Elementos elásticos de suspensión (I)

Este tema se ha dividido en dos artículos, este el I.

La suspensión es imprescindible en el automóvil para lograr mantener permanente contacto entre las ruedas y el suelo en todas las condiciones de circulación, además de mejorar el confort. Para conseguirlo se hace que las ruedas estén unidas a la carrocería mediante elementos móviles, son genéricamente los brazos de suspensión. Entre alguno de los brazos de suspensión de cada rueda y la carrocería se intercala un elemento elástico capaz de absorber los desplazamientos relativos entre rueda y carrocería. El funcionamiento de los elementos elásticos de suspensión tiene efectos de “rebote” tras haber hecho su función de absorción, que se van reduciendo paulatinamente. Estos rebotes se han de evitar para mantener el contacto rueda – suelo y se hace mediante los amortiguadores. Los amortiguadores comenzaron siendo de fricción para pasar después a funcionamiento hidráulico, en otro artículo hablaremos de este tema.

En este artículo de la primera parte del tema de elementos elásticos de suspensión (I) vamos a tratar de estos; ballestas, muelles y barras de torsión. En el segundo artículo (II) se verán; conjuntos hidroneumáticos, conjuntos neumáticos, “dry cone” (conos de goma) e hydrolastic.

Ballestas longitudinales

Estos elementos elásticos provienen de los carruajes y fueron los primeros utilizados masivamente en los automóviles durante sus comienzos. Consisten en varias láminas de acero flexible de diferentes longitudes unidas por el centro. La flexibilidad del conjunto de láminas, la ballesta, hace dos funciones, bueno podrían llegar a ser tres; la primera de elemento elástico, la segunda de brazos de suspensión (unión móvil entre rueda y carrocería) y la tercera en los inicios también de amortiguador, pues la fricción entre las láminas, hojas de ballesta, amortigua el funcionamiento de la ballesta parcialmente y con prestaciones reducidas puede ser suficiente.

Empezamos a ver la aplicación de las ballestas sobre la silueta de un Jeep Willys, están en posición longitudinal y hay una por cada rueda, como se representa en esta animación;

    • Aparecen las ballestas longitudinales compuestas en este caso de tres hojas de diferente longitud. En el centro de cada ballesta está acoplado el eje correspondiente. Es una suspensión por ejes rígidos
    • Las ballestas están unidas a la estructura de la carrocería por un punto de apoyo que permite su giro
    • En el otro extremo de cada ballesta hay una gemela, es un acoplamiento articulado entre ballesta y carrocería para asumir las variaciones de longitud de la ballesta al trabajar la suspensión
    • Amortiguadores hidráulicos para reducir los efectos de rebote tras la actuación de las ballestas. Complementa a la fricción entre las hojas
    • Al funcionar la suspensión se aprecia la variación de longitud de las ballestas que permiten las gemelas
    • A continuación se identifican los nombres de los elementos de suspensión; ballestas, puntos de apoyo, gemelas y amortiguadores
    • Se resalta el funcionamiento de la ballesta

 

Las ballestas son muy robustas y fiables, además al hacer la función de brazos son económicas. La estabilidad no es su fuerte. Tras ser sustituida por otros elementos elásticos en los turismos se mantuvo bastante tiempo para vehículos de carga y  todoterreno por su robustez. Con el paso del tiempo su uso está cada vez más restringido a camiones y autocares, aunque en estos también se reduce su uso.

Ballesta transversal

Hay otras posibilidades de utilizar la ballesta, una de estas es situarla de forma transversal en automóvil con suspensión independiente, es como se representa en la siguiente animación con la silueta frontal de un BMW 328:

    • Brazos de suspensión inferiores
    • Manguetas; en realidad portamanguetas soportes del eje de cada rueda, manguetas
    • Amortiguadores hidráulicos
    • Ballesta transversal; está acoplada a los extremos superiores de la mangueta (en realidad es el portamangueta) y en la carrocería por su parte central
    • La ballesta hace la función de elemento elástico y también de brazos superiores de la suspensión independiente, como se ve en el funcionamiento
    • Funcionamiento de la suspensión
    • Identificación de los elementos; brazos inferiores, manguetas (con portamanguetas), amortiguadores (hidráulicos) y ballesta transversal
    • Detalle de funcionamiento de la ballesta

 

En esta aplicación de la ballesta no se precisan gemelas, pues la variación de longitud es absorbida por los anclajes móviles de los brazos de suspensión.

La ballesta transversal se ha utilizado en muchos automóviles y aún se continua haciendo, incluso en modelos deportivos (2014). La razón se debe a la utilización de materiales sintéticos, que han mejorado ostensiblemente las características elásticas de la ballesta con excelentes resultados en confort y seguridad activa primaria (estabilidad).

Muelles helicoidales

El siguiente elemento elástico de suspensión, el muelle helicoidal, es el más comúnmente utilizado en el automóvil. En principio se representa cilíndrico y con espiras del mismo espesor o sección, para ver después otras posibilidades.  Vemos su aplicación en dos animaciones sobre las siluetas de dos automóviles; Rover P6 que tiene una peculiar suspensión y Mazda MX5:

Muelles en el Rover P6

    • Brazos, mangueta, eje trasero y amortiguadores hidráulicos:
      • Delante hay dos brazos inferiores oblicuos y un brazo pendular (rojo)
      • Detrás tiene un brazo longitudinal delante del eje y otro detrás (es un eje De Dion)
    • Muelles: horizontales delante y verticales detrás
    • Se ve el funcionamiento de la suspensión
    • A continuación se identifican los elementos y se ven los muelles en detalle; brazos oblicuos delanteros y longitudinales traseros, brazo pendular delantero, mangueta, eje trasero, amortiguadores (hidráulicos) y muelles

Muelles en el Mazda MX5

    • Brazos de suspensión; dos por cada rueda, inferior y superior
    • Manguetas
    • Soportes de los elementos elásticos de suspensión
    • Muelles (verticales)
    • Amortiguadores (hidráulicos)
    • Funcionamiento de la suspensión e identificación de los componentes; brazos superior e inferior, mangueta (con portamangueta), soporte de los elementos elásticos, amortiguadores y muelles
    • Detalle del funcionamiento de los muelles

 

Del  Rover P6, coche del año en 1.964, primer año de este certamen, tenemos en el blog un artículo que puedes consultar si te interesa buscándolo en la sección “Historia del automóvil”

Barras de torsión; longitudinales y transversales

Si se estira un muelle hasta dejar las espiras en línea recta queda en forma de barra conservando su elasticidad, es el principio de la barra de torsión. Un extremo se fija a la carrocería y el otro a un brazo de suspensión. Vemos su aplicación sobre las siluetas de un Citroën Traction en la animación que sigue:

    • La suspensión trasera es por eje rígido, representado en color rojo
    • Brazos de suspensión; dos paralelos en cada rueda delantera y dos longitudinales en el eje rígido trasero
    • Barras de torsión; longitudinales las delanteras sobre los brazos inferiores y transversales las traseras en los extremos delanteros de los brazos
    • Funcionamiento de la suspensión; se aprecia la torsión de las barras al girar los extremos acoplados a los brazos y mantenerse estáticos los extremos asentados en la carrocería
    • Identificación de los diferentes elementos; eje rígido trasero, brazos, manguetas, amortiguadores hidráulicos y barras de torsión
    • Se ve el detalle de funcionamiento de las barras de torsión

 

Este automóvil supuso una revolución en su momento (1.934), pues aportaba un confort y seguridad activa primaria desconocidos en esa época. Si te interesa conocer su tecnología puedes consultar en la sección del blog “Historia del automóvil”.

Resumen de los elementos elásticos de suspensión de este artículo

Esta animación resume y repasa lo explicado y añade algunos detalles:

    • Ballestas; se pueden separar en reposo  las hojas de los extremos, de forma que al inicio del recorrido de suspensión solamente flexione la hoja mayor, después la intermedia y a continuación la pequeña. De esta forma se logra mayor progresividad en el funcionamiento de la suspensión. Este sistema reduce la fricción entre las hojas disminuyendo el ya de por si escaso efecto amortiguador
    • Muelles; además del cilíndrico con el mismo espesor se ven otros dos posibles tipos de muelles:
      • Espesor o sección de las espiras variable; se logra que la actuación del muelle sea progresiva, más blando al inicio de la compresión para ir endureciéndose según se comprime. Ofrece más confort
      • Cónico; las espiras son de igual sección pero de distinto diámetro. Se logra un efecto similar al anterior, dureza progresiva, al que se añade más recorrido útil al poder meterse unas espiras dentro de otras al final de la compresión. También hay muelles bicónicos y combinados con espiras variables
    • Barras de torsión; se puede modificar su posición para variar la altura de la carrocería mediante diferentes sistemas, lo que permite compensar el descenso de la carrocería con el uso, hasta que la torsión de las barras lo permita, o adaptar la suspensión para utilización del automóvil en zonas que exijan mayor altura de carrocería. Es una operación de taller de poco tiempo generalmente.

 

Estos elementos elásticos de suspensión precisan de los amortiguadores, como ya se ha explicado. En la parte II de este artículo veremos otros elementos elásticos, algunos hacen también la función de amortiguador.

 

En el blog hay temas relacionados que puedes buscar en la sección “Historia del automóvil”:

    • Renault Avantime”, Chevrolet Corvair y DeLorean DMC 12; muelles
    • Lancia Lambda; muelles y ballestas longitudinales
    • Volkswagen Escarabajo; barras de torsión
    • Ford T; ballestas transversales
    • Pegaso Z 102; barras de torsión dobles longitudinales y transversales
    • Saab 92 y 96; barras de torsión y después muelles

 

Land Rover 88 (cuatro ballestas longitudinales)

http://1.bp.blogspot.com/-N-ZVUgQxXGE/T4NR_eFQXuI/AAAAAAAABcY/hkID8iKtcXU/s1600/Land+Rover+Serie+II+Cutaway.jpg

http://www.williampadden.com/media/jeep/jeep2@780@72.jpg

 

Fiat/Seat 600 (ballesta transversal delantera y muelles traseros)

http://2.bp.blogspot.com/-dFym85sG7tE/UuTc8wmOTbI/AAAAAAAAF00/Z9PABcfVKK4/s1600/1955-1960+Fiat+600.jpg

 

BMW 328 (ballesta transversal delantera y dos longitudinales traseras)

http://i.ebayimg.com/00/s/ODYxWDEzMDc=/$(KGrHqN,!qEE-vfFrULhBP1!i+ng4Q~~60_35.GIF

 

Rover P6 (muelles delanteros horizontales y traseros verticales)

https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcR69d80Fd5rL76_-YAOr9ZGZsnhziJ-Dhg2pg-L-gvnVIRSsZmD

 

Mazda MX5 (cuatro muelles)

http://information2share.files.wordpress.com/2011/08/wallpaper-560048.jpg

 

Subaru FF1, Porsche 911 y Citroén Traction (cuatro barras de torsión, delanteras longitudinales y traseras transversales)

https://oldcarjunkie.files.wordpress.com/2011/03/subaru-ff-1-cutaway.jpg

http://grassrootsmotorsports.com/media/img/articles/Classic_Yellow_Porsche_911_Parts_Cutaway_1.jpg

http://martindelittle.com/images/Cutaway%20.jpg

 

Lada Niva (cuatro muelles)

http://www.lada.cc/tech/zp/2121.jpg

 

Citroën C8 (cuatro muelles horizontales bajo el piso

http://1.bp.blogspot.com/-ojd7Cn2AwDQ/TnM05uSPHYI/AAAAAAAABl0/jsF6PhSpat8/s1600/VM_Citroen_Ami8_cutaway.jpg

 

Dodge Dakota (delante barras de torsión longitudinales y detrás ballestas longitudinales)

http://www.allpar.com/images/dodge/dakota/cutaway.jpg

 

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