Ing. Rusber Risco Ojeda

DIBUJO DE UN SISTEMA DE AMORTIGUACIÓN Y

SUSPENSIÓN DE UNA UNIDAD VEHICULAR

LA SUSPENSIÓN

Se conoce como suspensión automotriz, a las formas de utilizar las fuerzas mecánicas de torsión, con la pretensión, de amortiguar y suavizar el desplazamiento, de un vehículo, sobre irregularidades de la superficie de  un terreno.

Se conoce como componente de torsión a todo aquello que al comprimirse bajo fuerza, o peso, trata de regresar a su estado natural, se adiciona a este tipo de componentes, los amortiguadores, que tienen la función de graduar el proceso de acción y reacción; ayudando a que las fuerzas de torsión, tengan un movimiento suave. Los sistemas de suspensión, en mecánica automotriz, varían en forma, estilo, diseño, figura, y componentes; pero los principios y objetivos, siguen siendo los mismos.

Desplazamiento se sentirá suave, agradable y seguro, tanto al frenar como al tomar curvas; Pero si usted excede el peso y/o velocidades especificadas, el sistema se exigirá al máximo, y en estas condiciones, el conducir será dificultoso y peligroso.

Tomando como base los principios de la aerodinámica, y las variantes aplicadas por los fabricantes, con la pretensión, de darle estabilidad, confort, durabilidad, seguridad, y versatilidad, al desplazamiento de un vehículo.

La suspensión de un vehículo está formada por un conjunto de elementos rígidos y elásticos capaces de absorber las irregularidades del pavimento con el fin de no comprometer en ningún momento la estabilidad del vehículo durante la marcha.

Los elementos elásticos, muelles, ballestas, barras de torsión, etc. y los amortiguadores son los elementos más importantes de la suspensión. De su diseño y eficacia depende en gran medida el comportamiento general de la suspensión y del vehículo.

OBJETIVOS DE LA SUSPENSIÓN:

Aislar la carrocería de las oscilaciones provocadas por las irregularidades en la calzada.

Proporcionar un confort y seguridad razonables para los ocupantes del vehículo y la carga.

Mantener las ruedas en contacto con la calzada para garantizar una dirección, frenado y tracción efectivos.

Absorber las fuerzas transversales, longitudinales y verticales sin modificar la orientación de las ruedas.

Absorber las desigualdades del terreno sobre el que se desplaza, a la vez que mantiene las ruedas en contacto con el pavimento, proporcionando a los pasajeros un adecuado confort y seguridad en marcha y protegiendo la carga y las piezas del automóvil.

Evita una inclinación excesiva de la carrocería durante los virajes, inclinación excesiva en la parte delantera durante el frenado.

ELEMENTOS DE LA SUSPENSIÓN:

Elemento de muelleo (muelle, barra de torsión, ballesta, balona neumática, etc.).

Elemento de amortiguación, amortiguador hidráulico o de gas. Barras estabilizadoras. Trapecios, tirantes, rótulas, silentblock, cojinetes elásticos, etc.

Estos componentes deben garantizar además del funcionamiento de la suspensión, el guiado de la dirección.

La gran mayoría de automóviles de motor poseen suspensiones que proporcionan un desplazamiento entre los discos extremos.

En el diseño de la suspensión del automóvil la diferencia entre el peso amortiguado y el no-amortiguado es importante. El peso amortiguado es la totalidad del peso que se soporta por los muelles del automóvil, lo cual incluye la carrocería, estructura, motor, componentes de transmisión y todos lo que estos contienen.

El peso no amortiguado es el de las partes entre los muelles y la superficie del camino, lo cual incluye llantas, ruedas, frenos, partes de la dirección y montaje del eje trasero.

1. Elementos elásticos de la suspensión

Los elementos elásticos se colocan entre la carrocería o chasis y las ruedas, son piezas deformables que permiten absorber los movimientos que se producen como consecuencia de un bache o un impacto.

Los elementos elásticos más empleados en las suspensiones son:

Muelles de acero. Ballestas. Barras de torsión. Balonas neumáticas.

MUELLES HELICOIDALES DE ACERO

El muelle helicoidal está formado por un arrollamiento de un hilo de acero elástico en forma de hélice con un grosor adecuado a la rigidez requerida por el peso del vehículo.

Es sin duda el tipo de muelle más utilizado en la actualidad. En comparación con las ballestas, por ejemplo, el muelle helicoidal puede almacenar más del doble de energía por unidad de volumen de material y posee además un mínimo rozamiento interno.

Sin embargo en su contra está que necesita un elevado espacio vertical y también que, a diferencia de las ballestas, no puede utilizarse como único nexo de unión entre la carrocería y el sistema de suspensión por la facilidad con la que se comba, característica que le impide encargarse del guiado de los ejes. Si bien con las ballestas no se alcanza una precisión absoluta, pueden utilizarse para este cometido con resultados aceptables.

Los muelles helicoidales están elaborados mediante un hilo metálico normalmente circular o elíptico, enrollados en caliente o frío sobre un cilindro. En los lineales, el diámetro del hilo se conserva constante en todas las espiras del muelle, en tanto que en los variables, el diámetro del hilo varía de unas espiras a otras.

La solicitación del hilo cuando un muelle helicoidal trabaja a compresión, se debe a esfuerzos de torsión, flexión y cortadura del hilo.La rigidez de estos muelles aumenta con la cuarta potencia del diámetro del hilo y disminuye con la tercera potencia del radio de enrollamiento y también al aumentar el número de espiras. Independientemente de estos factores, el otro factor que influye sobre la rigidez es el material utilizado.La elevada rigidez transversal de las ballestas en comparación con un muelle helicoidal las hace el elemento ideal para suspender los vehículos de carga o de gran volumen. De utilizarse los muelles, el pandeo sería incapaz de soportarse al pasar por un bache o una carretera inclinada ligeramente. En esas situaciones, los muelles en lugar de comprimirse se combarían, afectando la estabilidad.

La dureza de un muelle helicoidal depende de los siguientes factores:

Diámetro del hilo de acero empleado. Número de espiras de que dispone.

BARRAS DE TORSIÓN

La barra de torsión consiste en una barra de acero elástico que mediante su torsión realiza un comportamiento similar al muelle helicoidal.

Las barras de torsión se unen por un lado al chasis y por el otro al trapecio o al brazo de la suspensión. Cuando el trapecio o el brazo realizan un movimiento de giro sobre su eje, se genera en la barra una torsión equiparable a la compresión de un muelle.

Las barras de torsión se pueden montar de forma transversal u horizontal.

El método de aplicación consiste en fijar un extremo de la barra rígidamente a un punto de la carrocería y el otro, por ejemplo, a los triángulos de suspensión. Si el triángulo va posicionado en forma transversal, la barra irá situada longitudinalmente, de tal forma que cada vez que el triángulo gire, cuando se hunde la rueda por efecto de un bache, por ejemplo, la barra se retorcerá, almacenando energía que devolverá cuando recupere su posición original.

Muchas son las ventajas de la barra de torsión con respecto a los muelles helicoidales. En primer lugar su mejor aprovechamiento del material, atribuido a la mayor actividad elástica de las zonas de la barra situada en las cercanías de los puntos de anclaje, en comparación con las espiras de los extremos de los muelles.

BALLESTAS

Las ballestas están formadas por una o varias hojas de acero aleado unidas y superpuestas unas con otras. Trabajan por flexión y su montaje puede ser longitudinal y transversal. La hoja más larga se llama hoja maestra y en sus extremos se encuentran curvados para colocar los casquillos y pasadores.

Las ballestas se unen al chasis directamente por el ojo de ballesta y un pasador en la parte delantera de la ballesta y por una pieza articulada en la parte trasera, denominada gemela.

Las hojas de las ballestas están unidas entre sí por dos sistemas: en el centro por un perno central llamado capuchino y por abrazaderas.

Las hojas se deslizan entre sí efectuando de este modo la función elástica y de amortiguación, el número de hojas de la ballesta y el espesor depende del tipo de vehículo y de la carga que tenga que soportar.

BALONAS NEUMÁTICAS

Los muelles neumáticos o balonas son recipientes estancos fabricados en caucho, que permiten dilatarse con la presión del aire y deformarse cuando soportan una carga. La balona, lleva en el interior un pistón estanqueizado con el exterior, que permite que la bolsa de aire se pliegue sobre su perímetro exterior.

La elevación y descenso del nivel del eje trasero se realiza mediante el aumento o reducción del aire en la cámara de aire, lo que provoca una prolongación o acortamiento del muelle neumático. Este aumento o reducción de aire se realiza a través de un racor alimentado directamente desde las electroválvulas de suspensión.

2. Elementos de amortiguación, amortiguadores

Cuando el vehículo circula por zonas bacheadas se producen movimientos continuos en las piezas de la suspensión. Las oscilaciones no absorben las ruedas se trasladan a la carrocería a través de los elementos elásticos, muelles, barras de torsión, ballestas o balonas.

El amortiguador disminuye las oscilaciones y transforma la energía de las oscilaciones en calor. Esta transformación se realiza a través de la resistencia que opone un líquido al pasar de una cámara a otra en el interior.

El amortiguador debe cumplir las siguientes funciones:

Garantizar un buen contacto de las ruedas con la calzada. Disminuir las oscilaciones. Evitar o disminuir el balanceo de la carrocería del vehículo. Disminuir el desgaste de los neumáticos.

Los amortiguadores más empleados en los turismos son los amortiguadores hidráulicos con cámara de gas.

FUNCIONAMIENTO DEL AMORTIGUADOR HIDRÁULICO

El funcionamiento del amortiguador hidráulico con cámara de gas está basado en la oposición que ofrece el aceite a desplazarse por un orificio de una cámara a la otra. EI amortiguador trabaja en dos etapas:

Compresión. Tracción.

En la etapa de compresión, el amortiguador se comprime y el aceite de la cámara roja es obligado a desplazarse por la válvula u orificio calibrado hasta la cámara amarilla, oponiendo una fuerza resistente que produce el efecto amortiguador.

En la etapa de tracción, el amortiguador se estira y el aceite de la cámara roja pasa por la válvula hasta la cámara amarilla generando un esfuerzo similar al que realiza en la etapa de compresión, el cojín de gas situado en la parte inferior del amortiguador se expande para compensar las diferencias de volumen.

3. Barra estabilizadora

La barra antibalanceo o estabilizadora consiste en una barra de acero en forma de U unida a la carrocería y a los brazos de suspensión de las ruedas de un mismo eje, derecha e izquierda. Su principal misión es reducir la inclinación de la carrocería en las curvas colaborando así en la estabilidad del vehículo.

4. Otros elementos de la suspensión

La suspensión está compuesta además por los siguientes elementos.

SILENTBLOCK

El silentblock es un elemento de unión elástico, fabricado a base de caucho y metal, cuya misión es amortiguar los golpes existentes entre dos elementos en los que existe movimiento, por ejemplo entre el trapecio y el chasis o carrocería.

RÓTULAS

Las rótulas constituyen un elemento de unión y fijación de la suspensión y de la dirección, que permite su pivotamiento y giro manteniendo la geometría. La unión de las rótulas se realiza mediante tornillos o roscados exteriores o interiores.

MANGUETA Y BUJE

La mangueta de la suspensión se fabrica con acero y/o aleaciones y se diseña teniendo en cuenta las características geométricas del vehículo. Une el buje de la rueda y la rueda a los elementos de la suspensión, tirantes, trapecios, amortiguador, etc.

El buje en su interior contiene los rodamientos que permiten el giro de la rueda.

TRAPECIO O BRAZO DE LA SUSPENSIÓN

Los trapecios son los brazos articulados que se unen al buje mediante los elementos elásticos (silentblock) y los elementos de guiado (rótulas). Según el tipo de suspensión, esta puede disponer de uno o dos brazos.

TIRANTES

Son brazos de acero longitudinales o transversales situados entre la carrocería y la mangueta o trapecio que sirven como sujeción de estos y facilitan su guiado. Absorben los desplazamientos y esfuerzos de los elementos de la suspensión a través de los silentblock o cojinetes elásticos montados en sus extremos.

5. Tipos de suspensión

Cada fabricante diseña un tipo de suspensión adaptando los elementos elásticos y los amortiguadores a las necesidades de trabajo y de circulación. La suspensión puede ser de dos tipos:

De eje rígido. Independiente.

SUSPENSIÓN DE EJE RÍGIDO

Este tipo de suspensión está formada por un puente trasero o viga de metal, unida a la carrocería o chasis mediante el sistema de suspensión y de amortiguación. Se emplea en los ejes traseros de todoterrenos y vehículos pesados por su sencillez, facilidad de montaje y robustez.

SUSPENSIÓN INDEPENDIENTE

En los modelos con suspensión independiente cada rueda del mismo eje dispone de su propio sistema de suspensión. Las oscilaciones de una rueda no afectan a la otra rueda, consiguiendo un mejor comportamiento en todos niveles.

Los sistemas de suspensión independiente más empleados son los siguientes:

Brazos tirados. Multibrazo. Paralelogramo deformable. McPherson.

Brazos tirados

Esta suspensión está formada por un brazo de suspensión articulado para cada rueda unida por un lado al bastidor y por el otro a la mangueta de la rueda. La rueda, en su movimiento oscilante, describe una trayectoria circular respecto a su eje, por lo que la caída de la rueda no varía.

El sistema utiliza como resorte muelles o barras de torsión, en estas últimas permite la regulación de altura de la carrocería. La amortiguación se consigue con amortiguadores telescópicos anclados al brazo de suspensión y a la carrocería.

Cuando el brazo tirado tiene su eje transversal al vehículo, se dice que es un brazo arrastrado. Con este sistema no existe variación en la caída o avance de la rueda.

Si por el contrario, el eje del brazo es oblicuo respecto al plano longitudinal del vehículo, se denomina brazo semiarrastrado. Este sistema permite que se varíe durante la marcha la caída y el avance de las ruedas con lo que se mejora la estabilidad del vehículo.

Multibrazo

La suspensión multibrazo está formada por varios brazos longitudinales o transversales que se unen a la carrocería mediante cojinetes elásticos y a la mangueta mediante rótulas.

Esta suspensión ofrece gran flexibilidad a la rueda garantizando de esta manera su unión al suelo. A su vez, permite un control total de la geometría del vehículo ya que ofrece un gran número de reglajes.

Paralelogramo deformable

La suspensión con paralelogramo deformable consta de dos trapecios montados paralelos uno con el otro, unidos por un lado al bastidor o chasis mediante silentblock y por el otro mediante rótulas a la mangueta de la rueda.

Esta suspensión puede utilizar cualquier elemento elástico, ballesta, muelles, barras de torsión, etc. y los amortiguadores suelen ser independientes.

Cuando la rueda se mueve con relación a la carrocería, el paralelogramo formado por la suspensión se «deforma» de tal manera que el paralelismo de los brazos hace que el cambio de caídas sea proporcional al movimiento de balanceo.

Suspensión McPherson

Este diseño de suspensión está formado por un bloque en el que se integra el amortiguador y el muelle. El muelle se monta encerrado en el interior del amortiguador concéntrico a él.

Por la parte inferior, el bloque de suspensión McPherson se une a la mangueta mediante tornillos o integrando el tubo del amortiguador en la mangueta. La unión a la carrocería se realiza mediante con una unión flexible y un cojinete axial que permite el giro del bloque de suspensión con la rueda.

Los movimientos de subida y bajada de la rueda son absorbidos por el muelle y la intensidad delas oscilaciones es reducida por el amortiguador.

La suspensión McPherson se monta en el eje delantero y es ideal para vehículos de tracción delantera en vehículos de pequeño y mediano tamaño.

6. Comprobación de la suspensión

Las comprobaciones que se deben realizar para asegurarse que se encuentra bien un conjunto de suspensión son las siguientes:

Comprobar los soportes del amortiguador. Se verificarán también los casquillos silentblock, inspeccionando si estuvieran deformados o agrietados.

Verificar los topes de compresión y los guardapolvos de protección, por si estuvieran rotos o agrietados.

Verificar las holguras excesivas de montaje para detectar ruidos o un movimiento vertical o lateral excesivo.

Verificar en el amortiguador si existen fugas de aceite o si el vástago o el cuerpo del amortiguador tuviera golpes o estuviera doblado.

Verificar el desgaste de los neumáticos. Un desgaste lateral o en forma de olas puede indicar un defecto en el amortiguador o en el conjunto de la suspensión.

Terminaremos la inspección verificando otros componentes de la suspensión como las rótulas, los brazos de la suspensión, el buje, etc. Determinaremos las holguras, dobleces, desgastes u otros defectos que pudieran influir en el buen funcionamiento de la suspensión.

PRUEBA DEL REBOTE

Otra prueba a realizar es la del rebote; consiste en realizar presión sobre la carrocería hacia abajo para comprobar el rebote de la suspensión. Si el rebote no es absorbido por el amortiguador y la oscilación de la carrocería es continua, podrá indicar que el amortiguador no se encuentra en buen estado, por lo que deberá sustituir.

7. Mantenimiento de la suspensión

El mantenimiento de una suspensión principalmente afecta a un componente del coche, a los amortiguadores, y adicionalmente también a la modificación de ángulos de la suspensión. Desgraciadamente la corrección de los problemas que nos surjan en estos elementos no está al alcance de cualquiera, por lo que os detallaremos como detectar los indicios de una suspensión en mal estado.

La suspensión es otra gran olvidada de la que una falta de mantenimiento puede llevarnos en el peor de los casos a un accidente grave derivado de la falta de estabilidad del vehículo. No os vamos a hacer mancharos las manos en este especial sobre suspensiones, pero si os vamos a intentar orientar para poner vuestros sentidos en alerta a las indicaciones que nos da el coche y que nos dicen que en nuestro coche ciertos elementos de la suspensión requieren de una revisión.

El sistema de suspensión es un elemento que se deteriora progresivamente y no es percibido por el conductor pero que puede comprometer la seguridad del vehículo en una situación de conducción extrema. Es importante:

Revisión por el servicio técnico de los amortiguadores cada 20.000 km. La vida útil de los amortiguadores está entre los 60.000 y 80.000 km. Acudir al servicio técnico si: Observa pérdida de aceite en los amortiguadores. Observa que la suspensión del vehículo oscila lateralmente o si le

cuesta estabilizarse después de un bache. Al frenar observa que el morro del vehículo se inclina en exceso. Al circular por firme irregular el vehículo absorbe con excesiva violencia

las irregularidades del terreno. Al circular de noche por firme irregular observa que los faros vibran

excesivamente. Al circular con el viento lateral la suspensión del vehículo oscila dando

bandazos. Observa que los neumáticos se desgastan de forma irregular o se

produce un desgaste muy rápido de los neumáticos. Si detecta ruidos bruscos localizados en la parte delantera o trasera,

puede deberse a roturas del amortiguador, holgura en rotulas, silentblocks, etc.

BIBLIOGRAFÍA

Mecánica del Vehículo – EDITEX – Esteban José Domínguez y Julián Ferrer

Guía de Mantenimiento – RUEDAS&TUERCAS

Irwin, JD; Graf, ER (1979). «Ruido industrial y control de vibraciones»,

Prentice Hall, Nueva Jersey.