introduccion suspension

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SISTEMAS DE SUSPENSIÓN.

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Ingenieria Automotriz

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Page 1: Introduccion Suspension

SISTEMAS DE SUSPENSIÓN.

Page 2: Introduccion Suspension

Historia 1885 a 1920: Aparecen los primeros principios de construcción del paso

del diseño de los carruajes a un vehículo motor.

1920 a 1955: Búsqueda de soluciones con mayores prestaciones y una

estabilidad que se convirtió en parte de una exigencia fundamental.

Aparecieron distintos tipos de esquemas en función de la posición del

motor, tipo de propulsión, tipo de carga y en vehículo de una gama mas

alta de desarrollaron esquemas mas complejos en busca del confort y de

mayores prestaciones.

1955 a los sesenta: SE adopto soluciones ya formuladas teóricamente y

consideradas ya en esquemas para vehículos de serie.

En los 80: EL conocimiento del efecto de autolineamiento de las ruedas,

pudo permitir que aspectos como el desequilibrio en el sistema de frenado,

o el arrastre del neumático, o el balanceo negativo en las curvas, pudieran

comenzar a ser abordables y solucionables en vehículos estándar.

En los 90: La posibilidad de utilizar controles electrónicos.

Page 3: Introduccion Suspension

Misión

Los elementos elásticos deben absorber los golpes provenientes de

la calzada y asegurar la adherencia continua de las ruedas con el

suelo, así como el de brindar estabilidad durante los virajes.

Page 4: Introduccion Suspension

Características Deben de ser lo suficientemente fuertes para soportar todo el peso del

vehículo sin causar deformaciones permanentes.

Deben de ser lo suficientemente elásticas para que las ruedas no se separen del piso.

Las oscilaciones deben de ser amortiguadas hasta un nivel razonable que no ocasione molestias al los usuarios.

La experiencia demuestra que el margen de comodidad para una persona es de 1 a 2 oscilaciones por segundo; una cifra superior excita el sistema nervioso, aunque tampoco conviene bajar el valor mínimo porque se favorece el mareo.

Un muelle blando tiene gran recorrido y pequeño numero de oscilaciones bajo la carga, mientras que un muelle duro tiene menor recorrido y mayor numero de oscilaciones.

Page 5: Introduccion Suspension

Finalidad Llamamos suspensión a todos los elementos elásticos que se

interponen entre la masa suspendida y la no suspendida del

vehículo.

Page 6: Introduccion Suspension

Funciones Complementarias

Trasmitir las fuerzas de aceleración y frenado entre los ejes y el

bastidor.

Resistir el par motor y de frenada.

Resistir los efectos de las curvas.

Conservar el ángulo de dirección en todo recorrido.

Conservar el paralelismo entre los ejes y la perpendicularidad

del bastidor.

Conservar una estabilidad adecuada con el eje de balanceo.

Aguantar la carga del vehículo.

Page 7: Introduccion Suspension

Movimientos de la carrocería Los movimiento de interés son:

Aceleración

Frenado

Cambios de dirección

Vuelco

El comportamiento dinámico del vehículo vendrá determinado

por las ruedas aplicadas sobre el vehículo por las rueda,

gravedad y el arrastre aerodinámico

Page 8: Introduccion Suspension

Para la representación del vehículo será tomado una sola masa

puntual, concentrando su masa en su centro de gravedad (CG)

Un CG equivale dinámicamente a la totalidad del vehículo,

siempre y cuando se asuma como un solido rígido.

Movimientos de la carrocería

Page 9: Introduccion Suspension

Los movimientos del vehículo se definirán respecto a un sistema de

referencia cartesiano asociado al mismo vehículo.

Este sistema de referencia tendrá su origen en el CG y se moverá

solidario con el.

Las variables de movimiento respecto a las coordenadas que define un

sistema de referencia fijado sobre el propio vehículo serán:

Movimientos de la carrocería

Page 10: Introduccion Suspension

Así pues son seis son los movimientos básicos de la carrocería de un vehículo con respecto a la pista.

1. Cabeceo (q): El movimiento de rotación del vehículo en torno al eje transversal del mismo. Consiste en un hundimiento de la parte anterior del vehículo y un levantamiento de la posterior o viceversa. Es un movimiento típico de aceleración y frenado

2. Balanceo: Al movimiento de rotación en torno al eje longitudinal del vehículo. Es un momento típico que se produce al describir una curva.

3. Guiñada: AL movimiento de rotación en torno al eje vertical del vehículo. Este es un movimiento que puede producirse sobre todo es situaciones de cambios bruscos de dirección.

4. Bailoteo: Al movimiento de toda la “caja” del vehículo paralelo al terreno, movimiento típico cuando se anda por carreteras con ondulaciones.

5. Bandazos: Movimiento oscilatorio rectilíneo en el sentido del eje transversal. Movimiento típico que suele ser provocado por la acción del viento lateral.

6. Vaivenes: Al movimiento oscilatorio rectilíneo en el sentido del eje longitudinal. Movimiento típico que se da cuando el automóvil tiene fallos en el motor o en los frenos.

Movimientos de la carrocería

Page 11: Introduccion Suspension

Las masas suspendidas es el conjunto de órganos del vehículo que forma la “caja” (bastidor o chasis, carrocería, pasajeros y carga, que no esta en contacto rígido con la superficie del terreno por la que circula.

Las masas no suspendidas son aquellas que están soportadas directamente por el neumático

Movimientos de la carrocería

Page 12: Introduccion Suspension

Mecanismo de la suspensión.

El conjunto de elementos elásticos K y amortiguadores V, que se

interponen entre las masas no suspendidas y las suspendidas y que

confieren a esta unión un comportamiento flexible y amortiguado al

mismo tiempo.

También forman parte de la suspensión los elementos estabilizadores

y estructurales que posicionan las ruedas respecto a la “caja” del

vehículo.

Page 13: Introduccion Suspension

La rigidez total de un sistema de muelles compuesto, puede ser determinada de forma similar al de las resistencias en serie

Mecanismo de la suspensión.

Page 14: Introduccion Suspension

En términos dinámicos, la máxima carga probable que puede soportar

el muelle de suspensión de un vehículo rondara el doble de su carga

en condiciones estáticas.

Si un muelle tiene un grado de rigidez de 30 KN/m, se deformara

cerca de 0,08m si actúa una carga estática de 248Kg. (generando una

fuerza de 2400N), pero la deformación superara los 0,16 si el

vehículo esta en movimiento.

Mecanismo de la suspensión.

Page 15: Introduccion Suspension

Para reducir el 0,16m se requiere de un elemento suplementario

que puede ser un tope de goma

Una instalación típica posee topes de goma que actúan cuando el

desplazamiento de acerca a los 0,1m, y se consigue que el

movimiento total restringido sea de 0,127m.

La máxima rigidez que se necesita para estas condiciones es de

37,8 KN/m en el muelle y por lo tanto situando un tope de goma

en paralelo únicamente se necesitarían 7,8 KN/m

Mecanismo de la suspensión.

Page 16: Introduccion Suspension

Geometría de la suspensión.

El desarrollo del control de la posición de las ruedas ha llegado a

ser en cierto grado complejo, tanto como la demanda de

seguridad, confort y la maniobrabilidad que tiene que tener el

vehículo.

Page 17: Introduccion Suspension

Angulo de convergencia (toe-in)y

divergencia (toe-out). Es el ángulo

definido entre cada una de las ruedas

y el eje longitudinal del vehículo,

siempre en su proyección horizontal.

Este ángulo se mide en condiciones

estáticas.

Se determina por la diferencia entre

la distancia de cada uno de los bordes

delantero y trasero al nivel de la línea

central, de las ruedas izquierda y

derecha.

Geometría de la suspensión.

Page 18: Introduccion Suspension

Angulo de avance Caster. Este ángulo produce un efecto de

autoalineacion del las ruedas al tomar una curva.

Este ángulo tiene valores de entre 1 o 2 grados

Geometría de la suspensión.

Page 19: Introduccion Suspension

Angulo de caída (Camber): El ángulo queda definido entre la

vertical de la rueda y el plano del suelo.

Camber positivo: Cuando la parte mas alta de la rueda sobresale

más que cualquier otra parte del neumático

Camber negativo: Cuando la parte baja de contacto del

neumático con el suelo sobresale mas que cualquier otra parte

del neumático

Geometría de la suspensión.

Page 20: Introduccion Suspension

Descentrado de las ruedas (wheel offset): Es la distancia lateral entre el punto donde la prolongación del eje de pivotamiento corta al suelo (B) y el punto central del dibujo del neumático(A).

Si el eje de pivotameinto corta el suelo en la parte inferior del dibujo de rodadura del neumático se dice que el radio de pivotamiento es positivo

Si el eje de pivotamento cruza la vertical del neumático y el corte con el plano del suelo se produce mas allá de la banda central de rodadura decimos que el radio de pivotameinto es negativo

Geometría de la suspensión.

Page 21: Introduccion Suspension

Efecto Ackermann: Cuando un

vehículo circula en una curva, la rueda

interior esta obligada a cubrir una

distancia inferior que la rueda

exterior.

El efecto Ackermann queda

determinado por la orientación de los

brazos de la dirección hacia el interior

cuya prolongación interseca con el

centro del eje trasero del vehículo, de

forma que las cuatro ruedas giran

alrededor de un mismo punto en una

curva

Geometría de la suspensión.

Page 22: Introduccion Suspension

Centros de balanceo (Roll center):

Es el punto imaginario correspondiente a cada uno de los ejes del

auto, que se encuentran en el plano vertical e incluye al mismo,

definiendo el centro instantáneo de rotación de la masa sostenida

atribuible ese eje cuando sobre ella se aplica una fuerza lateral.

Geometría de la suspensión.

Eje de balanceo (roll axis):

Tenemos en el auto dos puntos que responden a los centros de rolido

delantero y trasero para una posición determinada de la suspensión.

Dependiendo de la distribución estática de pesos los puntos de centro

de rolido estarán lo mas próximo posible al plano longitudinal del

vehículo, pero puede que no estén a la misma altura.

De todos modos si unimos el punto del centro de rolido delantero con

el trasero obtendremos una línea que representa el eje de rolido, 0 eje

de balanceo.

Page 23: Introduccion Suspension

Centro de Balanceo

Una de las propiedades mas importantes de la suspensión.

Esta relacionada con la localización del punto en el que son

aplicadas las fuerzas laterales desarrolladas por las ruedas y que

son transmitidas a las masas suspendidas.

Este punto donde se reciben estos efectos se los conoce como

centro de balanceo, afecta el comportamiento de las masas

suspendidas y no suspendidas, afectando de forma directa al gira

del vehículo.

Cada sistema de suspensión tiene su propio centro de balanceo.

Page 24: Introduccion Suspension

Un vehículo que pesa 363 Kg. En cada rueda, cercad e 345 Kg se

transmiten como fuerza lateral en cada rueda por cada 5° de ángulo

de deriva.

En curvas muy cerradas las cargas cambian a 181 Kg. En la rueda

interior a la curva y 544 Kg. A la rueda exterior.

La medida de la fuerza lateral para ambas ruedas disminuye a 308Kg.

Consecuentemente las ruedas tendrán que asumir un grado de

deriva mayor para poder soportar una menor fuerza lateral.

Si las ruedas delanteras son las que tienden a irse hacia afuera el

vehículo tiene un comportamiento subvirador.

Si las ruedas posteriores son las que tienden a irse hacia afuera el

vehículo tiene un comportamiento sobrevirador.

Centro de Balanceo

Page 25: Introduccion Suspension

Este es un efecto que aparecen en los dos ejes del vehículo, el

comportamiento sobrevirador y subvirador del vehículo dependerá

del balance de los momentos de balanceo distribuidos en los ejes

delantero y trasero

Un mayor momento de balanceo en el eje delantero dispondrá de un

comportamiento subvirador de igual manera ocurrirá con el eje

trasero disponiendo de un comportamiento sobrevirador.

Existen mecanismos que gobiernan el momento de balanceo de un

vehículo.

Centro de Balanceo

Page 26: Introduccion Suspension

Todas las suspensiones son equivalentes a dos muelles. La

separación lateral de los muelles proporciona un momento

resistente al balanceo, proporcional a la diferencia en el ángulo de

balanceo entre la carrocería y el eje. La rigidez viene dada por:

Centro de Balanceo

Page 27: Introduccion Suspension

En caso de suspensiones independientes la expresión anterior puede

ser utilizada pero sustituyendo la distancia “s” por el ancho de vías y la

rigidez de la barra estabilizadora.

Cuando un vehículo circula por curvas se puede afirmar que

generalmente la distribución de este momento de balanceo tiene a

desplazarse hacia la parte delantera del vehículo, debido a algunos

factores:

En relación a la carga, la rigidez de la suspensión delantera es ligeramente

inferior a la de la suspensión trasera, esto hace que tenga una mayor

rigidez al balanceo en el eje trasero.

Normalmente los diseñadores refuerzan las suspensiones delanteras para

oponerse de mayor forma al balanceo y asegurar, en un estado limite en

curva, el comportamiento subvirador del vehículo.

Se emplean barras estabilizadoras en la unión de la suspensión para

aumentar la rigidez y oposición al balanceo.

Centro de Balanceo

Page 28: Introduccion Suspension

Funciones principales de los sistemas de suspensión.

Las condiciones básicas en las cuales se desarrolla el trabajo de la suspensión no solo tiene que ver con el nivel de oscilaciones que soporta el ser humano que esta relacionado con el confort si no también se tiene que preocupar la interacción entre el vehículo y el suelo.

Son dos las funciones fundamentales que deben de cumplir la suspensión:

Estabilidad

Confort.

Page 29: Introduccion Suspension

Confort de Marcha.

El margen de comodidad de una persona esta entre 1 a 2 oscilaciones

por segundo, es decir de 60- 120 oscilaciones por minuto.

Por encima de estos valores se altera el sistema nervioso y por

debajo de estos se producen mareos.

Partiendo de estos datos se puede calcular la flexibilidad adecuada

para cada vehículo.

Page 30: Introduccion Suspension

La suspensión debe de absorber las reacciones producidas en las ruedas por las irregularidades del terreno, asegurando la comodidad de las personas así como la protección de la carga y de los órganos mecánicos del vehículo.

La absorción de estas reacciones se consiguen por la acción combinada de los neumáticos, la elasticidad de los asientos y el sistema elástico de la suspensión.

Los neumáticos solo absorben las pequeñas asperezas de la pista y su misión mas importante es la de asegurar un buen agarre la carretera y conservar la silenciosa marcha del vehículo.

Cuando las irregularidades son grandes, son absorbidas por el sistema elástico de la suspensión generado las oscilaciones de las rueda, que serán mas grandes cuanto mas blanda sea la suspensión.

Confort de Marcha.

Page 31: Introduccion Suspension

Los elementos que afectan al confort de la marcha del pasajero están referidos a las vibraciones táctiles y visuales, mientras que las vibraciones auditivas quedan reconocidas dentro del campo de los ruidos.

El tratamiento del confort de marcha del pasajero queda centrado en el rango de frecuencia que varia entre 1 y 25 Hz.

Las vibraciones auditivas cubren un rango de frecuencia entre 25 y 20000Hz.

Los diferentes tipos de vibración normalmente esta tan correlacionados, que resulta en muchas ocasiones difícil considerarlos cada uno por separado

Confort de Marcha.

Page 32: Introduccion Suspension

Fuentes de excitación.

Se puede dividir en dos grupos.

Ajenas al vehículo: La carretera por donde circula

Propias del vehículo: Fuentes de excitación de vibraciones que están

incorporadas al propio vehículo y que surgen de componentes como:

Neumáticos, el sistema de tracción/transmisión y el motor.

Page 33: Introduccion Suspension

El comportamiento de un vehículo en lo referente a la transmisión de vibraciones.

Confort de Marcha.

Page 34: Introduccion Suspension

Irregularidades en la carretera.

En general se acepta que ondulaciones con amplitudes cuyos valores

superen los 0,019m a 0,025m, llegaran a ser molestas a velocidades

normales de marcha; amplitudes menores de 0,013m, significaran

firmes de calidad media, mientras que valores inferiores a 0,005m

serán indicativos de una gran calidad en la superficie de la pista.

Confort de Marcha.

Page 35: Introduccion Suspension

Uniones Llanta/ Neumático.

Tiene que ser una conexión lo suficientemente flexible como para absorber los relieves irregulares, formando parte del sistema de aislamiento de la carrocería.

Las imperfecciones de fabrica de llantas, uniones, frenos y conexiones de elementos rotacionales, deben dar lugar a irregularidades que facilitan la transmisión de vibraciones y que pueden ser agrupadas en:

Desequilibrio de masas

Variaciones dimensionales

Variaciones de rigidez

Este tipo de fenómenos actúan como fuente de excitación de las vibraciones. Las variaciones de fuerzas pueden producirse en dirección vertical, longitudinal o lateral.

Confort de Marcha.

Page 36: Introduccion Suspension

Transmisión

La tercera mayor fuente de excitación proviene de los elementos que

poseen movimientos de rotación en el sistema de tracción.

La línea de transmisión suele estar formada por los componentes que

se sitúan entre el motor y las ruedas motrices.

De todos los elementos que componen este sistema el árbol de

transmisión a través de sus juntas es una de las principales fuentes

de vibraciones

Confort de Marcha.

Page 37: Introduccion Suspension

Motor

El motor es la fuente de potencia del vehículo y por lo tanto también

un fuente de vibraciones.

Pero además la masa del motor conjuntamente con la transmisión

puede ser usado de forma adecuada como un elemento de absorción de

vibraciones.

Una de las claves para el asilamiento de las vibraciones de la estructura

del vehículo, consiste en diseñar un sistema de suspensión que contenga

un eje de balanceo que este alineado con el eje inercial del motor y

proporcione una resonancia alrededor de este eje a una frecuencia que

este por debajo de la frecuencia de encendido mas baja , quedando

atenuadas las vibraciones sobre la frecuencia de resonancia.

Confort de Marcha.

Page 38: Introduccion Suspension

Respuesta del vehículo. A bajas frecuencias, la carrocería, considerada como una porción

de la masa suspendida del vehículo, se mueve como una unidad que forma parte integral de

Los ejes y dispositivos asociados con las masas no suspendidas, también se comportan como un cuerpo rígido y consecuentemente también transmiten vibraciones hacia las masas suspendidas

El comportamiento dinámico del vehículo, puede considerarse la relación entre las entradas y las salidas. La entrada se materializa por las vibraciones anteriores y la salida ya como un comportamiento de la estructura

Page 39: Introduccion Suspension

Sensibilidad humana a las vibraciones Como conclusiones generales el cuerpo humano puede soportar un cierto

grado de vibraciones circulando con un vehículo

El cabeceo produce sensación de nauseas y alteraciones en el laberinto auditivo que modifican el sentido del equilibrio

Las oscilaciones de frecuencia inferior a 0,5 Hz producen un malestar semejante al maro de un barco

Las frecuencias de 5-6Hz causan fatiga general, debida a la resonancia de los músculos

LA cabeza y el cuello son muy sensibles a las vibraciones que varían entre 18 y 20 Hz.

Las zonas viscerales del cuerpo humano se muestran especialmente sensible a frecuencias entre 5 y 7 Hz. Este efecto dependerá del pasajero como de la amplitud de la frecuencia transmitida

Las frecuencias del orden de los 20Hz son perjudiciales para las vertebras cervicales

El campo en el cual las vibraciones son aceptadas esta restringido a frecuencias comprendidas entre 1 y 2 Hz.

Page 40: Introduccion Suspension

Sensibilidad humana a las vibraciones.

De este modo resulta que las aceleraciones verticales deben ser en

cualquier caso inferiores a 0,02g

Un papel fundamental en la suspensión de confort es el juego por el

asiento cuyos muelles deben de tener sus frecuencias naturales alejadas

de las frecuencias de las solicitaciones transmitidas al casco de la

carrocería por las suspensión para evitar fenómenos de resonancia.

Sensibilidad humana a las vibraciones

Page 41: Introduccion Suspension

Un papel importante en la sensación de confort es el jugado por el

asiento, cuyos muelles deben de tener sus frecuencias naturales

alejadas de las frecuencias de las oscilaciones transmitidas al casco

de la carrocería por las suspensiones, para evitar fenómenos de

resonancia.

Sensibilidad humana a las vibraciones

Page 42: Introduccion Suspension

Estabilidad La estabilidad del vehículo, hace referencia a la necesidad de que las

ruedas estén constantemente en contacto con el suelo, ya que el

vehículo se “apoya” sobre la huella del neumático y la adherencia del

mismo es función de dos factores:

El rozamiento de la interface neumático-suelo

El peso que gravita sobre el neumático.

Page 43: Introduccion Suspension

Si por efectos de la suspensión la rueda dejara de estar en contacto

con el suelo y en ese caso tendríamos una A=0, de hay la

importancia de reducir rápidamente las oscilaciones, con

amortiguadores adecuados a cada vehículo.

Suspensiones muy blandas con grandes deformaciones, serán muy

confortables pero poco estables, con el riesgo de quedarnos sin

adherencia

Suspensiones muy duras con escaso recorrido, serán poco cómodas

pero muy estables

Estabilidad

Page 44: Introduccion Suspension

Tipos de suspensión.

Hacer más cómoda la marcha del vehículo la de los pasajeros y

mantener en todo momento la estabilidad del mismo.

Para cumplir con estos objetivos la Suspensión debe tener 2 cualidades

importantes:

Elasticidad

Amortiguación

Page 45: Introduccion Suspension

Elasticidad Evita que las desigualdades del terreno se transmitan al vehículo en

forma de golpes secos.

Impide el balanceo excesivo.

Page 46: Introduccion Suspension

TIPOS DE SUSPENSION

SUSPENSIÓN INDEPENDIENTE

SUSPENSIÓN RIGIDA

SUSPENSIÓN SEMI-RIGIDA

Page 47: Introduccion Suspension

TIPOS DE SUSPENSION

Page 48: Introduccion Suspension

Suspensiones Traseras

Page 49: Introduccion Suspension

Suspensiones Traseras

Dentro de las suspensiones traseras de los vehículos se pueden

diferenciar básicamente 2 tipos

Suspensión de eje rígido

Suspensiones independientes o de eje partido

La selección de un tipo u otro para el eje trasero depende, de

forma significativa de la configuración de los sistemas de

propulsión.

Page 50: Introduccion Suspension

Suspensiones Traseras de Eje Rígido

1. Eje Trasero Rígido y Tracción a las Ruedas Traseras

Los primeros vehículos poseían este tipo de suspensiones debido a la ubicación de la propulsión del vehículo se encontraban en la parte posterior, hoy en día este tipo de suspensiones a quedado reducida a vehículos industriales y deportivos

Estas suspensiones se caracterizan por que las ruedas se encuentran permanente formando los mismos ángulos con los semiejes, y son los propios semiejes los que hacen las veces de brazos de suspensión .

Con esta disposición el eje trasero queda englobado dentro de las masas no suspendidas , lo que hace que aumente considerablemente su peso con la consiguiente perdida de adherencia.

Page 51: Introduccion Suspension

2. Eje rígido en las ruedas traseras no motrices

Este es uno de los sistemas que hoy en día se puede encontrar, el eje

consiste en un tubo ligero que une las dos ruedas asegurando un

ancho de vía constante.

Este sistema es mucho mas económico y sencillo que el anterior.

Produce un mayor grado de confort y un a mayor estabilidad al

reducir las masas no suspendidas.

Suspensiones Traseras de Eje Rígido

Page 52: Introduccion Suspension

Suspensiones Independientes

Las suspensiones traseras independientes están destinadas a

vehículos deportivos.

Las ventajas de este sistema son la estabilidad, manejabilidad y, en

el caso de vehículos con ruedas motrices, tracción.

El confort se ve beneficiado al reducir en aproximadamente un

50% sobre el total de las masas no suspendidas

Además permiten un incremento total de espacio

Page 53: Introduccion Suspension

1. Suspensión de Semiejes Oscilantes

Este sistema supone un centro de balanceo relativamente alto del

vehículo, que en curvas cerradas puede provocar que se eleve la

parte trasera del vehículo haciendo que las ruedas de dicho eje

tomen una caída positiva reduciendo el contacto de la banda de

rodadura con el piso

Todo esto deriva en un sistema inestable altamente sobrevirador por

la perdida de adherencia de las ruedas traseras.

Suspensiones Independientes

Page 54: Introduccion Suspension

Suspensión de eje oscilante La peculiaridad de este sistema que se muestra en la figura inferior es que el elemento de

rodadura (1) y el semieje (2) son solidarios (salvo el giro de la rueda), de forma que el

conjunto oscila alrededor de una articulación (3) próxima al plano medio longitudinal

del vehículo.

Este tipo de suspensión no se puede usar como eje directriz puesto que en el movimiento

oscilatorio de los semiejes se altera notablemente la caída de las ruedas en las curvas.

Completan el sistema de suspensión dos conjuntos muelle-amortiguador telescópico (4)

Page 55: Introduccion Suspension

Suspensión mediante “Trailing” o “semi-

trailing arms”

Este tipo de suspensión a disminuido el peso de las masas no

suspendidas traseras en especial en los vehículos de tracción delantera.

Es su forma original los brazos de la suspensión pivotan alrededor de

un eje paralelo al suelo y en dirección transversal al vehículo.

De esta manera las ruedas transmiten movimiento independientes

La colocación de este tipo de suspensiones en la carrocería da lugar a

que se produzcan movimientos de balanceo mas pronunciados que los

otros diseños.

Al ser transmitido el balanceo íntegramente a una rueda y a otra , este

tipo de suspensiones provocan una perdida en la capacidad de giro del

vehículo

Page 56: Introduccion Suspension

SUSPENSION DE BRAZO ARRASTRADO

Con este tipo de suspensión, los puntos de apoyo de los brazos que soportan a los

neumáticos son montados en ángulos rectos en la dirección longitudinal de la carrocería.

Suspensión mediante “Trailing” o “semi-

trailing arms”

Page 57: Introduccion Suspension

SUSPENSION DE BRAZOS SEMI-ARRASTRADO

Este tipo de suspensión se parece al tipo de brazos tirantes, pero los

puntos de apoyo son montados, tanto como sea inclinado con

respecto a la dirección longitudinal de la carrocería.

Suspensión mediante “Trailing” o “semi-

trailing arms”

Page 58: Introduccion Suspension

Semi-Arrastrado Arrastrado

Suspensión mediante “Trailing” o “semi-trailing arms”

Page 59: Introduccion Suspension

Brazos Transversales desiguales Este sistema es de poco uso debido a problemas de espacio.

Representa un mejor compromiso respecto a la geometría de suspensión, debido a que en las curvas la rueda que recorre el exterior de la misma, mas cargada, experimenta una variación menor en su caída ante el balanceo del vehículo.

En algunos casos los semiejes hacen de brazo superior del sistema disminuyendo las masas no suspendidas, al igual que reduciendo el espacio a ocupar.

Modificaciones mas reciente introducen cuatro barras con el fin de evitar las fuerzas transversales en la unión de los neumáticos con el suelo, que pudiesen provocar variaciones de convergencia en las ruedas.

Algunos vehículos introducen una quinta barra que actúa a modo de brazo de dirección y de esta manera se consigue un efecto de autodireccionamiento pasivo en las ruedas posteriores lo que se asegura un correcto autolineamiento de las mismas bajo cualquier rango de carga

Page 60: Introduccion Suspension

Suspensión Mac Pherson

Es uno de los sistemas mas usado en los vehículos de turismo en la

parte delantera, en la parte trasera se usan con barras

transversales para controlar los movimientos longitudinales y

transversales

De forma alternativa, la barra transversal puede ser articulada de

forma similar a la de un brazo oscilante con el fin de evitar el

efecto sobrevirador que puede producir este tipo de suspensiones

ya que este tipo de geometría no es adecuada en los giros.

Page 61: Introduccion Suspension

Suspensiones Delanteras

Page 62: Introduccion Suspension

Suspensiones delanteras de eje rígido

Con este tipo de suspensiones nos aseguramos el mantenimiento

de la vía en las ruedas delanteras.

Pero al ser las ruedas delanteras directrices y en algunos casos

motrices, este tipo de suspensión no es aconsejable ya que

producen efectos que alteran la inestabilidad del vehículo

Page 63: Introduccion Suspension

Suspensiones delanteras independientes.

1. Suspensión delanteras con barras de suspensión desiguales

En este tipo de suspensiones cada rueda es guiada mediante una barra superior mas corta y una inferior mas larga.

La relación de longitudes así como los ángulos de las barras son determinados de forma que se consiga la combinación optima de los siguientes componentes:

Reducir en un 50% la variación de la caída provocada por los movimientos verticales de la suspensión

Minimizar en la medida de lo posible las variaciones en el ancho de vía que el vehículo pueda experimentar. Variaciones que llegaran a ser considerables si las longitud de las barras transversales fueran similares.

Permitir que las ruedas no tengan caída a pesar del movimiento de balanceo del vehículo, para evitar desgastes anormales del neumático y posibles adherencia en las curvas

Permite ciertas ventajas constructivas derivadas principalmente de buscar la menor intromisión posible en el comportamiento del motor y el habitáculo.

Page 64: Introduccion Suspension

Suspensiones Multibrazo o Multilink

Las suspensiones multibrazo se basan en el mismo concepto básico que sus precursoras las

suspensiones de paralelogramo deformable,

La diferencia fundamental que aportan estas nuevas suspensiones es que los elementos guía de

la suspensión multibrazo pueden tener anclajes elásticos mediante manguitos de goma. Gracias a

esta variante las multibrazo permiten modificar tanto los parámetros fundamentales de la rueda,

como la caída o la convergencia.

Las suspensiones multibrazo se pueden clasificar en dos grupos fundamentales:

Suspensiones multibrazo con elementos de guía transversales u oblicuos con

funcionamiento similar al de las suspensiones de paralelogramo deformable.

Suspensiones multibrazo que además disponen de brazos de guía longitudinal con un

funcionamiento que recuerda a los sistemas de suspensión de ruedas tiradas por brazos

longitudinales.

Page 65: Introduccion Suspension

En la figura sistema multibrazo delantero y en la derecha uno trasero del tipo paralelogramo deformable con tres brazos.

La suspensión delantera consta de un brazo superior (1) que va unido a una mangueta (2) larga y curvada mediante un buje de articulación (A) y un brazo inferior transversal (3) que va unido a la mangueta por una rótula doble (B) y al bastidor por un casquillo (C) que aísla de las vibraciones.

Cierra el paralelogramo deformable el propio bastidor como en cualquier suspensión de este tipo.

Esta suspensión dispone además de un tercer brazo (4) que hace de tirante longitudinal y que está unido al bastidor y mangueta de la misma forma que el brazo inferior transversal (3).

La gran altura de la prolongación de la mangueta consigue una disminución de los cambios de convergencia de la rueda y un ángulo de avance negativo.

Page 66: Introduccion Suspension

La suspensión trasera consta de un brazo superior (1) con forma de

triángulo como la delantera, pero dispone de dos brazos transversales,

superior (2) e inferior (3) y un tirante longitudinal inferior (4).

Ambos sistemas poseen como elementos elásticos muelles helicoidales

y amortiguadores telescópicos (5) y también barra estabilizadora.

Observar que en la disposición delantera el amortiguador va anclado a

la barra inferior transversal (3) mediante una horquilla.

Page 67: Introduccion Suspension
Page 68: Introduccion Suspension
Page 69: Introduccion Suspension
Page 70: Introduccion Suspension

Suspensión de paralelogramo deformable

La suspensión de paralelogramo deformable junto con la McPherson es la más utilizada en un gran

número de automóviles tanto para el tren delantero como para el trasero. Esta suspensión también se

denomina: suspensión por trapecio articulado y suspensión de triángulos superpuestos.

Las características de suspensión son determinadas por la longitud de los brazos superior e inferior y

sus ángulos de instalación, permitiendo así una gran cantidad de libertad en el diseño de la suspensión.

Page 71: Introduccion Suspension

Suspensión de paralelogramo deformable

En la figura se muestra una suspensión convencional de paralelogramo deformable.

El paralelogramo está formado por un brazo superior (2) y otro inferior (1) que están unidos al chasis a través de unos pivotes, cerrando el paralelogramo a un lado el propio chasis y al otro la propia mangueta (7) de la rueda.

La mangueta está articulada con los brazos mediante rótulas esféricas (4) que permiten la orientación de la rueda.

Los elementos elásticos y amortiguador coaxiales (5) son de tipo resorte helicoidal e hidráulico telescópico respectivamente y están unidos por su parte inferior al brazo inferior y por su parte superior al bastidor.

Completan el sistema unos topes (6) que evitan que el brazo inferior suba lo suficiente como para sobrepasar el limite elástico del muelle y un estabilizador lateral (8) que va anclado al brazo inferior (1).

Page 72: Introduccion Suspension

2. Suspensión delantera independiente MacPherson.

Ideado por E.S Mac Pherson cada rueda es guiada sobre los posibles obstáculos mediante un tirante o puntal que comprime a un amortiguador telescópico unido mediante un tirante o puntal que comprime a un amortiguador telescópico unido por un extremo a la rotula de salida de la barra transversal y por el otro a la carrocería mediante una unión flexible mediante un elemento cónico de goma

Para reducir efectos de flexiones y fricción en la suspensión se suelen disponer los muelles y el amortiguador de forma que sus ejes formen un cierto ángulo para que de esta forma se pueda contrarresta la tendencia de la rueda a oscilar hacia adentro durante la marcha en línea recta del vehículo

Esta distribución representa considerables ventajas derivadas de: mayor espacio disponible para la ubicación del motor, mayor comodidad al remplazar un amortiguador

Suspensiones delanteras independientes.

Page 73: Introduccion Suspension

Este tipo de suspensión se constituye de un brazo de control inferior y

una columna formada por un solo cuerpo donde se encuentra el

muelle y el amortiguador cuyo nombre esta patentado desde 1958

SUSPENSION MC PHERSON

Page 74: Introduccion Suspension

Modelos de MAcPherson.

Page 75: Introduccion Suspension

3. Análisis comparativo de los dos sistemas de suspensión

delantera independiente

El sistema de brazos desiguales estuvo orientado a vehículos con

carrocería y los MacPherson a vehículos con carrocería aportante, lo

que le permite al MacPherson ser mas ligero además que concentra

menos carga en la parte frontal del vehículo, lo que permite

aligerarla permitiendo un mayor reparto de pesos.

Las innovaciones de las multibrazos las cuales elevaron los brazos

superiores por encima de la ruedam lo que permite aumentar el

espacio para la colocacion de motores incluso superando a la

MacPherson.

Suspensiones delanteras independientes.

Page 76: Introduccion Suspension

Una desventaja de las MacPherson es que las fuerzas de fricción provocadas por el deslizamiento de los elementos que hacen las veces de guía en los amortiguadores son mucho mas mayores que las de multibrazo, el las que las funciones de la tiranteria están desempeñadas únicamente por las barras y los amortiguadores no participan en la misión estructural por lo que no soporta ningún momento esfuerzos de fricción.

La variación del ángulo de caída como resultado de los movimientos verticales de la suspensión es generalmente menor con un sistema MacPherson que uno con multibrazo; en cambio los cambios de ancho de vía son mayores en este sistema especialmente cuando las ruedas caen como consecuencia del rebote hacia una posición mas baja, conservando un ángulo menor con la vertical.

Suspensiones delanteras independientes.

Page 77: Introduccion Suspension

Ventajas y Desventajas de la suspensión de eje

rígido frente a la suspensión independiente.

Ventajas dela suspensión independiente

Disminución de la altura del centro de gravedad

Mejora de la estabilidad

Mejora del confort

Eliminación de la acción reciproca de los muelles

Disminución del peso no suspendido

Page 78: Introduccion Suspension

Ventajas de la suspensión de eje rígido

1. La alineación de las ruedas se mantiene mejor , esto supone un menor grado de variación de la caída con el balanceo del vehículo y se asegura el mantenimiento constante del ancho de vía.

2. El chasis puede ser aligerado al ser las oscilaciones sensiblemente menos concentradas.

3. Los neumáticos presentan una mayor vida útil

4. Reducidos costes de fabricación

5. En vehículos industriales el uso del eje rígido asegura el mantenimiento de la distancia al suelo, independientemente del estado de carga, Esta ventaja también se transmite en los vehículos todo terreno en los que el eje rígido permite sortear con mayor estabilidad las irregularidades del terreno.

Ventajas y Desventajas de la suspensión de eje

rígido frente a la suspensión independiente.

Page 79: Introduccion Suspension

Inconvenientes de la suspensión de eje rígido

1. El centro de balanceo se puede encontrar alto con respecto al suelo lo que supone una mayor tendencia al balanceo, y como consecuencia unas peores características de confort y estabilidad en especial al tomar una curva

2. Las ruedas van unidas por un eje rígido y el cual va unido a la carrocería por los elementos elásticos, esto supone un movimiento inevitable de la una con respecto a la otra

3. La variación concordante de la inclinación de las ruedas en desplazamientos verticales, provoca un momento giroscópico, el cual reduce la estabilidad y el confort.

4. Necesitan una mayor cantidad de espacio en la parte central

5. Tienen masas no suspendidas con mas peso, lo que provoca mayor inestabilidad

Ventajas y Desventajas de la suspensión de eje

rígido frente a la suspensión independiente.

Page 80: Introduccion Suspension

SUSPENSION SEMI-RIGIDA

Estas suspensiones son muy parecidas a las anteriores su diferencia principal es que las ruedas están unidas entre si como en el eje rígido pero transmitiendo de una forma parcial las oscilaciones que reciben de las irregularidades del terreno.

En cualquier caso aunque la suspensión no es rígida total tampoco es independiente. La función motriz se separa de la función de suspensión y de guiado o lo que es lo mismo el diferencial se une al bastidor, no es soportado por la suspensión.

Page 81: Introduccion Suspension

Tipos de Suspensión Semi-Rigida de Dion

En ella las ruedas van unidas mediante soportes articulados (1) al grupo diferencial (2), que en la suspensión con eje De Dion es parte de la masa suspendida, es decir, va anclado al bastidor del automóvil.

Page 82: Introduccion Suspension

Eje Torsional

Otro tipo de suspensión semirigida (semi-independiente), utilizada en las suspensiones traseras, en vehículos que tienen tracción delantera (como ejemplo: Wolkswagen Golf).

La traviesa o tubo que une las dos ruedas tiene forma de "U", por lo que es capaz de deformarse un cierto ángulo cuando una de las ruedas encuentra un obstáculo, para después una vez pasado el obstáculo volver a la posición inicial.

Page 83: Introduccion Suspension

Elementos Elásticos de la Suspensión.

Para que la suspensión cumpla con los diferentes funciones están

conformadas por un conjunto de elementos a los cuales le

podemos clasificar en:

Elásticos

Amortiguantes o viscosos

Estabilizantes

Estructurales o brazos de suspensión

Page 84: Introduccion Suspension

Resortes

Los mas importantes son los muelles helicoidales y las ballestas

Cada uno tiene sus características propias de pendiendo de su uso

Definición.

Función a realizar

Se debe de tener en claro cual es la función que pretendemos

realizar

Cargas a las que esta sometido

Estas cargas se pueden dividir en dos grande grupos: Cargas

Mecánicas y Cargas Ambientales

Page 85: Introduccion Suspension

FUNCIONAMIENTO

FUNCIONAMIENTO DE LOS MUELLES

Trabajo en línea recta Trabajo en curva

Page 86: Introduccion Suspension

Las cargas mecánicas son las que debemos definir con exactitud antes de cualquier proyecto de construcción, mientras que las ambientales debemos básicamente conocerlas con el fin de prevenir y eliminar en lo posible sus efectos. Para definir las cargas mecánicas debemos fijarnos en los siguientes puntos.

Peso sobre el eje en vacío

Peso no suspendido en el eje

Carrera total de la rueda

Carrera de compresión de la rueda

Carrera de extensión de la rueda

Relación de carreras rueda/resorte

Peso a plena carga sobre el eje

Peso técnicamente admisible sobre el eje

Prestaciones y carácter del vehículo.

Resortes

Page 87: Introduccion Suspension

Entendiendo el peso en vacío el peso del vehículo con todo su equipamiento, líquidos refrigerantes y el 90% del volumen máximo de combustible.

A la hora de dimensionar un resorte se toma como regla general, un valor de cuatro veces la carga en vacío como valor de carga en máxima compresión.

Dicho valor es difícilmente alcanzable con la fuerza proporcionada por el muelle, siendo necesario la mayoría de veces un tope elástico de compresión, si bien siempre se procurara que el taco de compresión no actué antes de llegar a la posición de máxima carga.

Resortes

Page 88: Introduccion Suspension

Muelles Helicoidales Son uno de los elementos mas

utilizados y dentro de la línea de

vehículos de turismo fue dejando

de lado a los resortes por ballestas.

Las disposiciones de los muelles

helicoidales son muy diversas

dependiendo de los constructores,

según se trate de suspensiones

delanteras o traseras.

Los ejes helicoidales consisten

básicamente en un arrollamiento

helicoidal de acero elástico

formado por un hilo de diámetro

variable (10 a 15mm)

Page 89: Introduccion Suspension

La rigidez de los muelles depende tanto del diámetro del alambre

empleado en la fabricación como de la forma que se le da al mismo,

así a mayor diámetro del alambre mayor rigidez.

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.

Muelles helicoidales

Page 90: Introduccion Suspension

Muelles helicoidales

Esfuerzos en un muelle helicoidal

Page 91: Introduccion Suspension

La flexibilidad del muelle depende de diversos factores que se

resumen en el siguiente cuadro:

Muelles helicoidales

Page 92: Introduccion Suspension

Suspensión por barras de Torsión

Tipo de resorte utilizado en algunos vehículos de turismo con suspensión independiente.

Utilizando una varilla de hacer elástico que trabaja a torsión, sujeta por uno de sus extremos, se le aplica por el otro un esfuerzo de torsión, la varilla tenderá a retorcerse, volviendo a su forma primitiva, por su elasticidad, cuando cese el esfuerzo de torsión.

Las barras de torsión son fuertes barras de acero especial para muelles tratado de elevada resistencia.

Su forma puede ser cilíndrica o de sección cuadrada o hexagonal, con los extremos de forma adecuada para poder ser fijados fuertemente es sus soportes, de modo que no puedan girar

Page 93: Introduccion Suspension

Las barras de torsión pueden disponerse paralelamente al eje

longitudinal del bastidor o también transversalmente a lo largo del

bastidor.

En vehículos con motor y tracción delanteros se monta una

disposición mixta, con barras de torsión situadas

longitudinalmente para la suspensión delantera y transversalmente

para la suspensión trasera

Suspensión por barras de Torsión

Page 94: Introduccion Suspension

Las suspensiones del tipo de barra de torsión incorporan

generalmente un ajuste de altura del chasis del vehículo al suelo,

que permite la corrección de la misma por variación del

posicionamiento de la barra de torsión, mediante levas de reglaje

Suspensión por barras de Torsión

Page 95: Introduccion Suspension

Brazos de Control

La función principal de un brazo de control es servir de punto de

conexión firme entre la carrocería del vehículo y la rueda.

De este modo, la rueda puede subir y bajar mientras la carrocería y

el habitáculo de pasajeros permanecen quietos y a nivel

Page 96: Introduccion Suspension

Materiales de Brazos de Control

Acero sinterizado .-

El acero sinterizado permite trabajar con formas geométricas complejas, con ranuras

y canales complicados para que circule la grasa, ofreciendo así una lubricación

extraordinaria.

En su fabricación, los metales en polvo se combinan con lubricantes y se compactan

mediante una presión y temperaturas altas (por debajo de su temperatura de fusión).

Los lubricantes permanecen en las moléculas y reducen eficazmente la fricción entre

la esfera de la rótula y los cojinetes superior e inferior.

Page 97: Introduccion Suspension

BRAZOS DE CONTROL (PARTE DELANTERA)

Conectan la articulación de la dirección, eje de la rueda, con la carrocería o chasis.

Los brazos oscilan en ambos extremos, permitiendo movimientos hacia arriba y hacia abajo.

Los extremos exteriores permiten acción oscilatoria para la conducción.

Page 98: Introduccion Suspension

Barra Estabilizadora

La barra anti balanceo es una

unión elástica entre las ruedas

de un mismo eje en donde:

Con desplazamientos iguales, la

barra gira y no reacciona.

Con desplazamientos distintos,

la barra está sometida a torsión

en el tramo L (balanceo en las

curvas.

Page 99: Introduccion Suspension

BUJES DE HULE (CAUCHOS)

Los bujes torsionales de caucho permiten la acción oscilatoria hacia arriba y hacia abajo, de

los brazos de control.

Page 100: Introduccion Suspension

Rotulas

Permiten la acción oscilatoria entre el extremo de los brazos de control, para el movimiento de la

suspensión hacia arriba y hacia abajo para la acción de viraje del automóvil

Page 101: Introduccion Suspension

UBICACIÓN DE LAS ROTULAS

Page 102: Introduccion Suspension

PARTES DE LA ROTULA

Page 103: Introduccion Suspension

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LAS ROTULAS

Angularidad: Es el desplazamiento total del perno dentro del alojamiento de la rótula en un plano que pasa a través del eje de la rótula.

Par de rotación: Es el par necesario para hacer girar el perno sobre su propio eje.

Par de abatimiento: Es el par necesario para desplazar el perno durante toda su angularidad.

Carga de extracción: Es la fuerza en extracción necesaria para extraer el perno del alojamiento de la carcasa.

Carga de empuje: Es la fuerza en compresión necesaria para extraer el perno del alojamiento de la carcasa.

Page 104: Introduccion Suspension

AMORTIGUADORES

El peso del automóvil que descansa sobre un muelle sin amortiguador continua

sacudiéndose hacia arriba y hacia abajo después de una sacudida. El sacudimiento se

detendrá gradualmente por la fricción en el sistema de suspensión.

Page 105: Introduccion Suspension

Constitucion

Page 106: Introduccion Suspension

Funcionamiento

El funcionamiento del amortiguador se basa en la circulación de

aceite entre los dispositivos internos a través de un conjunto de

válvulas que generan una resistencia al paso del mismo entre las

cámaras del amortiguador. De esta forma se controlan las

oscilaciones de la suspensión.

Page 107: Introduccion Suspension

Expansión (el amortiguador se abre)

Para que el amortiguador se abra, el pistón necesita subir y esto solo se logra si el aceite

que está arriba del pistón fluye a través de este.

Para controlar el paso del aceite, están los barrenos ubicados en el cuello del pistón y la

ranuras que se hacen (codificado) en el asiento de la válvula de expansión.

Además de los barrenos y las ranuras, está también el resorte de expansión que

mantiene la válvula bajo presión controlada. El actuar de estos tres elementos,

proporciona la fuerzas del amortiguador que se conocen como resistencias

hidráulicas.

Page 108: Introduccion Suspension

Expansión (el amortiguador se abre)

Page 109: Introduccion Suspension

Compresión (el amortiguador se cierra)

Para que el amortiguador se cierre, el pistón necesita bajar y esto solo se logra si el aceite que está en la parte inferior del pistón fluye a través de este.

Para controlar el paso del aceite, están los barrenos ubicados en el cuerpo del pistón y la ranuras que se hacen (codificado) en la cabeza de compresión donde se ubica la válvula de reposición.

Además de los barrenos y las ranuras, está también el resorte de compresión ubicado en la cabeza de compresión que mantiene la válvula controlada.

Como en la expansión, el trabajo de estos elementos, genera las fuerzas del amortiguador que se conocen como resistencias hidráulicas.

Page 110: Introduccion Suspension

Compresión (el amortiguador se cierra)

Page 111: Introduccion Suspension

TIPOS DE MONTAJES EN LOS AMORTIGUADORES