CLASES DE CHASIS - SUSPENSION Y FRENOS CONTENIDO 2.pdf

ingeniería automotriz educación

1. UniversidadPolitécnicaSalesiana
CarreradeIngenieríaAutomotriz
Asignatura:
Chasis,suspensiónyfrenos.
Unidad:Sistemadesuspensión.
Ing.RogelioLeónJ.M.Sc.
CarreradeIngenieríaAutomotriz
UniversidadPolitécnicaSalesiana
P61-2022.

2. Generalidades.
Sistemasdesuspensiónconvencional.
Sumisiónesladeevitaralmáximoquelasincidenciasdelacarreterase
trasmitanalosórganosdelvehículoyquesemantengasiempreelcontacto
delneumáticoconelpavimento,afinde:
•Protegeralosocupantesyalvehículodelasirregularidades.
•Mejorarelfuncionamientodeladirecciónpermitiendounabuenaestabilidad.
•Contribuiralaseguridadactivadelvehículo.

3. 3
Elconceptodediseñodelasuspensióndeunvehículovienedeterminadopor
diferentesfactorescomolacargadeleje,elespacio,elrecorrido,etc.
Aspectostanimportantescomoelconfortylaestabilidadolafacilidadde
sustituciónsoncriteriosparaquelosconstructoressedeclinenporuntipouotro.

4. 4
Existenvariasdisposicionesdesuspensión.
Seutilizanenlosvehículosenfunciónde:
•Lasprestacionescomoconfortyestabilidad.
•Elaccionamientodelasruedasdelanterasotraseras
•Elpropiodiseñodelvehículo
Lassuspensionesmecánicasoconvencionalesseclasificanentresgrupos:
•Suspensionesrígidas
•Suspensionessemirrígidas
•Suspensionesindependientes

5. 5
Suspensiónrígidas
Lasdosruedasvanmontadassobreunmismoeje.
Todomovimientodeunarueda,alpasarunaccidentedelterreno,repercuteenla
otraruedaysobrelospasajeros,produciendounaincomodidadyunaoscilaciónde
lacarrocería.
Actualmente,elejerígidoestásiendoreemplazadoenlosturismosporelsistema
desuspensiónderuedasindependientes,enelcuallasoscilacionesdeunarueda
noinfluyensobrelaotra.
Unodelosinconvenientesmásimportantesdelasuspensiónrígidaesquecuando
laruedapasaunobstáculo,lacarroceríanoconservasuposiciónhorizontal.

6. 6
Lasuspensióndeejerígidoestáformadaporunavigademetal,unidaala
carroceríaatravésdelsistemadesuspensiónydeamortiguación,yquese
extiendealoanchodelvehículo.

7. 7
Enlafigura(1)semuestraunejerígidodeuntrentraseroactuandodeeje
propulsor.
Estácompuestoporlaunióndedostubosdeformacónica,denominados
trompetas,quesirvendealojamientoalospalieres,conunagrancavidadcentral
quealojanaldiferencial.
Comoelementoelástico,utilizalaballestayelamortiguadortelescópico.
Enlafigura2semuestraunejerígidodeuntrentraseroparaunvehículode
traccióndelantera.Estáconstituidoporunejeunidoaloscubosdelasruedasa
travésdelasmanguetasyrodamientos.Sobreesteejeseapoyanloselementos
desuspensión.Enestecaso,sesueleutilizarelmuellecomoelementoelástico.

8. 8
1 2

9. 9
Lasuspensiónporejerígido,yanoutilizadaenautomóviles,esmuy
empleadaencamionestantoenelejedelanterocomoeneltraseroporsu
sencillez,facilidaddemontajeyrobustez.

10. 10
Suspensión trasera en el eje propulsor por eje rígido y ballestas.

11. 11
Suspensión semirrígida
Estasuspensiónsecaracterizanporquelasruedasestánunidasentresí,como
enelejerígido,perotransmitenmenoslasirregularidadesrecibidasdelfirmeal
restodelvehículo.
SuspensiónsemirrígidaconejedeDion
EnelejedeDion,lasruedasestánunidasmediantesemiejesarticuladosal
diferencial,elcualespartedelamasasuspendida,yaqueestáunidoalchasis
delvehículo.Estetipodesuspensiónporejerígidoesutilizadoenejestraseros
enlosqueelejedeunióndelasruedasnosoportaeldiferencial.
Elgirosetransmitealasruedasporsemiejescomoenlasuspensión
independiente.Lasdosruedasestánunidasdeformarígida,medianteuna
traviesaoejedeDion,ancladoalchasis.

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LasuspensiónconpuenteoejedeDionessistemahíbridoentrelasuspensiónde
ejerígidoylaindependiente.ElejedeDionvaunidoacadaunadelasruedas
traserasydescribeunacurvaparasalvareldiferencial.Eldiferencial,portanto,
estáunidoalbastidoryespartedelamasasuspendida,factorquemejorael
confortyfuncionamientodelasuspensión.
LauniónentreelejeDeDionyelbastidorserealizamediantedosbrazosoblicuos,
quesoportanlosesfuerzoslongitudinales,deaceleraciónydefrenada.

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Estesistemapuedeincluiralgúntipodesujecióntransversal,comounabarra
PanhardounparalelogramodeWatt.
Laprincipalventajaesquemantienensiemprelasruedasenunaposiciónfija
conrelaciónalplanodelsuelo,aunquelacarroceríasebalance.
Mientrasqueelprincipalinconvenienteesquetieneunamasanosuspendida
muyelevada.Enlaactualidad,haypocosvehículosquelomontanyaquesu
costeeselevadoyesmáspesadoqueunasuspensiónindependiente.

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15. 15

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Estesistema,respectoal
ejerígido,tienelaventaja
detenermenospesono
suspendido,yaqueeleje
deDionpesamenosque
elconjuntodiferencial.
Tienecomoelemento
elásticoelmuelleyva
acompañado dedos
tiranteslongitudinales
para limitar el
desplazamiento
longitudinaldelvehículo.

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SuspensiónsemirrígidaconejeDeltalink
Estesistemaesderuedastiradasmediantedosbrazoslongitudinales,unidosal
ejeDeltalink.Esteejeestáformadopordosbrazostransversalesunidosentresí
mediantecojineteselásticos.
Elguiadodelosbrazosserealizacontirantestransversalesy,comoelemento
elástico,utilizaelmuelle.
Tambiénsedenominasuspensiónsemi-independienteporqueelejevaanclado
deunaformaelásticaynototalmenterígida.

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Suspensionesindependientes
Elmontajedesuspensionesindependientesencadaunadelascuatroruedases
latendenciaactualdelosfabricantesdeturismos.
Suobjetivoesmejorarelconfortylaestabilidady,almismotiempo,reducirlas
oscilacionesrecibidasdelfirmeynotransmitirlasdeunaruedaaotra.
Ademásseconsiguemenordesplazamientodelacarrocería,favoreciendoel
agarredelasruedasalsueloaltenermenorpesonosuspendido,puestoquese
sustituyeelejerígidoporlosbrazos,demenorpeso.

20. 20
Portanto,sereduceelefectoqueseproducesobreelpesosuspendido,es
decir,haymenospesounidoalasruedasycomoconsecuenciamenor
movimientotransmitidoalacarrocería.
Existen los siguientes tipos de suspensiones independientes:
• Eje oscilante
• Brazos tirados y barras de torsión
• Brazos tirados y muelles
• McPherson
• Paralelogramo deformable
• Multibrazo

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Suspensión independiente de eje oscilante
Enestesistemaloselementosderodadurayelsemiejesonsolidarios,de
maneraqueelconjuntooscilaalrededordeunaodosarticulacionespróximas
alpuntomediodelavíadelvehículo.
Estos dos modelos se utilizan de la forma siguiente:
• Si un eje es propulsor, el montaje se realiza sobre una articulación (1).
• Si el eje es arrastrado, sobre dos articulaciones (2).

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Estasuspensiónnosepuedeutilizarenelejedirectriz,porqueestealtera
mucholacaídaensusmovimientososcilantes,sobretodoenlascurvas,
provocandoundesgasteirregulardeneumáticos.
Comoelementoselásticosutilizanmuellesconamortiguadortelescópico

24. Suspensiónindependientedebrazostirados
Estesistemadesuspensiónsecaracterizaportenerlosbrazosunidosporun
extremoalacarroceríayelotroextremoalarueda.Sielejeesdetracción,las
ruedassontiradasoarrastradasporlosbrazosquepivotanenlauniónconla
carrocería.
Estesistemautilizabarrasdetorsiónymuellescomoelementoselásticos.
Elelementoelásticoquemásseempleaensuspensionesdebrazostirados,esla
barradetorsión.
Estapuedeadoptardosmontajessegúnsuaplicación:

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1.Eneltrendelantero,lasbarrasdetorsiónestáncolocadasdeforma
longitudinal.
2.Eneltrentrasero,lasbarrasdetorsiónestáncolocadasdeforma
transversal.
1. Brazos tirados y barras de torsión. Tren delantero
Este sistema tiende a utilizarse cada vez menos. Está formado por:
▪Ruedas independientes.
▪Brazos transversales superior e inferior unidos a la carrocería por cojinetes
elásticos.
▪Lasbarrasdetorsióndispuestaslongitudinalmente.Estánunidasporun
extremoalbrazolongitudinalinferior,yporelotroextremo,medianteun
estriadofinoaunsoporteancladoenlacarrocería(1).

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Entreambosbrazosvacolocadoelamortiguadortelescópicodedobleefecto.
Estemontajerequiereunreglajeequilibradoparaobtenerunplanocorrectodel
vehículo.Seobtienemedianteunasexcéntricasqueactúansobrelapalancade
fijacióndelabarraalacarrocería.
2. Brazos tirados y barras de torsión. Tren trasero
Esunodelossistemasmásempleadosenelejetrasero.
Secaracterizapor:
•Lasbarrasdetorsióntraserasllevanunacolocacióntransversalconrespectoal
ejelongitudinaldelvehículo.
•Elanclajedelasbarrastraserasseencuentraenelbrazodesuspensiónyen
unsoporteconestriadofino,ancladoenlacarrocería(1).
•Cadabarraestorsionadadeformaindependienteparacadarueda,deforma
quecadamovimientodelbrazolongitudinalrealizaunatorsiónenlabarra.

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Enalgunoscasos,estesistemapermitehacerdeltrentraserouneje
autodireccionalconunpequeñoángulodegiroentre1y2grados.
Esteseconsiguemedianteunoscojineteselásticoscolocadosenlaunióndel
ejeconelbastidor.
Estauniónelásticasedeformasegúnlavelocidadyelradiodelacurva(1).
Enalgúncaso,aplicadoenvehículospequeños,lasdosbarrasdetorsión
puedenestarunidasensupuntomedioatravésdeunagemelaespecial,
dandolugaraunadisposicióndenominadatrendecuatrobarras

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Ejes torsionales
Sonejesquecuentanconelementoselásticosquepermitenadaptarencierta
medidalageometríadelasruedasenlascurvas,generandoasíunefecto
autodireccionalenapoyos.

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Brazostiradosymuelles
Estesistemaestáformadoporruedasindependientesybrazostirados
longitudinales,unidosporunextremoalbastidory,porelotro,alamangueta
delarueda.
Utilizamuellesyamortiguadoreshidráulicostelescópicosdedobleefecto,
además,cuentaconunbrazosuperioryotroinferiorqueunenelbrazotirado
conelbastidormediantecojineteselásticos(1).

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Suspensión independiente McPherson
Esunodelossistemasmásempleadosenelejedelantero.Estesistema
solamentellevaunbrazooscilante,unidoporunextremoalbastidormediante
cojineteselásticos,yporelotroextremoalamanguetaatravésdeunarótula.
Lamanguetaporsupartesuperiorestáunidaalamortiguadorvertical.
Esteestádotadodeunaplataformaenlacualseapoyaelmuellequelorodeay,
porelextremosuperior,seapoyanlacarroceríaenelconjuntomuelley
amortiguador(1).

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Estadisposición,ademásdecumplirsufuncióncomosuspensióny
amortiguación,tambiénsirvecomoejeverticaldegirodelasruedas.
Portanto,elconjuntodescribeunánguloproporcionalalefectuadoenel
volante.
1

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Suspensiónindependientedeparalelogramodeformable
Lasuspensiónindependientedeparalelogramodeformable,juntoala
McPherson,
esdelasmásutilizadas,tantoentrendelanterocomotrasero.
Elparalelogramoestáformadopordosbrazosenformadetriángulo,uno
superior
yotroinferiorunidosalbastidormediantecojineteselásticos.Cerrandoel
paralelogramo,ambosseunenalamangueta,quevaarticuladamediante
rótulas.

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Comoelementoelásticoutilizaunmuelle,quevacolocadoentreelbrazo
inferioryelbastidor.
Unosbloquesdechoquesirvendetopeelásticoparaevitarqueelbrazo
inferiorsubaenexcesoylimitarlacarreradecompresióndelamortiguador.
Suspensión independiente multibrazo
Esunaevolucióndelasuspensióndeparalelogramodeformable.Como
acabamosdever,elparalelogramoestáformadoporlosdosbrazos
tranversales,lamanguetayelbastidor(1).

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Ladiferenciafundamentaldeestesistemaesqueloselementosdeguía
(brazos)delasuspensiónmultibrazotienenvariosbrazososcilantesanclados
mediantecojineteselásticos.
Estopermitemodificarlosparámetrosdelarueda,comocaídaoconvergencia,
delaformamásapropiadaparaconseguirunmayorcontactodelasruedascon
elpavimento.Encasodesuutilización,eneltrentraseropermiteruedas
autodireccionablesparamejorarlaestabilidadenlasdistintassituacionesdeuso
delautomóvil.
Estáconstruidadeaceroligeroquepermiteunsignificativoahorrodepesoy
garantizaunequilibriodepesoprácticamenteperfecto.Elresultadoesuna
mayoragilidadymejoresprestacionesdeportivas.Apesardesupocopeso,
ofreceunaextraordinariarigidez.

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45. Cálculos en sistemas de suspensión

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Cargassobrelasballestas
Lasballestasestánsometidaspredominantementeaesfuerzosdeflexión.Enel
casomásnormal,cuandolosdosextremosdelaballestasehallanapoyadosyla
cargagravitaensucentro,lacargasecalculaenfuncióndelaseccióntransversal
ylalongituddelaballestapormediodelaformula:

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Cálculosdesuspensión
Cálculoensistemadeballestas
¿Quécargamáximasoportaunaballestaqueestáformadaporseishojasde
aceroespecial,dimensionesson70x10mmyunalongituddelasemicuerdadela
ballestade1500mm,sabiendoqueelcoeficientedelaresistenciaalaflexióndel
materialempleadoes80kgf/mm^2?

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Cálculosdesuspensión
Cálculodeoscilaciones
Calcularelnúmerodeoscilacionesporsegundoqueseproducenenunmuelle
cargadoconunpesode300kgf,sabiendoqueK=50kgf/cm.

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Cálculosdesuspensión
Cálculoenmuelles
Unmuellehelicoidalcilíndricoestáconstruidocon15espirasdealambrede10
mmdediámetroytieneundiámetromediodearrollamientode90mm.Calcular.
-Lacargamáximaqueadmite,sabiendoquelatensióndetorsiónesde30
kgf/mm^2.
-Elvalordeladeformaciónelásticaenelmomentodeactuarlacargamáxima.
Larelacióndearrollamiento(w)
Diámetromediodelresorte(Dm)
Diámetrooespesordelalambre(d)
Cargaejercidasobreelresorte(F)
Tensióndetorsión
Coeficientedecorrección(secalculapormediodelgráfico)(Kc)
Deformaciónelásticaoflechaenmm.(h)
N=númerodeespiras.
G=módulodeelasticidadtransversalodecortadura,enacerovale0,83x10^4kgf/mm^2

55. Dimensionamientoatravésdeecuacionesdiferencialesdeun¼de
suspensión
Lasvibracionesenelvehículosonexcitadas,fundamentalmenteportrestiposde
acciones:irregularidadesdelacalzada,accióndelasmasasgiratorias,
especialmentemotorytransmisión,yaerodinámicas.
Lasdosprimeras,másimportantes,sonrespectivamentedenaturaleza
fundamentalmentealeatoriayperiódica.

56. Elcontroldelosmovimientosvibratorios:frecuencia,amplitud,aceleración,
etc.Serealizaatravésdelsistemadesuspensión,intercalandoentrelas
masasunidasalasruedas(masasnosuspendidasosemisuspendidasse
tieneencuentaqueelneumáticoesunmedioelástico)yelcuerpodevehículo
(masasuspendida)permiteeldesplazamientoentreambosmediante
elementoselásticos(resortes)yproduceunadisipacióndeenergía,mediante
elementosamortiguadores.
Enalgunoscasosestoserealizaporunúnicoelemento(ballestas).Ala
disminucióndelconfortsedenominaIncomodidadcinemáticavibratoria(ICV).

58. Latoleranciaalasvibracionesdependedeladireccióndeestasenrelaciónal
cuerpohumano.
Endirecciónverticallamayorsensibilidadsepresentaparafrecuencias
comprendidasentre4y8Hz,mientrasqueendireccionestransversalesdicho
intervalosereduceafrecuenciascomprendidasentre1y2Hz.Porotraparte,los
efectossobrediferentespuntosdelcuerpotambiénvaríanconlafrecuencia.
Esfrecuentequelosmodosdebajafrecuenciadelacarroceríasesitúenalgopor
encimade1Hz,mientrasquelosmodosmediosdelconjuntodelasmasas
suspendidaynosuspendidaylosmodosdeestaultimasesitúenentre10y20
Hz.

59. Desdehacemuchosañossehaconsideradoquelospasajerossoportanbien
vibracionesdefrecuenciaspróximasa1Hz,estopuedeserdebidoaquelas
oscilacionesverticalesaquesesometeelcuerpohumanoalcaminarvaríanentre
1y1.2Hz,estando,portanto,elhombrebiendotadoyhabituandoaestas
frecuencias.
Enlatablasiguienteseofreceunresumendelasfrecuenciascaracterísticasque
puedenpresentarseenlosvehículosysusefectossobreelcuerpohumano.

60. Frecuencias características de movimientos vibratorios en vehículos
y sus efectos. (V. de Buen 1980).

63. Cuandosequieredimensionarelsistemadesuspensión,pensandoenlos
movimientosverticalesdelvehículo,puedecomenzarseestudiandounmodelo
deunsologradodelibertad,elcual,aunquecuantitativamentenosirvaparael
dimensionamientodefinitivodelsistema,vaapermitirobservarlosprincipales
fenómenosqueseproducenenelmovimientoverticaly,porlotanto,establecer
loscriteriosfundamentalesparasudiseñooprediseño.

64. Semuestraunmodelodeungradodelibertadquepodríarepresentarlasuspensión
independientedeuncuartodelvehículo.ConstadeunamasaM,suspendidaporunelemento
elásticoderigidezK,yunelementoamortiguadordecoeficienteR.Seconsideraunafuerza
variableeneltiempo,F(t),queactúasobredichamasa.

66. Modelo de un cuarto de vehículo

69. Bibliografíautilizada:
[1]JiménezPadilla,B.(2012).Técnicasbásicasdemecánicadevehículos.ICEditorial.
[2]Domínguez,E.J.(2011).Circuitosdefluidos:suspensiónydirección.Macmillan
Iberia,S.A.
[3]González,D.(2016).Mantenimientomecánicopreventivodelvehículo.Paraninfo.
[4]Águeda,E.,MartínJ.,yGómez,T.(2012).Sistemasdetransmisióndefuerzasytrenes
derodaje.Paraninfo.
[5]González,T.,RíoG.,yBenjaminT.(2011).Circuitosdefluidos.Suspensióny
dirección.Editex.
[6]Domínguez,E.yFerrerJ.(2012).Sistemasdetransmisiónyfrenado.Editex.
[7]Sanz,A.(1981).Tecnologíaautomoción5.Edebé.Barcelona.
[8]Borja,J.C.(2009).Sistemasdetransmisiónyfrenado.MacmillanIberia,S.A.
69

70. Bibliografíautilizada:
[9]Narváez,P.(2015).TrendefuerzamotrizySistemasdeTraslación.UPS.Cuenca,
Ecuador.
[10]Muy,M.,Ochoa,G.,Quinteros,S.yRomoleroux,H.(2010).Estudioe
implementacióndeunsistemadesuspensiónneumáticaaunvehículo4X4GMCmodelo
Jymmi.UPS,Cuenca,Ecuador.
70