descritoal definir la suspensin hidrulica, a que el mbolo

slo se puede mover en la cmara de trabajo con larapidez con que el lquido hidrulico puede fluir a

travs de las vlvulas de un lado del mbolo hacia elotro. Las vlvulas del mbolo establecen las

caractersticas de amortiguacin diferidas para lasetapas de contraccin y extensin.

Ventajas del amortiguador monotubo:

- una buena disipacin del calor,- no presenta el riesgo de espumificacin,

- comportamiento de respuesta rpida y- se puede montar en cualquier posicin.

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Cilindro

Aceitehidrulico

mbolo detrabajo convlvulas

Cmara decompensacin

mbolo

separador

Varilla dembolo

Carga de gas

Cmara detrabajo

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Funcionamiento

El mbolo separador desplazable establece una

cmara de trabajo con volumen variable en el

amortiguador monotubo.

Al desplazarse, durante la etapa de contraccin, el

mbolo de trabajo en direccin hacia el volumen degas, la varilla de mbolo se sumerge en el aceite

hidrulico. El volumen de aceite hidrulico quedesaloja la varilla de mbolo desplaza al mbolo

separador, haciendo que aumente la presin en lacmara de compensacin.Esta operacin recibe el nombre de compensacin

volumtrica.

En la etapa de extensin, la varilla de mbolo esextrada muy afuera de la cmara de trabajo. Estohace que desplace una menor cantidad de aceite

hidrulico, en comparacin con la posicin anterior,

con lo cual el mbolo separador es desplazadoahora por la presin del volumen de gas en direccinhacia el mbolo de trabajo.

Contraccin

Volumen quedesaloja la varilla dembolo

Fuerza

Compensacinvolumtrica

mboloseparador

Cmara decompensacin

Cmara detrabajo

mbolo detrabajo

Volumen que nodesaloja la varilla de

mbolo


Extensin

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S357_019

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Amortiguador bitubo

Arquitectura

Un amortiguador bitubo aloja la cmara de trabajo y

la cmara de compensacin en dos tubos diferentes,

insertados uno en otro. En el tubo interior se implantala cmara de trabajo con el mbolo de trabajo.El espacio entre el tubo exterior y el tubo interior se

utiliza como cmara de compensacin. Aqu seencuentra la carga de gas y el aceite hidrulico para

la compensacin volumtrica.

En un amortiguador bitubo se utiliza nitrgeno parala carga de gas, pero en comparacin con losamortiguadores monotubo se le da una menor

presin de llenado, de aprox. 3 a 8bares. Lascmaras de trabajo y de compensacin se

encuentran comunicadas a travs de las vlvulas dela base en el tubo interior, lo cual permite que el

aceite hidrulico pueda fluir en vaivn entreambas cmaras.

Ventajas del amortiguador bitubo

- Construccin econmica- Baja altura del conjunto

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Aceitehidrulico

mbolo detrabajo convlvulas

Cmara decompensacin

Vlvulas de labase

Varilla dembolo

Carga de gas

Cmara detrabajo

Tubo exterior

Tubo interior

Para representar de un modo ms claro la arquitectura y el funcionamiento del amortiguador bitubo seha procedido a dibujarlo exagerando la anchura en las proporciones de altura a anchura. En realidad,

el amortiguador bitubo se caracteriza por una construccin bastante ms esbelta.

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Funcionamiento

Tambin en el amortiguador bitubo tiene que

producirse una compensacin volumtrica en las

etapas de contraccin y extensin, porque la varillade mbolo desplaza una cantidad de aceitehidrulico mayor o menor en la cmara de trabajo,

segn sea la profundidad a que penetra.

Durante la etapa de contraccin, el aceite hidrulicodesplazado por la varilla del mbolo es impelido

hacia la cmara de compensacin a travs de lavlvula de escape en la base.Con ello aumenta la presin en la cmara de

compensacin. Esto provoca una compresin en lacarga de gas, hasta que se establezca un equilibriode las presiones entre la cmara de trabajo, la

cmara de compensacin y la carga de gas.

En la etapa de extensin se extrae la varilla de

mbolo bastante afuera del tubo interior. Con ellodesplaza una menor cantidad de aceite hidrulico,

por lo cual desciende la presin de la cmara detrabajo con respecto a la de la cmara decompensacin. La vlvula de admisin en la base

abre y el aceite hidrulico sale de la cmara de

compensacin hacia la cmara de trabajo.La carga de gas expande durante esa operacinentre los tubos interior y exterior, hasta que se haya

vuelto a establecer un equilibrio de las presionesentre la cmara de trabajo, la cmara de

compensacin y la carga de gas.

Las vlvulas en el mbolo de trabajo y las vlvulas en

la base se encargan de establecer la amortiguacinen las etapas de contraccin y extensin.

Contraccin

Extensin

Volumen quedesalojado lavarilla dembolo

Fuerza

Compensacin

volumtrica

Vlvula deescape en la

base

Cmara decompensacin

Cmara detrabajo

mbolo detrabajo

S357_024

Volumen queno desaloja lavarilla dembolo


Vlvula deadmisin en

la base

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Carga de gas

Vlvulas delmbolo

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Fundamentos de la regulacin del nivel

Qu es una regulacin del nivel?

Tal y como se ha descrito al principio de este Programa autodidctico, la carga depositada a boro de un vehculoinfluye de forma esencial en su estabilidad de marcha.Con ayuda de una regulacin del nivel en el sistema de la suspensin resulta posible adaptar el nivel del vehculo

a diferentes condiciones de la carga til. De esta forma se conserva la estabilidad, la seguridad y el confort de la

marcha incluso al llevar una carga til intensa.Existen diferentes opciones de diseo para realizar una regulacin del nivel:

- modificando la relacin de transmisin de fuerzas en la suspensin,- modificando el punto de anclaje inferior (punto de la pata del amortiguador) o bien

- implantando una combinacin de estas dos posibilidades.

Modificacin de la relacindel muelle

Con el trmino de la relacin de un muelle se designala distancia entre el soporte cojinete del eje trasero yel punto en que se aplica la pata del amortiguador,

puestos en relacin con la posicin de la rueda.Con ayuda del soporte cojinete del eje trasero y el

punto de aplicacin de la pata del amortiguador seconfigura un brazo de palanca.

Desplazando mecnicamente el punto de aplicacinde la pata del amortiguador hacia el soporte cojinete

del eje trasero se acorta el brazo de palanca.

El brazo de palanca ms corto implica la necesidadde aplicar una mayor fuerza para comprimir elamortiguador a travs del eje trasero. Esto significa

que, con una misma carga, el vehculo no desciendetan intensamente sobre el eje trasero, como sucedera

con un brazo de palanca largo.

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S357_027

Brazo de palancalargo

Soporte cojinete del eje trasero

Brazotelescpico

Brazo de palancacorto

Punto de aplicacin dela pata

Punto de aplicacinde la pata

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Documents