Sistema de suspensión Delantera independiente
Para superar las desventajas asociadas con la suspensión de eje de viga rígida, se utiliza la suspensión delantera independiente (IFS). El término suspensión independiente describe cualquier sistema que conecte las ruedas al bastidor en el que el movimiento de una rueda no tenga efecto sobre la otra rueda. Las ventajas y desventajas de adoptar una suspensión delantera independiente para turismos y furgonetas ligeras incluyen las siguientes:
Ventajas.
(a) La fuerza centrífuga se crea en los cuerpos de los vehículos con resorte cuando en las curvas se forma un par de rodillos que inclina o hace rodar el cuerpo hacia afuera. El balanceo del cuerpo es encontrado por una pareja resistente, producida por el producto de las fuerzas de reacción de los resortes y la distancia efectiva entre ellos. Por lo tanto, la rigidez de reacción necesaria del resorte para resistir el par de rodillos aumenta o disminuye a medida que la distancia efectiva entre los muelles disminuye o aumenta, respectivamente. De hecho, el ángulo del rodillo es inversamente proporcional al cuadrado del ancho efectivo de la base del resorte.
En el caso del eje de la viga, la mayor distancia entre los resortes depende del ancho del chasis, que soporta los grilletes adjuntos. Pero con la suspensión independiente que utiliza un acoplamiento de brazo transversal, la distancia efectiva entre los resortes es igual a la trayectoria de las ruedas del vehículo. Por lo tanto, en comparación con la viga del eje, se pueden usar resortes relativamente más suaves con suspensión independiente sin afectar el balanceo de la carrocería. Los resortes suaves responden y se desvían con la menor deformación de la carretera sin transmitir los amortiguadores a la carrocería del vehículo y a los pasajeros, y por lo tanto proporcionan una mejor comodidad de conducción.
(6) Dado que la energía de deformación elástica almacenada en un resorte de bobina o barra de torsión es mayor que para un resorte semielíptico de varias hojas para un peso de resorte dado, se pueden usar resortes más ligeros con suspensión de horquilla independiente. En el caso de la suspensión con horquilla de horquilla independiente, el resorte solo se necesita para soportar cargas verticales y absorber choques, ya que el acoplamiento de la suspensión por sí solo soporta las fuerzas de conducción, frenado y laterales. Con la horquilla articulada en la estructura del bastidor secundario, la junta giratoria del eje del muñón sin resorte sigue arcos en relación con la estructura de la carrocería con resorte cuando la suspensión rebota. Estos arcos producen una trayectoria de rueda precisa y predecible en el plano vertical, que es esencial para una geometría de dirección uniforme.
c) Dado que la suspensión independiente tiene menos masa no suspendida, las ruedas de carretera siguen el contorno de las irregularidades de la carretera hasta velocidades más altas que para la suspensión pesada de vigas de eje rígido. Como consecuencia, el desgaste y el desgaste de los neumáticos se reducen con una suspensión independiente.
(d) Una barra antivuelco, si se usa junto con la suspensión independiente, proporciona la rigidez de resistencia necesaria para oponerse al balanceo de la carrocería durante las curvas y, por lo tanto, se pueden emplear resortes más suaves para cargas verticales normales.
e) Si se utiliza una suspensión separada o independiente para cada lado del automóvil, se reduce la interacción entre las ruedas de carretera opuestas, de modo que hay menos posibilidades de que las ruedas se tambaleen debido a la resonancia vibratoria.
( / ) El motor y la estructura del chasis se pueden bajar para que también el centro del automóvil se pueda mover hacia adelante
para proporcionar más espacio para los pasajeros. g) La suspensión independiente suele bajar el centro de rodadura, de ahí que la carrocería ruede antes de que las ruedas se separen de la carretera, dando una advertencia al conductor.
Desventajas.
(a) El cambio de rueda con balanceo de la carrocería reduce la potencia preocupante.
(b) Hay un ligero cambio en rueda de pista, causando neumático matorral durante el rebote de una rueda.
c) Se requiere un chasis o una estructura de bastidor inferior más rígidos.
(d) Se necesita una suspensión y un varillaje de dirección más complicados y juntas de pivote, de modo que la suspensión se vuelve más cara y tiende a desgastarse más.
(e) Los efectos del ensamblaje de las ruedas desequilibradas se transmiten al volante con mayor facilidad y también son más pronunciados.
(f) La alineación de la geometría de la dirección es más crítica y requiere una atención más frecuente. 22.12.1. Tipos de Suspensión Delantera Independiente
Suspensión de doble horquilla Transversal.
La figura 22.57 ilustra los principales detalles de esta suspensión. En este sistema, dos eslabones, generalmente paralelos en la posición de marcha normal, están construidos en forma de horquilla para proporcionar rigidez hacia delante y hacia atrás y resistir el par de frenado. Cada horquilla utiliza tres rodamientos, dos rodamientos interiores que se conectan con el bastidor y uno exterior que se une al hueso de la horquilla, y el extremo superior a un punto del bastidor justo por encima del hueso de la horquilla superior. El peso del vehículo y la carga útil se transfieren desde el cuerpo con resorte y el travesaño hasta la parte superior del muelle helicoidal. Se instala un amortiguador en el interior del muelle helicoidal y se une mediante casquillos de goma a la parte inferior del travesaño fijo y al miembro inferior de la horquilla. El empuje lateral, en su caso, es resistido por la rigidez de los miembros de la horquilla y las articulaciones giratorias y los pivotes.
La parte delantera del automóvil «conduce» hacia el suelo cuando se aplican los frenos, porque los puntos de pivote de la horquilla inferior en el sistema de eslabones normalmente se establecen paralelos a la carretera. Para minimizar este problema, se utiliza una geometría anti-zambullida en la que el punto de pivote trasero de la horquilla inferior se coloca más alto que el pivote delantero. Durante la aplicación de los frenos delanteros, el par de frenado en la horquilla inclinada produce una fuerza vertical, que contrarresta la carga adicional transferida de las ruedas traseras a las delanteras.
Fig. 22.57. Suspensión transversal de doble horquilla.
Cuando el automóvil está en las curvas, la carrocería rueda y ambas ruedas se inclinan hacia el exterior del círculo de giro, produciendo una pequeña cantidad de rollo de camber (Fig. 22.58 A). Durante el desplazamiento en posición recta, si una de las ruedas pasa por encima de un bache o agujero en la carretera, solo el enganche de suspensión individual se desvía momentáneamente hacia arriba o hacia abajo sin alterar la altura media del cuerpo con resorte (Fig. 22.58 B). Como consecuencia, esto proporciona una suspensión completamente independiente para cada rueda para que las vibraciones de reacción no se transmitan de un lado a otro.
Fig. 22.58. Efectos del balanceo de la carrocería y las superficies irregulares de la calzada en la suspensión transversal de doble horquilla. A. Ambas ruedas se inclinan hacia el exterior B. El cuerpo permanece en posición vertical cuando el cuerpo de la rueda rueda. entra en el bache y se inclina hacia adentro.
Suspensión de Doble horquilla Transversal Desigual de oruga constante.
En esta disposición, el soporte del eje pasante está conectado al bastidor mediante dos eslabones. Una varilla de radio semirremolque resiste las cargas dinámicas longitudinales y el par de frenado. El resorte se puede colocar sobre el soporte del eje superior. Los casquillos de goma o plástico (PTFE) se instalan en los extremos internos de la horquilla. Por lo general, se coloca una rótula en el extremo exterior para permitir que el eje del talón gire. Los resortes helicoidales se instalan en la posición indicada o por encima de la horquilla superior.
Fig. 22.59. Suspensión de doble horquilla transversal desigual con oruga de contenido. A. Transversal de igual longitud. B. Longitud desigual transversal.
Horquillas de igual longitud (Fig. 22.59 A) se utilizan en los primeros diseños; como consecuencia, la variación de la vía causó un desgaste considerable de los neumáticos. Para minimizar esta horquilla de longitud desigual (Fig. 22.59 B), el más largo en la parte inferior; sin embargo, ahora se producen cambios en el ángulo de curvatura. Al montar la horquilla superior ligeramente detrás de la inferior, se puede obtener un ángulo de rueda constante. El eje de la horquilla a veces está inclinado hacia atrás para obtener la longitud máxima de la horquilla sin restringir el espacio del motor.
Se utiliza un amortiguador de tipo pistón para montar los cojinetes internos para la horquilla superior, o se instala un amortiguador telescópico en el centro del muelle helicoidal. Cuando se utiliza un resorte de barra de torsión,
se obtiene un gran movimiento del amortiguador telescópico ajustando el amortiguador en diagonal. En este diseño, el extremo inferior se une al extremo exterior del eslabón inferior, o una barra de torsión se conecta a los extremos interiores del eslabón inferior.
Suspensión MacPherson.
En este tipo de suspensión (Fig. 22.60), un tubo telescópico largo, que incorpora el amortiguador, gira en el extremo superior y está conectado rígidamente al eje del talón en el extremo inferior. Un único eslabón transversal, unido al bastidor por casquillos de goma y conectado al eje del talón por una rótula, proporciona control de la vía. El muelle helicoidal se instala entre los elementos de suspensión fijos y flotantes. Una barra estabilizadora interconecta los dos eslabones inferiores de la suspensión delantera y también proporciona la rigidez necesaria hacia delante y hacia atrás. La junta de bola y casquillo en la parte inferior sirve de pivote para el puntal de dirección y el eje pasante en el plano horizontal. Esta junta también sirve como una junta de suspensión para el movimiento relativo entre el brazo de control de la vía y el eje del talón en el plano vertical.
Similar a varios otros sistemas de suspensión, la rueda, la inclinación del eje giratorio y la inclinación del eje giratorio se establecen durante la fabricación y no se pueden alterar. La inclinación del eje giratorio es el ángulo formado entre la vertical y la línea tomada desde el centro del cojinete de empuje del puntal hasta el centro de la rótula, que conecta el puntal con el brazo de control de la vía. El puntal está configurado en un ángulo más pequeño que la inclinación del eje giratorio para proporcionar espacio libre para los neumáticos.
Por la parte superior del puntal hacia el centro del vehículo, es posible obtener un desplazamiento negativo (radio de desplazamiento negativo) para la dirección. Cuando el muelle helicoidal está casi completamente comprimido, un tope de tope instalado en la parte superior del vástago del pistón sirve para endurecer el salto de la suspensión. El brazo de control de oruga triangular absorbe las reacciones de empuje de conducción y frenado.
Durante las curvas, el cuerpo rueda y las ruedas interiores exteriores se inclinan hacia afuera y hacia adentro, respectivamente, dependiendo del juego angular inicial del brazo de control de oruga transversal. En consecuencia, ambas ruedas producen un rollo de camber (Fig. 22.61 A). Cada suspensión de rueda es totalmente independiente del otro lado, por lo que la carrocería suspendida no se ve afectada por pequeñas desviaciones de rueda durante el movimiento del automóvil (Fig. 22.61 B).
Fig. 22.60. Suspensión de puntal de pierna MacPherson.
Fig. 22.61. Efecto del balanceo de la carrocería y de la superficie irregular de la calzada en la suspensión MacPherson. A. Las ruedas se inclinan hacia el centro B. La rueda entra en el agujero de la olla y se inclina hacia adentro durante el balanceo de la carrocería. y el cuerpo permanece erguido.
Brazo Oscilante Corto.
Este es el tipo más simple de sistema de suspensión independiente. Esto utiliza un solo brazo transversal, que se conoce como miembro de la horquilla y se sujeta rígidamente al eje del talón de la rueda, a través de una junta de dirección con pasador de rey mientras gira sobre el bastidor secundario del cuerpo. Las horquillas del brazo de la horquilla se separan ampliamente en los puntos de pivote para absorber cualquier torque de reacción de conducción y frenado únicamente por el miembro del brazo oscilante. El resorte, instalado entre la estructura de la carrocería y el brazo oscilante, soporta solo el peso del vehículo. El brazo oscilante y los puntos de pivote del bastidor secundario de soporte absorben completamente las fuerzas laterales y las reacciones.
La carrocería rueda cuando el vehículo se desplaza por una vía curva, de modo que ambas ruedas se inclinan hacia el interior, hacia el centro de la trayectoria circular (Fig. 22.62 A), produciendo rollos de camber. Cuando una rueda sigue una caída o un obstáculo, la desviación asociada se limita a un solo lado del automóvil y el resorte se comprime sin alterar la altura de la carrocería en gran medida (Fig. 22.62 B). Con esta suspensión, el más mínimo giro del brazo altera considerablemente la rectitud de la rueda al suelo. __ _ 
Fig. 22.62. Brazo oscilante corto. A. Ambas ruedas se inclinan hacia adentro durante el balanceo de la carrocería.
B. La rueda entra en los agujeros de las macetas y se inclina hacia afuera y el cuerpo permanece en posición vertical.
Suspensión de doble brazo transversal con barra de torsión.
Una versión alternativa de suspensión transversal de doble horquilla incorpora un muelle de barra de torsión en lugar de un muelle helicoidal para proporcionar resistencia elástica a la carga vertical cambiante de la suspensión (Fig. 22.63 A). La barra de torsión se encuentra paralela a los elementos longitudinales del bastidor inferior a cada lado del vehículo. Un extremo de la barra de torsión está estriado a una palanca de reacción, atornillada a la parte inferior del cuerpo, mientras que el otro extremo está estriado al brazo de suspensión inferior apoyado por el pivote del orificio ocular.
Durante la desviación de la suspensión, el brazo inferior de la suspensión pivota y tuerce la barra de torsión, que es resistida por la palanca de reacción rígida en el extremo más alejado de la barra. El brazo de suspensión superior completa la geometría de cadena de cuatro barras, gracias a la cual el movimiento vertical resultante del eje pasante siempre mantiene las dos ruedas delanteras de carretera aproximadamente perpendiculares al suelo. En algunos sistemas, el pivote del brazo de suspensión superior forma parte de una unidad de amortiguador de tipo palanca, en otros se instala un amortiguador telescópico separado entre el bastidor secundario y el brazo de suspensión inferior.
El conjunto de pivote del orificio ocular permite que el brazo inferior de la suspensión pivote, así como transfiere la resistencia de la barra de torsión a la suspensión (Fig. 22.63 B). El pivote de suspensión inferior tiene una carcasa circular de una sola pieza y un perno atornillado al bastidor secundario. Un perno de ojo estriado se encuentra en el centro del casquillo de manga, que se presiona en la carcasa. Cuando el brazo de suspensión inferior gira parcialmente, la distorsión torsional de la goma ocupa todo el movimiento angular, de modo que se evita el deslizamiento por fricción entre el perno de ojo y el manguito interior del casquillo.
Fig. 22.63. Suspensión de doble brazo transversal con barra de torsión.
La resistencia elástica estática y dinámica se transfiere mediante las ranuras de extremo de la barra de torsión ubicadas en el mismo orificio estriado internamente en el brazo de suspensión inferior que en el perno de ojo estriado. Por lo tanto, la barra de torsión actúa solo como un resorte y no pivota el brazo de suspensión inferior. Una barra de unión soporta el brazo de suspensión inferior y también evita la torsión horizontal de este brazo durante la aceleración y el frenado del vehículo.
La altura de la moldura del vehículo puede alterarse atornillando o atornillando los tornillos de ajuste de la palanca de reacción de la barra de torsión. El balanceo de la carrocería y la deflexión por golpes o caídas de la suspensión causan una inclinación de la rueda similar a la que se muestra en la Fig. 22.58. La simplicidad general y la compacidad de la suspensión con muelle de barra de torsión es bastante simple y compacta y, por lo tanto, se opta por aplicaciones para automóviles.