LA SUSPENSION

INTRODUCCIONMisin: Comodidad y estabilidad.El uso de un sistema de suspensin en el vehculo, es lanecesidad de mantener el contacto entre la rueda y lacarretera. En un automvil, se denomina suspensin alconjunto de elementos cuya funcin consiste en posibilitarsu control a pesar de las irregularidades del terreno por elque se circula, las cuales tienen un efecto dinmico quepodra ser peligroso.El sistema de suspensin acta entre el chasis y las ruedas(unindolas) , las cuales reciben de forma directa lasirregularidades del terreno por el que se circula.

Cualidades:- Elasticidad: evitar golpes secos de las irregularidades.- Amortiguacin: impide balanceo excesivo de la suspensin.

Componentes:- Neumticos.- Ballestas o muelles.- Amortiguadores.

Los neumticos absorben las desigualdades pequeas delterreno.Los muelles absorben las desigualdades grandes del terreno.Los amortiguadores limitan las oscilaciones del movimiento delos muelles.

Con respecto a la suspensin, el peso del vehculo se divide endos partes:

- La masa suspendida.- La masa no suspendida. La masa suspendida [ motor , carrocera , auto partes ]comprende todos los mecanismos cuyo peso es soportado por elchasis o bastidor + la masa no suspendida [ sistema desuspensin ]. La masa no suspendida abarca las partes del vehculo queest permanentemente en contacto con el suelo (ruedas,elementos de la suspensin como muelles, amortiguadores,brazos, estabilizadoras,...). Un vehculo mejorar su comportamiento si disminuye su masano suspendida. Esto se puede conseguir con llantas ms ligeras,elementos de la suspensin (brazos y barras) fabricados enaluminio... La fuerza de propulsin; y el frenado, pueden torcer los muelles; poresta razn, la funda del eje se monta adelante del centro delmuelle, y se le adiciona un amortiguador colocado adelante, yotro atrs.

La estabilidad de la suspensin trasera, ocupa brazos[tensor] de control, oscilantes entre la funda deleje, y el chasis. Asimismo un brazo de control endiagonal. En este caso el brazo de control, endiagonal [tensor], tiene la funcin de evitar que laparte trasera del vehiculo "bote" [subir, y bajar enforma descontrolada] esto hara muy difcil elcontrol del vehiculo.

Los muelles son elementos mecnicos quepueden recuperar su estado inicial una vez que hacesado la deformacin a la que han estadosometidos.Como consecuencia de esta deformacin, losmuelles o resortes ejercen una fuerza o unmomento de recuperacin que se puedeconsiderar en la mayora de los casosproporcional al desplazamiento lineal o angularsufrido.

MUELLE

RESORTETodos los elementos mecnicos poseen un comportamiento elsticodebido a los materiales utilizados en su fabricacin. Un elemento se denominar resorte cuando la utilidad que tiene parael mecanismo del cual es parte se basa en conocer la deflexin enalgn lugar especfico, en funcin de la carga aplicada. Los resortes se disean para entregar una fuerza, para empujar, paratirar, torcer o almacenar energa. Basado en lo anterior los resortes se clasifican en cuatro categoras:

Compresin Traccin Torsin Resorte de motor

En cada una de estas clasificaciones existen muchas configuracionesestndar que dependen del fabricante especfico. Lo ms comn es recurrir a un fabricante al que se le entregan lasespecificaciones de dimensiones y condiciones de trabajo.

Tipos de Resorte

De la infinidad de tipos de resortes, los ms estandarizados sonlos resortes helicoidales a traccin, compresin y torsin.

Los resortes motor tienen una configuracin que comnmente esespiral.

Resortes Helicoidales a Compresin

Para este resorte la configuracin ms comn es el resortede dimetro de espiras constante, de paso constante, dealambre redondo.

Hay otros diseos como el cnico, de barril de reloj dearena, cada uno con cualidades especficas.

Resortes Helicoidales a Compresin

Todos proporcionan resistencia a la compresin.

Estos resortes pueden ser enrollados a la izquierda o a laderecha.

Los parmetros de un resorte helicoidal a compresin estndar,que sirven para definir la geometra, son:

Dimetro de alambre (d)Dimetro medio de la espira (D)Longitud libre (Lf)Nmero de espiras (Nt)Paso de espiras (p)

El dimetro exterior (Do) y el dimetro interior (Di) interesan paradefinir el alojamiento del resorte.

Longitud de los Resortes

Los resortes tienen varias dimensiones y deflexiones de inters

Longitud libre (Lf): longitud general del resorte en su estado nocargado.

Longitud ensamblada(La): es la longitud despus de ensamblarsea su deflexin inicial (Yinicial).

Carga de trabajo: es la que e aplica para comprimir an ms elresorte en su deflexin de trabajo (Ytrabajo).

Longitud mnima de trabajo (Lm): es la dimensin ms corta a laque se comprimir el resorte durante su servicio.

Altura de cierre (Ls): es la longitud el resorte de forma que todassus espiras entren en contacto.

Holgura de golpeo (ygolpeo): es la diferencia entre la longitudmnima de trabajo y la altura de cierre y se expresa como unporcentaje de la deflexin de trabajo.

Detalles de Terminacin

Hay cuatro tipos de detalles en los extremos para resortes helicoidales acompresin:

Sencillo Sencillo rectificadoCuadradoCuadrado rectificado

Las ltimas son las operaciones ms complejas y costosas.

Las ltimas mejoran la alineacin con la superficie que comprime al resorte.

Resortes Helicoidales a Compresin(Espiras Activas)

El nmero total de espiras Nt podra o no contribuir de manera activa a ladeflexin.

Los detalles de terminacin eliminan algunas espiras.

Para efectos de clculo se necesita el nmero de espiras activas Na

Resortes Helicoidales a Compresin(Indice del Resorte)

El ndice del resorte C es la razn del dimetro de la espira D al dimetro delalambre d.

El rango sugerido para C es de 4 a 12.

C12 el resorte es propenso a pandearse y enredarse.

Deflexin del Resorte

Aunque la carga en el resorte es a compresin, el alambre del resorte estsometido a cargas de torsin.

Un modelo simplificado de la carga de un resorte, sin considerar la curvaturadel alambre, es una barra de torsin.

La deflexin en un resorte helicoidal a compresin fabricado en alambreredondo es:

GdNFD

y a438

F = carga axial aplicadaD = dimetro medio de las espirasd = dimetro del alambreNa = nmero de espiras activasG = mdulo de corte del material

Resortes Helicoidales a Compresin(Tasa o Constante de Resorte)

La constante del resorte se encuentra reorganizando la ecuacin de deflexin:

El resorte helicoidal estndar de compresin tiene una tasa de resorte k que eslineal en la mayor parte del rango de operacin.

La constante del resorte debe definirse entre un 15% y un 85% de su deflexintotal.

aNDGd

yFk 3

4

8

Esfuerzos en las Espiras

Un resorte helicoidal se modela como una barraempotrada sometida a torsin, por lo que en cualquierseccin transversal de la espira habr dos componentesde esfuerzo.

Una componente ser un esfuerzo de corte de torsinprovocado por el torque T.

La segunda componente es provocada por un esfuerzode corte debido a la fuerza F.

Ambos esfuerzos se suman y presentan su mximo enla fibra interior del resorte, alcanzando un valor de

Esfuerzos en las Espiras

reemplazando la definicin del ndice delresorte C

23max48dF

dFD

AF

JrT

Cd

FD 5.018 3max 3max

8dFDK s

C

K s5.01

Ks se denomina factor de cortante directo y la solucin de la ltimaecuacin de esfuerzo sera exacta para un alambre recto.

Para incluir el efecto de la curvatura del alambre se presenta unaconcentracin de esfuerzos en la fibra interna que se maneja con unfactor Kw que incluye la concentracin de esfuerzos y los esfuerzos decortante directo.

CCCK w

615.04414

3max8

dFDK w

Esfuerzos Residuales

Cuando se enrolla el alambre en forma de hlice, se ejercen esfuerzosresiduales a la tensin en la superficie interna y a compresin en lasuperficie externa.

Estos esfuerzos residuales no benefician al resorte y se debeneliminar a travs de un recocido de eliminacin de esfuerzos.

Existen esfuerzos residuales que benefician al resorte y se aplican enun procedimiento denominado asentamiento.

El asentamiento consiste en someter a carga el resorte hasta lograrfluencia en el material. Con esto se pierde algo de longitud, por lo quehay que fabricar el resorte un poco ms largo que el largo requerido.

El asentamiento tambin libera de esfuerzos residuales en el resorteenrollado por lo que se debe modificar el valor de Kw.

En los resortes espirales siempre presentan esfuerzos residuales(asentados o no), por lo que es inaceptable la inversin de carga.

Un procedimiento general para mejorar la resistencia a la fatiga es elaplicar un tratamiento de granallado.

Pandeo

Un resorte a compresin se carga como unacolumna y se pandea si es demasiado esbelto.

Se crea un factor similar a la esbeltez de lascolumnas, como una razn de aspecto de lalongitud libre del resorte al dimetro externode la espira.

Si el factor es mayor que 4 el resorte se puedepandear.

Al igual que en las columnas, la naturaleza deextremos del resorte influye en la tendencia alpandeo del elemento.

Oscilacin

Los resortes vibran tanto lateral como longitudinalmente al serexcitados dinmicamente cerca de sus frecuencias naturales.

Si la frecuencia de excitacin es similar a su frecuencianatural entraran en resonancia y las espiras se golpearanlongitudinalmente.

En la prctica la frecuencia natural del resorte debe sersuperior a 13 veces la frecuencia de excitacin o de trabajodel resorte, para aplicar esto es necesario conocer lafrecuencia natural del resorte.

secradWkg

a

n Wa = peso de espiras activasg = constante de gravedadk = constante del resorte

n = frecuencia angular

Resortes Helicoidales a Extensin

Otros Tipos de Resortes

Resortes Helicoidales a Torsin

Otros Tipos de Resortes

Sistema de suspensin rgida [sistema demuelles]

1] Trapecio o columpio oscilante, une el extremo trasero del paquetede muelles y el chasis2] Muelle de hojas3] Abrazadera que sujetan el paquete de muelles a la funda4] Cubierta o tapa del diferencial5] Amortiguador6] Funda del eje trasero

Este tipo de suspensin se le conoce comointegrada, debido a que; la suspensin es una solade rueda a rueda, la inclinacin hacia un lado,afectara el otro extremo, observe que la estructurade la funda, mantiene su rigidez de extremo aextremo.

Es un tipo de muelle compuesto por unaserie de lminas de acero, superpuestas,de longitud decreciente. Actualmente, seusa en camiones y automviles pesados.La hoja ms larga se llama maestra yentre las hojas se intercala una lmina decinc para mejorar su flexibilidad (Fig. 3).

Ballestas

El amortiguador

Los Amortiguadores suavizan la marcha a la vezque evitan los rebotes incontrolados de las ruedasgenerando estabilidad en el vehculo.Si los amortiguadores no estn en buen estadocomenzaran a producirse rebotes incontroladosde las ruedas generando poca adherencia de losneumticos contra el suelo provocando lainestabilidad del vehculo.

Los aros negros son los lugares por donde el amortiguador se ancla a lacarrocera y al soporte de la rueda respectivamente, de manera quedurante el movimiento relativo de las ruedas los aros de separan yacercan. Para hacerlo el vstago acoplado al cilindro superior y en cuyoextremo hay un pistn, debe moverse dentro del aceite que contiene elotro cilindro hermticamente sellado.Para que el pistn se mueva, debe transferirse el aceite de un lado al otrodel pistn, a travs de los agujeros practicados en l. Estos agujeros sonde diferente dimetro, de manera que por uno de ellos el aceite fluye conrelativa dificultad mientras que por el otro (de mayor dimetro), el aceitepasa libremente. Una vlvula de simple accin cierra o abre el orificiogrande en dependencia de la direccin de movimiento del vstago.De esta forma durante la carrera de compresin la vlvula se abre y elvstago baja libremente, mientras que en la carrera de expansin, lavlvula se cierra y el amortiguador ofrece gran resistencia al movimientoporque el aceite fluye con mucha dificultad por el pequeo agujero.La parte superior est llena de gas (aire u otro) lo que permite utilizandola compresibilidad del gas, que el aceite se contraiga o dilate con loscambios de temperatura y adems absorbe los pequeos movimientos delas ruedas en las irregularidades menores del camino

Amortiguadores hidrulicos

Suspensin independienteSuspensin delantera McPhersonSe ha empleado un brazo oscilante inferior, pero tambin hay casosen los que se coloca un tringulo inferior anclado alsubchasis.

Suspensin delantera de dobles tringulos superpuestosTenemos dos brazos oscilantes, uno inferior y otro superioranclados a un subchasis.

Dobles brazosEn este otro caso de un vehculo a propulsin, el esquema de suspensin loconforman dos grandes brazos: uno longitudinal al eje y otro transversal.Tambin podemos ver que el muelle y el amortiguador no estn dispuestos en elmismo eje uno dentro del otro, con el fin de ganar espacio en el maletero.

Dobles tringulos superpuestosParalelogramo deformable creado por tringulos superpuestos (elinferior anclado a un subchasis).

En esta radiografa podemos ver un sistema deruedas semi-independientes o de ruedas tiradascon sus muelles y amortiguadores.Las nicas diferencias que podemos encontrarcon otros modelos es La diferente disposicin delos muelles y amortiguadores

Suspensin electromagnticaSe trata de una suspensin electromagntica que trata resolver el problema detener que elegir entre el confort de una suspensin blanda y el buencomportamiento dinmico de una suspensin dura.La solucin tcnica viene gracias a la combinacin de un motor electromagntico,un amplificador de potencia y unos detallados algoritmos matemticos que sonlos responsables de ofrecer el confort de las suspensiones blandas o el agarre delas duras en funcin de las lecturas de los sensores.

SUSPENSION DE AIRE PARA CAMIONES

Bolsas de aire

A partir del desarrollo de cauchos y fibras derefuerzo cada vez mas resistentes, las bolsas deaire como elemento flexible, han ido adquiriendomas y mas utilizacin en los vehculos dotados confrenos de aire donde el aire comprimido estdisponible. Estas bolsas de aire proporcionan unasuspensin muy suave y suficientemente duradera.La ventaja principal de las bolsas de airecomparadas con el resto de los muelles es que supresin interior puede ser modificada de acuerdo ala carga y con ello mantener la misma altura en elvehculo cargado y el vaco adems de proporcionarcasi la misma suavidad de marcha conindependencia de la carga aprovechando lacompresibilidad del aire interior.

En principio, estas bolsasde aire se montan de lamisma manera que losmuelles en espiral,sustituyendo estos, peroacompaadas de unsensible mecanismoneumo-mecnico decontrol de presin.En la foto de la derechapuede verse un tpicomontaje de las bolsas deaire en un camin pesado.Estas bolsas de aire nosostienen el eje en su sitiotal y como los muelles enespiral, por lo que el usode tensores de soporteson necesarios.

Barra de torsin

La barra de torsin como elemento de soporte dela carga es tambin muy utilizada. En este caso larueda est montada en un mecanismo oscilanteque pivota en algn punto de unin a la carroceratal y como se vio en el caso de los muelles deespiral. Esta pieza pivotante para moverse conrespecto a la carrocera tiene que torcer una barrade acero templado que est fija en el otroextremo al vehculo, de manera que el peso delautomvil mantiene la barra parcialmente torcida,con los aumentos y disminuciones de la carga altransitar por las irregularidades del camino labarra absorbe los movimientos verticales delneumtico torcindose mas o menos.

Estas barras de torsin pueden estartransversal o longitudinalmente al

vehculo.En la figura de la derecha se muestraun esquema de montaje de unasuspensin delantera con barras detorsin longitudinales al vehculo.Observe que cada rueda estmontada en una horquilla que quepivota en dos puntos y est a su vezacoplada al extremo curvo de unabarra de torsin, de manera quedebe torcer esta barra para podermoverse en sentido vertical. El otroextremo de la barra de torsin estrgidamente sujeto al cuerpo del

vehculo.Observe que la utilizacin de lasbarras de torsin facilita el paso delas barras de transmisin delmovimiento a la rueda tan comuneshoy en los vehculos ligeros detraccin delantera.

Un compresor es un elemento, aparato o dispositivo que transforma laenerga elctrica o mecnica en energa neumtica, es decir, produce aire

comprimido.Este fenmeno puramente mecnico lo realiza el compresor de dos formasbien diferenciadas:

1. Transmitiendo energa cintica al aire.2. Reduciendo el volumen de aire de su alrededor o de un recinto cerrado.

Tipos de compresores

Segn las exigencias referentes a la presin detrabajo y al caudal de suministro, se puedenemplear diversostipos de construccin. Se distinguen dos tiposbsicos de compresores:El primero trabaja segn el principio dedesplazamiento. La compresin se obtiene por laadmisin del aire en unrecinto hermtico, donde se reduce luego elvolumen. Se utiliza en el compresor de mbolo(oscilante o rotativo).El otro trabaja segn el principio de la dinmica delos fluidos. El aire es aspirado por un lado ycomprimidocomo consecuencia de la aceleracin de la masa(turbina).

Compresores de mbolo

Compresor de mbolo oscilante . Este es el tipo de compresorms difundido actualmente. Es apropiado para comprimir abaja, media o alta presin. Su campo de trabajo se extiendedesde unos 1 .100 kPa (1 bar) a varios miles de kPa (bar).Compresor de mbolo oscilantePara obtener el aire a presiones elevadas, es necesariodisponer varias etapas compresoras. El aire aspirado sesomete a una compresin previa por el primer mbolo,seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por elsiguiente mbolo. El volumen de la segunda cmara decompresin es, en conformidad con la relacin, ms pequeo.Durante el trabajo de compresin se forma una cantidad decalor, que tiene que ser evacuada por el sistema refrigeracin.Los compresores de mbolo oscilante pueden refrigerarse poraire o por agua, y segn las prescripciones de trabajo lasetapas que se precisan son:Para los caudales vase la figura diagrama.

Compresor de membrana

Este tipo forma parte del grupo de compresoresde mbolo. Una membrana separa el mbolo dela cmara de trabajo; el aire no entra encontacto con las piezas mviles. Por tanto, entodo caso, el aire comprimido estar exento deaceite. Estos, compresores se emplean conpreferencia en las industrias alimenticiasfarmacuticas y qumicas.

Compresor de mbolo rotativo

Consiste en un mbolo que est animado de unmovimiento rotatorio. El aire es comprimido porla continua reduccin del volumen en un recintohermtico.

Compresor rotativo multicelular

Un rotor excntrico gira en el interior de un crtercilndrico provisto de ranuras de entrada y de salida. Lasventajas de este compresor residen en sus dimensionesreducidas, su funcionamiento silencioso y su caudalprcticamente uniforme y sin sacudidas. El rotor estprovisto de un cierto nmero de aletas que se deslizan enel interior de las ranuras y forman las clulas con lapared del crter.Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por lafuerza centrfuga contra la pared del crter, y debido a laexcentricidad el volumen de las clulas varaconstantemente.