CENTRO EDUCATIVO SALESIANOS TALCA SEDE SUR: 2 SUR 1147 – FONOS (71) 233499-226257 - FAX (71) 237282 SEDE NORTE: 11 ORIENTE 1751 – FONO (71) 223330 – FAX (71) 221770 TALCA – VII REGIÓN ESPECIALIDAD MECANICA AUTOMOTRIZ MANUAL MODULO A-5 SISTEMAS DE SUSPENSIÓN Y DIRECCIÓN DEL AUTOMOVIL. Profesor: Claudio Arellano Parada. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 1 Sistema de suspensión del automóvil. Introducción Se llama suspensión al conjunto de elementos elásticos que se interponen entre los órganos suspendidos (bastidor, carrocería, pasajeros y carga) y los órganos no suspendidos (ruedas y ejes). Su misión es absorber las reacciones producidas en las ruedas por las desigualdades del terreno, asegurando así la comodidad del conductor y pasajeros del vehículo y, al mismo tiempo, mantener la estabilidad y direccionabilidad de éste, para que mantenga la trayectoria deseada por el conductor. Además también es necesario que cumplan con otras funciones complementarias: • • • • • • • Transmitir las fuerzas de aceleración y de frenada entre los ejes y bastidor. Resistir el par motor y de frenada Resistir los efectos de las curvas Conservar el ángulo de dirección en todo el recorrido Conservar el paralelismo entre los ejes y la perpendicularidad del bastidor Proporcionar una estabilidad adecuada al eje de balanceo Aguantar la carga del vehículo Cuando el vehículo circula por un terreno irregular, las ruedas están sometidas a una serie de impactos que se transmiten a la carrocería a través de los elementos de unión. Si el terreno es llano, las pequeñas irregularidades del mismo son absorbidas por la elasticidad de los neumáticos. Cuando las irregularidades son grandes, los impactos producidos serían acusados por los ocupantes del vehículo, de no mediar la suspensión; la unión elástica que ésta supone es capaz de absorber dichas reacciones. La absorción de estas reacciones se consigue por la acción combinada de los neumáticos, la elasticidad de los asientos y el sistema de suspensión. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 2 Cuando un automóvil pasa sobre un resalte o sobre un hoyo, se produce un golpe sobre la rueda que se transmite por medio de los ejes al chasis y que se traduce en oscilaciones. Una mala conducción o un reparto desequilibrado de las cargas pueden también originar "oscilaciones". Estos movimientos se generan en el centro de gravedad del coche y se propagan en distintos sentidos. Los tres tipos de oscilaciones existentes serian: • • • Empuje: se produce al pasar por terreno ondulado Cabeceo: debido a las frenada bruscas Bamboleo: se genera al tomar curvas a alta velocidad. Características que debe reunir la suspensión Como los elementos de suspensión han de soportar todo el peso del vehículo, deben ser lo suficientemente fuertes para que las cargas que actúan sobre ellos no produzcan deformaciones permanentes. A su vez, deben ser muy elásticos, para permitir que las ruedas se adapten continuamente al terreno sin separarse de el. Esta elasticidad en los elementos de unión produce una serie de oscilaciones de intensidad decreciente que no cesan hasta que se ha devuelto la energía absorbida, lo que coincide con la posición de equilibrio de los elementos en cuestión; dichas oscilaciones deben ser amortiguadas hasta un nivel razonable que no ocasione molestias a los usuarios del vehículo. La experiencia demuestra que el margen de comodidad para una persona es de 1 a 2 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 3 oscilaciones por segundo; una cifra superior excita el sistema nervioso, aunque tampoco conviene bajar el valor mínimo porque se favorece el mareo. Un muelle blando tiene gran recorrido y pequeño numero de oscilaciones bajo la carga, mientras que un muelle duro tiene menor recorrido y mayor numero de oscilaciones. Este mismo efecto se manifiesta al variar la carga que gravita sobre el muelle. Influencia de la carga en la suspensión Si en los vehículos las cargas fueran constantes resultaría fácil adaptar una suspensión ideal, pero como esto no se da en ningún caso (al ser la carga variable, especialmente en vehículos de transporte) los elementos elásticos deben calcularse para que aguanten el peso máximo sin pérdida de elasticidad. En estas condiciones es imposible obtener una suspensión ideal ya que, si se calcula para un peso mínimo, la suspensión resulta blanda en exceso cuando aquel aumenta; si se calcula para el peso máximo, entonces resulta dura cuando el vehículo marcha en vacío o con poca carga. Efectos de un elemento de flexibilidad variable Se ha visto que las oscilaciones de la suspensión aumenta y disminuye en función de la carga y el grado de dureza de los muelles. Por tanto, si se mantiene la oscilación constante, conseguiríamos, una suspensión que se acerca a la ideal. Para ello se tiene que colocar un elemento de unión cuya flexibilidad sea variable, de modo que, al aumentar la carga, aumente asimismo su rigidez para mantener constante la deformación. Esto es muy difícil de conseguir con resortes metálicos; por tanto, las suspensiones basadas en este tipo de elementos (ballestas, muelles, barras de torsión, etcétera.) necesitan llevar acoplado un sistema amortiguador de oscilaciones que recoja la energía mecánica producida y evite su transmisión a la carrocería. En las suspensiones neumáticas o hidroneumáticas se consigue la flexibilidad variable aumentando o disminuyendo la presión interna en sus elementos, como se verá al estudiar estos sistemas. El sistema de suspensión esta compuesto por un elemento flexible (muelle de ballesta o helicoidal, barra de torsión, muelle de goma, gas o aire) y un elemento amortiguación (amortiguador), cuya misión es neutralizar las oscilaciones de la masa suspendida originadas por el elemento flexible al adaptarse a las irregularidades del terreno. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 4 Componentes de la suspensión El sistema de suspensión esta compuesto por un elemento flexible o elástico (muelle de ballesta o helicoidal, barra de torsión, muelle de goma, gas o aire) y un elemento amortiguación (amortiguador), cuya misión es neutralizar las oscilaciones de la masa suspendida originadas por el elemento flexible al adaptarse a las irregularidades del terreno. Elementos de suspensión simples En las suspensiones simples se utilizan como elementos de unión, unos resortes de acero elástico en forma de: • • • ballesta, muelle helicoidal barras de torsión Estos elementos, como todos los muelles, tienen excelentes propiedades elásticas pero poca capacidad de absorción de energía mecánica, por lo que no pueden ser montados solos en la suspensión; necesitan el montaje de un elemento que frene las oscilaciones producidas en su deformación. Debido a esto, los resortes se montan siempre con un amortiguador de doble efecto que frene tanto su compresión como expansión.. Ballestas Las ballestas están constituidas (fig. inferior) por un conjunto de hojas o láminas de acero especial para muelles, unidas mediante unas abrazaderas (2) que permiten el deslizamiento entre las hojas cuando éstas se deforman por el peso que soportan. La hoja superior (1), llamada hoja maestra, va curvada en sus extremos formando unos ojos en los que se montan unos casquillos de bronce (3) para su acoplamiento al soporte del bastidor por medio de unos pernos o bulones. El número de hojas y el espesor de las mismas está en función de la carga que han de soportar. Funcionan como los muelles de suspensión, haciendo de enlace entre el eje de las ruedas y el bastidor. En algunos vehículos, sobre todo en camiones, además de servir de elementos de empuje, absorben con su deformación longitudinal la reacción en la propulsión. Existe una abundante normalización sobre ballestas en las normas UNE 26 224-5-6-7 y 26 063. Montaje de las ballestas El montaje de las ballestas puede realizarse longitudinal o transversalmente al sentido de desplazamiento del vehículo. Montaje longitudinal: montaje utilizado generalmente en camiones y autocares, se realiza montando la ballesta con un punto "fijo" en la parte delantera de la misma (según el “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 5 desplazamiento del vehículo) y otro "móvil", para permitir los movimientos oscilantes de la misma cuando se deforma con la reacción del bastidor. El enlace fijo se realiza uniendo directamente la ballesta (1) al soporte (2) y, la unión móvil, interponiendo entre la ballesta (1) y el bastidor un elemento móvil (3), llamado gemela de ballesta. El número de hojas y el espesor de las mismas está en función de la carga que han de soportar. Funcionan como los muelles de suspensión, haciendo de enlace entre el eje de las ruedas y el bastidor. En algunos vehículos, sobre todo en camiones, además de servir de elementos de empuje, absorben con su deformación longitudinal la reacción en la propulsión. Existe una abundante normalización sobre ballestas en las normas UNE 26 224-5-6-7 y 26 063. El montaje de la ballesta sobre el eje (4), puede realizarse con apoyo de la ballesta sobre el eje (figura superior) o con el eje sobre la ballesta (figura inferior); este ultimo montaje permite que la carrocería baje, ganando en estabilidad. La misión se realiza por medio de unas abrazaderas que enlazan la ballesta al eje. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 6 Montaje transversal: utilizado generalmente en turismos, se realiza uniendo los extremos de la ballesta (1) al puente (2) o brazos de suspensión, con interposición de elementos móviles (3) (gemelas) y la base de la ballesta a una traviesa del bastidor o carrocería. Muelles helicoidales Estos elementos mecánicos se utilizan modernamente en casi todos los turismos en sustitución de las ballestas, pues tienen la ventaja de conseguir una elasticidad blanda debido al gran recorrido del resorte sin apenas ocupar espacio ni sumar peso. Constitución Consisten en un arrollamiento helicoidal de acero elástico formado con hilo de diámetro variable (de 10 a 15 mm); este diámetro varía en función de la carga que tienen que soportar; las últimas espiras son planas para facilitar el asiento del muelle sobre sus bases de apoyo (fig. inferior). “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 7 Características No pueden transmitir esfuerzos laterales, y requieren, por tanto, en su montaje bielas de empuje lateral y transversal para la absorción de las reacciones de la rueda. Trabajan a torsión, retorciéndose proporcionalmente al esfuerzo que tienen que soportar (fig. inferior), acortando su longitud y volviendo a su posición de reposo cuando cesa el efecto que produce la deformación. La flexibilidad de los muelles está en función del número de espiras, del diámetro del resorte, del paso entre espiras, del espesor o diámetro del hilo, y de las características del material. Se puede conseguir muelles con una flexibilidad progresiva, utilizando diferentes diámetros de enrollado por medio de muelles helicoidales cónicos (figura inferior), por medio de muelles con paso entre espiras variable o disponiendo de muelles adicionales. Usando muelles adicionales se puede obtener una suspensión de flexibilidad variable en el vehículo. En efecto, cuando éste circule en vacío, sólo trabaja el muelle principal (1) (fig. inferior) y cuando la carga es capaz de comprimir el muelle hasta hacer tope con el auxiliar (2) se tiene un doble resorte, que, trabajando conjuntamente, soporta la carga sin aumentar la deformación, dando mayor rigidez al conjunto. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 8 En la figura inferior puede apreciarse de forma gráfica las tres posiciones del muelle: sin montar, montado en el vehículo y el muelle bajo la acción de la carga. Las espiras de un muelle helicoidal no deben, en su función elástica, hacer contacto entre sus espiras; es decir, que la deformación tiene que ser menor que el paso del muelle por el número de espiras. De ocurrir lo contrario, cesa el efecto del muelle y entonces las sacudidas por la marcha del vehículo se transmiten de forma directa al chasis. Barra de torsión Este tipo de resorte utilizado en algunos turismos con suspensión independiente, está basado en el principio de que si a una varilla de acero elástico sujeta por uno de sus extremos se le aplica por el otro un esfuerzo de torsión, esta varilla tenderá a retorcerse, volviendo a su forma primitiva por su elasticidad cuando cesa el esfuerzo de torsión (fig. inferior). “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 9 Disposición y montaje de las barras de torsión. El montaje de estas barras sobre el vehículo se realiza (fig. inferior) fijando uno de sus extremos al chasis o carrocería, de forma que no pueda girar en su soporte, y en el otro extremo se coloca una palanca solidaria a la barra unida en su extremo libre al eje de la rueda. Cuando ésta suba o baje por efecto de las desigualdades del terreno, se producirá en la barra un esfuerzo de torsión cuya deformación elástica permite el movimiento de la rueda. Las barras de torsión se pueden disponer paralelamente al eje longitudinal del bastidor o también transversalmente a lo largo del bastidor En vehículos con motor y tracción delanteros se montan una disposición mixta con las barras de torsión situadas longitudinalmente para la suspensión delantera y transversalmente para la suspensión trasera. Barras estabilizadoras Cuando un vehículo toma una curva, por la acción de la fuerza centrífuga se carga el peso del coche sobre las ruedas exteriores, con lo cual la carrocería tiende a inclinarse hacia ese lado con peligro de vuelco y la correspondiente molestia para sus ocupantes. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 10 Para evitar estos inconvenientes se montan sobre los ejes delantero y trasero las barras estabilizadores, que consisten esencialmente en una barra de acero elástico cuyos extremos se fijan a los soportes de suspensión de las ruedas; de esta forma, al tomar una curva, como una de las ruedas tiende a bajar y la otra a subir, se crea un par de torsión en la barra que absorbe el esfuerzo y se opone a que esto ocurra, e impide, por tanto, que la carrocería se incline a un lado, manteniendola estable. El mismo efecto se produce cuando una de las ruedas encuentra un bache u obstáculo, creando, al bajar o subir la rueda, un par de torsión en la barra que hace que la carrocería se mantenga en posición horizontal. En caso de circular en linea recta y en condiciones normales la acción de la barra es nula. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 11 Silentblocks y cojinetes elásticos Son aislantes de caucho u otro material elastómero que se encargan de amortiguar las reacciones en los apoyos de la suspensión. Su mision es amortiguar los golpes existentes entre dos elementos en los que existe movimiento. Suelen montarse a presión o atornillados. Su sustitución debe realizarse cuando el caucho esté deteriorado o exista holgura en la unión. Los cojinetes elásticos son elemento de caucho que permiten la unión de los componentes de la suspensión facilitando un pequeño desplazamiento. Su montaje suele realizarse mediante bridas o casquillos elásticos. Estos cojinetes son muy utilizados para el montaje de las barras estabilizadoras. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 12 Rótulas Las rótulas constituyen un elemento de unión y fijación de la suspensión y de la dirección, que permite su pivotamiento y giro manteniendo la geometria de las ruedas. La fijación de las rótulas se realiza mediante tornillos o roscados exteriores o interiores. Su sustitución debe realizarse si existe en estas algun daño como por ejemplo, si esta deformada a causa de algún golpe, o cuando existen holguras (figura inferior). Mangueta y buje La mangueta de la suspensión es una pieza fabricada con acero o aleaciones que une el buje de la rueda y la rueda a los elementos de la suspensión, tirantes, trapecios, amortiguador, etc. La mangueta se diseña teniendo en cuenta las características geométricas del vehículo. En el interior del buje se montan los rodamientos o cojinetes que garantizan el giro de la rueda. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 13 Trapecios o brazos de suspensión Son brazos artículados fabricados en fundición o en chapa de acero embutida que soportan al vehículo a través de la suspensión. Unen la mangueta y su buje mediante elementos elásticos (silentblocks) y elementos de guiado (rótulas) al vehículo soportando los esfuerzos generados por este en su funcionamiento. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 14 Tirantes de suspensión Son brazos de acero longitudinales o transversales situados entre la carroceria y la mangueta o trapecio que sirven como sujección de estos y facilitan su guiado. Absorben los desplazamiento y esfuerzos de los elementos de la suspensión a través de los silentblocks o cojinetes elásticos montados en sus extremos. Topes de suspensión Estos topes pueden ser elásticos o semirigidos en forma de taco o en forma de casquillo. Su función es servir de tope para el conjunto de la suspensión, de manera que en una compresión excesiva esta no se detiene. El montaje de este elemento es muy diverso dependiendo de la forma del taco. Por ejemplo, en las suspensiones McPherson se monta en el interior del vástago del amortiguador, mientras que en las suspensiones por ballesta se suele montar anclado en la carrocería. Amortiguadores Estos elementos son los encargados de absorber las vibraciones de los elementos elásticos (muelles, ballestas, barras de torsión), convirtiendo en calor la energía generada por las oscilaciones. Cuando la rueda encuentra un obstáculo o bache, el muelle se comprime o se estira, recogiendo la energía mecánica producida por el choque, energía que devuelve a continuación, por efecto de su elasticidad, rebotando sobre la carrocería. Este rebote en forma de vibración es el que tiene que frenar el amortiguador, recogiendo, en primer lugar, el efecto de compresión y luego el de reacción del muelle, actuando de freno en ambos sentidos; por esta razón reciben el nombre de los amortiguadores de doble efecto. Los amortiguadores pueden ser "fijos" y "regulables", los primeros tienen siempre la misma dureza y los segundo pueden variarla dentro de unos márgenes. En los más modernos modelos este reglaje se puede hacer incluso desde el interior del vehículo. Marcas conocidas de fabricantes de amortiguadores serian: Monroe, Koni, Bilstein, Kayaba, De Carbon, etc “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 15 Tipos de amortiguadores Los mas empleados en la actualidad son los de tipo telescópico de funcionamiento hidráulico. Dentro de estos podemos distinguir: • • • Los amortiguadores hidráulicos convencionales (monotubo y bitubo). Dentro de esta categoría podemos encontrar los fijos y los regulables. Los amortiguadores a gas (monotubo o bitubo). No regulables Los amortiguadores a gas (monotubo). Regulables Amortiguadores hidráulicos convencionales Son aquellos en los que la fuerza de amortiguación, para controlar los movimientos de las masas suspendidas y no suspendidas, se obtiene forzando el paso de un fluido a través de unos pasos calibrados de apertura diferenciada, con el fin de obtener la flexibilidad necesaria para el control del vehículo en diferentes estados. Son los mas usuales, de tarados pre-establecidos (se montan habitualmente como equipo de origen). Son baratos pero su duración es limitada y presentan pérdidas de eficacia con trabajo excesivo, debido al aumento de temperatura. No se suelen utilizar en conducción deportiva ni en competición. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 16 Estos amortiguadores de tipo telescópico y de funcionamiento hidráulico están constituidos (fig. inferior) por una cilindro (A) dentro del cual puede deslizarse el émbolo (B) unido al vástago (C), que termina en el anillo soporte (D), unido al bastidor. Rodeando el cilindro (A) va otro concéntrico, (F), y los dos terminan sellados en la parte superior por la empaquetadura (E), por la que pasa el vástago (C), al que también se une la campana (G), que preserva de polvo al amortiguador. El cilindro (F) termina en el anillo (H), que se une al eje de la rueda y se comunica con el cilindro (A) por medio del orificio (I). El cilindro (A) queda dividido en dos cámaras por el pistón (B); éstas se comunican por los orificios calibrados (J y K), este último tapado por la válvula de bola (L). Así constituido el amortiguador, quedan formadas las cámaras (1, 2 y 3), que están llenas de aceite. Cuando la rueda sube con relación al chasis, lo hace con ella el anillo (H) y, a la vez que él, los cilindros (A y F), con lo cual, el líquido contenido en la cámara (2) va siendo comprimido, pasando a través de los orificios (J y K) a la cámara (1), en la que va quedando espacio vacío debido al movimiento ascendente de los cilindros (A y F). Otra parte del líquido pasa de (2) a la cámara de compensación (3), a través del orificio (I). Este paso forzado del líquido de una cámara a las otras, frena el movimiento ascendente de los cilindros (A y F), lo que supone una amortiguación de la suspensión. Cuando la rueda ha pasado el obstáculo que la hizo levantarse, se produce el disparo de la ballesta o el muelle, por lo que (H) baja con la rueda y con él los cilindros (A y F). Entonces el líquido de la cámara (1) va siendo comprimido por el pistón y pasa a la cámara (2) a través de (J) (por K no puede hacerlo por impedírselo la válvula antirretorno L), lo que constituye un freno de la expansión de la ballesta o el muelle. El espacio que va quedando vacío en la cámara (2) a medida que bajan los cilindros (A y F), se va llenando de aceite que llega de la cámara (1) y, si no es suficiente, del que llega de la cámara de compensación (3) a través de (I). Por tanto, en este amortiguador vemos que la acción de frenado es mayor en la expansión que en la compresión del muelle o ballesta, permitiéndose así que la rueda pueda subir con relativa facilidad y que actúe en ese momento el muelle o la ballesta; pero impidiendo seguidamente el rebote de ellos, que supondría un mayor número de oscilaciones hasta quedar la suspensión en posición de equilibrio. Según el calibre del orificio (J), se obtiene mayor o menor acción de frenado en los dos sentidos; y según el calibre del orificio (K), se obtiene mayor o menor frenado cuando sube la rueda. En el momento que lo hace, el aceite contenido en la cámara inferior (2) no puede pasar en su totalidad a la superior (1), puesto que ésta es más reducida, debido a la presencia del vástago (C) del pistón; por ello se dispone la cámara de compensación (3), para que el líquido sobrante de la cámara inferior (2) pueda pasar a ella. Todo lo contrario ocurre cuando la rueda “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 17 baja: entonces el líquido que pasa de la cámara superior (1) a la inferior (2) no es suficiente para llenarla y por ello le entra líquido de la cámara de compensación (3). Este tipo de amortiguador se ha visto que es de doble electo; pero cuando la rueda sube, la acción de frenado del amortiguador es pequeña y cuando baja es grande (generalmente, el doble), consiguiéndose con ello que al subir la rueda, sea la ballesta o el muelle los que deformándose absorban la desigualdad del terreno y, cuando se produzca la expansión, sea el amortiguador el que lo frene o disminuya las oscilaciones. La energía desarrollada por el muelle en la "compresión" y "expansión" es recogida por el amortiguador y empleado en comprimir el aceite en su interior. La energía, transformada en calor, es absorbida por el líquido. Como el amarre de los resortes se realiza entre el elemento suspendido y el eje oscilante de las ruedas, los amortiguadores se montan también sujetos a los mismos elementos, con el fin de que puedan frenar así las reacciones producidas en ellos por los resortes. Esta unión se realiza con interposición de tacos de goma, para obtener un montaje elástico y silencioso de los mismos. La temperatura ambiente y el calor absorbido por el aceite en el funcionamiento de los amortiguadores hidráulicos, influyen sobre la viscosidad del líquido, haciendo que el mismo pase con más o menos dificultad por las válvulas que separan las cámaras, resultando una suspensión más o menos amortiguada. Por esta razón, en invierno, en los primeros momentos de funcionamiento, se observa una suspensión más dura, ya que el aceite, debido al frío, se ha hecho más denso; en verano, o cuando el vehículo circula por un terreno irregular, el aceite se hace más fluido y se nota una suspensión más blanda. Amortiguador hidráulico presurizado Un avance en la evolución de los amortiguadores consiste en presurizar el interior de los amortiguadores, esto trae consigo una serie de ventajas. No presurizados Tienen la pega 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. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 18 • • 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. Como consecuencia de ello, en especial en días fríos, algunos amortiguadores pueden padecer lo que se conoce como "enfermedad matinal". Presurizados Es un tipo de configuración empleada hoy en día en la mayoría de vehículos cuando se busca mejorar las prestaciones de los amortiguadores de doble tubo convencionales. La solución consiste en añadir una cámara de gas de baja presión (4 bares) es una presión suficiente, ya que la fuerza amortiguadora en compresión la sigue proporcionando el aceite en su paso por las válvulas del émbolo. De esta forma la fuerza de extensión realizada por el amortiguador en su posición nominal es baja. Esto permite utilizar esta solución en suspensiones McPherson en las que se requieren diámetros de amortiguador mas elevados. Sus ventajas respecto de los no presurizados son las siguientes: • • • • • Respuesta de la válvula mas sensible para pequeñas amplitudes. Mejor confort de marcha Mejores propiedades de amortiguación en condiciones extremas (grandes baches). Reducción de ruido hidráulico. Siguen operativos aunque pierdan el gas Respecto a los amortiguadores monotubos, los de doble tubo presurizados tienen la ventaja de tener una menor longitud y fricción para las mismas condiciones de operación. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 19 Amortiguadores a gas Estos amortiguadores a gas trabajan bajo el mismo principio básico que los hidráulicos, pero contienen en uno de sus extremos nitrógeno a alta presión (aproximadamente 25 bar). Un pistón flotante separa este gas del aceite impidiendo que se mezclen. Cuando el aceite, al desplazarse el vástago, comprime el gas, esté sufre una variación de volumen que permite dar una respuesta instantánea y un funcionamiento silencioso. Los amortiguadores a gas además de amortiguar también hace en cierto modo de resorte elástico, es por ello que este tipo de amortiguadores vuelven a su posición cuando se deja de actuar sobre ellos. • Amortiguadores de gas no regulables: suelen ser amortiguadores monotubo o bitubo, muy resistente a golpes, de alta duración y de alta resistencia a la pérdida de eficacia por temperatura de trabajo. Aunque el precio es mayor, se ve compensado por su durabilidad y fiabilidad. Es un tipo de amortiguador de muy alta calidad. Su uso es ciertamente recomendable para los vehículos de altas prestaciones. • Amortiguadores de gas regulables: Son amortiguadores monotubo, con o sin botella exterior, con posibilidad de variación de tarados. Es un tipo de amortiguador de alta tecnología, con precio alto pero proporcional a su eficacia, por eso es el mas usado en conducción deportiva, en los vehículos de competición y de altas prestaciones. Modelos de suspensión mecánica Según el tipo de elementos empleados y la forma de montajes de los mismos, existen varios sistemas de suspensión, todos ellos basados en el mismo principio de funcionamiento. Constan de un sistema elástico, amortiguación y barra estabilizadora independientes para cada uno de los ejes del vehículo. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 20 Actualmente existen distintas disposiciones de suspensión cuyo uso depende del tipo de comportamiento que se busca en el vehículo: mayores prestaciones, mas comodidad, sencillez y economía, etc. Principio básico Las primeras suspensiones estaban formadas por un "eje rígido" en cuyos extremos se montaban las ruedas. Como consecuencia de ello, todo el movimiento que afecta a una rueda se transmite a la otra del mismo eje. En la figura inferior podemos ver como al elevarse una rueda, se extiende su inclinación al eje y de este a la otra rueda. Como el eje va fijado directamente sobre el bastidor, la inclinación se transmite a todo el vehículo. Este montaje es muy resistente y mas económico de fabricar, pero tiene la desventaja de ser poco cómodo para los pasajeros y una menor seguridad. El sistema de suspensión "independiente" tiene un montaje elástico independiente que no esta unido a otras ruedas. A diferencia del sistema rígido, el movimiento de una rueda no se transmite a la otra y la carrocería resulta menos afectada. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 21 Suspensiones delanteras y traseras No todos los modelos de suspensión pueden ser montados en el eje delantero o trasero indistintamente; la mayor o menor facilidad de adaptación a las necesidades específicas de los dos ejes ha determinado una selección, por lo que cada tipo de suspensión se adapta mejor a uno de los dos ejes. Clasificación de las Se pueden clasificar las suspensiones mecánicas en tres grupos: suspensiones • Suspensiones rígidas: en las que la suspensión de una rueda va unida a la otra mediante un eje rígido, se transmiten las vibraciones de una rueda a la otra. • Suspensiones semirigidas: similares a las suspensiones rígidas pero con menor peso no suspendido. • Suspensiones independientes: en esta disposición las ruedas tienen una suspensión independiente para cada una de ellas. Por lo tanto no se transmiten las oscilaciones de unas ruedas a otras. Suspensiones rígidas Esta suspensión tiene unidas las ruedas mediante un eje rígido formando un conjunto. Presenta el inconveniente de que al estar unidas ambas ruedas, las vibraciones producidas por la acción de las irregularidades del pavimento, se transmiten de un lado al otro del eje. Además el peso de las masas no suspendidas aumenta notablemente debido al peso del eje rígido y al peso del grupo cónico diferencial en los vehículos de tracción trasera. En estos últimos el grupo cónico sube y baja en las oscilaciones como un parte integradora del eje rígido. Como principal ventaja, los ejes rígidos destacan por su sencillez de diseño y no producen variaciones significativas en los parámetros de la rueda como caída, avance, etc. El principal uso de esta disposición de suspensión se realiza sobre todo en vehículos industriales, autobuses, camiones y vehículos todo terreno. En la figura inferior se muestra un modelo de eje rígido actuando de eje propulsor. En estos casos el eje está constituido por una caja que contiene el mecanismo diferencial (1) y por los tubos (3) que contienen los palieres. El eje rígido en este caso se apoya contra el bastidor mediante ballestas (2) que hacen de elemento elástico transmitiendo las oscilaciones. Completan el conjunto los amortiguadores (4). “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 22 En la figura inferior vemos una suspensión rígida trasera montada en el vehículo de la marca Lada Niva, que sustituye las ballestas por muelles. Esta suspensión no presenta rigidez longitudinal, de forma que el eje rígido lleva incorporada barras longitudinales que mantienen el eje fijo en su posición, evitando que se mueva en el eje longitudinal. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 23 Ademas para estabilizar el eje y generar un único centro de balanceo de la suspensión, se añade una barra transversal que une el eje con el bastidor. A esta barra se le conoce con el nombre de de barra "Panhard". Tanto las barras longitudinales como la barra Panhard dispone de articulaciones elásticas que las unen con el eje y la carrocería. Suspensión semirigida Estas suspensiones son muy parecidas a las anteriores su diferencia principal es que las ruedas están unidas entre si como en el eje rígido pero transmitiendo de una forma parcial las oscilaciones que reciben de las irregularidades del terreno. En cualquier caso aunque la suspensión no es rígida total tampoco es independiente. La función motriz se separa de la “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 24 función de suspensión y de guiado o lo que es lo mismo el diferencial se une al bastidor, no es soportado por la suspensión. En la figura inferior se muestra una suspensión de este tipo. Se trata de una suspensión con eje "De Dion". En ella las ruedas van unidas mediante soportes articulados (1) al grupo diferencial (2), que en la suspensión con eje De Dion es parte de la masa suspendida, es decir, va anclado al bastidor del automóvil. Bajo este aspecto se transmite el giro a las ruedas a través de dos semiejes (palieres) como en las suspensiones independientes. A su vez ambas ruedas están unidas entre si mediante una traviesa o tubo De Dion (3) que las ancla de forma rígida permitiendo a la suspensión deslizamientos longitudinales. Este sistema tiene la ventaja, frente al eje rígido. de que se disminuye la masa no suspendida debido al poco peso de la traviesa del eje De Dion y al anclaje del grupo diferencial al bastidor y mantiene los parámetros de la rueda prácticamente constantes como los ejes rígidos gracias al anclaje rígido de la traviesa. La suspensión posee además elementos elásticos de tipo muelle helicoidal (4) y suele ir acompañada de brazos longitudinales que limitan los desplazamientos longitudinales. Suspensión neumática en automóviles Este tipo de suspensión se esta utilizando desde hace pocos años sobre todo en vehículos de alta gama. La suspensión neumática basa su funcionamiento en las propiedades que ofrece el aire sometido a presión. En esta suspensión, se sustituye el resorte mecánico (muelle, ballesta o barra de torsión) por un fuelle o cojín de aire que varia su rigidez. La suspensión neumática permite: • • Adaptar la carrocería a distintas alturas en función de las necesidades de marcha. Adaptar la suspensión y la amortiguación a la situación de la calzada y a la forma de conducir. Se caracteriza por su elevada flexibilidad, notable capacidad de amortiguación de las vibraciones y por la autorregulación del sistema que permite mantener constante la distancia entre el chasis y la superficie de carretera independientemente de la carga presente en el vehículo. La suspensión neumática es un sistema complejo y de coste elevado, ya que integra numerosos componentes y necesita de una instalación de aire comprimido para su funcionamiento. Esta suspensión es muy utilizada en vehículos industriales (autobuses, camiones, etc). Automóviles que utilizan esta suspensión tenemos: Audi A8, Mercedes de la Clase E, S, R, etc. y algunos todo terreno como el VW Touareg, el Range Rover y el Audi Q7 entre otros. La suspensión neumática se puede aplicar tanto en el eje trasero o integral a la cuatro ruedas. Con esta suspensión se puede variar la altura de la carrocería manual o automáticamente en función de la velocidad, de las características de la calzada y el estilo de conducción. Se conecta o desconecta la suspensión en las patas telescópicas con un volumen de aire adicional. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 25 Suspensión neumática integral Esta suspensión se aplica a las cuatro ruedas, mantiene la altura del vehículo a un valor teórico constante mediante un sistema de amortiguación neumática en el eje delantero y en el eje trasero, independiente de la carga. La distancia entre el eje y la carrocería es determinada por cuatro sensores de altura llamados transmisores de nivel del vehículo. En el caso de existir diferencias con respecto al valor teórico, mediante el compresor y las electroválvulas de suspensión se varía el volumen de aire en el muelle neumático, que vuelve a regular la altura de la carrocería hasta alcanzar el valor teórico. Como ejemplo utilizaremos como base la suspensión neumática montada en el automóvil de la marca Audi y modelo A8. Niveles de equipamiento del vehículo Para el Audi A8 estará disponible el tren de rodaje standard (adaptive air suspension) y el tren de rodaje deportivo (adaptive air suspension sport). Tren de rodaje Se pueden seleccionar los siguientes programas de forma manual o automática: • standard: Modo «automatic»: Nivel básico del vehículo, tarado orientado hacia el confort con una familia de características de amortiguación adaptada correspondientemente. A partir de los 120 km/h se produce 30 segundos más tarde un descenso de 25 mm («descenso para autopista»). Con este nivel rebajado mejoran las condiciones aerodinámicas y se reduce el consumo de combustible. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 26 • Modo «confort»: Altura del vehículo igual que en el modo «automatic»; una menor amortiguación que en el modo «automatic» en el margen de velocidades inferiores, combinado con un aumento del confort de conducción en comparación con el modo «automatic». No se produce el descenso automático para autopista. • Modo «dynamic»: El nivel del vehículo se encuentra 20 mm por debajo del modo «automatic». Se ajusta automáticamente una familia de características de amortiguación con tarado deportivo. A partir de una velocidad de 120 km/h se produce 30 segundos después otro descenso de 5 mm («descenso para autopista»). • Modo «lift»: Altura del vehículo elevada 25 mm con respecto al modo «automatic»; tarado orientado hacia el confort, igual que en el modo «automatic». Tren de rodaje deportivo: • Modo «automatic»: El nivel del vehículo equivale al del modo «dynamic» en el caso del tren de rodaje standard; tarado deportivo y una familia de características de amortiguación correspondientemente adaptada (un tarado más confortable que en el modo «dynamic»). 30 segundos después de superar los 120 km/h se produce otro descenso de 5 mm («descenso para autopista»). • Modo «dynamic»: El nivel del vehículo equivale al del modo «automatic» de este tren de rodaje deportivo; tarado deportivo-tenso con la familia de características de amortiguación correspondientemente adaptada. 30 segundos después de superar los 120 km/h se produce un descenso de 5 mm («descenso para autopista»). “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 27 • Modo «comfort»: El nivel del vehículo equivale al del modo «automatic» de este tren de rodaje deportivo; una amortiguación más baja que en el modo «automatic» a velocidades inferiores. No se produce ningún descenso para autopista. • Modo «lift»: Nivel del vehículo elevado 25 mm en comparación con el del modo «automatic» del tren de rodaje deportivo; tarado de orientación deportiva. Componentes de la suspensión Brazo muelle/amortiguador La estructura básica de los cuatro brazos telescópicos muelle/amortiguador es idéntica. El brazo de suspensión esta formado por dos partes: • • Una neumática que sustituye al muelle de las suspensiones mecánicas convencionales y que sirve principalmente para nivelar la carrocería. Una suspensión de reglaje continuo de la amortiguación, que utiliza amortiguadores de tarado variable a través de unas electroválvulas que controlan el paso del aceite. Muelle neumático Estructura: El muelle neumático es una versión guiada exteriormente, es decir, que va abrazada por un cilindro de aluminio. Para evitar la penetración de humedad entre el cilindro y la balona hay un manguito de junta que cierra la zona entre el émbolo de desarrollo de la balona y el cilindro. El “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 28 manguito de junta puede ser sustituido; la balona no es substituible por separado. En caso de avería se tiene que sustituir el brazo muelle/amortiguador completo. Para establecer la mayor capacidad útil posible en el maletero, con una anchura óptima para efectos de carga se procede a limitar a una cota mínima el diámetro de las balonas en el eje trasero. Para satisfacer las exigencias de confort se requiere un volumen mínimo de aire. La solución de este conflicto entre objetivos consiste en integrar un depósito para un volumen de aire adicional, comunicado con el amortiguador. Funcionamiento: El muelle neumático no sólo viene a sustituir al muelle de acero; en comparación con éste ofrece también ventajas esenciales. El nuevo guiado exterior del muelle neumático por medio de un cilindro de aluminio permite reducir el espesor de pared de la balona. Esto se traduce en una respuesta más sensible ante irregularidades del pavimento. Amortiguador Estructura: Se monta un amortiguador bitubo de gas presurizado con reglaje eléctrico continuo (continuous damping control = amortiguador CDC). La válvula amortiguadora principal (3) en el émbolo (1) es pretensada mecánicamente por un muelle (4). Sobre la válvula está dispuesta una bobina electromagnética (5); el cable de conexión pasa hacia fuera a través de la varilla de émbolo hueca. Funcionamiento: La fuerza de amortiguación viene determinada esencialmente por la resistencia que oponen las válvulas al flujo del aceite interno. Cuanto mayor es la resistencia al flujo del aceite que las traspasa, tanto mayor es la fuerza de amortiguación. Principio de funcionamiento tomando como ejemplo la etapa de contracción (= amortiguación en etapa de compresión): “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 29 La unidad de émbolo (1) completa se desplaza hacia abajo en el tubo cilíndrico (2), a una velocidad (v). La presión del aceite aumenta en la cámara bajo la válvula amortiguadora principal (3). La bobina electromagnética (5) recibe corriente. La fuerza electromagnética FM actúa en contra de la fuerza de muelle FF y la contrarresta parcialmente. Si la suma de la fuerza electromagnética y la fuerza de la presión del aceite (FM+FP) supera a la fuerza de muelle FF se genera una fuerza resultante FR, a través de la cual se produce la apertura de la válvula. La magnitud de la fuerza electromagnética es regulable en función de la intensidad de corriente eléctrica aplicada. Cuanto mayor es la intensidad de la corriente, tanto menor es la resistencia al flujo y la fuerza de amortiguación. La fuerza de amortiguación máxima viene dada cuando se deja de excitar la bobina electromagnética. Para obtener la menor fuerza de amortiguación se aplica una corriente de aprox. 1.800 mA a la bobina electromagnética. En la función de emergencia no se excita eléctricamente la bobina electromagnética. En ese caso queda ajustada la fuerza de amortiguación máxima, con lo cual se establecen unas condiciones dinámicas fiables. Grupo de alimentación de aire El grupo de alimentación de aire se instala en la parte delantera izquierda del vano motor. De esta forma se evitan influencias negativas en las condiciones acústicas del habitáculo. Asimismo se puede realizar así una refrigeración más eficaz. Esto aumenta la posible duración de la conexión para el compresor y la calidad de la regulación. Funcionamiento: Para proteger el compresor contra un posible sobrecalentamiento se procede a desactivarlo si es necesario (temperatura excesiva en la culata). La presión estática máxima del sistema es de 16 bares. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 30 Bloque de válvulas electromagnéticas El bloque de válvulas electromagnéticas incluye el sensor de presión y las válvulas para excitar los muelles neumáticos y el acumulador de presión. Va instalado en el paso de rueda entre el guardabarros y el pilar A en el lado izquierdo del vehículo. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 31 Acumulador de presión El acumulador de presión se encuentra entre el piso del maletero y el silenciador final, por el lado izquierdo del vehículo. Estructura: El acumulador de presión es de aluminio. Tiene una capacidad de 5,8 ltr. y una presión de servicio máxima de 16 bares. Funcionamiento: El objetivo del acumulador es limitar al mínimo posible la conexión del compresor. Para que los ciclos de regulaciones ascendentes puedan llevarse a cabo exclusivamente a través del acumulador de presión es preciso que exista una diferencia de presión mínima de 3 bares entre el acumulador de presión y el muelle neumático. Funcionamiento de la suspensión neumática Este sistema mantiene constante el nivel de la carrocería al valor elegido por el conductor, independientemente de la carga. Para hacerlo el sistema utiliza un compresor que envía aire a las patas telescópicas por medio de las electroválvulas, hasta que se ha ajustado el nivel del vehículo. El nivel de la carrocería en el eje delantero y en el eje trasero es registrado por los sensores de nivel y es transmitido a la unidad de control. Cada bloque de suspensión o pata telescópica está comandada por una electroválvula que abre y cierra el paso de la presión de aire. Las electroválvulas de suspensión se excitan electricamente por parejas (eje delantero y eje trasero). El circuito neumático funciona básicamente teniendo en cuenta dos periodos de funcionamiento: presurización y despresurización. • Periodo de presurización Al ser cargados los muelles neumáticos a través del acumulador de presión, la válvula (10) abre las válvulas (9) correspondientes por ejes. El acumulador de presión (12) se “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 32 carga haciendo que el compresor (1) alimente aire a través de la válvula (10) abierta. Si el vehículo se encuentra en posición lateralmente desigual también se excitan individualmente las válvulas (9a – 9d) de una lado hasta compensar esta posición.. Las válvulas (9a, 9b y 9c, 9d) son excitadas eléctricamente por parejas (eje delantero y eje trasero). El aire es aspirado por el compresor (1) a través del filtro (8) y el silenciador adicional (7). El aire comprimido pasa a través del deshidratador (2), la válvula de retención 3a y las válvulas 9 hacia los muelles neumáticos. • Despresurización Las válvulas (9a, 9b y 9c, 9d) y la electroválvula de descarga (5) abren. El caudal del aire puede pasar a través de la válvula de descarga (5) y abre así la válvula de descarga (6) neumáticamente pilotada. El caudal del aire abandona el sistema a través de la válvula de descarga (6), el silenciador adicional (7) y el filtro de aire (8). El agente secante se regenera al pasar el aire por el deshidratador (2). • Función posición de bloqueo Si la unidad de control detecta una descarga de todas las ruedas estando parado el vehículo, se cierran entonces las electroválvulas de las patas telescopicas. Con ello, el vehículo permanece en el nivel momentáneo. Ello es necesario, por ejemplo, al efectuar un cambio de rueda o en trabajos de reparación sobre plataforma elevadora. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 33 Sensor de temperatura del compresor Se trata de una resistencia NTC en un pequeño cuerpo de vidrio. El sensor detecta la temperatura en la culata del compresor. Su resistencia se reduce a medida que aumenta la temperatura (NTC: coeficiente negativo de temperatura). Esta variación de la resistencia es analizada por la unidad de control. El tiempo máximo de funcionamiento del compresor se calcula en función de la temperatura momentánea. Sensor de presión Mide las presiones en los brazos telescópicos de los ejes delantero y trasero y en el acumulador de presión El sensor va empotrado en el bloque de válvulas electromagnéticas y no está al acceso por fuera. Funcionamiento: El sensor trabaja según el principio de medición capacitiva: La presión (p) a medir produce una desviación en una membrana de cerámica. Debido a ello varía la distancia entre un electrodo (1) instalado en la membrana y un electrodo contrario (2) que se encuentra fijo sobre la carcasa del sensor. Los electrodos constituyen por si mismo un condensador. Cuanto menor es la distancia de los electrodos tanto mayor es la capacidad del condensador. La capacidad es medida por el sistema electrónico integrado y transformada en una señal lineal de salida. Mediante una excitación correspondiente de las electroválvulases posible determinar las presiones de los muelles neumáticos y del acumulador. Sensor de aceleración Para poder ajustar la amortiguación óptima en cada situación es preciso conocer el desarrollo cronológico de los movimientos de la carrocería (masa amortiguada) y de los componentes de los ejes (masa no amortiguada). Las aceleraciones de la carrocería se miden con ayuda de tres sensores. Dos de ellos se encuentran en las torretas de los brazos telescópicos delanteros; el tercero se halla en el guardarrueda trasero derecho. La aceleración de los componentes de los ejes (masas no amortiguadas) se determina por análisis de las señales procedentes de los sensores de nivel del vehículo. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 34 Sensores de aceleración de la carrocería Los sensores van atornillados a la carrocería por medio de soportes. El sensor y el soporte están unidos por medio de engarce. Consta de varias capas de silicio y vidrio. La capa intermedia de silicio está diseñada en forma de una lengüeta en alojamiento elástico (masa seísmica). La sensibilidad del sensor viene determinada, en esencia, por el coeficiente de rigidez/elasticidad y la masa de la lengüeta. Funcionamiento: La masa sísmica con recubrimiento de metal se utiliza como electrodo móvil, que, conjuntamente con el contraelectrodo superior e inferior, constituye respectivamente un condensador. La capacidad de este condensador depende de las superficies de los electrodos y su distancia mutua. Estados de funcionamiento: • Estado de reposo: La masa seísmica se encuentra centrada exactamente entre los contraelectrodos. Las capacidades de ambos condensadores C1 y C2 son idénticas. • Estado acelerado: Debido a efectos de inercia, la masa seísmica sale de su posición central. La distancia de los electrodos varía. La capacidad aumenta a medida que se reduce la distancia. En nuestro ejemplo aumenta la capacidad del condensador C2 en comparación con la del estado de reposo, mientras que la del condensador C1 disminuye. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 35 La tensión de alimentación es aportada por la unidad de control para el sistema de suspensión neumática. Las tensiones momentáneas correspondientes a la aceleración de la carrocería se pueden consultar a través de bloques de valores de medición. Sensores de nivel del vehículo Los cuatro sensores son de un mismo diseño, mientras que las sujeciones y bieletas de acoplamiento son específicas por lados y ejes. Funcionamiento: Los sensores detectan la distancia entre los brazos oscilantes del eje y la carrocería, y con ello la altura de nivel del vehículo. La detección se realiza ahora con frecuencias de 800 Hz (en el allroad 200 Hz). Esta tasa de captación es suficiente para determinar la aceleración de las masas no amortiguadas. Concepto general de regulación El cambio de nivel se realiza básicamente por ejes, corrigiéndose las diferencias de nivel entre los lados izquierdo y derecho del vehículo (p. ej. causadas por cargas en un solo lado). Al circular a velocidades por debajo de 35 km/h se emplea preferentemente el acumulador de presión a manera de fuente de energía. Esto presupone una suficiente diferencia de presión de 3 bares como mínimo entre el acumulador de presión y el muelle neumático. Operación de cambio de nivel: • Ascenso: Primero asciende el eje trasero y luego el eje delantero • Descenso: Primero desciende el eje delantero y luego el eje trasero “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 36 Se ha previsto este orden, para descartar fiablemente la posibilidad de deslumbrar a terceros con motivo de los ciclos de regulación en caso de averiarse la regulación del alcance luminoso de los faros. El sistema de regulación del alcance luminoso se emplea exclusivamente en vehículos con faros de xenón. Concepto de regulación para tren de rodaje standard • Modo «automatic» (nivel básico) La amortiguación se realiza orientada hacia el confort. 30 segundos después de superar los 120 km/h se produce el descenso automático de para circulación por autopista. La reelevación al nivel básico se efectúa de forma automática si se lleva una velocidad a 70 km/h durante 120 segundos o si la velocidad baja por debajo de 35 km/h. • Modo «dynamic» (–20 mm) Se pone en vigor una familia de características de amortiguación tensa sobre todo el rango de velocidad. Si la velocidad de marcha supera los 120 km/h se realiza 30 segundos más tarde automáticamente un descenso adicional de 5 mm (autopista). La reelevación al nivel deportivo se efectúa de forma automática si se mantiene durante 120 segundos una velocidad inferior a 70 km/h o si se baja por debajo de los 35 km/h. • Modo «comfort» (nivel básico) La amortiguación se regula de un modo aún más orientado hacia el confort que en el modo «automatic», sobre todo en el rango de velocidad inferior. No se realiza ningún descenso automático para circulación por autopista. • Modo «lift» (+25 mm) Este modo sólo puede ser seleccionado al circular a una velocidad inferior a 80 km/h. A partir de los 100 km/h se abandona automáticamente este modo operativo. El modo anteriormente seleccionado («automatic», «dynamic» o «comfort») se pone en vigor en ese caso. Incluso si posteriormente la velocidad vuelve a descender por debajo de 80 km/h no se pasa automáticamente al modo «lift». “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 37 Concepto de regulación para tren Diferencias con respecto al tren de rodaje standard: • • • de rodaje deportivo Mismas alturas de nivel p. modos «dynamic», «automatic» y «comfort» a velocid. <120 km/h, pero siendo diferentes las familias de características de la amortiguación Nivel básico del vehículo 20 mm más bajo que en el tren de rodaje standard Tarado modificado, con orientación deportiva para los muelles y la amortiguación “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 38 Concepto de regulación en estados operativos específicos Circulación por curva La regulación se interrumpe al circular en una curva y se reanuda a continuación. La circulación por curvas se detecta a través de las señales del sensor de ángulo de dirección y del sensor de aceleración transversal. Las fuerzas de amortiguación se adaptan a las condiciones de la marcha. De esa forma se anulan eficazmente los movimientos de la carrocería que resultan indeseables desde puntos de vista del comportamiento dinámico (p. ej. balanceos). “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 39 Funciones del sistema Operaciones de frenado Sobre todo al frenar con intervención de los sistemas ABS/ESP se incluye la regulación de la amortiguación, la cual actúa en función de la presión aplicada para la frenada. De este modo se limitan al mínimo los movimientos de cabeceo y balanceo de la carrocería. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 40 Operaciones de arrancada En las fases de arrancada se producen sobre todo movimientos de cabeceo debidos a la inercia de las masas de la carrocería. Mediante fuerzas de amortiguación adecuadas y adaptadas a cada situación se limitan al mínimo este tipo de movimientos. Modo anticipado y modo activo post-marcha Las diferencias con respecto a la altura teórica antes de iniciar la marcha o bien antes de conectar el encendido se compensan por regulación. Al accionar la manilla de la puerta, el capó trasero o el borne 15 se reexcita en caso dado el sistema que pudiera encontrarse en el modo desexcitado en espera, y pasa al modo anticipado. Una diferencia de altura, causada p. ej. al bajarse del vehículo o al descargarlo después de la desconexión del encendido, se compensa por regulación en el modo activo postmarcha. Modo desexcitado 60 segundos después de haberse encontrado en el modo activo post-marcha sin haber recibido señales de entrada, el sistema pasa al modo desexcitado, con una reducción del consumo energético. El modo desexcitado se abandona brevemente al cabo de 2, 5 y 10 horas, para verificar una vez más la altura del nivel. Si existen diferencias de altura con respecto al valor teórico se compensan en caso dado con ayuda del acumulador de presión (p. ej. diferencia de altura debida al enfriamiento del aire en los muelles neumáticos). Modo para elevador El sistema detecta que el vehículo se encuentra en el taller a bordo de un elevador para reparación del vehículo, al analizar las señales de los sensores de nivel del vehículo y la duración del ciclo de regulación correctiva en el vehículo parado. No se inscribe ninguna avería en la memoria. Este modo operativo no se visualiza a través del testigo luminoso. Señal para regulación del alcance luminoso La unidad de control para regulación de nivel transmite los datos actuales de altura de la carrocería en las cuatro ruedas a la unidad de control para regulación del alcance luminoso, en un mensaje a través del CAN-Bus. Previo análisis de estas señales, la unidad de control para regulación del alcance luminoso calcula el reglaje necesario para la corrección de los faros. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 41 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 42 El número entre paréntesis detrás de los contenidos del mensaje señala la unidad de control que procesa la información correspondiente: p. ej. excitación testigo de aviso procesada por parte de la unidad de control núm. 5, J285. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 43 Esquema eléctrico del sistema de suspensión “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 44 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 45 Otra suspensión semirigida "De Dion" pero que utiliza ballestas en vez de muelles En la actualidad hay pocos coches que montan esta suspensión debido a que su coste es elevado. Alfa Romeo es uno de los fabricantes que monto este sistema, mas en concreto en el modelo 75 (figura inferior). En la actualidad lo montan vehiculos como el Honda HR-V y el Smart City Coupe. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 46 El "eje torsional" es otro tipo de suspensión semirigida (semi-independiente), utilizada en las suspensiones traseras, en vehículos que tienen tracción delantera (como ejemplo: Wolkswagen Golf). La traviesa o tubo que une las dos ruedas tiene forma de "U", por lo que es capaz de deformarse un cierto angulo cuando una de las ruedas encuentra un obstáculo, para después una vez pasado el obstáculo volver a la posición inicial. Las ruedas están unidas rígidamente a dos brazos longitudinales unidos por un travesaño que los une y que se tuerce durante las sacudidas no simétricas, dando estabilidad al vehículo. Esta configuración da lugar, a causa de la torsión del puente, a una recuperación parcial del ángulo de caída de alto efecto de estabilización, características que junto al bajo peso, al bajo coste y al poco espacio que ocupan, ideal para instalarla junto con otros componentes debajo del piso (depósito de combustible, escape, etc.). Esta configuración han convertido a este tipo de suspensiones en una de las más empleadas en vehículos de gama media-baja. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 47 . Suspensión independiente Actualmente la suspensión independiente a las cuatro ruedas se va utilizando cada vez mas debido a que es la más óptima desde el punto de vista de confort y estabilidad al reducir de forma independiente las oscilaciones generadas por el pavimento sin transmitirlas de una rueda a otra del mismo eje. La principal ventaja añadida de la suspensión independiente es que posee menor peso no suspendido que otros tipos de suspensión por lo que las acciones transmitidas al chasis son de menor magnitud. El diseño de este tipo de suspensión deberá garantizar que las variaciones de caída de rueda y ancho de ruedas en las ruedas directrices deberán ser pequeñas para conseguir una dirección segura del vehículo. Por contra para cargas elevadas esta suspensión puede presentar problemas. Actualmente éste tipo de suspensión es el único que se utiliza para las ruedas directrices. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 48 El número de modelos de suspensión independiente es muy amplio y además posee numerosas variantes. Los principales tipos de suspensión de tipo independiente son: • • • • • Suspensión de eje oscilante. Suspensión de brazos tirados. Suspensión McPherson. Suspensión de paralelogramo deformable. Suspensión multibrazo (multilink) Suspensión de eje oscilante La peculiaridad de este sistema que se muestra en la figura inferior es que el elemento de rodadura (1) y el semieje (2) son solidarios (salvo el giro de la rueda), de forma que el conjunto oscila alrededor de una articulación (3) próxima al plano medio longitudinal del vehículo. Este tipo de suspensión no se puede usar como eje directriz puesto que en el movimiento oscilatorio de los semiejes se altera notablemente la caída de las ruedas en las curvas. Completan el sistema de suspensión dos conjuntos muelle-amortiguador telescópico (4) Una variante de este sistema es el realizado mediante un eje oscilante pero de una sola articulación mostrado en la figura inferior. Esta suspensión es utilizada por Mercedes Benz en sus modelos 220 y 300. La ventaja que presenta es que el pivote de giro (1) está a menor altura que en el eje oscilante de dos articulaciones. El mecanismos diferencial (2) oscila con uno de los palieres (3) mientras que el otro (4) se mueve a través de una articulación (6) que permite a su vez un desplazamiento de tipo axial en el árbol de transmisión. El sistema también cuenta con dos conjuntos muelle-amortiguador (7). “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 49 Suspensión de brazos tirados o arrastrados Este tipo de suspensión independiente se caracteriza por tener dos elementos soporte o "brazos" en disposición longitudinal que van unidos por un extremo al bastidor y por el otro a la mangueta de la rueda. Si el eje es de tracción, el grupo diferencial va anclado al bastidor. En cualquier caso las ruedas son tiradas o arrastradas por los brazos longitudinales que pivotan en el anclaje de la carrocería. Este sistema de suspensión ha dado un gran número de variantes cuyas diferencias estriban fundamentalmente en cuál es el eje de giro del brazo tirado en el anclaje al bastidor y cuál es el elemento elástico que utiliza. En la figura inferior se muestra como los brazos tirados pueden pivotar de distintas formas: en la figura de la derecha los brazos longitudinales pivotan sobre un eje de giro perpendicular al plano longitudinal del vehículo. Este tipo de suspensión apenas produce variaciones de vía, caída o avance de la rueda. En la figura de la izquierda pivotan los brazos sobre ejes que tienen componentes longitudinales, es decir sobre ejes oblicuos al plano longitudinal del vehículo. A esta última variante también se la conoce como "brazos semi-arrastrados" y tiene la ventaja de que no precisa estabilizadores longitudinales debido a la componente longitudinal que tiene el propio brazo o soporte. Aquí las variaciones de caída y de vía dependen de la posición e inclinación de los brazos longitudinales por lo tanto, permite que se varie durante la marcha la caída y el avance de las ruedas con lo que se mejora la estabilidad del vehículo. En cuanto al tipo de elementos elásticos que se utilizan en estas suspensiones, se encuentran las barras de torsión y los muelles. Sistemas de suspensión de brazos tirados con barras de torsión. Las barras se montan de manera transversal a la carrocería. Como minimo se utilizan dos, pudiendo llegar incluso a montar cuatro en vehículos cuyo tarado deba ser mayor. Por ejemplo, existen modelos que montan dos barras de torsión en el puente trasero, mientras que un modelo similar pero con mayor motorización, monta cuatro barras unidas por una gemela. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 50 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 51 Suspensión McPherson Esta suspensión fue desarrollada por Earle S. McPherson, ingeniero de Ford del cual recibe su nombre. Este sistema es uno de los más utilizados en el tren delantero aunque se puede montar igualmente en el trasero. Este sistema ha tenido mucho éxito, sobre todo en vehículos más modestos, por su sencillez de fabricación y mantenimiento, el coste de producción y el poco espacio que ocupa. Con esta suspensión es imprescindible que la carrocería sea mas resistente en los puntos donde se fijan los amortiguadores y muelles, con objeto de absorber los esfuerzos transmitidos por la suspensión. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 52 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 53 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 54 La figura inferior muestra un modelo detallado de una suspensión McPherson con brazo inferior y barra estabilizadora. La mangueta (1) de la rueda va unida al cubo (2) permitiendo el giro de éste mediante un rodamiento (3). A su vez la mangueta va unida al bastidor a través de dos elementos característicos de toda suspensión McPherson: • El brazo inferior (4) que va unido a la mangueta (1) mediante una unión elástica (A) (rótula) y unido al bastidor mediante un casquillo (B). • El conjunto muelle helicoidal-amortiguador. El amortiguador (5) va anclado de forma fija a la parte superior de la mangueta (1) y el muelle (6) es concéntrico al amortiguador y está sujeto mediante dos copelas superior (C) e inferior (D). El amortiguador está unido al bastidor por su parte superior mediante un cojinete de agujas (7) y una placa de fijación (8). En las ruedas delanteras se hace necesaria la existencia de este cojinete axial ya que el amortiguador al ser solidario a la mangueta gira con ésta al actuar la dirección. La suspensión tipo McPherson forma un mecanismo de tipo triángulo articulado formado por el brazo inferior (4), el conjunto muelle-amortiguador y el propio chasis. El lado del triángulo que corresponde al muelle-amortiguador es de compresión libre por lo que sólo tiene un único grado de libertad: la tracción o compresión de los elementos elásticos y amortiguador. Al transmitirse a través del muelle-amortiguador todos los esfuerzos al chasis es necesario un dimensionado más rígido de la carrocería en la zona de apoyo de la placa de fijación (8). Como elementos complementarios a esta suspensión se encuentra la barra estabilizadora (9) unida al brazo inferior (4) mediante una bieleta (10) y al bastidor mediante un casquillo (E), y en este caso un tirante de avance (11). "Falsa" McPherson Actualmente existen múltiples variantes en cuanto a la sustitución del tirante inferior (4) que pueden ser realizada por un triángulo inferior, doble bieleta transversal con tirante longitudinal, etc. A estos últimos sistemas también se les ha denominado "falsa" McPherson, aunque en cualquier caso todos ellos utilizan el amortiguador como elemento de guía y mantienen la “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 55 estructura de triángulo articulado. La suspensión clásica McPherson dispone de la barra estabilizadora como tirante longitudinal, mientras que las denominadas "falsa" McPherson ya absorben los esfuerzos longitudinales con la propia disposición del anclaje del elemento que sustituye al brazo inferior. En la figura inferior se muestra un esquema McPherson donde se ha sustituido el brazo inferior por un triángulo (1) que va unido a la mangueta (2) mediante una rótula (A) y a la cuna del motor (3) mediante dos casquillos (C) y (D). El resto de los componentes es similar al de una McPherson convencional. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 56 Suspensión de paralelogramo deformable La suspensión de paralelogramo deformable junto con la McPherson es la más utilizada en un gran número de automóviles tanto para el tren delantero como para el trasero. Esta suspensión también se denomina: suspensión por trapecio articulado y suspensión de triángulos superpuestos. En la figura inferior se muestra una suspensión convencional de paralelogramo deformable. El paralelogramo está formado por un brazo superior (2) y otro inferior (1) que están unidos al chasis a través de unos pivotes, cerrando el paralelogramo a un lado el propio chasis y al otro la propia mangueta (7) de la rueda. La mangueta está articulada con los brazos mediante rótulas esféricas (4) que permiten la orientación de la rueda. Los elementos elásticos y amortiguador coaxiales (5) son de tipo resorte helicoidal e hidráulico telescópico respectivamente y están unidos por su parte inferior al brazo inferior y por su parte superior al bastidor. Completan el sistema unos topes (6) que evitan que el brazo inferior suba lo suficiente como para sobrepasar el limite elástico del muelle y un estabilizador lateral (8) que va anclado al brazo inferior (1). Con distintas longitudes de los brazos (1) y (2) se pueden conseguir distintas geometrías de suspensión de forma que puede variar la estabilidad y la dirección según sea el diseño de estos tipos de suspensión. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 57 La evolución de estos sistemas de suspensión de paralelogramo deformable ha llegado hasta las actuales suspensiones llamadas multibrazo o multilink. Suspensiones Multibrazo o Multilink Las suspensiones multibrazo se basan en el mismo concepto básico que sus precursoras las suspensiones de paralelogramo deformable, es decir, el paralelogramo está formado por dos brazos transversales, la mangueta de la rueda y el propio bastidor. La diferencia fundamental que aportan estas nuevas suspensiones es que los elementos guía de la suspensión multibrazo pueden tener anclajes elásticos mediante manguitos de goma. Gracias a esta variante las multibrazo permiten modificar tanto los parámetros fundamentales de la rueda, como la caída o la convergencia, de la forma más apropiada de cara a la estabilidad en las distintas situaciones de uso del automóvil. Esto significa que las dinámicas longitudinal y transversal pueden configurarse de forma precisa y prácticamente independiente entre sí, y que puede alcanzarse un grado máximo de estabilidad direccional y confort A principios de los noventa se comenzó a instalar estos sistemas multibrazo en automóviles de serie ya dando buenos resultados aunque había reticencias para los ejes no motores. En la actualidad las grandes berlinas adoptan este sistema en uno de los trenes o en ambos. Para que una suspensión se considere multibrazo debe estar formada al menos por tres brazos. Las suspensiones multibrazo se pueden clasificar en dos grupos fundamentales: • • Suspensiones multibrazo con elementos de guía transversales u oblicuos con funcionamiento similar al de las suspensiones de paralelogramo deformable. Suspensiones multibrazo que además disponen de brazos de guía longitudinal con un funcionamiento que recuerda a los sistemas de suspensión de ruedas tiradas por brazos longitudinales. En la figura inferior se muestra en la parte izquierda un sistema multibrazo delantero y en la derecha uno trasero del tipo paralelogramo deformable con tres brazos. La suspensión delantera consta de un brazo superior (1) que va unido a una mangueta (2) larga y curvada mediante un buje de articulación (A) y un brazo inferior transversal (3) que va unido a la mangueta por una rótula doble (B) y al bastidor por un casquillo (C) que aísla de las “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 58 vibraciones. Cierra el paralelogramo deformable el propio bastidor como en cualquier suspensión de este tipo. Esta suspensión dispone además de un tercer brazo (4) que hace de tirante longitudinal y que está unido al bastidor y mangueta de la misma forma que el brazo inferior transversal (3). La gran altura de la prolongación de la mangueta consigue una disminución de los cambios de convergencia de la rueda y un ángulo de avance negativo. La suspensión trasera (figura inferior) consta de un brazo superior (1) con forma de triángulo como la delantera, pero dispone de dos brazos transversales, superior (2) e inferior (3) y un tirante longitudinal inferior (4). Las articulaciones son similares al modelo de suspensión delantera. Ambos sistemas poseen como elementos elásticos muelles helicoidales y amortiguadores telescópicos (5) y también barra estabilizadora. Observar que en la disposición delantera el amortiguador va anclado a la barra inferior transversal (3) mediante una horquilla. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 59 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 60 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 61 Suspensión Hidroneumática Esta suspensión combina un sistema mixto de elementos hidráulicos y neumáticos que garantiza una suspensión suave y elástica, facilitando, además, el reglaje y nivelación de la carrocería de forma automática. Esta suspensión proporciona la confortable sensación de "flotar", una gran estabilidad, que hace que apenas se noten las desigualdades del terreno y también un notable agarre de las ruedas al mismo. Este tipo de suspensión tiene como principio la utilización de unas esferas que tienen en su interior un gas (nitrógeno) que es compresible y que se encuentran situadas en cada una de las ruedas. La función que realiza el gas es la del muelle y esté es comprimido por la acción de un liquido LHM (liquido hidráulico mineral) que recorre un circuito hidráulico que comunica cada una de las cuatro ruedas. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 62 El esquema hidráulico de suspensión esta formado por 6 bloques hidráulicos: • • Uno por cada rueda, formado por un cilindro, un amortiguador y una esfera de suspensión (figura inferior) Dos correctores de altura, uno para el eje delantero y otro para el eje trasero. Esfera de suspensión Las esferas son bloques neumáticos, similares al acumulador principal, que cumplen la misión del muelle. En su interior se encuentra un gas (nitrógeno) a la presión de tarado que constituye el elemento elástico de la suspensión. La presión de tarado y el volumen de la esfera depende de: • • • La temperatura máxima de funcionamiento. El desplazamiento del pistón en ambos sentidos. La masa soportada por cada eje y el confort. La presión de tarado de las esferas es idéntica en el mismo eje, pero distinta entre la parte delantera y la trasera debido a las diferencias de carga a soportar. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 63 Amortiguador Los amortiguadores de este tipo de suspensión aprovechan el circuito hidráulico para desarrollar su función. Esto se consigue frenando el paso del liquido entre el cilindro y la esfera. El amortiguador es de doble efecto y va insertado en el interior de la esfera. Esta constituido por una arandela de acero sinterizado en cuya periferia se han efectuado unos orificios. Unas válvulas deformables en forma de laminillas obturan el paso de aceite por los orificios. El numero de laminillas depende de la carga soportada por cada eje. Por ejemplo, el eje delantero puede montar un amortiguador con tres laminas para la compresión y tres para la extensión, y el amortiguador trasero, cinco para la compresión y cinco para la extensión. En los modelos mas recientes se utilizan amortiguadores disimétricos. Estos montan distinto número de láminas para la compresión y para la extensión. Cilindro Es el encargado de transmitir los movimientos de las ruedas a través del brazo de suspensión al liquido hidráulico. El cilindro alberga el pistón, unido al vástago que se desliza por su interior, y el liquido a presión. Por su parte superior va unido a la esfera de la suspensión, a la que transmite la presión hidráulica. En la figura inferior podemos ver el comportamiento del elemento de suspensión cuando pasa la rueda por un realce o un bache en la carretera. En le primer caso el brazo de suspensión (sube) se acerca a la carrocería, el émbolo empuja el líquido hacia la cámara inferior de la esfera y comprime el nitrógeno de la cámara superior que actúa como muelle. Al separarse el brazo de suspensión (baja) de la carrocería por el efecto de un bache, arrastra el émbolo, y el nitrógeno se distiende empujando al liquido hacia el cilindro. Cuando funciona normalmente sin ninguna variación, el liquido que llena la parte superior del cilindro y la cámara inferior del conjunto elástico, se mantiene en equilibrio con la presión del gas. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 64 Constitución y funcionamiento Cada rueda lleva acoplada una unidad de suspensión hidroneumática independiente, como la representada en la figura inferior, unida al brazo de suspensión de cada rueda. Cuando la rueda encuentra un obstáculo, el brazo (9) transmite el movimiento al pistón (5) a través de la bieleta (11) y el empujador (12) que comprime el aceite de la cámara 6, presionando y comprimiendo el gas contenido en la cámara A de la esfera (2) que, en este caso, hace las funciones de muelle o ballesta, recuperándose, al bajar la rueda, por el retroceso del pistón. Entre la parte inferior de la esfera y el cilindro existe una válvula bidireccional (3) que hace las funciones de amortiguador al regular el paso de aceite de un lado a otro. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 65 Corrección automática La corrección automática de esta suspensión, que mantiene la altura de la carrocería portante al aumentar o disminuir la carga del vehículo, se consigue haciendo entrar aceite a presión en el cilindro (1) cuando aumenta la carga o haciéndole salir, cuando ésta disminuye, por medio de una válvula de corredera (válvula niveladora). Posicionado de tres alturas diferentes El sistema permite, además, dar tres niveles de altura al vehículo: una normal para marcha por ciudad, una alta para circular por malos caminos con grandes desniveles y otra baja, que hace descender la carrocería y el centro de gravedad del vehículo para correr a grandes velocidades por autopista. Circuito hidráulico de alimentación El circuito hidráulico que regula el sistema de suspensión representado en el esquema (fig. inferior) está constituido por una bomba (2) de alta presión, movida por el motor del vehículo, que aspira aceite de un depósito (1) y lo envía a presión al acumulador (3) que lo mantiene a la presión correcta de funcionamiento (unos 5 a 7 kgf/cm2) regulada por una válvula de descarga (10). El aceite a presión, procedente de este elemento, pasa a través de un cerrojo (4) al nivelador (5) que se mantiene cerrado mientras la carrocería ocupe su posición normal de nivelación. La bomba de alta presión, análoga a la utilizada en los circuitos de servodirección, mantiene la suficiente presión en el acumulador para ser utilizada en el circuito. Funcionamiento Cuando la rueda encuentra un obstáculo, al subir ésta por efecto del mismo, desplaza al pistón “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 66 (5) (fig. superior) comprimiendo el aceite en la cámara (B) y el gas contenido en la cámara (A) haciendo de muelle y amortiguador conjuntamente, absorbiendo así las reacciones de la rueda. La presión progresiva en el gas mantiene, como en el caso de la suspensión neumática, una deformación variable en el elemento elástico, haciendo que su curva característica de reacción se mantenga dentro de los límites oscilatorios idóneos. A su vez, por control directo sobre la presión en el líquido, hace que la carrocería se mantenga estable y nivelada cualquiera que sea la posición de las ruedas con respecto a ella. Cuando la carrocería baja por efecto de subir la rueda o por una mayor sobrecarga en el vehículo, efectúa un desplazamiento del brazo de suspensión, que empuja el pistón del nivelador (5) hacia el interior disminuyendo el recorrido de la suspensión pero, a su vez, origina un giro en la barra de acoplamiento de las ruedas a la carrocería, produciendo una torsión en la misma que hace girar la lengüeta de unión (9) al nivelador (5) que actúa sobre las válvulas para dejar pasar el aceite a la unidad oleoneumática. El aumento de presión en el elemento de rueda obliga a desplazar el pistón que, al empujar al brazo de suspensión, hace subir nuevamente la carrocería. Este movimiento ascendente suprime la torsión de la barra de acoplamiento y la lengüeta vuelve a su posición primitiva hasta que la carrocería alcance el nivel establecido; en ese momento se cierran las válvulas del nivelador. Cuando la rueda baje o la carrocería suba por efecto de la disminución de la carga en la misma, se produce un efecto contrario en la torsión de la barra de acoplamiento (7) que mueve la lengüeta (9) y las válvulas del nivelador en sentido contrario, dejando paso a la presión de aceite en los elementos de la rueda hacia el depósito, con lo cual, al disminuir la presión en el interior del cilindro, la carrocería baja, eliminando la torsión y cerrando nuevamente las válvulas del nivelador cuando ha alcanzado la altura establecida. El cerrojo (4) (también conocida como válvula anticaida) tiene la misión de aislar a los elementos de suspensión a motor parado para que no pierdan aceite o presión cuando el vehículo se encuentre estacionado. Este dispositivo se cierra manualmente desde el tablero de mandos por medio de la palanca (8) y se abre automáticamente al pisar el pedal de embrague. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 67 Mando manual de nivel Para establecer los distintos niveles de altura en la carrocería se dispone de una palanca al alcance del conductor que acciona el nivelador en uno u otro sentido, para aumentar o disminuir la presión en los cilindros de suspensión. Este sistema de nivelación manual permite, además, poder cambiar las ruedas sin necesidad de utilizar el gato hidráulico. Para ello se sube la carrocería al máximo, aumentando la presión en sus elementos de suspensión; en esta posición, se coloca un calzo en el lado de la rueda a cambiar y se quita la presión, con lo cual, la carrocería tenderá a bajar, pero como no puede hacerlo por estar calzada, será la rueda la que suba, quedando libre para ser reemplazada. Depósito de aceite Este depósito, constituido por un recipiente de chapa con una capacidad aproximada de 3 L. lleva interiormente dos filtros de malla fina, situados, uno de ellos, a la salida de aspiración de la bomba y, el otro, a la entrada del líquido de retorno del circuito, con el fin de mantener constantemente purificado el aceite que circula por los elementos del circuito. La capacidad total del circuito, incluido el depósito, es de unos 6,5 a 7 litros. El líquido, en el interior del depósito, debe mantenerse a un nivel determinado, con capacidad suficiente para mantener la presión en los elementos de suspensión y debe dejar espacio libre para el líquido de retorno; éstos límites están entre 1,5 L como máximo y 1 L como mínimo, indicados en el depósito de forma visible. Bomba de alta presión Se trata de una bomba mecánica que es arrastrada por el motor mediante una correa. Aspira el líquido hidráulico contenido en el depósito para enviarlo a presión a los elementos. La bomba de alta presión esta formada por 5 o 6 pistones de aspiración central, dispuestos circularmente, accionados por un plato oscilante. Los cilindros están mecanizados directamente en el cuerpo de la bomba “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 68 Acumulador de presión El acumulador sirve para alojar en su interior una reserva de liquido hidráulico a presión. Esta reserva de presión sirve para suministrar liquido hidráulico rápidamente cuando exista una demanda por el circuito de suspensión. La existencia del acumulador sirve para mejorar la elasticidad de funcionamiento del circuito, ya que asume los choques hidráulicos de la utilización. Ademas, descarga de trabajo a la bomba, permitiendo márgenes de reposo evitando fases frecuentes de conjunción y de disyunción. Este elemento está constituido en su parte superior, por una esfera (1) de chapa embutida (fig. inferior) con dos cámaras (A) y (B) separadas por una membrana elástica (2). La cámara superior (A) contiene gas nitrógeno a una presión de 60 kgf/cm2 y en la inferior (B), unida por un racor (3) al cuerpo de regulación, se aloja el aceite de reserva mandado por la bomba de alta presión. Conjuntor-disyuntor (regulador de presión) Este regulador esta constituida por dos válvulas cuyos muelles van tarados a la presión de trabajo. Esta se debe situar entre los 145 bar, presión mínima necesaria, y los 170 bar, presión máxima que satura el volumen de almacenaje del acumulador. El conjuntor-disyuntor divide su funcionamiento en dos fases: • • Fase de disyunción: en esta fase, la presión es superior a 170 bar. En este momento la presión interna vence la fuerza de los muelles y cierra la alimentación de caudal. El caudal de liquido llega desde la bomba por la acción de la válvula y se deriva al depósito mientras la utilización queda aislada. Mientras se va consumiendo el liquido, el regulador permanece en esta posición hasta que disminuye a la presión mínima de tarado, aproximadamente 145 bar. Fase de conjunción: en esta fase, las cámaras A y B alcanzan una presión de 145 ± 5 bar. En este momento, el regulador cambia de posición. Se comunica la alimentación de la bomba con la utilización. La salida hacia el depósito queda cerrada. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 69 Funcionamiento El cuerpo inferior (fig. inferior) contiene el circuito de regulación (conjuntor-disyuntor), cuyo funcionamiento consiste esencialmente en mantener la presión en el acumulador dentro de los límites establecidos. El líquido a alta presión procedente de la bomba entra por un orificio, levantado la válvula (2) pasando el líquido a presión a la parte baja del acumulador, aumentando la presión en el mismo y en "el circuito de utilización". Cuando la presión aumenta por encima del límite establecido, empuja la válvula (3) venciendo el resorte (4), con lo cual el líquido regresa al depósito. La válvula (5) y el resorte (6) mantienen el circuito a la presión establecida, haciendo que el líquido mandado por la bomba pase directamente al depósito cuando en el circuito exista la presión correcta. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 70 Válvula niveladora (corrector de alturas) Esta válvula mantiene constante la altura del vehículo con respecto al suelo independientemente de la carga de que este disponga. El corrector de alturas es una válvula distribuidora de tres vías con las siguientes posiciones: • • • Utilización con admisión, comunica los cilindros de suspensión con la fuente de alta presión. Utilización con escape, comunica los cilindros de suspensión con el depósito. Utilización aislada de admisión y escape, distribuidor en posición neutra. La válvula niveladora (fig. inferior) está constituido por una válvula de corredera (1) que permite poner en comunicación la instalación del circuito con los elementos de suspensión (acumulador-unidades oleoneumáticas), los elementos de suspensión con la descarga al depósito y mantener la presión en el interior de los elementos de suspensión. Las cámaras (C) y (D), aisladas con unas membranas elásticas (2), se encuentran llenas de “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 71 líquido procedente de las fugas existentes entre el eje distribuidor y el cilindro en sus desplazamientos de funcionamiento, intercomunicadas entre sí y con salida de retorno al depósito. Válvula anticaída Esta constituida por un cilindro en el que se encuentra alojado un pistón con su correspondiente muelle tarado. Su función es evitar que en una parada prolongada de vehiculo, este pierda presión a través de los correctores de altura y el dosificador de frenos. Cuando la válvula esta en reposo, el eje es empujado por su muelle y por la propia presión de suspensión sobre su asiento, cerrando la comunicación entre corrector y cilindro. De este modo se produce en el eje delantero aislamiento entre la suspensión y el corrector de altura delantero, y en el eje trasero, aislamiento entre la suspensión y el corrector de altura y el dosificador de frenos. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 72 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 73 Sistema de Dirección El conjunto de mecanismos que componen el sistema de dirección tienen la misión de orientar las ruedas delanteras para que el vehículo tome la trayectoria deseada por el conductor. Para que el conductor no tenga que realizar esfuerzo en la orientación de las ruedas (a estas ruedas se las llama "directrices"), el vehículo dispone de un mecanismo desmultiplicador, en los casos simples (coches antiguos), o de servomecanismo de asistencia (en los vehículos actuales). “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 74 Características que deben reunir todo sistema dirección Siendo la dirección uno de los órganos mas importantes en el vehículo junto con el sistema de frenos, ya que de estos elementos depende la seguridad de las personas; debe reunir una serie de cualidades que proporcionan al conductor, la seguridad y comodidad necesaria en la conducción. Estas cualidades son las siguientes: • • • • Seguridad: depende de la fiabilidad del mecanismo, de la calidad de los materiales empleados y del entretenimiento adecuado. Suavidad: se consigue con un montaje preciso, una desmultiplicación adecuada y un perfecto engrase. La dureza en la conducción hace que ésta sea desagradable, a veces difícil y siempre fatigosa. Puede producirse por colocar unos neumáticos inadecuados o mal inflados, por un "avance" o "salida" exagerados, por carga excesiva sobre las ruedas directrices y por estar el eje o el chasis deformado. Precisión: se consigue haciendo que la dirección no sea muy dura ni muy suave. Si la dirección es muy dura por un excesivo ataque (mal reglaje) o pequeña desmultiplicación (inadecuada), la conducción se hace fatigosa e imprecisa; por el contrario, si es muy suave, por causa de una desmultiplicación grande, el conductor no siente la dirección y el vehículo sigue una trayectoria imprecisa. La falta de precisión puede ser debida a las siguientes causas: Por excesivo juego en los órganos de dirección. - Por alabeo de las ruedas, que implica una modificación periódica en las cotas de reglaje y que no debe de exceder de 2 a 3 mm. - Por un desgaste desigual en los neumáticos (falso redondeo), que hace ascender a la mangueta en cada vuelta, modificando por tanto las cotas de reglaje. - El desequilibrio de las ruedas, que es el principal causante del shimmy, consiste en una serie de movimientos oscilatorios de las ruedas alrededor de su eje, que se transmite a la dirección, produciendo reacciones de vibración en el volante. - Por la presión inadecuada en los neumáticos, que modifica las cotas de reglaje y que, si no es igual en las dos ruedas, hace que el vehículo se desvíe a un lado. Irreversibilidad: consiste en que el volante debe mandar el giro a las pero, por el contrario, las oscilaciones que toman estas, debido a las incidencias del terreno, no deben se transmitidas al volante. Esto se consigue dando a los filetes del sin fin la inclinación adecuada, que debe ser relativamente pequeña. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 75 Como las trayectorias a recorrer por la ruedas directrices son distintas en una curva (la rueda exterior ha de recorrer un camino mas largo por ser mayor su radio de giro, como se ve en la figura inferior), la orientación que debe darse a cada una distinta también (la exterior debe abrirse mas), y para que ambas sigan la trayectoria deseada, debe cumplirse la condición de que todas las ruedas del vehículo, en cualquier momento de su orientación, sigan trayectorias curvas de un mismo centro O (concéntricas), situado en la prolongación del eje de las ruedas traseras. Para conseguirlo se disponen los brazos de acoplamiento A y B que mandan la orientación de las ruedas, de manera que en la posición en linea recta, sus prolongaciones se corten en el centro C del puente trasero o muy cerca de este. Esta solución no es totalmente exacta, sino que existe un cierto error en las trayectorias seguidas por las ruedas si se disponen de la manera reseñada. En la practica se alteran ligeramente las dimensiones y ángulos formados por los brazos de acoplamiento, para conseguir trayectorias lo más exactas posibles. La elasticidad de los neumáticos corrige automáticamente las pequeñas variaciones de trayectoria. Las ruedas traseras siguen la trayectoria curva, como ya se vio, gracias al diferencial (cuando el vehículo tiene tracción trasera), que permite dar a la exterior mayor numero de vueltas que a la interior; pero como estas ruedas no son orientables y para seguir su trayectoria debe abrirse más la rueda exterior, resulta de ello un cierto resbalamiento en curva, imposible de corregir, que origina una ligera perdida de adherencia, más acusada si el piso está mojado, caso en el que puede producirse el derrape en curvas cerradas tomadas a gran velocidad. Arquitecturas del sistema de dirección En cuanto se refiere a las disposiciones de los mecanismos que componen el sistema de dirección, podemos distinguir dos casos principales: dirección para el eje delantero rígido y dirección para tren delantero de suspensión independiente. Cada uno de estos casos tiene su propia disposición de mecanismos. El sistema de dirección para eje delantero rígido No se usa actualmente por lo que haremos una pequeña reseña sobre el sistema. Se utiliza una barra de acoplamiento única (4) que va unida a los brazos de la rueda (3) y a la palanca de ataque o palanca de mando (2). “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 76 El sistema de dirección para tren delantero de suspensión independiente Cuando hay una suspensión independiente para cada rueda delantera, como la separación entre estas varía un poco al salvar las irregularidades de la carretera, se necesita un sistema de dirección que no se vea afectada por estas variaciones y mantenga la dirección de las ruedas siempre en la posición correcta. Un tipo de dirección es el que utiliza una barra de acoplamiento dividida en tres partes (1, 2, 3, en la figura inferior). El engranaje (S) hace mover transversalmente el brazo (R) que manda el acoplamiento, a su vez apoyado por la palanca oscilante (O) en la articulación (F) sobre el bastidor. Para transformar el giro del volante de la dirección en el movimiento a un lado u otro del brazo de mando, se emplea el mecanismo contenido en la caja de la dirección, que al mismo tiempo efectúa una desmultiplicación del giro recibido, para permitir al conductor orientar las ruedas con un pequeño esfuerzo realizado en el volante de la dirección. Se llama relación de desmultiplicación, la que existe entre los ángulos de giro del volante y los obtenidos en la orientación de las ruedas. Si en una vuelta completa del volante de la dirección (360º) se consigue una orientación de 20º en las ruedas, se dice que la desmutiplicación es de 360:20 o, “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 77 lo que es igual 18:1. El valor de esta orientación varia entre 12:1 y 24:1, dependiendo este valor del peso del vehículo que carga sobre las ruedas directrices. Existen varios tipos de mecanismos de la dirección, están los de tornillo sin fin y los de cremallera. Mecanismos de dirección de tornillo sinfín Consiste en un tornillo que engrana constantemente con una rueda dentada. El tornillo se une al volante mediante la "columna de dirección", y la rueda lo hace al brazo de mando. De esta manera, por cada vuelta del volante, la rueda gira un cierto ángulo, mayor o menor según la reducción efectuada, por lo que en dicho brazo se obtiene una mayor potencia para orientar las ruedas que la aplicada al volante. En la figura inferior se ha representado el sistema de tornillo y sector dentado, que consiste en un tornillo sinfín (7), al que se une por medio de estrías la columna de la dirección. Dicho sinfín va alojado en una caja (18), en la que se apoya por medio de los cojinetes de rodillos (4). Uno de los extremos del sinfín recibe la tapadera (5), roscada a la caja, con la cual puede reglarse el huelgo longitudinal del sinfín. El otro extremo de éste sobresale por un orificio en la parte opuesta de la carcasa, donde se acopla el reten (20), que impide la salida del aceite contenido en el interior de la caja de la dirección. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 78 Engranando con el sinfín en el interior de la caja de la dirección se encuentra el sector (11), que se apoya en el casquillo de bronce (17) y que por su extremo recibe el brazo de mando (28) en el estriado cónico, al que se acopla y mantiene por medio de la tuerca (30) roscada al mismo eje del sector. Rodeando este mismo eje y alojado en la carcasa se monta el retén (24). El casquillo de bronce (17), donde se aloja el eje del sector, es excéntrico para permitir, mediante el tornillo con excéntrica (10) acercar mas o menos dicho sector el sinfín. con el fin de efectuar el ajuste de ambos a medida que vaya produciendose desgaste. El tornillo de reglaje (10) se fija por medio de la tuerca (8) para impedir que varíe el reglaje una vez efectuado. La posición del casquillo (17) se regula por la colaboración de la chapa (22) y su sujección al tornillo (27). Mecanismo de dirección de cremallera Esta dirección se caracteriza por la sencillez de su mecanismo desmultiplicador y su simplicidad de montaje, al eliminar gran parte de la tiranteria direccional. Va acoplada directamente sobre los brazos de acoplamiento de las ruedas y tiene un gran rendimiento mecánico. Debido a su precisión en el desplazamiento angular de las ruedas se utiliza mucho en vehículos de turismo, sobre todo en los de motor y tracción delantera, ya que disminuye notablemente los esfuerzos en el volante. Proporciona gran suavidad en los giros y tiene rapidez de recuperación, haciendo que la dirección sea muy estable y segura. El mecanismo esta constituido por una barra (1) tallada en cremallera que se desplaza lateralmente en el interior del cárter. Esta barra es accionada por un piñón helicoidal (2) montado en el árbol del volante y que gira engranado a la cremallera. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 79 En la esquema inferior se ve el despiece del sistema de dirección de cremallera, que consiste en una barra (6), donde hay labrada una cremallera en la que engrana el piñón (9), que se aloja en la caja de dirección (1), apoyado en los cojinetes (10 y 16). El piñón (9) se mantiene en posición por la tuerca (14) y la arandela (13); su reglaje se efectúa quitando o poniendo arandelas (11) hasta que el clip (12) se aloje en su lugar. La cremallera (6) se apoya en la caja de dirección (1) y recibe por sus dos extremos los soportes de la articulación (7), roscado en ella y que se fijan con las contratuercas (8). Aplicado contra la barra de cremallera (6) hay un dispositivo (19), de rectificación automática de la holgura que pueda existir entre la cremallera y el piñón (9). Este dispositivo queda fijado por la contratuerca (20). “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 80 Al girar el volante en uno u otro sentido también lo hace la columna de la dirección unida al piñón (9), que gira con ella. El giro de este piñón produce el movimiento de la barra de cremallera (6) hacia uno u otro lado, y mediante los soportes de articulación (7), unidos por unas bielas a los brazos de acoplamiento de las ruedas, se consigue la orientación de estas. Esta unión se efectúa como se ve en la figura inferior, por medio de una rótula (B), que permite el movimiento ascendente y descendente de la rueda, a cuyo brazo de acoplamiento se une. La biela de unión resulta partida y unida por el manguito roscado de reglaje (A), que permite la regulación de la convergencia de las ruedas. Sistema de reglaje en el mecanismo de cremallera El reglaje para mantener la holgura correcta entre el piñón (1) y la cremallera (2), se realiza por medio de un dispositivo automático instalado en la caja de dirección y que además sirve de guía a la cremallera. El sistema consiste en un casquillo (3) acoplado a la caja de dirección (4), en cuyo interior se desplaza un empujador (6) y tornillo de reglaje (7), que rosca en una pletina (8) fija con tornillo (9) al casquillo. Una vez graduada la holgura entre el piñón y la cremallera, se bloquea la posición por medio de la contratuerca (10). Existen varios sistemas de reglaje de la holgura piñón cremallera, pero los principales son los representados en las figuras. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 81 Sistemas de montaje Teniendo en cuenta la situación y disposición del motor en el vehículo, así como los otros órganos del mismo con respecto a la caja de la dirección, los fabricantes han adoptado diferentes sistemas de enlace entre la cremallera y los brazos de acoplamiento, adaptados a las características del vehículo. • Sistema lineal: el mas sencillo de todos ellos es el adaptado en los vehículos Simca y Renault, que consiste en unir directamente la barra de cremallera (2) a los brazos de las ruedas (6) a través de las bieletas o barras de acoplamiento (4). Estas bieletas se unen por un extremo a la cremallera (2) y, por el otro, al brazo de acoplamiento (6), por medio de unas rótulas (5); de esta forma se hace regulable la unión con las ruedas. Este sistema, completamente lineal, transmite el movimiento directamente de la cremallera a las ruedas directrices. • Sistema no lineal: el fabricante Peugeot utiliza un mecanismo que consiste en unir las ruedas por medio de una barra de acoplamiento (2) en paralelo con la cremallera (1), de lo cual resulta un ensamblaje no lineal, sino paralelo rígido y sin desmultiplicación. La barra (2) se desplaza, al mismo tiempo, con la barra de cremallera (1), ya que ambos elementos van unidos por medio de un pivote de acoplamiento o dedo (3). A los extremos de la barra se unen unos pivotes roscados (4) y el guardapolvos (8) que enlazan con las bieletas (6) de acoplamiento a las ruedas. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 82 Columna de la dirección Tanto en el modelo de la figura inferior como en otros, suele ir "partida" y unidas sus mitades por una junta cardánica, que permite desplazar el volante de la dirección a la posición mas adecuada de manejo para el conductor. Desde hace muchos años se montan en la columna dispositivos que permiten ceder al volante (como la junta citada) en caso de choque frontal del vehículo, pues en estos casos hay peligro de incrustarse el volante en el pecho del conductor. Es frecuente utilizar uniones que se rompen al ser sometidas a presión y dispositivos telescopicos o articulaciones angulares que impiden que la presión del impacto se transmita en linea recta a lo largo de la columna. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 83 En la figura inferior se muestra el despiece e implantación de este tipo de dirección sobre el vehículo. La carcasa (Q) o cárter de cremallera se fija al bastidor mediante dos soportes (P) en ambos extremos, de los cuales salen los brazos de acoplamiento o bieletas de dirección (N), que en su unión a la cremallera están protegidas por el capuchón de goma o guardapolvos (O), que preserva de suciedad esta unión. El brazo de acoplamiento dispone de una rótula (M) en su unión al brazo de mangueta y otra axial en la unión a la cremallera tapada por el fuelle (O). Esta disposición de los brazos de acoplamiento permite un movimiento relativo de los mismos “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 84 con respecto a la cremallera, con el fin de poder seguir las oscilaciones del sistema de suspensión, sin transmitir reacciones al volante de la dirección. La columna de la dirección va partida, por las cuestiones de seguridad ya citadas, y para llevar el volante a la posición idónea de conducción. El enlace de ambos tramos se realiza con la junta universal (B) y la unión al eje del piñón de mando (K) se efectúa por interposición de la junta elástica (D). El ataque del piñón sobre la cremallera se logra bajo la presión ejercida por el muelle (S) sobre el pulsador (R), al que aplica contra la barra cremallera de la parte opuesta al engrane del piñón, mientras que el posicionamiento de esté se establece con la interposición de las arandelas de ajuste (H). “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 85 Rótulas La rótula es el elemento encargado de conectar los diferentes elementos de la suspensión a las bieletas de mando, permitiendose el movimiento de sus miembros en planos diferentes. La esfera de la rótula va alojada engrasada en casquillos de acero o plásticos pretensados. Un fuelle estanqueizado evita la perdida de lubricante. La esfera interior, macho normalmente, va fija al brazo de mando o a los de acoplamiento y la externa, hembra, encajada en el macho oscila en ella; van engrasadas, unas permanentes herméticas que no requieren mantenimiento, otras abiertas que precisan ajuste y engrase periódico. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 86 Cotas de reglaje de la dirección Para que le funcionamiento de la de dirección resulte adecuado, es preciso que los elementos que lo forman cumplan unas determinadas condiciones, llamadas cotas de dirección o geometría de dirección, mediante las cuales, se logra que las ruedas obedezcan fácilmente al volante de la dirección y no se altere su orientación por las irregularidades del terreno o al efectuar una frenada, resultando así la dirección segura y de suave manejo. También debe retornar a la linea recta y mantenerse en ella al soltar el volante después de realizar una curva. Las cotas que determinan la geometría del sistema de dirección son: • • • • • Ángulo de salida Ángulo de caída Ángulo de avance Cotas conjugadas Convergencia de las ruedas Los nombres con que se han identificado los ángulos son los mas habituales, pero en bibliografía de origen no hispano pueden encontrarse que al avance se le llama Caster, a la salida kin-pin inclination, a la caída Camber, la convergencia Toe-in y la divergencia Toe-aut. Ángulo de salida Se llama ángulo de salida al ángulo (As) que forman la prolongación del eje del pivote, sobre el que gira la rueda para orientarse, con la prolongación del eje vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda y cuyo vértice coincide en A´. Este ángulo suele estar comprometido entre 5 y 10º, siendo en la mayoría de los vehículos de 6 a 7º. Esta disposición del pivote sobre el que se mueve la mangueta reduce el esfuerzo a realizar para la orientación de la rueda ya que, depende directamente de la distancia "d" (figura inferior) cuanto menor sea "d" menor será el esfuerzo a realizar con el volante para orientar las ruedas. Este esfuerzo será nulo cuando el eje del pivote pase por el punto "A", centro de la superficie de contacto del neumático con el suelo. En este caso solo habría que vencer el esfuerzo de resistencia de rodadura (Fr) correspondiente al ancho del neumático, ya que el par de giro seria nulo. En la practica "d" no puede ser cero ya que, entonces la dirección se volvería inestable. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 87 De la inclinación del eje del pivote resultan fuerzas de retroceso, las cuales, después del paso de una curva, hacen volver a las ruedas a la posición en linea recta en sentido de la marcha. Esto es debido a que al orientar la rueda para tomar una curva, como gira sobre el eje de pivote y éste esta inclinado. la rueda tiende a hundirse en el suelo, y como no puede hacerlo, es la carrocería la que se levanta, oponiendose a esto su propio peso, por lo cual, en cuanto se suelte el volante de la dirección, el peso de la carrocería, que tiende a bajar, hará volver la rueda a su posición de marcha en linea recta. Además el ángulo de salida, minimiza el efecto de las irregularidades de la carretera en el ensamblaje del conjunto de dirección. La presión de inflado de los neumáticos tiene una importancia vital en este ángulo, pues con menor presión, el punto "A´" se desplaza mas hacia abajo, aumentando la distancia "d" y, por tanto, el esfuerzo para girar las ruedas. Ángulo de caída Se llama ángulo de caída al ángulo"Ac" que forma la prolongación del eje de simetría de la “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 88 rueda con el vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda. Este ángulo se consigue dando al eje de la mangueta una cierta inclinación con respecto a la horizontal. Tiene por objeto desplazar el peso del vehículo que gravita sobre este eje hacia el interior de la mangueta, disminuyendo así el empuje lateral de los cojinetes sobre los que se apoya la rueda. La mangueta esta sometida a esfuerzos de flexión equivalentes a peso que sobre ella gravita (P) por su brazo de palanca (d). Con el ángulo de caída lo que se busca es reducir el brazo de palanca o distancia (d), por ello al inclinar la rueda, se desplaza el punto de reacción (A) hacia el pivote, con lo que el brazo de palanca o distancia (d) se reduce y, por tanto, también se reduce el esfuerzo a que están sometidos los rodamientos de la mangueta. El valor del ángulo de caída (Ac), que suele estar comprendido entre treinta minutos y un grado, hace disminuir el ángulo de salida (As), aunque mantiene se mantiene dentro de unos limites suficientes. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 89 Ángulo de avance Se llama ángulo de avance, al ángulo (Aa) que forma la prolongación del eje del pivote con el eje vertical que pasa por el centro de la rueda y en el sentido de avance de la misma. Cuando el empuje del vehículo se realiza desde las ruedas traseras (propulsión), el eje delantero es arrastrado desde atrás, lo que supone una inestabilidad en la dirección. Esto se corrige dando al pivote un cierto ángulo de avance (Aa), de forma que su eje corte a la linea de desplazamiento un poco por delante del punto (A) de apoyo de la rueda. Con ello aparece una acción de remolque en la propia rueda que da fijeza a la dirección, haciendo que el punto (A) de apoyo tienda a estar siempre en linea recta y por detrás de (B) punto de impulsión. Al girar la dirección para tomar una curva la rueda se orienta sobre el punto (B) fijado para el avance: esto hace que el punto (A) se desplace hasta (A´), creandose un par de fuerzas que tiende a volver a la rueda a su posición de linea recta ya que, en esta posición, al ser (d = 0), desaparece el par. De esta forma se consigue dar a la dirección fijeza y estabilidad, ya que las desviaciones que pueda tomar la rueda por las desigualdades del terreno, forman este par de fuerzas que la hacen volver a su posición de linea recta. El avance debe ser tal, que cumpla la misión encomendada sin perturbar otras condiciones direccionales. Si este ángulo es grande, el par creado también lo es, haciendo que las ruedas se orienten violentamente. Si el ángulo es pequeño o insuficiente, el par de orientación también lo es, resultando una dirección inestable. El ángulo de avance suele estar comprendido entre 0 y 4º para vehículos con motor delantero y de 6 a 12º para vehículos con motor trasero. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 90 Cotas conjugadas Las cotas de salida y caída hacen que el avance corte a la linea de desplazamiento por delante y hacia la derecha de punto (A). De ello resulta que, para vehículos de propulsión trasera, el empuje que se transmite el eje delantero pasa de éste a la rueda por el pivote, teniendo su punto de tiro en la rueda sobre el punto (B). Como la resistencia de rodadura actúa sobre su punto de apoyo (A), resulta un par de fuerzas que tiende a abrir la rueda por delante, debiendo dar una convergencia a la rueda para corregir esta tendencia. La convergencia será tanto mayor cuanto mas adelantado y hacia la derecha se encuentre el punto (B). Esta posición viene determinada por los ángulos de caída, salida y avance, lo que quiere decir que la convergencia depende directamente de estas tres cotas. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 91 En vehículos con tracción delantera, la fuerza de empuje está aplicada al mismo punto de apoyo de la rueda, siendo las ruedas traseras remolcadas sin ejercer efecto alguno sobre la dirección. No obstante, se les da un pequeño avance para mantener estable la dirección resultando, junto a las cotas de salida y caída, una convergencia que pueda ser positiva o negativa. Convergencia La convergencia o paralelismo de las ruedas delanteras es la posición que ocupan las dos ruedas con respecto al eje longitudinal del vehículo. Este valor se mide en milímetros y es la diferencia de distancia existente entre las partes delanteras y traseras de las llantas a la altura de la mangueta; está entre 1 y 10 mm para vehículos con propulsión y cero a menos 2 mm para vehículos con tracción. El ángulo de caída (Ac) y el de salida (As) hace que la rueda esté inclinada respecto al terreno y que al rodar lo haga sobre la generatriz de un "cono" lo que implica que las ruedas tienden a abrirse. Para corregir esto se cierran las ruedas por su parte delantera, con lo que adelanta el vértice del cono en el sentido de la marcha. La convergencia también contrarresta el par de orientación que se forma entre el empuje y el rozamiento de la rueda y que tiende a abrirla, siendo esta la razón de que los coches con propulsión tengan mayor convergencia que los de tracción, en efecto: debido al avance y salida, la prolongación del pivote corta al suelo en un punto mas adelantado y hacia el centro que el de apoyo del neumático. Si el coche lleva propulsión, la fuerza de empuje se transmite a la rueda delantera a través del pivote y la de resistencia se aplica en el punto de contacto del neumático, esto origina un par de giro que tiende a abrir las ruedas delanteras, cosa que no ocurre en vehículos con tracción ya que la fuerza se aplica en el punto de contacto. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 92 El ángulo de convergencia (Av) o desviación angular de las ruedas con respecto a la dirección de marcha, se expresa en función de las distancias (A) y (B) y de la cota (h), o bien, del diámetro de la llanta (d). La formula para calcular este ángulo es: El que el valor de la convergencia pueda ser positivo o negativo (divergencia) depende de los valores que tengan los ángulos de caída, salida y, ademas, de que el vehículo sea de tracción delantera o propulsión trasera. El valor de esta convergencia viene determinado por los valores de las cotas de caída, salida y avance. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 93 La convergencia, determinada en función del resto de las cotas de dirección, debe mantenerse dentro de los limites establecidos por el fabricante ya que, cualquier alteración produce la inestabilidad en la dirección; además debe ser igual en las dos ruedas. Una convergencia excesiva, al producir mayor tendencia en la orientación de las ruedas para seguir la trayectoria en linea recta, produce un desgaste irregular en los neumáticos que se manifiesta por el desgaste lateral que se produce en su banda de rodadura. • • En los vehículos con propulsión trasera, la resistencia a la rodadura de las ruedas delanteras crea un par que tiende a abrir ambas ruedas, para compensar este efecto, se contrarresta con un ángulo de convergencia positivo. En el caso de vehículos con tracción delantera, el problemas es distinto, el esfuerzo de tracción de las ruedas produce un par que actúa en sentido contrario que en el caso anterior, es decir tendiendo a cerrar las ruedas en vez de abrirlas, por consiguiente para compensar esta tendencia será necesario dar a las ruedas un ángulo de convergencia negativo (divergencia). Una excesiva convergencia respecto a la que nos da el fabricante, provoca un desgaste lateral en la zona exterior de los neumáticos. Una convergencia insuficiente provoca un desgaste lateral en el interior de los neumáticos. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 94 Suspensión independiente Las cotas de dirección varían de forma sustancial según sea el vehículo con dirección montada sobre eje rígido o sobre suspensión independiente. Excepto el ángulo de salida que apenas varia los demásángulos varían sensiblemente, debido al diferente montaje de las ruedas, que se mueven y separan entre sí, de forma distinta a como lo hacen las montadas sobre eje rígido. Otra característica a tener en cuenta es el creciente aumento del grosor de los neumáticos y disminución de la presión de los neumáticos. Los constructores de automóviles han determinado experimentalmente para cada caso los valores mas convenientes Así ocurre que el avance es mucho menor y en bastantes casos negativo, o sea, que el pivote va hacia atrás en vez de apuntar adelante. La caída es prácticamente nula (de 3/4º positivo a 1º negativo). La convergencia aun es positiva en la mayoría de automóviles (de 0 a 6 milímetros, como eje rígido); pero ya algunos la tienen negativa, o sea, que las ruedas abren hacia delante (divergencia). Comprobación Así pues, salvo deformación aparente por largo uso, carga excesiva o golpe, las cotas que deben comprobarse son: avance, caída, y convergencia, y precisamente por este orden, pues cada una influye en las siguientes. Si se tiene cuidado de no dar golpes de refilón a las ruedas contra los bordillos, piedra grandes, etc., no es fácil que se desregle la dirección por torceduras del eje o doblado de las bielas y palancas de la dirección, y, por tanto, el ajuste se limitará casi siempre a la convergencia, la mas sencilla de medir y corregir. La convergencia al ser una cota resultante directa de las otras tres cotas (salida, caída y avance), cualquier variación en cualquiera de ellas produce una desviación en la convergencia. Siendo esta cota la única fácil de corrección en el vehículo, para pequeñas desviaciones en la cotas de salida, caída y avance, en muchos talleres ante la dificultad de corrección en ellas se actúa corrigiendo la convergencia para compensar el efecto conjugado del conjunto. Los síntomas que denuncian alteración de las cotas y que aconsejan revisión especial son los siguientes: • • Desgaste de las cubiertas mas acentuado en una mitad de la banda de rodadura que en la otra: la causa será un ángulo de caída excesivo si el desgaste es hacia afuera del vehículo; si por el lado de dentro, caída insuficiente. Un achaflamiento con desgaste en borde afilado, si éste queda hacia dentro del vehículo denota exceso de convergencia; si por fuera, falta. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 95 En general, cualquier anomalía en el desgaste de las cubiertas aconseja revisar inmediatamente la alineación de las ruedas. Radio de giro máximo La distancia entre pivotes (a) que recibe el nombre de vía y la longitud e inclinación de los brazos de acoplamiento en función de la batalla (b) del vehículo, que corresponde a la distancia entre ejes, determinan una de las características de la dirección, como es su radio de giro máximo. Este radio viene determinado de forma que las ruedas puedan girar describiendo un circulo de diámetro cuatro veces mayor que la batalla del vehículo. El ángulo de viraje (Avi ) para un determinado radio de giro (R), según los triángulos rectángulos 0AB y 0CD de la figura inferior, se obtiene por la función trigonométrica de los ángulos que forman las ruedas en función de la batalla (b) del vehículo y del ancho de vía (a). Teniendo en cuenta que el radio de giro mínimo en los vehículos suele ser aproximadamente el doble de la batalla o distancia entre ejes: R = 2 b. El ángulo de viraje máximo entre las ruedas es: “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 96 Influencia del estado de los neumáticos en la Dirección Se ha estudiado, al explicar las cotas de dirección, la gran influencia de una presión del neumático defectuosa. Un neumático con presión baja es el peor defecto que puede permitirse en las ruedas, en cuanto a su economía. Además de desgastarse desigualmente, por los bordes de la banda de rodadura, según se muestra en la figura inferior, detalle 1, la destrucción es muy rápida, por la gran deformación a que está sometida la cubierta que, al rodar, produce tensiones y deformaciones con roces en los flancos que elevan su temperatura produciendo el corte de los tejidos que sirven para reforzar la goma. Una presión excesiva hace que la dirección sea mas suave, pero aumenta las trepidaciones y aumenta la fatiga en todas las articulaciones, desgastando la cubierta desigualmente por el centro de la banda de rodadura. Los defectos en la alineación de las ruedas influyen mucho en el desgaste rápido y desigual de las cubiertas e incluso con la sola observación de una rueda prematuramente desgastada un técnico puede deducir, aproximadamente la cota o cotas que han dado lugar al desgaste anormal. En líneas generales podemos decir que, excepto el avance que aunque sea excesivo no produce desgaste de los neumáticos, las otras cotas suelen producir los siguientes: “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 97 • • • Una caída anormal tanto positiva como negativa, crea en el neumático diámetros variables lo que hace que el diámetro más pequeño frote contra el suelo desgastando con gran rapidez los bordes de la banda de rodadura (parte exterior con exceso de caída y parte interior con exagerada caída negativa). La salida suele ser fija en casi todos los vehículos modernos, e influye en la caída por lo tanto si la primera se deforma, los desgastes producidos por la salida son los mismos que los que se deben a la caída. La convergençia, por poco que varíe, influye mucho en el desgaste de las cubiertas, si ésta es pequeña desgasta la parte interior del neumático derecho y si es superior a la debida desgasta la parte exterior del neumático izquierdo, en vehículos con conducción por la izquierda y lo contrario, en aquellos que ruedan por la derecha. El desgaste debido a esta cota, produce un leve reborde que puede apreciarse, pasando la mano por la banda de rodadura de dentro hacia fuera, y el debido a una divergencia anormal se aprecia pasando la mano en sentido contrario. Los desgastes anormales son siempre producidos por frote de la cubierta con el pavimento y es muy difícil establecer con exactitud la causa que puede producirlo, pues pueden ser varias a la vez. Además de las mencionadas por defecto de las cotas, influyen también, de una forma muy acusada, el "shimmy", presión de inflado, deformación del chasis, etc. Valores reales de las cotas de reglaje de un automóvil de la marca: Renault Laguna II “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 98 Dirección asistida Debido al empleo de neumáticos de baja presión y gran superficie de contacto, la maniobra en el volante de la dirección para orientar las ruedas se hace difícil, sobre todo con el vehículo parado. Como no interesa sobrepasar un cierto limite de desmultiplicacíon, porque se pierde excesivamente la sensibilidad de la dirección, en los vehículos se recurre a la asistencia de la dirección, que proporciona una gran ayuda al conductor en la realización de las maniobras y, al mismo tiempo, permite una menor desmultiplicación, ganando al mismo tiempo sensibilidad en el manejo y poder aplicar volantes de radio mas pequeño. La dirección asistida consiste en acoplar a un mecanismo de dirección simple, un circuito de asistencia llamado servo-mando. Este circuito puede ser accionado por el vacío de la admisión o el proporcionado por una bomba de vacío, la fuerza hidráulica proporcionada por una bomba “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 99 hidráulica, el aire comprimido proporcionado por un compresor que también sirve para accionar los frenos y también últimamente asistido por un motor eléctrico (dirección eléctrica). El mas usado hasta ahora es el de mando hidráulico (aunque actualmente los sistemas de dirección con asistencia eléctrica le están comiendo terreno) del que se muestra el esquema básico en la figura inferior. Puede verse en ella que el volante de la dirección acciona un piñón, que a su vez mueve una cremallera como en una dirección normal de este tipo; pero unido a esta cremallera se encuentra un pistón alojado en el interior de un cilindro de manera que a una u otra de las caras puede llegar el liquido a presión desde una válvula distribuidora, que a su vez lo recibe de un depósito, en el que se mantiene almacenado a una presión determinada, que proporciona una bomba y se conserva dentro de unos limites por una válvula de descarga. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 100 Ventajas e inconvenientes de la servodirección • • Ventajas: 1ª.- Reducen el esfuerzo en el volante, con menor fatiga para el conductor, ventaja muy conveniente en los largos recorridos o para las maniobras en ciudad. 2ª.- Permiten acoplar una dirección mas directa; es decir, con una menor reducción con lo que se obtiene una mayor rapidez de giro en las ruedas. Esto resulta especialmente adecuado en los camiones y autocares. 3ª.- En el caso de reventón del neumático, extraordinariamente grave en las ruedas directrices, estos mecanismos corrigen instantáneamente la dirección, actuando automáticamente sobre las ruedas en sentido contrario al que el neumático reventado haría girar al vehículo. 4ª No presentan complicaciones en el montaje, son de fácil aplicación a cualquier vehículo y no afectan a la geometría de la dirección. 5ª.- Permiten realizar las maniobras mas delicadas y sensibles que el conductor precise, desde la posición de paro a la máxima velocidad. La capacidad de retorno de las ruedas, al final del viraje, es como la de un vehículo sin servodirección. 6ª.- En caso de avería en el circuito de asistencia, el conductor puede continuar conduciendo en las mismas condiciones de un vehículo sin servodirección, ya que las ruedas continúan unidas mecánicamente al volante aunque, naturalmente, tenga que realizar mayor esfuerzo en el mismo. Inconvenientes: Los inconvenientes de estos mecanismos con respecto a las direcciones simples con prácticamente nulos ya que, debido a su simplicidad y robustez, no requieren un entretenimiento especial y no tienen prácticamente averías. Por tanto los únicos inconvenientes a destacar son: 1ª.- Un costo mas elevado en las reparaciones, ya que requieren mano de obra especializada. 2ª.- El costo mas elevado de este mecanismo y su adaptación inicial en el vehículo, con respecto a la dirección simple. Modelos de sistemas de servodirección hidráulica Uno de los mas empleados de este tipo de sistemas es el de Virex-Fulmina, cuya disposición de elementos corresponde al tipo integral (mando directo). Esta formada por un dispositivo hidráulico de accionamiento, montado en su interior, y un mecanismo desmultiplicador del tipo sinfín y tuerca. El circuito hidráulico esta constituido (figura inferior) por una bomba de presión (2) accionada por el motor del vehículo y cuya misión es enviar aceite a presión al dispositivo de mando o “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 101 mecanismo integral (1) de la servodirección. El aceite es aspirado de un depósito (3) que lleva incorporado un filtro para la depuración del aceite. La conducción del aceite a presión entre los tres elementos se realiza a través de las tuberías flexibles (4, 5 y 6) del tipo de alta presión. El émbolo (1) del dispositivo hidráulico (figura inferior), alojado en el interior del mecanismo de la dirección, actúa al mismo tiempo como amortiguador de las oscilaciones que se pudieran transmitir desde las ruedas a la dirección. Por ejemplo, en caso de un reventón en una de las ruedas, la válvula de distribución (2) reacciona automáticamente en sentido inverso al provocado por el reventón; esto permite al conductor mantener el control del vehículo hasta poderlo parar con solo mantener sujeto el volante. Existe ademas, un dispositivo hidráulico de reacción de esfuerzos sobre el volante, proporcional al esfuerzo realizado por la dirección, que permite al conductor conocer las reacciones del vehículo en todo momento, haciendo la dirección sensible al mando. Como hemos visto hasta ahora la dirección asistida se divide en lo que hemos llamado dirección simple o mando mecánico y en el sistema de asistencia a la dirección o mando hidráulico. Dispositivo de mando mecánico El mando mecánico esta formado por un mecanismo desmultiplicador de tornillo sinfín y tuerca. El husillo del sinfín (3), unido al árbol de la dirección, va apoyado, a través del dispositivo elástico de la válvula distribuidora (2) sobre dos rodamientos axiales. El giro del volante se transmite del husillo (3) a la tuerca (4), que se desplaza longitudinalmente empujado al émbolo de mando (1) unido a ella. El émbolo va unido, a su vez, a través de una biela (5), a la manivela (6) que hace girar al eje (7) y al brazo de mando (8). “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 102 Dispositivo de mando hidráulico La válvula de distribución (figura inferior), situada en el interior del cuerpo central de la servodirección, esta formada por una caja de válvulas (1), en cuyo interior se desplaza una corredera (2) movida por el árbol de la dirección (3). Esta válvula canaliza, según la maniobra realizada en el volante, el aceite a presión hacia uno u otro lado del émbolo (4) de doble efecto. Mientras no se actúa sobre el volante; las válvulas se mantienen abiertas por estar situada la corredera en su posición media. Esta posición es mantenida por un dispositivo elástico de regulación por muelles (5), que tienen una tensión inicial apropiada a las características del vehículo. En esta posición el aceite tiene libre paso de entrada y salida por el interior del distribuidor sin que realice presión alguna sobre las caras del émbolo. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 103 Al girar el volante para tomar una curva, es necesario vencer previamente la fuerza de resistencia que oponen los muelles para actuar las válvulas; esto hace que, para maniobras que requieren poco esfuerzo sobre el volante, las válvulas no actúan, realizandose la maniobra con el dispositivo mecánico sin intervención del mecanismo de asistencia. Vencido ese pequeño esfuerzo, y para mayores maniobras con el volante, las válvulas actúan desplazandose en uno u otro sentido y contando el paso de aceite a presión en una de las caras del émbolo. La presión del aceite sobre la otra cara del émbolo ayuda al conductor a realizar la maniobra necesaria. En las figuras inferiores pueden verse el funcionamiento y como se desplaza la corredera y los anillos que forman las válvulas, así como el paso de aceite al lado correspondiente del émbolo. El aceite sin presión, desalojado por el émbolo es expulsado a través de la válvula correspondiente nuevamente al depósito. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 104 La presión de aceite necesaria en cada maniobra es regulada automáticamente en función del esfuerzo de reacción necesario para hacer girar las ruedas del vehículo. Este esfuerzo de reacción depende de la carga que gravita sobre las ruedas del estado de los neumáticos y de la velocidad del vehículo en el momento de efectuarse la maniobra. Para cada presión de maniobra, que oscila de 0 a 70 kg/cm2, se produce un autoequilibrio en las válvulas que regulan con su mayor o menor paso de aceite la presión necesario. En el interior del cuerpo de válvulas, y situada entre los conductos de entrada y salida de aceite, hay instalada una válvula de seguridad que, en caso de avería en el sistema hidráulico, establece automáticamente la circulación continua de aceite sin transmitir presión de uno al otro lado del émbolo. Con esto se anula el peligro de bloqueo en la dirección y se permite la conducción mecánica sin la ayuda de la servo-dirección. Dada la misión que cumple esta válvula, esta prevista de forma que, ni por desgaste no por causa accidental, pueda anularse su funcionamiento. Bomba de presión El tipo de bomba empleado en estas servodirecciones es el de tipo de paletas que proporciona un caudal progresivo de aceite hasta alcanzar las 1000 r.p.m. y luego se mantienen prácticamente constante a cualquier régimen de funcionamiento por medio de unos limitadores de caudal y presión situados en el interior de la misma. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 105 El limitador o regulador de caudal está formado por una válvula de pistón (1) y un resorte tarado (2), intercalados entre la salida de la cámara de presión y el difusor de la bomba; hace retornar el caudal sobrante al circuito de entrada. El limitador de presión esta formado por una válvula de asiento cónico o una esfera (3) y un resorte tarado (4), que comunica la salida de aceite con la parte anterior del difusor. El accionamiento de la bomba se efectúa por una polea y correas trapeciales acopladas a la transmisión del motor. Servodirección hidráulica coaxial Esta servodirección se caracteriza por llevar el sistema de accionamiento hidráulico (cilindro de doble efecto) independiente del mecanismo desmultiplicador, aplicando el esfuerzo de servoasistencia. coaxialmente, es decir, en paralelo con el sistema mecánico. La servodirección coaxial puede aplicarse a cualquier tipo de dirección comercial, ya sea del “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 106 tipo sinfín o de cremallera. El circuito hidráulico esta formado por un depósito (1) y una bomba que suministran aceite a presión a la válvula distribuidora de mando (2). Esta válvula acoplada a la dirección, es accionada el mover el volante y tiene como misión dar paso al aceite a una u otra cara del émbolo del cilindro de doble efecto (3). El cilindro puede ir acoplado en el cuerpo de válvulas o acoplado directamente al sistema direccional de las ruedas (bieletas) como ocurre en las direcciones de cremallera. Colocación, despiece y funcionamiento de un sistema de servodirección en el vehículo de la marca Audi 100 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 107 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 108 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 109 Esquema de situación y funcionamiento de un sistema de servodirección de un vehículo de la marca Audia 80 Quattro. “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 110 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 111 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 112 “Educar con el corazón de Don Bosco” 120 años al servicio de los jóvenes Educar evangelizando y evangelizar educando, mediante una formación continua y de calidad 113
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