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MECÁNICA
AUTOMORIZ
Unidad 4
“Sistema de
Dirección y Sistema
de Suspensión”
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Unidad 4: SISTEMA DE DIRECCIÓN: Concepto. Componentes. Diversos tipos.
Concepto: es el conjunto de mecanismos o elementos que permiten que el
automóvil trace una trayectoria fijada por el conductor.
Función: es la de guiar al vehículo, orientar las ruedas, orientar los modos
directrices, que simultáneamente son los delanteros, aunque existen vehículos en
los que son cuatro (4) los modos directrices.
Requisitos para una buena dirección:
Docilidad: el accionamiento para realizar distintas maniobras debe hacerse
con un mínimo esfuerzo, lo cual se consigue mediante una
desmultiplicación o un sistema asistido, así como un buen reglaje y
lubricación.
Seguridad: es uno de los principales factores de seguridad activa, que
dependerá de la guiabilidad del sistema, la calidad de los materiales
empleados y de su correcto mantenimiento.
Precisión: el sistema no debe ser ni muy duro ni muy blando, para lo cual no
debe existir juego entre los elementos. Las ruedas deben estar equilibradas,
las cotas deben ser correctas, el desgaste de los neumáticos debe ser
simétrico y su presión de inflado se debe ajustar a lo indicado por el
fabricante.
Irreversibilidad: el volante ha de transmitir el movimiento a las ruedas, pero
éstas, a pesar de las irregularidades del terreno no deben transmitir las
oscilaciones al volante. Pero no es bueno que la irreversibilidad sea
absoluta, porque el conjunto de los mandos sería demasiado rígido.
Retorno: cuando el volante luego de realizar un giro debe volver a su
posición inicial.
Estabilidad: esto permite que el vehículo se pueda desplazar en línea recta
sin que se desvíe sensiblemente.
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Desmultiplicación de la dirección: es el coeficiente entre el número de vueltas del
volante y el radio de giro de las ruedas, este factor está determinado por la
relación existente entre el piñón y la cremallera o el paso del tornillo sin fin.
Radio de giro: este depende de las distancias entre los ejes y la longitud del brazo
de dirección. La dirección debe llevar ambas ruedas orientadas sobre sus
trayectorias curvas, el radio de la rueda interior es menor que el de la exterior, la
primera tiene que abrirse más que la segunda; la adherencia de estas ruedas
debe ser la máxima posible, ya que se apoya en ellas el impulso del vehículo para
virar.
Las ruedas traseras se adaptan a la diferencia de recorrido en las curvas gracias
al diferencial, permanecen paralelas entre sí, a consecuencia de ello, resbalan un
poco sobre su trayectoria, ya que no pueden abrirse una más que la otra.
Componentes del Sistema de Dirección: los elementos o componentes de este
sistema se clasifican en:
Volante de dirección: es el órgano de mando de este sistema. Los detalles
de construcción varían según el fabricante. Circulando en línea recta no
debe dificultar la visión del tablero del vehículo.
Árbol de dirección: está encerrado en una caja fijada por el extremo inferior
en la caja de engranajes de dirección y, en el centro o en su parte superior,
por una brida o soporte que lo sujeta al tablero o a la carrocería del
vehículo. Su extremo superior se une al volante. Al conjunto árbol y caja se
le denomina columna (árbol) de dirección.
Árbol de dirección partido: para evitar que las vibraciones del sistema de dirección,
debidas a las irregularidades del terreno o al funcionamiento del motor, se
transmitan al volante, a veces se dispone del árbol de dirección en dos (2) piezas
unidas mediante una junta elástica.
Además, muy importante, en caso de choque frontal el árbol cederá por esa junta,
con lo que el conductor no impactará (no chocará) con el volante.
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Caja y Engranajes de dirección: el engranaje de este sistema es el
mecanismo cuya función principal es transformar el movimiento de giro del
volante en movimiento lineal (de izquierda-derecha o viceversa) del brazo
de dirección y con ello orientar las ruedas.
Se monta en el interior de una caja cerrada, fijada en el bastidor, para preservarle
del polvo y suciedad y contener el aceite de engrase, sirviendo de soporte al
mecanismo de dirección, al volante y al brazo de dirección.
También debe transformar el pequeño esfuerzo realizado por el conductor en otro
esfuerzo mayor y a su vez ha de mantener fija la orientación de las ruedas a pesar
de las irregularidades del terreno.
En el mecanismo o engranaje de dirección se produce el efecto desmultiplicador
del giro del volante.
Palancas y Barras de dirección (timonería): son los elementos que
transmiten el movimiento obtenido en el engranaje de dirección. Su
disposición depende en gran medida del fabricante.
Al moverse el engranaje de dirección acciona la palanca de mando, que a su vez,
mueve la barra de mando conectada a las palancas o brazos de acoplamiento
(palancas de ataque) y éstos a las manguetas1 de la rueda, con lo que al girar los
brazos de acoplamiento, lo hacen las manguetas y después las ruedas.
Las palancas o brazos de acoplamiento llevan un cierto ángulo de inclinación para
que su prolongación coincida sobre el centro del eje trasero y, de este modo,
asegurar una mayor estabilidad y un buen giro.
Actualmente se utilizan una serie de sistemas en los que el árbol de dirección
ataca directamente a la barra de acoplamiento, cuyo sistema es de dirección de
cremallera. El sistema de acoplamiento puede ser mediante barras de
acoplamiento divididas en dos e incluso en tres secciones.
1 Son los ejes sobre los que giran las ruedas delanteras. Cada rueda delantera tiene una de ellas.
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Elementos del engranaje de dirección: según la forma y los elementos
empleados o la existencia de mecanismos especiales acoplados para transmitir el
esfuerzo de giro a las ruedas, se clasifican en:
Engranaje de tornillo sin fin: este engranaje gira solidario al árbol de
dirección transmitiendo un movimiento de rotación a un dispositivo de
traslación que engrana con él, comunicando el giro a la palanca de mando
que transmite el movimiento a las barras de acoplamiento por medio de
articulaciones.
1. Timón o volante; 2. Barra de dirección; 3. Caja de dirección; 4. Biela; 5. Varilla central; 6.
Terminales de dirección.
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Engranaje de cremallera: se trata de engranajes más empleado
actualmente, el cual va unido directamente al brazo de acoplamiento de las
ruedas, teniendo un gran rendimiento mecánico, de gran precisión,
particularmente en vehículos con motor delantero y tracción, por disminuir
gradualmente el esfuerzo a realizar.
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Su accionamiento es muy suave y la recuperación es buena, resultando un
sistema muy seguro.
En un extremo del árbol de dirección tiene un piñón, generalmente helicoidal, que
está engranado constantemente con una barra que tiene sus dientes en forma de
cremallera, que se une directamente a los brazos de acoplamiento de las ruedas,
mediante dos (2) bieletas de dirección y rótulas de montaje, permitiendo el
movimiento, a derecha o a izquierda, de las ruedas.
Dirección asistida (Servodirección): con el objeto de disminuir el esfuerzo a
realizar por el conductor para conseguir el giro de las ruedas, a bajas velocidades
o estacionamientos, se añaden al sistema de dirección normal (mecánico) ciertos
mecanismos de asistencia, es decir, un sistema servoasistido, dado que el
conductor ha de conservar una cierta sensibilidad en la dirección. Estos
mecanismos son muy utilizados en vehículos pesados o aquellos que levan gran
superficie de rodadura, siendo además elementos de seguridad ya que no
transmiten los esfuerzos violentos de las ruedas al volante de dirección.
Los sistemas más empleados son mediante un circuito:
Hidráulico: cuando el sistema no se mueve en ninguna dirección (no se
mueve el volante), el líquido atraviesa dos orificios de iguales dimensiones,
ejerciendo la misma presión sobre las dos caras de un pistón unido al
mecanismo de mando que actúa sobre las ruedas.
Al mover el volante, se acciona un distribuidor de corredera que abre un
orificio y cierra otro, por lo que el líquido ejerce una presión sobre un lado
del pistón, que ayuda al engranaje de dirección a orientar las ruedas en el
sentido indicado con el volante.
La presión aplicada depende del esfuerzo del conductor sobre el volante.
La bomba que proporciona presión al circuito se mueve mediante una
correa y recibe el movimiento del motor o del generador de corriente. Las
válvulas sensibles funcionan con el movimiento del volante o por la
deflexión de las ruedas directrices.
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Neumático: de similar funcionamiento al sistema anterior, pero con algunos
órganos más. Se emplea, generalmente, en vehículos con circuito de frenos
de aire comprimido (neumático).
El aire va al distribuidor y de ahí a la válvula de descarga rápida, que lo
manda al cilindro, al extremo correspondiente, ejerciendo presión sobre el
émbolo que, al desplazarse, comunica movimiento al brazo direccional de
las ruedas.
Al cesar la acción, el muelle del regulador hace que todo el mecanismo
retorne a su posición central inicial. La presión en el circuito de mando es
evacuada por la válvula de descarga.
Cotas de dirección: la finalidad principal de éstas es hacer que la dirección sea
estable, gracias a la fuerza que se origina en las ruedas y articulaciones de las
manguetas como consecuencia de estas medidas constituidas por los ángulos de
“avance, salida, caída y convergencia”, a los que se puede añadir el ángulo de
“divergencia o ángulo de viraje”, que aunque no interviene en la estabilidad en
línea recta es muy importante en las curvas.
Como cotas se consideran a dos factores:
1. Geometría de giros
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2. Geometría de las ruedas
Geometría de la dirección: se designa con este nombre a los ángulos y medidas
que debe tener un buen sistema de dirección para que sea:
- Estable: cuando soltamos el volante desplazándose el vehículo, en línea
recta, tiende a mantenerse sin desviarse y una vez efectuado el giro tiende
a tomar otra vez línea recta.
- Progresiva: cuando para un mismo radio de giro del volante, las ruedas
giran más según el ángulo que ocupe este, es decir, que no hay que
efectuar giros grandes en el volante para que las ruedas viren mucho.
- Semi-reversible: para que las repercusiones de las desigualdades del
terreno no lleguen al volante, si bien el conductor debe percibir la calidad
del estado de la calzada.
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Geometría de las ruedas: para un correcto funcionamiento del sistema de
dirección, las ruedas directrices han de cumplir una serie de condiciones llamadas
“cotas geométricas”, siendo las siguientes:
- Ángulo de avance: el eje del pivote2 no es vertical, sino que por debajo
apunta hacia adelante formando un ángulo llamado de avance, dando fijeza
a la dirección. Si el ángulo de avance es menor del debido, la dirección se
hace errante (vagabunda) y si es excesiva tira hacia un lado produciendo
una vibración oscilante.
Cuando el vehículo está en marcha, este ángulo hace que la dirección sea
estable y que, después de tomar una curva, las ruedas tiendan a volver a la
posición de línea recta.
- Ángulo de salida: el pivote, además del avance longitudinal, tiene una
inclinación transversal llamada salida o inclinación, que se mide por el
ángulo que forma el eje del pivote con la vertical de 4° a 9°, el cual
disminuye el brazo de palanca resistente cuando se maniobra la dirección.
2 Es el eje sobre el que giran las ruedas. Su inclinación y avance determina las características de la dirección.
Sirven para unir la mangueta al eje delantero.
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El ángulo de salida viene dado por construcción del eje y no es regulable
sino torciendo éste.
La combinación de avance y salida hace que la prolongación del eje del pivote
encuentre el terreno lo más próximo posible al centro de la base de apoyo de la
rueda, dando como resultado con esta cota el conseguir dar estabilidad a la
dirección y ayudar a restablecer la posición del volante después de un giro,
posición que puede ser recobrada sin intervención del conductor.
- Ángulo de caída: es el ángulo que forma la prolongación del eje de simetría
de la rueda con el eje vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda.
Con un exceso de caída, los neumáticos se desgastan más por los bordes
exteriores, y con una falta de caída, se degastan más por los bordes
interiores. El ángulo de caída positivo reduce el desgaste del mecanismo de
dirección y facilita el manejo de la misma.
El ángulo de caída se consigue dando al eje de la mangueta una cierta
inclinación respecto a la horizontal, este puede ser negativo (cuando la
rueda están más cercanas del chasis en su parte superior; caen hacia el
exterior) o positivo (cuando la rueda está más separada del chasis en su
parte superior; caen hacia el interior) dependiendo del fabricante.
- Convergencia y Divergencia: los planos verticales determinados por las
ruedas delanteras no suelen ser paralelos. En los vehículos de propulsión
se compensa la tendencia de las ruedas delanteras a abrirse durante la
marcha, haciendo que las prolongaciones de sus ejes se corten por delante
del vehículo, lo cual significa que las ruedas son convergentes.
Dependiendo de los valores de los ángulos de salida, caída y avance, la
convergencia puede ser positiva (convergencia) o, más usualmente,
negativa (divergencia)
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En los vehículos de tracción delantera, las ruedas tienden a cerrarse
(divergencia) por lo tanto se las ubica abiertas para que en marcha se logre
una perfecta dirección. En los vehículos de tracción trasera se produce el
efecto contrario.
La convergencia de dos ruedas se mide por la diferencia de distancias entre
la parte anterior y la posterior de las llantas de dichas ruedas, fijándose con
el vehículo parado. La convergencia puede ajustarse por los extremos
roscados de la barra de acoplamiento. Las cotas de avance y salida afectan
al pivote y la caída y convergencia afectan a la mangueta.
Influencias de las cotas sobre la dirección: aunque con cada una de las cotas
descritas se consiguen mejoras específicas, éstas están enlazadas entre sí de tal
manera que algunas veces se complementan y otras tienden a corregirse
mutuamente.
Comprobación de cotas: el conjunto de cotas de avance, salida, caída y
convergencia es lo que da seguridad y suavidad a la conducción del vehículo,
manteniendo el desgaste normal de los neumáticos.
Estando los ángulos de salida y caída en el mismo plano y puesto que el ángulo
de salida viene fijado por construcción, sólo en caso de torcedura de éste habrá
que comprobarlo (en la práctica se mida y comprueba el de caída o inclinación de
la mangueta), ajustándolo a su medida para compensar las pequeñas variaciones
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que haya tenido. Por tanto, salvo deformación aparente, carga excesiva o golpe,
las cotas que deben comprobarse son:
- Avance
- Caída
- Convergencia
Se debe tener mucho cuidado de no dar golpes de refilón a las ruedas contra los
cordones, piedras grandes, etc. Ya que no es fácil que la dirección se desarregle
por torceduras del eje, bielas o palancas, el ajuste se limitará, normalmente, a la
inclinación (caída) y la convergencia.
Normalmente se debe mandar a comprobar la dirección una vez al año.
Los síntomas que denuncian alteración en las cotas son:
- Desgaste en las cubiertas más acentuado en la mitad de la banda rodadura
que en la otra:
1. en el lateral exterior de la banda de rodadura por causa de ángulo de
caída excesivo.
2. en el lateral interior de la banda de rodadura por causa de ángulo de
caída insuficiente.
- Desgaste en borde afilado:
1. hacia dentro del vehículo por causa de exceso de convergencia
2. hacia afuera del vehículo por causa de falta de convergencia.
Generalmente, ante cualquier anomalía en el desgaste de los neumáticos, se
recomienda una revisión inmediata de la alineación del eje delantero.
Reglajes: independientemente de los ángulos o geometría de la dirección hay un
reglaje que nos limita el giro de las ruedas al accionar el volante. Esta limitación se
efectúa por medio de unos topes que van en las manguetas. Este reglaje viene
condicionado por el reglaje de la dirección hidráulica y sólo debe hacerse por el
taller.
Equilibrado de las ruedas: cuando las vibraciones de las ruedas se transmiten al
volante de la dirección puede ser por falta de equilibrado. Su centro de gravedad
no coincide con el eje de giro.
Para el equilibrado de las ruedas se recurre a intercalar entre la llanta y el
neumático unas pequeñas piezas de plomo (contrapesos) distribuidas por la
periferia.
El equilibrado debe ser estático y dinámico, con los neumáticos debidamente
inflados. Hay averías en las ruedas o en el sistema de frenado que influyen
negativamente en el sistema de dirección.
Hay un defecto atribuible a varias causas, denominado “Shimmy”, que es un
conjunto de movimientos oscilatorios sostenidos que se originan en la parte
delantera del vehículo. Se detecta en las reacciones sobre el volante de dirección.
Entre las causas posibles están:
- El desequilibrado de las ruedas delanteras.
- Una inclinación o caída excesiva
Precisamente por este orden, puesto que cada
una influye en las siguientes.
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- Unos neumáticos poco inflados o muelles o amortiguadores débiles.
- Cualquier causa que aumente el desvío de las ruedas que por su inercia
oscilan alrededor de su posición de marcha en línea recta.
Hay otro fenómeno en el que las ruedas pueden desplazarse sin deslizamiento
aparente en una dirección, formando un cierto ángulo llamado “Ángulo de deriva”.
Es resultado de esto es que todas las ruedas son directrices apareciendo los
términos subvirador3 o sobrevirador4. El resultado depende del valor relativo de las
derivas. Sobre el sistema de dirección también tiene influencia si el vehículo está
vacío o con carga, sobre todo en aquellos vehículos en los que se modifique el
peso soportado por el eje donde están las ruedas directrices.
Funciones de los Pivote y las Manguetas:
- Los pivotes: son ejes sobre los que giran las ruedas. Unen a las manguetas
al eje delantero. Su inclinación y avance determinan las características de
la dirección. Están unidos al eje delantero y al girar sobre su eje orientan a
las manguetas hacia el lugar deseado.
- Las manguetas: son los ejes sobre los que giran cada rueda delantera.
El eje delantero suele terminar en unas horquillas que abrazan la articulación del
pivote alrededor del cual giran y se orientan las manguetas, sobre las cuales giran
las ruedas delanteras mediante cojinetes o rodillos.
Prevención de averías:
DEFECTO CAUSA ¿QUÉ HACER?
La dirección es dura
Presión baja de los
neumáticos
Falta de aceite
Suspensión en mal
estado
Angulo de caída
Verificar
Rellenar
Revisar y arreglar
Reglar
Reglar
3 Deriva de las ruedas delanteras
4 Deriva de las ruedas traseras
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desigual
Demasiado ángulo de
avance
Engranaje
excesivamente
apretado
Eje delantero,
manguetas o pivotes
falseados
Articulaciones en mal
estado
Fallo en la asistencia
hidráulica
Tensión incorrecta de
la bomba
Aire en el sistema
Filtro sucio o averiado
Dirección defectuosa
Embolo de ayuda no
estanco
Verificar
Reparar
Verificar y reparar
Reparar
Reparar
Reparar
Limpiar o reparar
Reparar
Reparar
La dirección se endurece
al girar el volante
rápidamente
La bomba no
suministra suficiente
caudal
Aire en el sistema
Reparar
Reparar
La dirección tiende a irse
hacia un lado
Inflado desigual de los
neumáticos delanteros
Desgaste desigual de
los neumáticos
delanteros
Exceso o falla de
convergencia
Suspensión en mal
estado
Angulo de caída
desigual en las dos
ruedas
Manguetas falseadas
Escape de fluido
Verificar y corregir
Corregir defecto
Ajustar
Reparar
Corregir
Reparar
Reparar
Holgura excesiva en el
volante de la dirección
Reglaje del engranaje
defectuoso
Reglar
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Desgaste de las
articulaciones
Reparar
Dirección inestable
Falta de avance en el
pivote
Equilibrado defectuoso
Reglar
Verificar
Oscilaciones en el puente
delantero (efecto
Shimmy)
Exceso de presión en
los neumáticos
Suspensión en mal
estado
Verificar
Reparar
Los neumáticos chillan al
tomar las curvas
Presión de inflado baja
Convergencia o
divergencia excesiva
Elementos hidráulicos
averiados
Verificar
Reglar
Reparar
Ruidos al girar el volante
de la dirección
Fallo en la bomba, caja
o cremallera
Falta de engrase
Holgura en las rótulas
Reparar
Verificar
Reparar
Vibraciones en el volante
a una determinada
velocidad
Holgura o
desequilibrios en las
ruedas delanteras
Reglar
Bomba ruidosa Falta de aceite
Aire en el aceite
Añadir
Reparar
Durante la marcha, se
enciende la luz de aviso
del circuito principal o
auxiliar
Avería en la bomba
principal o auxiliar
Avería en la válvula
distribuidora, limitadora
o indicadora de caudal
Reparar
Reparar
Dirección muy dura o
muy suave
Latiguillos del cilindro
de ayuda cambiados
de posición
Reparar
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SISTEMA DE SUSPENSIÓN: Concepto. Componentes. Clasificación de los diversos sistemas de suspensión.
Concepto: se denomina así al conjunto de elementos elásticos que se interponen
entre los órganos suspendidos (bastidor) y los no suspendidos (eje de las ruedas),
a efectos de absorber las reacciones producidas en las ruedas por las
irregularidades del terreno, para conseguir comodidad, estabilidad y evitar roturas
y desgastes.
Además de estos elementos, existen otros que tienen también una misión
amortiguadora de las irregularidades del terreno, como son los neumáticos (lo cual
veremos más adelante).
Diversos tipos de suspensión: existen diferentes tipos de sistemas.
- Suspensión Mecánica: compuesta por elementos puramente mecánicos,
tales como los muelles, ballestas, barras de torsión, etc., utilizadas
normalmente en los vehículos ligeros.
Los elementos de está deben ser suficientemente resistentes para que los
esfuerzos a que se les someta no les produzcan deformaciones permanentes,
altamente elásticos para que los elementos no suspendidos no pierdan contacto
con lo calzada. Deben estar provistos de unos elementos amortiguadores que
frenen las oscilaciones de estos muelles, aumentando la estabilidad del vehículo.
Los elementos básicos de esta suspensión son:
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a) Muelles: son los elementos que recogen directamente la irregularidad
(oscilaciones, vibraciones o movimientos vibratorios) absorbiéndola en forma de
deformación. Tienen buenas propiedades elásticas pero no absorben bien la
energía mecánica tendiendo a deformarse indefinidamente, mientras no haya
algún sistema que lo impida.
Se distinguen 3 tipos de muelles:
1. Ballestas: es un muelle formado por una serie de láminas planas, de acero
especial de alto coeficiente de elasticidad, y que tiene propiedades de elevada
resistencia. Es cada vez menos utilizado en los vehículos de turismos.
Las láminas u hojas (de distintas longitudes) están unidas entre sí por medio del
“perno capuchino” y las abrazaderas que permiten el deslizamiento entre las hojas
al deformarse por la carga o irregularidades del terreno, mientras que las bridas
sujetan la ballesta al eje del vehículo. La hoja de mayor tamaño, situada en la
parte superior, se denomina “hoja maestra” y va curvada en sus extremos
formando unos ojos, donde se montan unos casquillos de bronce para su
acoplamiento al soporte del bastidor mediante unos pernos o bulones. Para que el
funcionamiento de estas articulaciones sea silencioso y no precise engrase, se
usan los “silentblock5”.
El montaje de las ballestas puede ser longitudinal o transversalmente.
5 Es un bloque silencioso, antivibratorio, hecho de un material flexible, suele estar fabricado con caucho o
tejido de hilo de acero inoxidable, que le permite absorber vibraciones y choques que involucran componentes
mecánicos y la estructura sobre la que está apoyado. Al absorber los choques y las vibraciones elimina los
ruidos.
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2. Muelle Helicoidal: son utilizados en la mayoría de los vehículos de turismo,
aunque cada vez menos, consisten en un arrollamiento helicoidal con varilla de
acero elástico, generalmente, de forma circular.
Los muelles reciben esfuerzos de compresión, pero debido a su disposición
helicoidal trabajan a torsión. Su longitud no puede ser grande ya que aparecerían
también esfuerzos de flexión. Se pueden utilizar montajes mixtos de muelle y
ballesta.
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3. Barra de torsión: muy empleada actualmente en sistemas de suspensión
independiente.
Su funcionamiento se basa en la resistencia que ofrece una barra de acero
elástico, impidiendo las oscilaciones transversales del bastidor, si fijada al bastidor
por un extremo se le somete en el otro extremo a un esfuerzo de torsión (giro). La
barra tenderá a retorcerse, oponiéndose al giro, pero una vez finalizado el
esfuerzo recuperará su forma inicial, es decir, actúa de forma parecida al
funcionamiento de los muelles.
Las barras de torsión pueden tener sección cuadrada o cilíndrica, siendo la
cilíndrica la más utilizada. Su fijación se realiza mediante un cubo estriado. Su
montaje es realizado fijando un extremo al chasis y en el otro se sitúa una palanca
solidaria a la barra. El extremo libre de la palanca va unido al eje de la rueda.
Cuando la rueda sube o baja, en la barra se produce un esfuerzo de torsión, cuya
deformación elástica permite el movimiento de la rueda.
El montaje de esta puede ser longitudinal o transversalmente.
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b) Amortiguadores: son los elementos encargados de absorber las oscilaciones o
vibraciones de los muelles y las ballestas de la suspensión, disminuyendo su
amplitud y frecuencia, es decir, los amortiguadores son dispositivos que, sin
impedir el movimiento del muelle, lo frenan, reduciendo su amplitud y el número de
sus oscilaciones, impidiendo que las irregularidades del terreno o las
inestabilidades del vehículo se transmitan en su totalidad al chasis, garantizando
la comodidad de los ocupantes y la estabilidad de la carga.
Cuando los muelles oscilan excesivamente es debido al mal funcionamiento de los
amortiguadores por no cumplir su cometido.
El amortiguador más utilizado es el hidráulico telescópico.
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c) Barra Estabilizadora: tiene la misión de garantizar la estabilidad del vehículo
cuando éste, debido a las irregularidades del terreno o a las curvas, tiende a
perder dicha estabilidad.
La barra estabilizadora se monta en los dos ejes, es de acero elástico y su
montaje se realiza fijando sus dos extremos a los soportes de suspensión de las
ruedas.
Al tomar una curva, se produce una inclinación hacia unos de los laterales del
vehículo debido a la fuerza centrífuga, sobrecargando las ruedas exteriores y
elevando las interiores, lo cual puede producir un vuelco si ello es excesivo. Esto
creo un momento de torsión en la barra estabilizadora, la cual absorbe el esfuerzo
oponiéndose a que esto ocurra e impide que la carrocería se incline hacia un lado,
manteniéndose estable. Lo mismo ocurre cuando una de las ruedas encuentra un
bache u obstáculo.
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- Suspensión Hidráulica: compuesta por una unidad hidráulica para cada una
de las ruedas y fijada al chasis, que desempeña las funciones de los
muelles y de los amortiguadores.
- Suspensión Oleoneumatica: compuesta por un sistema mixto de elementos
hidráulicos y neumáticos.
- Suspensión Neumática: compuesta por fuelles o cojines de aire comprimido
que colaboran con los elementos mecánicos como las semiballestas, barras
de reacción, tirantes, etc., utilizada en los vehículos pesados.
Esta suspensión se está empleando mucho en los grandes camiones por resultar
muy robusta y a la vez suave en su adaptación a las irregularidades del terreno,
sustituyendo la labor básica de las ballestas, por la acción de unos fuelles o
cojines de aire (neumáticos), colocados sobre los ejes, generalmente traseros, y a
veces también en el delantero.
Cojinetes o Fuelles neumáticos: en el resorte neumático hay un émbolo montado
sobre el eje de las ruedas o brazos de la suspensión de las mismas, un diafragma
de caucho y una placa de cierre, unida al bastidor. Al oscilar las ruedas, el émbolo
se desplaza variando la altura del diafragma y produciendo un aumento de
presión, con lo que el muelle tiende a recuperarse. Cuando más se infle el resorte
más carga podrá soportar, hasta un cierto límite.
El fuelle neumático está colocado en el eje trasero sostenido por el soporte. La
parte superior del cojín queda anclada a una hoja de ballesta que tiene sus
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anclajes. El conjunto de las barras de reacción establece el control en las
aceleraciones y en las deceleraciones del eje y el amortiguador y colabora en la
estabilidad del conjunto mecánico de la suspensión.
Existe el caso de la utilización de un solo cojín o fuelle neumático por cada lado
del eje y también de dos, dependiendo del fabricante del vehículo.
Circuito de aire comprimido: la acción llevada a cabo por los cojines o fuelles
neumáticos comporta un control constante del aire comprimido que se halla dentro
de ellos, lo que hace posible que se pueda adaptar la suspensión a diferentes
estados de carga, reparto de pesos entre ambos lados del mismo eje y a la
posibilidad de elevar hasta un determinado nivel el bastidor del vehículo mediante
una serie de válvulas.
Circuito de alimentación: la suspensión neumática pura no emplea líquido, sino
sólo aire. El motor mueve un compresor que almacena aire a presión en un
depósito. La alimentación se realiza a través de una válvula de nivelación que
permite mantener la presión adecuada dentro del diafragma, en función de la
carga, firme, etc.
Compensadores de nivel: una de las características fundamentales por lo que este
sistema es muy interesante es su capacidad de conservar siempre el mismo nivel
de la plataforma, independientemente de la carga y su situación en el vehículo que
la transporte.
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Cuando aumenta la carga se produce una reacción en la válvula de nivel mediante
la cual queda establecido un ligero aumento en la presión interna de los fuelles
(resortes) neumáticos, de modo que éstos compensan automáticamente el
hundimiento que la mayor carga produce, por las razones que sean, recuperando
el nivel del vehículo como si estuviera descargado, razón por la cual el vehículo no
se ladea.
Tipos de sistemas de suspensión: para una mejor compresión e interpretación
lo dividiremos entre suspensión delantera y/o suspensión trasera.
Suspensión Delantera: mayoritariamente los vehículos están dotados de
suspensión independiente en el eje delantero, que elimina el peso no
suspendido respecto al eje rígido. También aumenta el contacto de las
ruedas en cualquier terreno, permitiendo aumentar la flexibilidad de los
resortes sin temor al cabeceo.
Son muchos los sistemas empleados actualmente, destacándose los siguientes
tipos:
a) Suspensión por trapecio articulado: conformado por 2 brazos triangulares que
se articulan por su base a la carrocería o a la traviesa o eje delantero de la
suspensión, y por su vértice a los brazos del pivote y mangueta, los cuales
soportan la rueda delantera y el cubo, articulándose al resto por medio de rótulas.
Un tirante absorbe los esfuerzos de frenado.
Entre uno de los brazos y la carrocería se interponen un muelle (resorte helicoidal)
y un amortiguador, con objeto de absorber las irregularidades del terreno.
Los brazos no son paralelos ni de igual longitud, siendo más corto el superior, con
lo cual, al subir y bajar la rueda, no conserva su verticalidad, dado que se inclina
ligeramente hacia adentro, lo que mejora el comportamiento en las curvas.
b) Suspensión tipo “Mac Pherson”: muy utilizada actualmente. Consta de un brazo
único, tirante diagonal y de un soporte telescópico en cada rueda delantera.
La mangueta forma parte de la mitad inferior del soporte telescópico. Este soporte
gira al hacerlo la dirección y se une a la carrocería por medio de un elemento
elástico. Por debajo, una rótula lo une al brazo inferior.
En este sistema la carrocería ha de ser verdaderamente resistente en la fijación de
los soportes, con objeto de absorber los esfuerzos transmitidos por la suspensión.
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Suspensión trasera: entre las suspensiones traseras se destacan las
siguientes:
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a) Suspensión con eje rígido (“Hotchkiss”): sistema empleado en los vehículos de
propulsión, constando de un eje rígido con ballestas en sus extremos.
El extremo anterior de cada ballesta se monta un cojinete y el posterior se une a la
carrocería o chasis por medio de una articulación. El grupo cónico-diferencial,
palieres y cubos, constituyen una sola unidad.
b) Suspensión de semiejes oscilantes: 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)
Una variante de este sistema es el realizado mediante un eje oscilante pero de
una sola articulación mostrada en la figura inferior. Esta suspensión es utilizada
por Mercedes Benz en sus modelos 220 y 300. La ventaja que presenta es que el
pivote de giro (1) está a menor altura que en el eje oscilante de dos articulaciones.
El mecanismos diferencial (2) oscila con uno de los palieres (3) mientras que el
otro (4) se mueve a través de una articulación (6) que permite a su vez un
desplazamiento de tipo axial en el árbol de transmisión. El sistema también cuenta
con dos conjuntos muelle-amortiguador (7).
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c) Suspensión independiente: considerada la suspensión estando unidas entre sí,
dos a dos, formando 2 ejes rígidos (delantero y trasero), tiene la misión de
conseguir la amortiguación del bastidor sobre dichos ejes. Sin embargo, si una
rueda encuentra en el camino un obstáculo, al salvar su oscilación, repercute en la
otra a través de la rigidez de los ejes.
Para salvar este inconveniente, se recurre a hacer independientes las ruedas, por
medio de la suspensión llamada por “ruedas independientes”. De esta forma no se
comunican mutuamente las vibraciones y choques que sufren, sino que
permanecen más en contacto con el suelo, cualesquiera que sean las oscilaciones
del bastidor.
En la suspensión independiente de las ruedas, se sustituye el eje rígido por un
conjunto de brazos articulados. Este sistema permite a cada una de las ruedas
conservar su eje vertical a pesar de las irregularidades del terreno. Disminuye el
peso de los elementos no afectados por la suspensión.
En comparación con el eje rígido, la suspensión independiente de cada rueda
reduce las masas no amortiguadas y limita las desviaciones de la rueda
impactada, de modo que se mejora la adherencia al suelo en las calzadas en mal
estado y en las curvas.
Dependiendo de si el vehículo es de tracción o propulsión, la suspensión
independiente puede ser de los siguientes tipos:
- De trapecios articulados
- De semiejes estabilizadores
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- De brazo arrastrado: Este tipo de suspensión independiente se caracteriza
por tener dos elementos soporte o "brazos" en disposición longitudinal que
van unidos por un extremo al bastidor y por el otro a la mangueta de la
rueda. Si el eje es de tracción, el grupo diferencial va anclado al bastidor.
En cualquier caso las ruedas son tiradas o arrastradas por los brazos
longitudinales que pivotan en el anclaje de la carrocería.
Este sistema de suspensión ha dado un gran número de variantes cuyas
diferencias estriban fundamentalmente en cuál es el eje de giro del brazo tirado en
el anclaje al bastidor y cuál es el elemento elástico que utiliza.
En la figura inferior se muestra como los brazos tirados pueden pivotar de distintas
formas: en la figura los brazos longitudinales pivotan sobre un eje de giro
perpendicular al plano longitudinal del vehículo. Este tipo de suspensión apenas
produce variaciones de vía, caída o avance de la rueda. En la figura de la
izquierda pivotan los brazos sobre ejes que tienen componentes longitudinales, es
decir sobre ejes oblicuos al plano longitudinal del vehículo. A esta última variante
también se la conoce como "brazos semi-arrastrados" y tiene la ventaja de que no
precisa estabilizadores longitudinales debido a la componente longitudinal que
tiene el propio brazo o soporte. Aquí las variaciones de caída y de vía dependen
de la posición e inclinación de los brazos longitudinales por lo tanto, permite que
se varie durante la marcha la caída y el avance de las ruedas con lo que se mejora
la estabilidad del vehículo. En cuanto al tipo de elementos elásticos que se utilizan
en estas suspensiones, se encuentran las barras de torsión y los muelles.
- De brazo semiarrastrado: sistema en el que los pivotes del brazo son
oblicuos al eje longitudinal del vehículo, no formando ángulo recto con él,
manteniéndose las ruedas en posición al mismo tiempo que se les permite
un movimiento de subida y bajada.
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Sistemas especiales de suspensión
Suspensión conjugada: es la que enlaza las ruedas delanteras y las traseras,
generalmente las de un mismo lado, en sus oscilaciones, es decir, un sistema en
que los elementos de la suspensión del eje delantero están intercomunicados con
los de la suspensión del eje trasero, reduciéndose el cabeceo del vehículo y
manteniéndolo inclinado en cualquier posición de las ruedas, lo que se traduce en
comodidad para los ocupantes. El sistema más importante es el “Hydrolastic”
(hidráulico).
Sistema Hydrolastic: en este sistema cada una de las ruedas posee una unidad
hidráulica de suspensión que desempeña las funciones de muelle y de
amortiguador y va fijada al chasis. En su interior y en uno de sus extremos lleva
una masa cónica de caucho que hace las funciones de muelle. El otro extremo se
cierra mediante un diafragma, en el que apoya un émbolo conectado a los brazos
de la suspensión.
Características que debe reunir la suspensión
Como los elementos de suspensión han de soportar todo el peso del vehículo,
deben ser lo suficientemente fuertes para que las cargas que actúan sobre ellos
no produzcan deformaciones permanentes.
A su vez, deben ser muy elásticos, para permitir que las ruedas se adapten
continuamente al terreno sin separarse de el. Esta elasticidad en los elementos de
unión produce una serie de oscilaciones de intensidad decreciente que no cesan
hasta que se ha devuelto la energía absorbida, lo que coincide con la posición de
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equilibrio de los elementos en cuestión; dichas oscilaciones deben ser
amortiguadas hasta un nivel razonable que no ocasione molestias a los usuarios
del vehículo.
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. Este mismo efecto se manifiesta al variar la carga que gravita sobre
el muelle.
Influencia de la carga en la suspensión
Si en los vehículos las cargas fueran constantes resultaría fácil adaptar una
suspensión ideal, pero como esto no se da en ningún caso (al ser la carga
variable, especialmente en vehículos de transporte) los elementos elásticos deben
calcularse para que aguanten el peso máximo sin pérdida de elasticidad.
En estas condiciones es imposible obtener una suspensión ideal ya que, si se
calcula para un peso mínimo, la suspensión resulta blanda en exceso cuando
aquel aumenta; si se calcula para el peso máximo, entonces resulta dura cuando
el vehículo marcha en vacío o con poca carga.
Prevención de averías:
DEFECTO CAUSA ¿QUÉ HACER?
Suspensión muy blanda
Muelle cedidos
Mal estado de los
amortiguadores
Reemplazar
Sustituir
Suspensión muy dura Mal estado de los
muelles o barras Sustitución
El vehículo cabecea
Amortiguadores
gastados
Muelles delanteros
gastados
Sustituir
Sustituir
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El vehículo se inclina
hacia adelante
Muelle averiado
Ballesta rota
Barra de torsión mal
Avería sistema
hidráulico, neumático
o hidroneumático
Reponer
Cambiar
Reponer
Reparar
Ruidos y golpes en la
parte delantera
Cojinetes
defectuosos
Pivotes y casquillos,
dirección mal
Amortiguador
gastado
Barras o gomas
gastadas
Brazo de suspensión
defectuoso
Articulaciones flojas
Silentblock en mal
estado
Cambiar
Cambiar
Cambiar
Cambiar
Cambiar
Apretar
Cambiar