Historia de los amortiguadores http://www.automotriz.biz/coches/car-m http://www .automotriz.biz/coches/car-maintenance/general-caraintenance/general-carmaintenance/124582.html Un amortiguador es un dispositivo que se utiliza para suavizar las sacudidas o golpes y dispersar la energía cinética. Los amortiguadores son cruciales en la motocicleta y de la suspensión del automóvil, en el tren de aterrizaje para aviones y como parte de los sistemas de apoyo para máquinas industriales. Una gran versión del amortiguador se utiliza a veces en la ingeniería estructural para añadir estabilidad y disminuir los daños causados por terremotos y otros desastres. l amortiguador es por lo general un cilindro que contiene un pistón deslizante que es amortiguado por el !uido "idráulico o de aire. #ipos $e"ículos tipos de amortiguadores incluyen dos amortiguadores tubulares, "elicoidales sobre amortiguadores, amortiguadores presurizados, mono%tubo de pared simple o de c"oques, golpes, c"oques depósito e&terno de derivación y los c"oques duales.
Primera mortiguadores n '()(, el ciclista *rancés + #ru-ault #ru-ault introdujo el primer amortiguador en su bicicleta. onsistía en suspensión tenedor *rontal con muelles y un dispositivo que minimiza las vibraciones. l pró&imo año, #ru-ault #ru-ault y americano auto entusiasta d/ard 0ar*ord colaboraron en el primer amortiguador ajustable. n ')1', 2 3ea4ley 3ea4ley basa en sus es*uerzos es*u erzos con un diseño de suspensión su spensión independiente a principios de que cada rueda se apoya de *orma independiente. 0idráulico 5uspensión n ')1', L 0oroc4 creó el primer amortiguador modernizada y lo llamó el 6amortiguador telescópico.6 Los amortiguadores amortiguadores *abricados "oy en día todavía se basan en su concepto inicial. l pró&imo año, los amortiguadores "idráulicos comenzaron a atraer la atención de los corredores de automóviles, constructores de autos de carrera y la mecánica. 7urante la temporada de carreras de ')18 y ')19, se utilizó ampliamente suspensión "idráulica.
!uspensi"n h#brida Una serie de avances básicos se "icieron para los amortiguadores en los pró&imos pró&imos años, pero estaban todavía poco di*undidos. n ')1(, :ord lanzó el odelo #, con un sistema de suspensión "íbrido que se compone de suspensión de ballestas tradicional combinado con dos muelles montados sobre los ejes. ás tarde ese mismo año, el *rancés . 0oudaille creó el primer amortiguador "idráulico que tenía alguna ;abilidad real.
7esde ')1) "asta la década de ')81, "abía muy avances, a pesar de los trabajos en curso con los nuevos sistemas de *ricción. n ')98 =ac4ard presentó un amortiguador que podría ser ajustado por el conductor. sto *ue seguido de cerca por el coc"e e&perimental de :irestone, la 5tout%5carab, que utiliza un sistema de suspensión neumática de cuatro *uelles de goma en lugar de muelles tradicionales. 2ire para el sistema *ue entregado por los compresores que se adjunta a cada abajo.
$odern !uspensi"n 7urante los pró&imos >1 años, aparecieron nuevos sistemas, como amortiguadores "idráulicos de onroe, suspensión del puntal de arl 5. ac="erson y un sistema de bobina independiente utilizado por ?eneral otors, 0udson otors y "rysler. =oco a poco, la mayoría de los *abricantes de automóviles comenzaron a con;ar en los sistemas "idráulicos y amortiguadores telescópicos. n ')(8, se patentó el sistema de suspensión activa, y en ')(>,
!%!P&'!()' *& %' %+,$)( http://www.sabelotodo.org/automoil/suspension.html =ara reducir los e*ectos incómodos de las irregularidades del camino, los automóviles están dotados de un sistema de su spensión. l objetivo de este sistema es evitar que estas oscilaciones se transmitan a los pasajeros o la carga. sto se logra a través de un conjunto de uniones elásticas bien elaboradas que constituyen el sistema de suspensión. l sistema de suspensión comienza en el mismo neumático, capaz de 6alisar6 las irregularidades más pequeñas del camino, debido a su propia naturaleza elástica, y termina en el asiento, @ltimo eslabón de la cadena camino%pasajero.
,scilaciones 0 su inuencia. 7urante el movimiento de un ve"ículo por un camino se pueden producir oscilaciones muy variables en cuanto a amplitud y *recuencia, dependiendo del camino y la velocidad del ve"ículo. l *enómeno de la in!uencia de las oscilaciones en la sensación de con*ort del viaje "a sido estudiado desde "ace muc"o tiempo. 7e estos estudios se "a establecido que las oscilaciones mas perjudiciales son aquellas de baja *recuencia Aentre 81 y '>1 0zB que están pró&imas a las *recuencias naturales de oscilación de los órganos internos del ser "umano. :recuencias mas altas o mas bajas son mas tolerables, aunque por ello no dejan de ser incómodas.
Los sistemas de suspensión de los automóviles se diseñan especialmente para amortiguar lo mayor posible las oscilaciones mas perjudiciales y tratan a su vez de minimizar el e*ecto de todas las otras.
omo 3unciona un sistema de suspensi"n uando se "abla de suspensión, nos estamos re;riendo a un sistema en el cual, un objeto se mantiene suspendido en el aire apoyado o suspendido sobre una unión elástica con otro objeto que sirve de apoyo sobre el suelo. #odos sabemos que un cuerpo suspendido adquiere movimiento si sobre él se realiza una *uerza, "abremos podido darnos cuenta que la velocidad que adquiere el cuerpo en un tiempo determinado dependerá de la masa ApesoB del cuerpo, así tenemos que nos cuesta muc"o es*uerzo poner en movimiento un cuerpo pesado como un automóvil, empujándolo, mientras que con muy poco es*uerzo podemos poner en movimiento empujando una bicicleta. ste *enómeno de oponer resistencia al movimiento de acuerdo a la masa se conoce como inercia. ste *enómeno de la inercia es el que da pie a la =osibilidad de suspensión.
elaborar
sistemas
de
l esquema A;g. 'B muestra un cuerpo =esado que representa el peso del automóvil suspendido por un elemento elástico AresorteB que se apoya sobre otro cuerpo más ligero que representa los neumáticos.
ig
1
squema
2mortiguador 5i a"ora aplicamos una *uerza vertical de corta duración al apoyo para levantarlo, tal y como sucede cuando un cuerpo en movimiento encuentra una protuberancia del camino, el apoyo, de poca inercia reacciona con *acilidad y se mueve en dirección vertical copiando el per;l de la protuberancia. =ero no pasa lo mismo con el cuerpo pesado, este @ltimo o*rece una mayor resistencia al movimiento debido a su elevada inercia, por lo que la subida del apoyo se produce principalmente a e&pensas de la contracción del resorte, reduciendo notablemente el e*ecto de subida del cuerpo pesado, no obstante el cuerpo pesado siempre se moverá alguna cantidad. ste elemental esquema mecánico constituye la esencia de los sistemas de suspensión.
mortiguador l sistema de suspensión descrito arriba adolece aun de un gran problema. uando un sistema elástico se saca de su posición de equilibrio, es decir, se estira o encoge el resorte separando o juntando los cuerpos, y luego se suelta,
el sistema no vuelve directamente a la posición de equilibrio, si no que comienza a oscilar alrededor de ella, un tiempo mas o menos largo, en dependencia de la resistencia al movimiento que encuentre. n el caso que nos ocupa, la resistencia al movimiento del cuerpo pesado se limita a la resistencia del aire que lo rodea y a las pérdidas internas del material del resorte, esta resistencia es en general muy pequeña y el sistema se mantendrá oscilando por largo tiempo. ste e*ecto de oscilación por largo tiempo después de "aber sucedido el evento perturbador es a todas luces indeseado, y en la práctica se resuelve con el uso del amortiguador. l amortiguador es un dispositivo colocado entre el cuerpo suspendido y el apoyo, en paralelo con el resorte, que produce una cierta resistencia al movimiento mutuo. sta resistencia "a sido calculada y probada para in!uir poco en el *enómeno de movimiento mutuo cuando se produce la perturbación, pero que amortigua rápidamente la posibilidad de la oscilación natural del sistema elástico después.
omponentes de la suspensi"n Un sistema de suspensión moderno de un ve"ículo de carretera tiene los componentes siguientesC
• • • • • •
l neumático l mecanismo de soporte l amortiguador. La barra estabilizadora. Los soportes elásticos de la carrocería. l asiento de los pasajeros.
#odos estos elementos participan en mayor o menor grado en la disminución de la transmisión de las oscilaciones del camino, yDo las generadas por las partes en movimiento del propio ve"ículo, a los pasajeros o a la carga.
&l neum6tico: l sistema de suspensión en el automóvil comienza en el contacto del neumático con el camino. La propia elasticidad del cauc"o relleno de aire proporciona un enlace muy elástico capaz de moverse por un camino sin apenas transmitir las oscilaciones de pequeña magnitud al resto del ve"ículo. La presión de in!ado repercute muc"o en la capacidad del neumático de evitar la transmisión de ondulaciones al ve"ículo. Una presión e&cesiva endurece el neumático y esta rigidez di;culta la absorción y se empeora la suspensión.
La propia naturaleza del neumático es muy importante, así tenemos que los de cuerdas radiales son más elásticos que los de cuerdas diagonales, y por tanto mejores en la suavidad de la suspensión
&l mecanismo de soporte: 5iempre, el elemento que soporta las ruedas se conecta a la carrocería a través de un mecanismo muy elástico que permite el movimiento relativo de las ruedas y la carrocería, tal y como se representa esquemáticamente en el sistema de suspensión elemental tratado arriba como un resorte. ste mecanismo en la práctica tiene dos diseños básicos. je de carga transversal con una rueda en cada e&tremo, unido a la carrocería a través de un elemento elástico de soporte de carga. ecanismo trapezoidal independiente por cada rueda, unido a la carrocería a través de un elemento elástico de soporte de carga. Aonocido como suspensión independienteB. ste elemento elástico de unión puede tener di*erente naturaleza como veremos más abajo, no obstante de a"ora en adelante se le llamarán muelles. n la descripción del sistema elemental de suspensión descrito más arriba se "a anotado la importancia de que el elemento de apoyo sea sustancialmente más ligero que el elemento suspendido, mientras más grande sea la masa suspendida en relación a la masa de apoyo, mejor serán absorbidas las irregularidades del terreno. =or eso los *abricantes de automóviles tratan de aligerar lo más posible las partes del automóvil que corresponden al mecanismo de suspensión es decir las que están por debajo de los muelles. stos elementos serían los propios neumáticos, los mecanismos de montaje de las ruedas, los *renos y los ejes o mecanismos de carga.
$uelles: Los muelles, son con muc"o, el elemento más importante en la absorción de las irregularidades del terreno, estos elementos elásticos que "emos convenido en llamar muelles pueden serC
• • • • •
Eesortes de acero en espiral. Eesortes de acero en "ojas superpuestas. Folsas de aire. Farra de torsión. ombinaciones de ellos.
7esortes de acero en espiral:
Fig. 2 Muelles
stos tipos de muelles son los más utilizados en los automóviles ligeros, resultan ser como se muestra en la ;gura 8, un grueso alambre de acero al manganeso templado arrollado como un cilindro en espiral ascendente, generalmente de diámetro y paso constantes. stos resortes tienen la característica de que la distancia de compresión es proporcional a la carga que soportan, es decir para carga doble se reducen a la mitad de tamaño. sto los "ace muy elásticos y por lo tanto @tiles para las suspensiones más suaves como las de los automóviles de pasajeros y la suspensión delantera de los camiones ligeros, donde la carga no varía de manera notable entre el ve"ículo vacío y cargado. n los camiones pesados donde la di*erencia entre ve"ículo vacío y cargado es muy grande no son apropiados ya que si se *abrican de acuerdo al peso de la carga, resultarán muy rígidos cuando el ve"ículo marc"e vacío. Gtra ventaja de estos muelles es que son de relativa pequeñas dimensiones para la carga que soportan. Una desventaja de los muelles de espiral es que ellos en sí mismos no sirven para producir sujeción entre el eje de las ruedas y la carrocería, por lo que deben estar acompañados de unos tensores de agarre a ese ;n. n el esquema de la izquierda A;gura 9B puede verse un típico montaje del muelle en espiral, nótese que está colocado dentro de un mecanismo de palancas en *orma de "orquillas, que unen el eje de la rueda Aaro rojoB al ve"ículo, a través de los puntos de pivote Apuntos rojos en las "orquillasB, stas "orquillas pueden pivotar en esos puntos permitiendo el movimiento relativo de la rueda en dirección vertical, pero impiden movimiento relativo alguno Figura 3. Montaje muelle en en dirección "orizontal, con lo que se espiral garantiza que la rueda y el ve"ículo estén rígidamente unidos durante las *renadas. Una vista más real de este mecanismo puede verse en la ;gura H de la derec"a. l rectángulo negro representa la rueda delantera montada sobre un eje saliente de una pieza en cuyos e&tremos "ay unas articulaciones de bola que a su vez se acoplan a las "orquillas del mecanismo de suspensión. sas articulaciones de bolas permiten al eje de la rueda el movimiento relativo adecuado con las "orquillas tanto en la dirección vertical, así como en el ángulo direccional. Una gruesa pieza de acero está rígidamente acoplada al
ve"ículo y a en ella se acoplan las "orquillas y se soporta el muelle de carga. l cilindro que se observa dentro del muelle es el amortiguador cuya utilidad se e&plicó más arriba y se detalla más abajo. ste no es el @nico diseño del mecanismo de soporte, este es generalmente utilizado para la suspensión delantera independiente, de ve"ículos con tracción trasera, la utilización de la Figura 4. Montaje muelle en espiral vista real tracción delantera, donde una barra de transmisión se acopla al centro de la rueda, impide la colocación del muelle en esa posición por lo que se acude a otros diseños que liberan el espacio para esta barra.
Muelles de hojas superpuestas: 2bundantemente utilizados en los ve"ículos de carga por su simplicidad y larga duración, los muelles de "ojas o ballestas A;gura >B están construidos por Figura 5. Muelles de hojas la superposición de "ojas de superpuestas acero al manganeso templado de di*erente longitud como se muestra en la ;gura de la izquierda. La razón por la que se *abrican de este modo se e&plica por lo siguienteC
stos muelles *uncionan como una placa plana curvada que se !e&iona al aplicarle una carga, la práctica demuestra que la ;gura geométrica de este tipo más elástica y ligera es la placa plana más anc"a en el centro y terminada en punta en los e&tremos tal y como se muestra a continuación en la ;gura I. l dibujo ' representa la *orma de la placa plana cuya !e&ión es la mayor posible con una carga para determinada resistencia, obsérvese la *orma, tiene el má&imo anc"o en el centro, y termina aguzada.
Figura 6. Geometría muelles de hojas superpuestas soportar
2bajo en el dibujo 8 la misma placa mostrando la sección lateral curvada y la *uerza : en el centro, tal y como se usaría en el automóvil para la carga.
5i *abricamos nuestra ballesta con la placa plana óptima y más !e&ible, resultaría demasiado anc"a para ser colocada en el poco espacio donde debe ir, por eso, lo que se "ace es cortar en tiras esa planc"a y colocarlas unas encima de las otras para *ormar un paquete que reduce notablemente las dimensiones pero conserva la elasticidad má&ima.
Bolsas de aire 2 partir del desarrollo de cauc"os y ;bras de re*uerzo cada vez más resistentes, las bolsas de aire como elemento !e&ible, "an ido adquiriendo más y más utilización en los ve"ículos dotados con *renos de aire donde el aire comprimido está disponible. stas bolsas de aire proporcionan una suspensión muy suave y su;cientemente duradera. La ventaja principal de las bolsas de aire comparadas con el resto de los muelles es que su presión interior puede ser modi;cada de acuerdo a la carga y con ello mantener la misma altura en el ve"ículo cargado y el vacío además de proporcionar casi la misma suavidad de marc"a con independencia de la carga aprovec"ando la compresibilidad del aire interior. n principio, estas bolsas de aire se montan de la misma manera que los muelles en espiral, sustituyendo estos, pero acompañadas de un sensible mecanismo neumo%mecánico de control de presión. n la *oto de la derec"a A;gura (B puede verse un típico montaje de las bolsas de aire en un camión pesado. stas bolsas de aire no sostienen el eje en su sitio tal y como los muelles en espiral, por lo que el uso de tensores de soporte es necesarios.
Barra de torsión: La barra de torsión como elemento de soporte de la carga es también muy utilizada. n este caso la rueda está montada en Figura . Montaje !olsas de aire un mecanismo oscilante que pivota en "amión. alg@n punto de unión a la carrocería tal y como se vio en el caso de los muelles de espiral. sta pieza pivotante para
moverse con respecto a la carrocería tiene que torcer una barra de acero templado que está ;ja en el otro e&tremo al ve"ículo, de manera que el peso del automóvil mantiene la barra parcialmente torcida, con los aumentos y disminuciones de la carga al transitar por las irregularidades del camino la barra absorbe los movimientos verticales del neumático torciéndose más o menos. stas barras de torsión pueden estar transversal o longitudinalmente al ve"ículo. n la ;gura ) se muestra un esquema de montaje de una suspensión delantera con barras de torsión longitudinales al ve"ículo. Gbserve que cada rueda está montada en una "orquilla que que pivota en dos puntos y está a su vez acoplada al e&tremo curvo de una barra de torsión, de manera que debe torcer esta barra para poder moverse en sentido vertical. l otro e&tremo de la barra de torsión está rígidamente sujeto al cuerpo del ve"ículo.
Figura #. $s%uema montaje Gbserve que la utilización de las barras suspensión delantera de torsión *acilita el paso de las barras de transmisión del movimiento a la rueda tan comunes "oy en los ve"ículos ligeros de tracción delantera.
&l amortiguador: 2l principio del tema se "a descrito la *unción del amortiguador, a"ora detallaremos en su construcción. rróneamente muc"as personas piensan que el amortiguador participa en el soporte de carga del ve"ículo. Lo real es que el amortiguador, aunque importante para mejorar la suavidad de la suspensión y la estabilidad del ve"ículo en caminos tortuosos, no es imprescindible, de "ec"o la mayor parte de los ve"ículos que circulan por el mundo lo "acen con los amortiguadores en mal estado o sin ellos.
mortiguadores de 3ricci"n: Los primeros amortiguadores eran de *ricción o rozamiento, la ;gura '1 muestra uno típico, están constituidos por dos brazos, uno de los cuales se acopla al mecanismo de la rueda, y el otro a la carrocería del ve"ículo. sos brazos terminan en unos discos separados por un material de *ricción y apretados por una pieza de acero templado que *unciona como resorte de dia*ragma. Un perno en el centro mantiene el conjunto y sirve además para apretar más o menos el resorte de dia*ragma y así lograr mayor resistencia por
*ricción al movimiento relativo de los brazos. uando el ve"ículo transita por un camino abrupto y las ruedas suben y bajan copiando el per;l del terreno las ruedas se mueven "acia arriba y "acia abajo con respecto al ve"ículo comprimiendo los muelles de la suspensión, estos brazos o*recen resistencia al movimiento para amortiguar las posibles oscilaciones libres del sistema y "acer más con*ortable el camino.
Figura &'.
stos amortiguadores aunque e*ectivos eran de doble acción, es decir se oponen al movimiento relativo de las ruedas y el ve"ículo en las dos direcciones, tanto cuando la rueda sube respecto al ve"ículo como cuando bajan. ste doble e*ecto es en ocasiones indeseado porque 6endurecen6 un tanto la suspensión, además su duración no es muy larga ya que el material de *ricción está sometido a un severo trabajo de desgaste especialmente en caminos accidentados. 0oy en día los amortiguadores de *ricción para los automóviles "an caído en desuso y en su lugar se utilizan los amortiguadores "idráulicos.
mortiguadores hidr6ulicos: La ;gura '' a la derec"a muestra un esquema del *uncionamiento del amortiguador "idráulico de simple acción. Los aros negros son los lugares por donde el Figura &2. amortiguador se ancla a la carrocería y al soporte de la rueda respectivamente, de manera que durante el movimiento relativo de las ruedas los aros de separan y acercan. =ara "acerlo el vástago acoplado al cilindro superior y en cuyo e&tremo "ay un pistón, debe moverse dentro del aceite que contiene el otro cilindro "erméticamente sellado. =ara que el pistón se mueva, debe trans*erirse el aceite de un lado al otro del pistón, a través de los agujeros practicados en él. stos agujeros son de di*erente diámetro, de manera que por uno de ellos el aceite !uye con relativa di;cultad mientras que por el otro Ade mayor diámetroB, el aceite pasa libremente. Una válvula de simple acción cierra o abre el ori;cio grande en dependencia de la dirección de movimiento del vástago. 7e esta *orma durante la carrera de compresión la válvula se abre y el vástago baja libremente, mientras que en la carrera de e&pansión, la válvula se cierra y el amortiguador o*rece gran resistencia al movimiento porque el aceite !uye con muc"a di;cultad por el pequeño agujero.
La parte superior está llena de gas Aaire u otroB lo que permite utilizando la compresibilidad del gas, que el aceite se contraiga o dilate con los cambios de temperatura y además absorbe los pequeños movimientos de las ruedas en las irregularidades menores del camino.
2unque este es el principio básico de operación, la b@squeda de mayores prestaciones y durabilidad, "an "ec"o que los *abricantes de amortiguadores "idráulicos "ayan creado verdaderos ingenios mecánicos en el interior, utilizando m@ltiples cilindros, válvulas m@ltiples, resistencia al movimiento di*erente en ambas direcciones y toda clase de mejoras. Las *otos de la izquierda A;guras '8 y '9B muestran vistas de amortiguadores reales, observe la *oto de abajo, los muelles de espiral de la suspensión están incorporados como un conjunto con los propios amortiguadores, especialmente en las motocicletas. Los amortiguadores son parte de la suspensión como un conjunto, y "an sido elaborados y probados estrictamente para esa suspensión, no es bueno, ni recomendable utilizar amortiguadores di*erentes a los previstos por el *abricante como "ace muc"a gente, el resultado puede ser indeseable y además puede perjudicarse notablemente la estabilidad del ve"ículo. Lo mismo sucede con la *orma de montaje, el lugar y el ángulo conque están montados los amortiguadores es parte integrante del trabajo adecuado de estos aparatos, modi;carlos puede ser peligroso.
(a !arra esta!ili)adora:
uando el a sean
ve"ículo entra en una curva, la carrocería tiende inclinarse "acia *uera. sto provoca que las ruedas que van por la parte e&terior de la curva sometidas a una mayor *uerza dinámica, que se traduce en un mayor peso sobre la suspensión. Jnversamente, las ruedas internas se descargan. =or ello se puede observar una compresión de la suspensión del lado e&terno y una e&tensión por el lado interno.
Figura &4.
ste e*ecto puede llegar a "acer que alguna de las ruedas internas pierda el contacto con el
pavimento. La elasticidad asociada a la barra determina cuan e*ectiva es para contrarrestar la inclinación del ve"ículo. sta elasticidad típicamente viene dada por el diámetro de la barra. Una barra muy elástica no trans*erirá muc"a *uerza desde una rueda a otra, por lo que no será muy e*ectiva para impedir la inclinación. Una barra rígida trans*erirá mayor *uerza, pero esto impactará en el con*ort de conducción, ya que si u na rueda circulando en línea recta pasa por sobre un obstáculo, perturbará más la rueda opuesta que una barra muy elástica.
