El documento describe los principios y evolución de la suspensión en vehículos. Explica que inicialmente se colgó la cabina de los carruajes para absorber los golpes del camino, aunque esto causaba bamboleo. Más tarde, las suspensiones incorporaron resortes y amortiguadores entre el bastidor y las ruedas para absorber las irregularidades del camino de forma elástica y estable. Finalmente, detalla los principales componentes de la suspensión moderna como resortes, amortiguadores y barras estabilizadoras, así como los diferentes tipos de sist
1. Principios de la suspensión.
En tiempos de los carruajes una preocupación fue tratar de hacer más cómodos los vehículos. Los
caminos empedrados eran una tortura para los ocupantes, pues cada hoyo o piedra que las ruedas
pasaran se registraba donde se sentaban con la misma magnitud.
Se acolcharon los asientos, se pusieron unos resortes en el pescante del cochero, para reducir
esos impactos, pero el problema aún no se resolvía.
Hasta que se colgó la cabina del carruaje, con unas correas de cuero, desde unos soportes de
metal que venían de los ejes de modo que quedaba suspendida por cuatro soportes y cuatro
correas.
El resultado no fue el deseado, aunque los
golpes eran parcialmente absorbidos, la cabina
se bamboleaba sin control, añadiendo a los
golpes el mareo. Sin embargo, podemos decir
que ahí nació el concepto de suspensión: un
medio elástico que además de sostener la
carrocería asimile las irregularidades del
camino.
A medida que las suspensiones evolucionaban
y se hacían más eficientes, las ruedas
disminuyeron su tamaño. Esto se debe a que las ruedas de gran diámetro reducían el efecto de las
irregularidades del camino; y las ruedas pequeñas las registraban más, porque entraban en los
hoyos en mayor proporción.
Con el desarrollo del motor de combustión interna aplicado a los vehículos, las ruedas
evolucionaron, de la rueda de radios pasaron a la de metal estampado y a la de aleación ligera; de
la llanta de hierro a la de hule macizo, después al neumático de cuerdas o tiras diagonales y
finalmente al radial.
2. Función de la suspensión.- Su función es la
de suspender y absorber los movimientos
bruscos que se producirían en la carrocería, por
efecto de las irregularidades que presenta el
camino, proporcionando una marcha suave,
estable y segura. Para lograr dicha finalidad
estos componentes deben ir entre el bastidor
(carrocería) y los ejes donde van las ruedas. Denominamos suspensión al conjunto de elementos
que se interponen entre los órganos suspendidos y no suspendidos. Existen otros elementos con
misión amortiguadora, como los neumáticos y los asientos. Los elementos de la suspensión han de
ser lo suficientemente resistentes y elásticos para aguantar las cargas a que se ven sometidos sin
que se produzcan deformaciones permanentes ni roturas y también para que el vehículo no pierda
adherencia con el suelo.
Elementos de la suspensión
Principales elementos.-
1-Resortes o Muelles: Son elementos colocados entre el bastidor y lo más próximo a las ruedas,
que recogen directamente las irregularidades del terreno, absorbiéndolas en forma de deformación.
Tienen buenas propiedades elásticas y absorben la energía mecánica, evitando deformaciones
indefinidas. Cuando debido a una carga o una irregularidad del terreno el muelle se deforma, y
cesa la acción que produce la deformación, el muelle tenderá a oscilar, creando un balanceo en el
vehículo que se reduce por medio de los amortiguadores. Existen de 3 tipos:
-Ballestas: Están compuestas por una serie de láminas de acero resistente y elástico, de diferente
longitud, superpuestas de menor a mayor, y sujetas por un pasador central llamado “perno-
capuchino”. Para mantener las láminas alineadas llevan unas abrazaderas. La hoja más larga se
llama “maestra”. Termina en sus extremos en dos corvaduras formando un ojo por el cual, y por
medio de un siembro de goma, se articulan en el bastidor. Mediante los abarcones, se sujetan al
eje de la rueda. En uno de sus extremos se coloca una gemela, que permite el desplazamiento
longitudinal de las hojas cuando la rueda coja un obstáculo y, en el otro extremo va fijo al bastidor.
El siembro consiste en dos casquillos de acero entre los que se intercala una camisa de goma.
Si la ballesta es muy flexible se llama blanda, y, en caso contrario, dura; usándose una u otra
según el peso a soportar. Las ballestas pueden utilizarse como elemento de empuje del eje al
bastidor. Para evitar que el polvo o humedad, que pueda acumularse en las hojas, llegue a “soldar”
unas a otras impidiendo el resbalamiento entre sí y, por tanto, la flexibilidad, se recurre a intercalar
entre hoja y hoja láminas de zinc, plástico o simplemente engrasarlas.
Suelen tener forma sensiblemente curvada y pueden ir colocadas longitudinalmente o en forma
transversal, esta última forma es empleada en la suspensión por ruedas independientes, siendo
necesario colocar en sus extremos las gemelas.
Existen ballesta llamadas “parabólicas”, en las cuales las hojas no tienen la misma sección en toda
su longitud. Son más gruesas por el centro que en los extremos. Se utilizan en vehículos que
soportan mucho peso.
-Muelles helicoidales: Otro medio elástico en la suspensión. No puede emplearse como elemento
3. de empuje ni de sujeción lateral, por lo que es necesario emplear bielas de empuje y tirantes de
sujeción. Con el diámetro variable se consigue una flexibilidad progresiva; también se puede
conseguir con otro muelle interior adicional. La flexibilidad del muelle será función del número de
espiras, del diámetro del resorte, del espesor o diámetro del hilo, y de las características elásticas
del material. Las espiras de los extremos son planas, para favorecer el acoplamiento del muelle en
su apoyo. Los muelles reciben esfuerzos de compresión, pero debido a su disposición helicoidal
trabajan a torsión.
-Barra de torsión: Medio elástico, muy
empleadas, en suspensiones
independientes traseras en algunos
modelos de vehículos. También son
empleadas en la parte delantera. Su
funcionamiento se basa en que si a una
barra de acero elástica se la fija por un
extremo y al extremo libre le someto a un
esfuerzo de torsión (giro), la barra se
retorcerá, pero una vez finalizado el
esfuerzo recuperará su forma primitiva. El esfuerzo aplicado no debe sobrepasar el límite de
elasticidad del material de la barra, para evitar la deformación permanente. Su montaje se puede
realizar transversal o longitudinalmente. La sección puede ser cuadrada o cilíndrica, siendo esta
última la más común. Su fijación se realiza mediante un cubo estriado.
2- Amortiguadores: La deformación del medio elástico, como consecuencia de las irregularidades
del terreno, da lugar a unas oscilaciones de todo el conjunto. Cuando desaparece la irregularidad
que produce la deformación y, de no frenarse las oscilaciones, haría balancear toda la carrocería.
Ese freno, en número y amplitud, de las oscilaciones se realiza por medio de los amortiguadores.
Los amortiguadores transforman la energía mecánica del muelle en energía calorífica,
calentándose un fluido contenido en el interior del amortiguador al tener que pasar por
determinados pasos estrechos. Pueden ser de fricción o hidráulicos, aunque en la actualidad sólo
se usan estos últimos. Los hidráulicos, a su vez pueden ser giratorios, de pistón o telescópicos;
aunque todos están basados en el mismo fundamento. El más extendido es el telescópico.
4. COMPONENTES DEL AMORTIGUADOR
TELESCÓPICO:
Se compone de dos tubos concéntricos,
cerrados en su extremo superior por una
empaquetadura, a través de la cual pasa un
vástago, que en su extremo exterior termina
en un anillo por el que se une al bastidor. El
vástago, en su extremo interior, termina en
un pistón, con orificios calibrados y válvulas
deslizantes. El tubo interior lleva en su parte
inferior dos válvulas de efecto contrario. El
tubo exterior lleva en su parte inferior un
anillo por el que se une al eje de la rueda.
Un tercer tubo, a modo de campana y fijo al
vástago, sirve de tapadera o guarda polvo.
Se forman tres cámaras; las dos en que
divide el émbolo al cilindro interior, y la anular, entre ambos cilindros.
FUNCIONAMIENTO:
Al frezarse la ballesta o comprimirse el muelle, baja el bastidor, y con él, el vástago, comprimiendo
el líquido en la cámara inferior, que es obligado a pasar por los orificios del émbolo a la cámara
superior, pero no todo, pues el vástago ocupa lugar; por tanto, la otra parte del líquido pasa por la
válvula de la parte inferior del cilindro interior a la cámara anular. Este paso obligado, del líquido a
una y otra cámara, frena el movimiento oscilante, amortiguando la acción de ballestas y muelles de
suspensión. Cuando ha pasado el obstáculo, el bastidor tira del vástago, sube el pistón y el líquido
se ve forzado a recorrer el mismo camino, pero a la inversa, dificultado por la acción de las
válvulas, con lo que se frena la acción rebote. La acción de este amortiguador es en ambos
sentidos, por lo que se le denomina “de doble efecto”.
Su colocación no es vertical, sino algo inclinados, más separados los extremos inferiores que los
superiores, para dar más estabilidad al vehículo.
3- Barra estabilizadora:Al tomar las
curvas con rapidez el coche se inclina,
hacia el lado exterior, obligado por la fuerza
centrífuga. Para contener esa tendencia a
inclinarse se emplean los estabilizadores,
que están formados por una barra de acero
doblada abiertamente. Por el centro, se une
al bastidor mediante unos puntos de apoyo
sobre los que puede girar; por sus extremos
se une a cada uno de los brazos inferiores de los trapecios. La elasticidad del material
trata de mantener los tres lados en el mismo plano. Al tomar una curva, uno de los lados
recibe más peso que el otro y trata de aproximarse a la rueda; la barra se torsional por
5. este peso y ese mismo esfuerzo se transmite al otro brazo, tratando de mantener ambos
lados de la carrocería a la misma distancia de las ruedas, con lo que se disminuye la
inclinación al tomar las curvas.
Otros elementos:
1- Bandejas: su finalidad es controlar
los movimientos longitudinales de las
ruedas, por efecto de las salidas y
frenadas fuertes, además permitir
libremente los movimientos verticales
de las ruedas, por las irregularidades
que presenta el camino.
2- Topes de gomas: tiene como
finalidad evitar los golpes directos de
metal con metal, cuando las
oscilaciones pasan de los rangos
normales.
3- Rótulas: tiene por finalidad permitir libremente los movimientos verticales de las
ruedas, como también los movimientos angulares de la dirección.
6. 4- Tensor o barra tensora: su finalidad es la de controlar los movimientos longitudinales,
cuando en lugar de bandeja traen brazo de suspensión.
5- Candados: tienen por finalidad permitir la libre extensión de las hojas aceradas del
paquete de resortes, como también su curvatura.
Tipos de Sistemas de Suspensión
Todos los sistemas que se describen a continuación constan de elementos elásticos
(ballestas, muelles helicoidales, barras de torsión o fuelles neumáticos), amortiguadores y
barras estabilizadoras. Los diferentes tipos de suspensión pueden ser: con eje rígido
(delantero, trasero), independiente (delantero, trasero) o especiales.
Diferencias entre suspensión con eje rígido y la independiente.
La solución moderna en la suspensión independiente en los vehículos ha alcanzado casi
a la totalidad de los turismos, y en los camiones existen muchos casos de adopción en
sus ejes delanteros. Aunque al sistema se le han dado innumerables soluciones, todas
buscan las grandes ventajas que reporta y que por su importancia destacan, la de
disminuir los efectos de los pesos no suspendidos, a los cuales no se puede amortiguar
su movimiento por ballestas, que los golpes y oscilaciones que recibe una rueda no se
comunican a su pareja de eje, y que el contacto con el piso es más seguro y la
suspensión más flexible, sin peligro tan cercano de rotura. Todas estas ventajas hacen
una marcha más confortable del vehículo, más segura su dirección y por lo tanto más
garantía en altas velocidades.
En el sistema de eje rígido se inclina la carrocería cuando encuentra un resalte y en el
independiente el bastidor permanece horizontal y las ruedas verticales, por lo que
necesitan el complemento de potentes amortiguadores y unos protectores o topes de
caucho que limiten las oscilaciones.
Suspensión con eje rígido delantero
-Suspensión con Ballestas
En la actualidad se emplean en camiones. Se caracterizan por unos movimientos amplios
y progresivos. La interacción de los amortiguadores de doble efecto, el estabilizador y los
muelles de goma huecos proporcionan un excelente confort, tanto en el vehículo cargado
como vacío. Las gemelas del extremo posterior eliminan los tirones característicos de las
suspensiones convencionales. Los muelles de goma huecos contribuyen a ello cuando se
transportan grandes cargas por malos caminos, e impiden también las torsiones del eje
delantero en las frenadas fuertes. Se utilizan en vehículos pesados ballestas parabólicas
con un número reducido de hojas, ya que soportan mayores pesos.
-Suspensión con Fuelles
En la suspensión en camiones se utilizan fuelles de nylon, reforzados con goma. Son muy
resistentes al aceite, productos químicos y desgaste mecánico.
7. Los fuelles se montan entre un collar que hay en el bastidor y un pistón metálico, que
permanece en su sitio obligado por un perno de guía. En los movimientos de la
suspensión el fuelle cede, comprimiéndose el aire que hay dentro, proporcionando una
contrapresión que aumenta en forma continua, lo que hace que los movimientos de la
suspensión sean suaves y regulares. En los fuelles hay un muelle de goma que impide
que se rebasen los movimientos, permitiendo seguir manejando el vehículo, un corto
trecho, en casos de que se pinchara un fuelle. Estos pueden cambiarse rápida y
sencillamente por el conductor o en el taller, sin necesidad de herramientas especiales.
Suspensión con eje rígido trasero
-Suspensión con Ballestas
La suspensión posterior tiene dos ballestas a cada lado. Se caracteriza por su
progresividad, debido a que la longitud activa disminuye al aumentar la carga, lo que hace
que la ballesta se vuelva más dura. Estas ballestas son fáciles de reforzar y reparar. El eje
trasero es guiado por patines en el lado del bastidor y por un eslabón sujeto en el anclaje
delantero.
-Suspensión con fuelles (Sistema Volvo)
Tiene un eje propulsor con ruedas gemelas y eje portador de ruedas sencillas, así como
elevador. Una válvula sensible a la carga regula automáticamente la altura libre sobre el
suelo. El eje propulsor está totalmente suspendido mediante cuatro fuelles de aire y el eje
portador (alzarle) con dos. Además lleva amortiguadores y barras estabilizadoras.
Suspensión independiente delantera
-Sistema por ballestas delanteras
La suspensión independiente con ballesta transversal, es quizás de las más antiguas,
existiendo múltiples aplicaciones. La ballesta es fijada, a la carrocería, en su punto medio
y sus extremos forman pareja con los brazos triangulares, para soporte de los pivotes-
manguetas, portadores de las ruedas. Entre el pivote y el punto fijo, en el bastidor, se
acopla un amortiguador hidráulico telescópico.
-Sistema por trapecio articulado delantero y muelles helicoidales
La muestra una suspensión típica de trapecio articulado. El brazo mangueta va unido a
dos trapecios formados por unos brazos, que se articulan al bastidor. En el brazo inferior
se apoya el muelle y se le une el amortiguador .El otro extremo del muelle y amortiguador
se apoyan y unen, respectivamente, al propio bastidor. El peso y las irregularidades hacen
oscilar a los brazos, comprimiendo el muelle y siendo absorbidas las oscilaciones por el
mismo amortiguador.
-Suspensión delantera por barra de torsión.
En este sistema, para la suspensión del eje delantero, se montan las barras en sentido
longitudinal y paralelas.
8. Suspensión independiente trasera
-Suspensión trasera por ballesta
En la actualidad se emplea poco en turismos. Se monta uniendo la ballesta al bastidor, en
su parte central con bridas, y los extremos por medio de gemelas al eje trasero.
-Suspensión trasera por trapecio articulado y muelles helicoidales
En los vehículos de tracción delantera suelen utilizarse, como norma general, para las
ruedas traseras sistemas a base de trapecios articulados y muelles helicoidales. Se
diferencian del sistema articulado delantero en que, como estas ruedas tienen que
moverse siempre en la misma dirección, uno de los brazos tiene la base más ancha cerca
de la rueda, para mantener el paralelismo en las mismas, estando sujeto a la carrocería
con tirantes para absorber los esfuerzos de frenado y aceleración.
-Suspensión trasera tipo Mac Pherson
Este tipo de suspensión, lleva un brazo único, tirante de sujeción y el soporte telescópico
en cada rueda trasera acoplado a la parte superior el eje de la rueda. En el interior de este
tubo se acopla el amortiguador, y el muelle se asienta sobre dos cazoletas, una solidaria
al tubo y la otra apoyada en la carrocería. Se trata de una unión elástica, como puede
verse en la figura. Este sistema resulta mecánicamente muy sencillo y, al ser ligeras sus
partes móviles, contribuye a que las ruedas superen las irregularidades del terreno sin
mucha variación en el ángulo que forman con el mismo. Con este montaje la carrocería
tiene que ser más resistente en los puntos donde se fijan los soportes telescópicos, con
objeto de absorber los esfuerzos transmitidos por la suspensión.
-Suspensión trasera con brazos arrastrados
Los brazos arrastrados están montados sobre pivotes que forman ángulo recto con el eje
longitudinal del vehículo y unen las ruedas firmemente en posición, al tiempo que les
permite un movimiento de subida y bajada. El conjunto del diferencial se apoya en el
bastidor del vehículo en la carrocería.