Sistemas de Traslacion 2, suspencion
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SISTEMAS DE TRASLACIÓN SUSPENSIÓN
ELEMENTOS AMORTIGUADORES
Un muelle deformado, cualquiera que sea su tipo, vuele a su posición de
equilibrio después de haber realizado una serie de oscilaciones de
amplitud decreciente, que se transmiten parcialmente a la carrocería del
vehículo, con la incomodidad que ello representa para los pasajeros.
Si el muelle es sometido a una nueva compresión cuando todavía no ha
vuelto a su posición de equilibrio, las series de oscilaciones pueden
superponerse y las amplitudes
resultantes legarían a tomar en algunos
casos valores peligrosos y propicios
para la rotura, a esta superposición se
llama resonancia y es de gran cuidado
sobre todo en carreteras bacheadas.
SISTEMAS DE TRASLACIÓN SUSPENSIÓN
La misión que tienen los amortiguadores es la de controlar las oscilaciones
de los elementos elásticos y, de esta forma, contribuir a la estabilidad de
marcha del vehículo así como a su confort.
Los amortiguadores recogen las oscilaciones del muelle y las absorbe,
transformándolas
en rozamientos,
de esta manera
convierte la
energía mecánica
en energía
térmica, que se
disipa a la
atmósfera en
forma de calor.
SISTEMAS DE TRASLACIÓN SUSPENSIÓN
Los amortiguadores hidráulicos,
controlan los movimientos de las
masas suspendidas y no
suspendidas; básicamente
constan de un pistón que trabaja
dentro de un cilindro en el que
hay aceite. Sobre el pistón
existen una serie de orificios y
unas válvulas pre comprimidas
que permiten el paso de aceite de
una parte a otra del pistón
cuando la presión supera un valor
dado. Los orificios representa el
paso permanente, y las válvulas
el paso de apertura por presión.
SISTEMAS DE TRASLACIÓN SUSPENSIÓN
El paso permanente vienen a ser orificios fijos, que restringen el flujo del
caudal. En el caso de las válvulas de apertura por presión, para que estas
se abran es necesario ejercer sobre ellas una determinada presión y a
medida que esta aumenta la apertura va siendo mayor.
Cuando la velocidad entre ambos extremos del amortiguador es baja, las
válvulas de apertura por presión permanecen cerradas y el aceite pasa a
través de los orificios del paso permanente. Una vez que la presión del
aceite alcanza la de tarado de las válvulas de presión, estas empiezan a
abrirse y dejan pasar el aceite.
Cuanto más aumenta la presión, las válvulas se abren más hasta que su
apertura es completa y la ley de fuerza en el amortiguador queda
controlada nuevamente por el paso del aceite a través de los orificios de
paso permanente.
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Lo normal es que las válvulas de extensión y compresión sean diferentes,
lo que posibilita que el esfuerzo en compresión sea menor para una misma
velocidad.
En los vehículos de carretera, interesa utilizar una característica de
amortiguamiento más blanda en compresión. Esto se hace para evitar la
transmisión a través del amortiguador de las grandes fuerzas compresivas
que se generaría en el mismo cuando la rueda se encuentra con un
obstáculo
Se pueden encontrar:
•••• Amortiguador bitubo
•••• Amortiguador bitubo a gas
•••• Amortiguador monotubo a gas
•••• Amortiguador ajustable
SISTEMAS DE TRASLACIÓN SUSPENSIÓN
AMORTIGUADORES DE BITUBO
Son los más comunes en la actualidad. A su vez
los hay de dos tipos. No presurizados
(contienen aceite) y presurizados (contienen
aceite y gas).
Constan de dos cámaras: una llamada interior y
otra de reserva; hay válvulas en el pistón y en la
base del amortiguador, llamada válvula de pie,
siendo el funcionamiento de ambos tipos de
amortiguadores es similar.
SISTEMAS DE TRASLACIÓN SUSPENSIÓN
Funcionamiento
Carrera de compresión: cuando el
vástago penetra, el aceite contenido en la
cámara interior fluye sin resistencia a través
de los orificios A, B, C, D y la válvula de no
retorno hacia el espacio generado al otro
lado del pistón. Simultáneamente, una
cierta cantidad de aceite se ve desplazada
por el volumen que el vástago va ocupando
en la cámara interior. Este aceite
forzosamente pasa por la válvula de pie
hacia la cámara de reserva (llena de aire a
presión atmosférica o nitrógeno entre 4 y 8
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bar). La fuerza de amortiguamiento viene dada por la resistencia que
impone la válvula de pie al paso del aceite.
Carrera de extensión: al tirar del vástago hacia fuera el aceite que
queda por encima del pistón se comprime y pasa a través de las válvulas
que hay en él.
La resistencia que el aceite encuentra en dichas válvulas es la fuerza de
amortiguamiento de extensión. El aceite que había llegado a la cámara de
reserva (6) vuelve sin hallar resistencia por la válvula de pie a la cámara
interior para compensar el volumen liberado por el vástago.
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Amortiguadores no presurizados:
Estos amortiguadores tiene el inconveniente de que se puede formar en
ellos bolsas de aire bajo las siguientes condiciones:
•••• El amortiguador se almacena o transporta horizontal antes de ser
instalado
•••• La columna de aceite de la cámara principal cae por gravedad cuando
el vehículo permanece quieto durante mucho tiempo.
•••• El aceite se contrae como consecuencia de su enfriamiento al final de
un viaje y se succiona aire hacia la cámara principal.
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Amortiguadores presurizados:
Es un tipo de configuración empleada hoy en día
en la mayoría de los vehículos cuando se busca
mejorar las prestaciones de los amortiguadores
bitubo convencionales.
La solución consiste en añadir una cámara de gas
de baja presión, ya que la fuerza amortiguadora
en compresión la sigue proporcionando la válvula
de pie. De esta forma la fuerza de extensión
realizada por el amortiguador en su posición
nominal es baja.
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Esto permite utilizar esta solución en suspensiones McPherson en las que
se requieren diámetros del amortiguador más elevados. Presenta algunas
ventajas con respecto a los no presurizados, tales como:
•••• Respuesta de la válvula más sensible para pequeñas amplitudes.
•••• Mejor confort en marcha
•••• Mejores propiedades de amortiguación en condiciones extremas
•••• Reducción de ruido hidráulico
•••• Siguen operativos aunque pierdan el gas
•••• Respecto a los amortiguadores mono tubos, lo de doble tubo
presurizados tienen la ventaja de tener una menor longitud y fricción
para las mismas condiciones de operación.
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AMORTIGUADORES MONOTUBO
De aparición más tardía que los bitubo, su uso
está cada vez más extendido, sobre todo en
vehículos de altas prestaciones y en
competición.
Constan de dos cámaras principales, una
contiene el aceite y la otra, gas a presión, que
está separadas por un pistón flotante.; además
solamente hay válvulas en el pistón.
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Funcionamiento:
Carrera de compresión: a diferencia del bitubo el
amortiguador mono tubo no tiene cámara de reserva.
El problema de ubicar el aceite que ocupa el espacio
tomado por el vástago al penetrar se soluciona con una
cámara de volumen variable. Mediante el pistón
flotante se consigue dividir la cámara interior en dos
zonas. Una la del aceite, y otra rellena de gas
presurizado a una presión que oscila entre 20 y 30
bares. Al empujar el vástago hacia dentro, la presión
que ejerce el aceite sobre dicho pistón flotante hace que
la zona de gas se comprima, aumentando la presión a
ambos lados (gas y aceite). Asimismo el aceite se ve
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obligado a pasar a través de las válvulas del
pistón. La fuerza de amortiguamiento viene
dada por la resistencia que oponen dichas
válvulas al paso del aceite.
Carrera de extensión: Al tirar del vástago
hacia fuera el aceite que queda por encima del
pistón se comprime y pasa a través de la
válvulas que hay en él. La resistencia que el
aceite encuentra en dichas válvulas es la
fuerza de amortiguamiento de extensión. Por
la disminución del presión en la cámara, el
pistón flotante vuelve hacia arriba recobrando
su posición original para compensar el
volumen liberado por el vástago.
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Los amortiguadores mono tubo presentan algunas ventajas con respecto a
los bitubo no presurizados:
•••• Buena refrigeración debido a que la cámara está en contacto directo
con el aire. Esto se traduce en una mayor eficacia, pues hay que tener
en cuenta que el amortiguador es un dispositivo que convierte la
energía cinética en energía calorífica.
•••• Mayor diámetro del pistón a igual diámetro de carcasa, lo permite
reducir las prestaciones de operación
•••• El nivel de aceite no baja al quedar el vehículo estacionado, lo que
evita funcionamientos deficientes al volver a arrancar
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•••• Debido a la presurización, el aceite no forma espuma, evitando
problemas de cavitación y resultando un buen amortiguamiento incluso
con pequeñas vibraciones de alta frecuencia
•••• Gracias al pistón separador, no queda restringida la posición de
montaje, pudiéndose colocar incluso tumbados
Como desventajas se podrían citar las siguientes:
•••• Mayores costos derivados de requerimientos superiores de precisión,
tolerancias de fabricación y estanqueidad del gas
•••• En lo referente a las válvulas es más complejo
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•••• Su mayor necesidad de espacio puede aumentar su longitud por
encima de 100mm en aplicaciones en automóviles
•••• Otra desventaja es la fuerza de extensión que realizan en su posición
nominal, debido a la presión interna del gas y a la diferencia de áreas
efectivas a ambos lados del pistón. Esta fuerza puede provocar
variaciones en la altura de suspensión que es necesario considerar en
su diseño.
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AMORTIGUADORES AJUSTABLES
Algunos amortiguadores ajustables tienen un ajuste manual que permite
al dueño del vehículo o al técnico, ajustar los amortiguadores a las
condiciones del terreno. La perilla que ajusta el amortiguador varía la
abertura de un orificio en el
interior del amortiguador.
Esta perilla suele tener ocho
ajustes posibles.
El ajuste de la fábrica está en
la posición Nº3, que
proporciona un término medio
del control de la suspensión.
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El ajuste en la posición Nº1
proporciona control reducido del
resorte y la suspensión más
suave, mientras que un ajuste en
la posición Nº8 da control
creciente del resorte y una
suspensión más dura. La perilla
del ajuste es generalmente
accesible sin levantar el vehículo.
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Los amortiguadores auto regulables o sensitivos
Estos, están comenzando a
aparecer en usos de equipos
originales.
En algunos vehículos, un
amortiguador sensible a la posición
utiliza un pistón cónico que permite
un mayor flujo del fluido en
superficies lisas (izquierda), luego
detiene el flujo para endurecer la
amortiguación en los golpes.
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Otro tipo de estos amortiguadores
contiene canales longitudinales en la
parte baja de la cámara de aceite,
estos canales están en paralelo con
los orificios del pistón; para
condiciones normales, los orificios del
pistón y los canales están calibrados
para proveer de una amortiguación y
control normal, pero si una rueda se
encuentra con un obstáculo, el choque
desplaza el pistón y se coloca en una
posición en la que el aceite tiene que
atravesar solamente por los orificios del
pistón, incrementando la resistencia del
amortiguador.
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Aceite para amortiguadores El aceite utilizado en los amortiguadores debe cumplir con las siguientes
características:
•••• La fluidez debe ser la adecuada para pasar a través de los orificios
calibrados
•••• El movimiento de aceite a través de los orificios produce un aumento
de la temperatura, por la tanto, la viscosidad debe presentar poca
variación con los cambios de temperatura
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Montaje y sujeción de los amortiguadores de la suspensión
En el montaje, el cilindro va fijado al chasis o a la carrocería y el pistón al
brazo oscilante, de esta forma, el
volumen de aire queda siempre en
la parte superior del cilindro. Esto
permite absorber los movimientos
lentos de la carrocería, a la vez
que al encontrarse en la parte
superior, no se emulsiona con el
aceite.
La sujeción a la carrocería o a los
brazos de suspensión se realiza
por cojinetes elásticos (silentblocs)
o con arandelas de caucho.
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ELEMENTOS ANEXOS A LA SUSPENSIÓN
Los elementos anexos tienen como misión mejorar el comportamiento de
la suspensión, siendo los más utilizados los que se citan a continuación:
•••• Barras estabilizadoras
•••• Tirantes de reacción
•••• Barras transversales o barras Panhard
•••• Trapecios
•••• Rótulas
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BARRA ESTABILIZADORA
La barra estabilizadora es un componente de la suspensión que permite
solidarizar el movimiento vertical de las ruedas opuestas, minimizando con
ello la inclinación lateral que sufre la carrocería de un vehículo cuando es
sometido a la fuerza centrípeta, típicamente en curvas, y que podría
ocasionar peligro de vuelco y molestia para los ocupantes.
La barra estabilizadora puede encontrarse tanto en la suspensión
delantera como en la posterior. Cuando el vehículo entra en una curva, la
carrocería tiende a inclinarse hacia fuera. Esto provoca que las ruedas que
van por la parte exterior de la curva sean sometidas a una mayor fuerza
dinámica, que se traduce en un mayor peso sobre la suspensión.
Inversamente, las ruedas internas se descargan. Por ello se puede
observar una compresión de la suspensión del lado externo y una
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extensión por el lado interno. Este efecto puede llegar a hacer que alguna
de las ruedas internas pierda el contacto con el pavimento.
La barra estabilizadora, al ser un componente elástico, transfiere parte de
la fuerza de extensión de la suspensión asociada a la rueda interna, hacia
la rueda externa. Esto produce un efecto de endurecimiento de la
suspensión asociada a la rueda externa, con la consiguiente disminución
de la compresión que sufre y por ende una menor inclinación de la
carrocería del vehículo.
A igualdad de diseño, cuanto más gruesa es una estabilizadora mayor es
su resistencia a la torsión y, por tanto, mayor su efecto anti balanceo. Pero
como casi siempre, debe encontrarse un compromiso, pues a mayor
rigidez mayor interferencia en el funcionamiento entre los dos lados de la
suspensión.
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Montaje de la barra estabilizadora
El montaje de la barra depende del tipo de suspensión, pudiendo
encontrarse los siguientes casos:
•••• En vehículos con suspensión independiente, va colocada
transversalmente, unida al chasis por dos cojinetes elásticos. Cada
extremo está fijado a un brazo de suspensión a través de un cojinete
elástico de caucho
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•••• En otros casos se usa una disposición parecida a la anterior, con la
diferencia de que se intercala un brazo o bieleta de conexión entre los
extremos de la barra estabilizadora y los brazos de de suspensión, de tal
manera que un extremo del brazo de conexión está fijado al extremo de
la barra
estabilizadora
mediante una
rótula o
arandelas de
caucho, y el
otro extremo
se une al
brazo de
suspensión
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•••• En vehículos de eje rígido, la barra va colocada trasversalmente, unida al
eje por un extremo y al chasis por el otro. Esta barra es totalmente recta
con sujeciones elásticas en cada extremo y se conoce también como
barra Panhard
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Tirantes de reacción Los tirantes de reacción son barras
de acero situadas entre los ejes de
las ruedas y el chasis y su misión
consiste en limitar los movimientos
longitudinales en los elementos
elásticos cuando se producen
aceleraciones y retenciones.
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Barras transversales
Este tipo de barras normalmente se
colocar en los puentes traseros con eje
rígido. Se trata de una barra de acero
situada transversalmente entre el eje y la
carrocería. Sirve para limitar las fuerzas
laterales y mejorar la adherencia.
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Brazos de suspensión También son llamados trapecios o platos de suspensión. Los brazos de
suspensión tienen la finalidad de:
•••• Realizar la unión entre el bastidor y las ruedas. Por un extremo están
unidos al bastidor y por otro, a las ruedas.
•••• Sirven de elemento soporte para el muelle y el amortiguador.
•••• Mejorar el guiado del neumático.
Tipos de montajes de los brazos Según el montaje se puede encontrar:
•••• Brazos transversales
•••• Brazos longitudinales
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Brazos transversales: se llaman también brazos oscilantes, realizan la
unión del bastidor con la mangueta y pueden estar construidos por uno o
varios brazos dependiendo el tipo de suspensión.
Esta disposición se puede emplear en la parte delantero o posterior del
vehículo, además con este montaje de brazos transversales se puede
emplear cualquier resorte acompañado de un amortiguador.
Esta disposición se utiliza en la
suspensión de paralelogramo
deformable, pudiendo adoptar la forma
de dos triángulos superpuestos o
varios brazos oscilantes, dando lugar
a una suspensión multibrazo y
también, como brazo inferior y único
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en la suspensión McPherson. Para limitar los movimientos del brazo y
evitar golpes en la carrocería, se coloca un tope elástico de caucho.
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Brazos longitudinales: varía la forma de montaje, pero el
funcionamiento es el mismo. Este montaje se usa solo en la parte
posterior de vehículo; y a esta disposición también se la denomina brazos
o ruedas tirados, pudiendo dar lugar a dos variaciones:
•••• Brazos tirados o arrastrados: en este tipo, apenas se producen
variaciones de vía,
caída o avance de la
rueda. Con esta
disposición existen
casos en los que los
brazos están unidos por
un extremo a un eje
tubular que, a su vez,
está anclado al chasis.
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En algunos casos, a través del interior del eje pasa la barra
estabilizadora en une los dos brazos.
•••• Brazos tirados oblicuos o semiarrastrados:
en este tipo los brazos basculan sobre los
ejes oblicuos respecto al plano longitudinal
del vehículo.
Tienen la ventaja de que no precisan barra
estabilizadora, debido a la componente
longitudinal que tiene el propio brazo; en
este caso las variaciones de vía, caída o
avance de la rueda, dependen de la posición
e inclinación de los brazos.
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Rótula de suspensión En elemento de unión entre
los elementos de la suspensió
y las manguetas de las
ruedas. Es una junta esférica
que permite el movimiento
vertical y de rotación de las
ruedas directrices de la
suspensión delantera. Está
compuesta básicamente por
casquillos de fricción y de
perno encerrados en una carcasa.
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Rótula de suspensión: es una junta esférica que permite el movimiento
vertical y de rotación de las ruedas directrices de la suspensión delantera.
Está compuesta básicamente por casquillos de fricción y de perno
encerrados en una carcasa.
Brazo de suspensión o de control: elemento que acopla al resto de los
componentes de la suspensión a la carrocería o al chasis del vehículo
mediante una junta esférica (rótula o terminal).
Rótula de carga: rótula que soporta la fuerza ejercida por el resorte de
suspensión o cualquier otro elemento elástico utilizado para sostener el
peso de un vehículo. En una suspensión independiente, es el dispositivo
que esté montado en el brazo de suspensión que proporcione la reacción
al elemento elástico. La rótula elástica puede trabajar a tensión o
compresión según el diseño del sistema de suspensión del vehículo.
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Rótula de fricción o seguidora: Rótula del sistema de suspensión que no
soporta cargas verticales, pero ayuda a resistir las cargas horizontales.
Siempre está montada en el brazo de suspensión que no reacciona contra
el elemento elástico que sostiene al vehículo. En la mayoría de los casos,
la rótula de fricción está pre cargada con un elemento plástico que la
capacita para amortiguar la vibración, cargas de choque y facilita la acción
giroscópica de la rueda
Cojinetes elásticos
Son los elementos de unión entre los elementos de la suspensión y el
chasis, también se los denomina silenblocks. Trabajan a torsión:
•••• Realizando una pequeña amortiguación
•••• Absorbiendo las leves vibraciones que producen las ruedas sobre la
carrocería
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Los cojinetes elásticos pueden estar construidos de tres formas:
•••• Exclusivamente a base de caucho
•••• Con dos cojinetes metálicos o casquillos guía entre los que va colocado
el caucho
•••• Mediante silenblocks rellenos de aceite. En las cargas originadas por la
fuerzas laterales, el aceite debe pasar de un lado a otro