La suspensión, la amortiguación y sus componentes

Por Enzo Nuvolari



En el sistema de suspensión elástico, se atenúa o disminuyen las sacudidas violentas experimentados por el vehículo, se equilibran los esfuerzos unilaterales y se perfecciona el contacto con el suelo, es decir con la calle o con la ruta. Cuando el vehículo pasa sobre un resalte de la superficie, se produce un golpe que se transmite por medio de los ejes, al chasis del vehículo, traduciéndose en oscilaciones del mismo. Estas oscilaciones también pueden deberse, a una conducción defectusa, y a la deficiente distribución de la carga, los mismos tienen su origen en el centro de gravedad del vehículo, y se propagn en diferentes sentidos.

Dichos oscilaciones se diferencian en; de empuje, cabeceo, y de bamboleo o de rolido. Las oscilaciones de “empuje”, se producen al pasar sobre una superficie ondulada, las de “cabeceo” en los frenajes bruscos, y los de “rolido” al tomar las curvas a alta velocidad. Las mismas son perjudiciales, e influencian sobre la seguridad del automóvil y sobre el confort de los ocupantes.

Sabemos que algunos de los componentes de la estructura del vehículo, experimentan fuertes solicitaciones, y se las debe reemplazar seguido.

Respecto a los diferentes sistemas de suspension, vamos a considerar la Suspensión Delantera de Triángulos Sobrepuestos, la cual está compuesta de la siguiente manera:

• Se utilizan las barras de torsion, las cuales están ancladas o solidarias al triángulo inferior en una punta, en su otro extremo hay una pequeña palanca, y un sistema tornillo-tuerca que permite el reglaje en altura.

• El pivot está vinculado por medio de dos rótulos, fijos a los extremos de los triángulos (superior e inferior).

• Un brazo reactor, que une la estructura con el extremo del triángulo inferior. Este brazo está sometido a los esfuerzos de tracción y de compresión, y contribuye con eficacia a la guía y al posicionamiento del triángulo inferior. Este brazo permite el reglaje, del ángulo de avance del perno de punta de eje (colocando por ejemplo susplementos, entre la estructura y el extremo del brazo).



• La barra estabizadora, que es fijada al triángulo inferior por dos conexiones, y unidas a la estructura por dos apoyos o bujes. La misma permite disminuir el ángulo de rolido, actuando por torsion. La Suspensión delantera de tipo “McPherson”, posee elementos de suspensión que contribuyen ellos mismos, a la guía y posicionamiento del tren delantero. Como consecuencia, la cantidad de componentes constituidos disminuye considerablemente.

• El conjunto del resorte, el amortiguador, los mismo que el pivot, forman un conjunto directamente articulado, por una parte sobre la estructura del chasis y por la otra en el extremo del brazo inferior.

• La barra estabilizadora, están unida al brazo inferior. En este caso, la barra contribuye a la guía del brazo, ya que ambos (barra y brazo) formase un triángulo de suspensión. Este sistema es una alternativa eficiente, desde el punto de vista structural y respecto al espacio, que el doble triángulo (sobrepuestos). En definitive se trata de unir la maza de la rueda (también denominada mangueta), al extremo inferior de una columna telescópica (que contiene al amortiguador hidráulico).

El sistema McPherson, transmite las cargas de la suspensión a la estructura de la carrocería, por medio de tres puntos específicos; el anclaje superior en forma de “torreta” de la columna, y las fijaciones de los dos articulaciones inferiores. Este sistema no ocupa mucho espacio en el cofre motor, solo el necesario par alas torretas. Esta suspensión tiene sus ventajas suficientes, y es por eso que es utilizada en muchos vehículos actuales, a pesar de sus inconvenientes.

La suspensión delantera del tipo “falso McPherson”, tiene una diferencia respecto al sistema McPherson, y es la barra estabilizadora que no es guía del brazo de suspensión. Se hace necesario agregar una segunda guía, entre el brazo de suspensión y la estructura de la carroceria, con la finalidad de conformar un triángulo de suspensión. Existen varias maneras o métodos para concretar esta condición, ya sea que el brazo sea monobloc y forme un triángulo integral, o que sea agregado un tensor, desde la carrocería al brazo de suspensión, lo que además posibilita regular el ángulo de avance del perno.

   

Como lo mencionáramos oportunamente, los ejes delantero y trasero de los vehículos tienen por finalidad básica, guiar las ruedas con relación a la estructura portante, y permitir los movimientos de los componentes de la dirección y de la suspensión, asegurando de la forma más óptima posible el funcionamiento de la rueda sobre el suelo.

Sabemos que la geometría de los trenes delantero y trasero, tiene que tener en cuenta sus vínculos con los neumáticos y los sistemas de suspensión y de dirección. Por esta razón, las uniones con el suelo son esenciales en función de los diferentes sub-conjuntos. Se deben considerar las relaciones e interacciones de los componentes entre ellos, lo mismo que las reacciones provocado por las solicitaciones exteriores, para que al final puedan efectuarse los reglajes de ambos trenes.

Las uniones al suelo, están constituídas de la siguiente manera:

1. El sistema de suspensión, conformado por un resorte y un amortiguador, la suspensión permite filtrar el movimiento de las masas “no suspendidas”, con relación a las “masas suspendidas” con frecuencias compatibles, con el confort de los ocupantes.

2. El sistema de dirección, que permite el giro de las ruedas–su accionamiento– asegurando el no deterioro de los neumáticos, y una trayectoria controlada por el conductor.

3. El sistema de guía de las ruedas, que hace compatible al funcionamiento de la dirección y de la suspensión, todo permitiendo el funcionamiento normal de los neumáticos

4. Los neumáticos, permiten transmitir los esfuerzos del motor y del frenado, y de encaminar o de orientar las esfuerzos laterales de todo tipo.

Estos sub-conjuntos forman en realidad, de acuerdo al caso, un semitren, o un eje; sus funciones son diferentes y estos sub-conjuntos, están unidos mecánicamente unos a otros. La suspensión está compuesta por un resorte y por un amortiguador. El resorte es componente que almacena energía, la cual aumenta bajo un esfuerzo, y disminuye cuando este es menor. De esta manera, la altura del resorte dependerá de la carga que el soporta.

Respecto al resorte de tensión variable, existen resortes neumáticos, resortes helicoidales denominados no homogéneos, y otros resortes de rigidéz variable.

Los amortiguadores son componentes que transforman una parte de la energía cinética, vinculada a los movimientos de la suspensión, en energía calórica. En efecto, el principio de los amortiguadores hidráulicos es de comprimir un fluído y forzarlo a pasar por un orificio calibrado o restringido. Hay un pasaje de fluído y por ende existen pérdidas de carga.

Cabe decir que el resorte y el amortiguador, cumplen roles muy diferentes, y sus montajes varían de acuerdo al tipo de guía y al tipo de resorte.

Respecto a los tipos de resortes, existen los resortes “helicoidales”, y para calcular la rigidéz del mismo se deben tener en cuenta los siguientes parámetros; el módulo de elasticidad transversal, el diámetro de la espira (alambre metálico), el diámetro exterior del resorte, el número de espiras activas. El paso de un resorte helicoidal, es la distancia entre dos espiras consecutivas. También existen resortes de “paso variable”, utilizados en suspensiones de vehículos.

Respecto a las denominadas “barras de torsión”, sabemos que el ángulo de deformación de la barra la produce un esfuerzo, que es aplicado en el extremo de la barra, y es proporcional al largo del brazo o de la palanca, montado en el extremo de la barra, al largo de la barra de torsión, e inversamente proporcional al módulo de elasticidad transversal, y al diámetro de la barra.

   

En lo referente a los distintos tipos de amortiguadores, consideramos al tipo bitubo y su funcionamiento. Debido a que el sistema de suspensión, el vástago del pistón desplaza la mismo hacia abajo, y las válvulas de compresión permiten el pasaje de fluído de una cámara A a una cámara B.

El desplazamiento a través de estas válvulas, provoca una fricción fluída que transforman una parte de la energía de movimiento, en energía de calor. A la inversa, cuando la suspensión se expande, el vástago va hacia arriba y solo la válvula de expansión permite el pasaje del fluído, de una parte a la otra del pistón. Es sabido que la suspensión del automóvil está formada por resortes, amortiguadores y otros componentes que vinculan al bastidor o chasis al eje de las ruedas. Esto tiene como objetivo incrementar el confort de los ocupantes, cuando el vehículo se encuentra en funcionamiento.

Los componentes de la suspensión son diseñados para evitar las consecuencias de la falta de dichos elementos y sus inconvenientes. Lo importante son los resortes, que separan al chasis de las ruedas y que actúan como medio regulador de la distancia entre ellos. Aquí el objeto es mantener en el mismo plano la carrocería del vehículo, y por lo tanto a sus ocupantes.

   

Esta regulación se produce sin variaciones ante cualquier irregularidad del suelo, cuando el resorte se comprime, debido al peso del vehículo y de sus ocupantes. Cuando la rueda encuentra algún resalte, el resorte se comprime y, cuando se presenta algún bache, el resorte se expande o se distiende. En definitiva, su acción es la de mantener en un mismo plano al chasis y a los otros componentes, obteniéndose un mayor confort y un menor desgaste de los componentes mecánicos. Además de los resortes, se utilizan en la suspensión/amortiguación –en distintas aplicaciones– los amortiguadores, los elásticos y las barras estabilizadoras.

En lo referente a las articulaciones de la suspensión, es que cumplen con la función de mantener articuladas a las ruedas con el vehículo, sabiendo que cuando se diseña un sistema de suspensión se persiguen tres objetivos: 1. Hacer que las ruedas estén verticales, aun cuando el automóvil se mueva verticalmente o se balancee. 2. Posibilitar que las ruedas se muevan verticalmente, con respecto a la carrocería del automóvil, para poder amortiguar los movimientos durante la marcha, sobre un suelo irregular. 3. Controlar el movimiento de las ruedas en función de la carrocería, para lograr estabilidad y maniobrabilidad.

Una articulación de suspensión independiente consiste en una serie de bieletas o brazos articulados, posicionados entre la carrocería y la rueda. Al respecto, las ruedas deben tener una posición lo más vertical posible (con un ángulo de comba cero), ya que si las ruedas se inclinan respecto de la vertical, la adherencia o el “agarre” del neumático sería reducida.

Por otra parte, la figura o forma asimétrica que toma la “banda de contacto” del neumático (superficie de apoyo), genera fuerzas en diferentes sentidos, que tienden a desestabilizar al vehículo.
Es posible diseñar una articulación de suspensión independiente para que las ruedas se muevan verticalmente, al pasar sobre las irregularidades del suelo, sin que se origine ángulo de inclinación alguno, cuando el vehículo se desplaza en línea recta. Por el contrario, se complica cuando la carrocería a la que está vinculada esa rueda describe un ángulo de balanceo al tomar una curva. En este caso, todas las articulaciones de suspensión existentes son, sin duda, el resultado de una situación de compromiso, ya que deben mantener – bajo cualquier circunstancia– a la rueda lo más vertical posible.

   

Vale considerar que, en la práctica, se aplica –en la geometría del tren delantero– cualquier ángulo posible de inclinación, de modo tal que mejoren la estabilidad, la maniobrabilidad y la adherencia en ruta, que con las ruedas verticales totalmente. Como lo mencionáramos oportunamente, se denomina “suspensión” al con junto de los órganos mecánicos que en un vehículo conectan a las ruedas con la estructura portante. Formando par te de los componentes que vinculan las mazas de las ruedas, a la estructura; a los resortes, a los amortiguadores, a las eventuales barras antirrolido, estabilizadoras, y a los neumáticos.

Existen en la actualidad múltiples esquemas o diseños de suspensión (MacPherson, De Dion, Multilink, brazos longitudinales, etc.), que son incorporados en dos o tres esquemas fundamentales: a ruedas independientes, o a ruedas interconectadas (estas pueden ser divididas en dos clases: semirígidas y rígidas). Hablando de las suspensiones traseras, interconectadas, son aquellas que son semirígidas; las rígidas son las denominadas puente rígido. Respecto a la “suspensión activa”, puede decirse que la misma se adapta auto máticamente y en forma instantánea, al ángulo de dirección, a la velocidad, a la carga y a las condiciones del suelo. 

Desde el punto de vista del funcionamiento (operativa y conceptualmente), un sistema de “suspensión activa”, gestiona de manera separada, el control de las fuerzas generadas por las irregularidades del suelo, y aquellas fuerzas de inercia del cuerpo del auto. Se puede mantener constante, la altura del vehículo al suelo, en cada instante (suspensión autonivelante), y hacer inclinar la carrocería hacia la parte interior de la curva, levantar la parte delantera en una frenada, y cosas por el estilo. El sistema posee una bomba hidráulica de alta presión, para suministrar un caudal de fluido en corto tiempo, a cada cilindro (uno por rueda) que cumple la función de “actuador”.

Debido a esto, la “suspensión activa” es costosa y absorbe considerablemente potencia del motor. En la actualidad, se encuentran funcionando amortiguadores con fluiído “electrorreológico”, capaz de modificar su propia densidad en función de la tensión eléctrica a la que es sometido. De esta forma, la “suspensión activa” es regulada por un sistema eléctrico.

En cuanto a la denominada “suspensión autonivelante”, actúa con el uso de resortes neumáticos (accionados con aire), donde la presión del mismo puede ser variada en función –por ejemplo– del estado de carga o de la velocidad. Aquí el nivel del vehículo, es decir, el despeje del suelo, puede ser llevado a los valores de sea dos.

Existen otros sistemas que funcionan también con bombas a presión, que son dispositivos más simples y económicos, para lograr siempre un despeje constante del suelo al variar la carga.



El sistema Nivomat, por ejemplo, prevé o permite que el amortiguador – cuando pasa sobre una irregularidad del suelo– haga funcionar la bomba para aumentar la presión del aire, cuando la carga tiende a reducir el despeje del suelo del vehículo. En pocos minutos, se recupera el nivel original de despeje con respecto al suelo. En referencia a la “suspensión hidroneumática”, la misma es conocida como la suspensión característica auto nivelante Citroën, que conecta a los resortes de tipo neumático – cargados con gas a alta presión– y a los amortiguadores integrados del circuito hidráulico del automóvil.



Una bomba, de potencia reducida, se encarga de elevar la presión del fluido, y permite mantener constante el despeje del suelo –independiente de la carga– o de variar la altura de la carrocería respecto al suelo. El mismo circuito hidráulico alimenta al sistema de frenos y a la dirección asistida.




Con el Citroën C5, este tipo de suspensión –de tercera generación– ha sido completamente revisado y controlado, en su comportamiento y en su modalidad de funcionamiento. Esta es la última evolución de un sistema nacido a mediados de la década del ’50, para las suspensiones traseras de los prestigiosos “Tracción delantera”, que ingresaron en la historia del automóvil en 1955, con el revolucionario “DS 19”.



La “suspensión neumática” es aquella que en lugar de los resortes metálicos utiliza “resortes de goma” que contienen aire comprimido. Los amortiguadores, sin embargo, son del tipo tradicionales. El sistema no es demasiado costoso, absorbe una limitada potencia, no crea graves problemas en caso detenida irregular o no perfecta (al contrario de los circuitos hidráulicos), permitiendo mantener invariable el despeje al suelo (suspensión autonivelante). Filtra de manera excelente las irregularidades del suelo, debido a que es posible variar la rigidez del sistema, en función de la carga y de la velocidad modificando la presión del aire.



A pesar de la carga, permanece constante la frecuencia propia de oscilación. Es usada desde fines de la década del ’50, para modelos de GM, y luego fue eliminada por problemas de confiabilidad. Pero a partir de los años ’60, fue utilizada por Mercedes Benz, en algunos de sus modelos hasta el presente.



Como conclusión de esta parte, puede decirse que, además de una definición de lo que es una suspensión, de los esquemas o diseños existentes, y de la suspensión simple por una parte, existen las suspensiones activas, las hidroneumáticas, las neumáticas y las inteligentes. La suspensión de un vehículo, compuesta por brazos, articulaciones, resor tes y amortiguadores, tiene el objeto de asegurar la conducción confiable y precisa, de disminuir los ruidos y las vibraciones, y de garantizar su estabilidad y maniobrabilidad. Los sistemas actuales de suspensión están compuestos generalmente por lo siguiente:

• Las articulaciones mecánicas

• La barra estabilizadora (en la parte frontal)

• Los resortes que absorben la energía

• Los amortiguadores

• Los dispositivos de fijación o de sujeción a la estructura

Actualmente existen varios diseños o esquemas de suspensión: McPherson, De Dion, Multilink, brazos longitudinales, etcétera.



Cabe señalar que, en la actualidad, aparecen cada día nuevas versiones, nuevos diseños, algunas más sencillas por economía y para lograr conjuntos más livianos, y otros más complicados en donde la finalidad es mejorar los rendimientos.



El sistema McPherson

Este sistema, muy conocido, tiene como finalidad asociar características como la buena performance, el buen comportamiento en ruta, y una excelente suavidad de marcha, a un costo no tan elevado debido a la simpleza de fabricación. Puede decirse que la base fundamental del principio McPherson es su función de guía de los componentes de la suspensión.



Si guiendo el criterio de la guía, pueden considerarse dos categorías:

• El sistema McPherson integral

• El sistema McPherson pseudo

Con respecto al sistema McPherson integral, está compuesto por:

dos brazos de suspensión montados en forma transversal (uno en cada lado); dos bieletas guía (una de cada lado); dos componentes portantes de un conjunto resorte -amortiguador (uno de cada lado); dos conjuntos portarueda uno de cada lado; (porta maza); una barra estabilizadora; a veces una plataforma o soporte .