Comprender la suspensión

May 20, 2023

Los COCHES están bien a la vista, pero son más divertidos cuando te subes a ellos y los haces acelerar, frenar o girar con fuerza. Si bien son las llantas las que se agarran a la carretera, el trabajo de la suspensión es vincular el caucho a su streeter para que pueda rendir al máximo de su capacidad.

Este artículo se publicó por primera vez en la edición de mayo de 2009 de Street Machine.

Sin algún tipo de sistema de suspensión, sus llantas saltarían por la carretera sin mucho agarre, así que echemos un vistazo a los conceptos básicos de suspensión, las ventajas de los diferentes diseños, cómo se relacionan sus atributos físicos con el comportamiento de su automóvil y cómo puede mejorar las cosas para mejor agarre y manejo.

EN LA DELANTERA

USTED verá uno de los tres sistemas básicos debajo de la nariz de su streeter: un eje sólido, un brazo en A doble o un puntal MacPherson. Un eje macizo es una viga que une las ruedas delanteras. Esta configuración es común en los autos anteriores a los 40; todavía se usa en camiones hoy. Debe reemplazarse con un brazo en A moderno o un puntal MacPherson si desea un manejo de alto rendimiento.

Doble brazo en A

La configuración común de dos brazos en A utiliza estructuras (brazos) superior e inferior con bisagras que se unen al cuerpo en un extremo y a los montantes de suspensión en el otro.

El sistema de puntales MacPherson utiliza un solo elemento vertical que está rodeado por un resorte y contiene el amortiguador. Este sistema debutó en Australia en el VB Commodore de 1978 y sigue en uso. Sobre el papel, los brazos en A dobles ofrecen una mejor geometría, pero el excelente manejo de muchos autos equipados con puntales MacPherson demuestra que se puede diseñar para que funcione extremadamente bien.

Puntal MacPherson

CAMBER, RUEDA Y PUNTERA

EL ángulo de los neumáticos delanteros fuera de la vertical cuando se ve desde el frente se denomina camber. Más cerca en la parte superior que en la parte inferior está la inclinación negativa; camber positivo es lo contrario. Los neumáticos ofrecen el máximo agarre cuando se sientan casi perpendiculares a la carretera; en la práctica, esto significa que se prefiere un poco de inclinación negativa ya que el neumático exterior se mantendrá más derecho cuando el automóvil se incline en las curvas.

En una vista lateral de una rueda, si dibujara una línea a través de las rótulas superior e inferior, estaría en ángulo. Esto se denomina lanzador. Un sistema de suspensión tiene avance positivo si esta línea se inclina hacia atrás en la parte superior. El caster positivo hace que las ruedas delanteras se enderecen cuando se mueve hacia adelante, lo que mejora la estabilidad en línea recta: los autos de arrastre tienen mucho caster. Desafortunadamente, aumentar el caster aumenta el esfuerzo de dirección.

Ángulo de avance

El dedo del pie es más fácil de ver en un corredor de ruedas abiertas. Mirando hacia abajo desde arriba, la convergencia es la condición en la que las partes delanteras de los neumáticos están más separadas que las traseras; la convergencia es lo contrario.

La convergencia hace que el automóvil sea más estable, mientras que la convergencia fomenta el inicio de un giro. La convergencia también hace que el automóvil se desvíe, por lo que los autos de calle generalmente funcionan con la convergencia, lo que los hace más fáciles de conducir en línea recta, mientras que los corredores sacrifican la estabilidad por un giro más cerrado. Una convergencia excesiva hacia adentro o hacia afuera provocará un desgaste excesivo de los neumáticos.

RADIO DE FREGADO

CUANDO se ve desde un lado, nuestra línea imaginaria que atraviesa las rótulas superior e inferior forma el ángulo de avance. Sin embargo, cuando se ve desde el frente, forma el eje de dirección o la inclinación del pivote central, aunque los automóviles ya no tienen pivotes centrales. Al mirar de frente, si la línea se inclina hacia adentro en la parte superior, eso es una inclinación positiva del pivote central. Con una inclinación positiva del pivote central (la mayoría de los automóviles de pasajeros), esta línea llegaría al suelo en un punto exterior al punto central de la zona de contacto del neumático. La distancia entre estos puntos se conoce como radio de fregado. El radio de fricción significa que el neumático no pivota sobre su centro cuando se gira; más bien traza un arco. El radio de fregado positivo funciona con la rueda para agregar sensación y ayudar a la tendencia de enderezamiento automático presente en todos los sistemas de dirección bien diseñados. Demasiado radio de fregado provoca un alto desgaste de los neumáticos y una dirección pesada.

Inclinación del pivote central

DIRECCIÓN DE IMPACTO

ES vital reconocer que prácticamente todos los brazos, eslabones y elementos de suspensión se mueven en arcos. Analizar las formas en que interactúan estos arcos es fundamental para comprender los sistemas de suspensión. Los tirantes de dirección son un buen ejemplo. Si se mueven en arcos diferentes a los brazos de dirección (fijados a las manguetas o montantes) tirarán de los brazos de dirección y harán girar las ruedas, sobre todo durante el movimiento de suspensión hacia arriba, de ahí el término dirección de impacto.

En esta configuración particular, mover los puntos de montaje del brazo de dirección en el extremo de la cremallera hacia adentro o hacia afuera ajusta la dirección de impacto.

Es prácticamente imposible eliminarlo por completo y los automóviles son muy sensibles a los golpes de dirección excesivos, por lo que debe reducirse para lograr un buen manejo. La dirección de choque es un problema con algunas conversiones de dirección del mercado de accesorios, especialmente de izquierda a derecha y algunas conversiones de piñón y cremallera: tienen una desagradable tendencia a salirse de la línea (sin mover el volante) cuando circulan por la carretera.

El Melbourne Performance Center está modificando este frontal de LJ Torana para las competiciones al estilo Targa. Ambos brazos de control se han encajonado para mejorar la rigidez, mientras que se ha agregado un bastidor estilo carrera para agudizar la respuesta de la dirección y permitir ajustes en la dirección de choque.

ACKERMAN

DURANTE un giro, la rueda interior debe girar más que la rueda exterior. Esto se logra colocando los brazos de dirección unidos a los montantes en ángulos de espejo entre sí (en lugar de alinearlos longitudinalmente con el automóvil) o colocando el conjunto de cremallera de dirección/eslabón de arrastre delante o detrás de los puntos de fijación para el exterior. extremos de los tirantes. Esto significa que las barras de unión estarán inclinadas hacia adelante o hacia atrás para que sus extremos se muevan a través de diferentes arcos y giren cada rueda en una cantidad diferente. Para movimientos pequeños de la dirección, la diferencia no es muy grande, pero a medida que aumenta la entrada de la dirección, también aumenta la diferencia en el ángulo en el que gira cada rueda. Esto reduce la carga en el neumático delantero exterior y se conoce como ángulo de Ackerman.

Se ha rediseñado la parte trasera de este automóvil HQ Targa para aceptar un sistema paralelo de cuatro enlaces con un enlace Watts: cosas serias

EN LA PARTE DE ATRÁS

METE la cabeza debajo de la parte trasera de tu streeter y encontrarás un diferencial tradicional (conocido como eje sólido o vivo), brazos de arrastre o suspensión trasera independiente (IRS). Además de algunos diseños anteriores a los años 40, los ejes sólidos se dividen en tres categorías determinadas por la forma en que están unidos al automóvil. Los resortes de hojas ubican el diferencial transversalmente y forman el sistema de resortes, mientras que los sistemas de suspensión multibrazo usan resortes helicoidales separados. El más simple de los sistemas de enlaces múltiples es el sistema de 'cuatro enlaces triangulados' estilo HQ/Torana, donde los brazos superiores están inclinados para proporcionar una ubicación lateral para la carcasa del diferencial. A partir de ahí, pasa a los sistemas tradicionales de cuatro barras en los que las barras corren paralelas a la línea central del vehículo. Este diseño requiere un enlace separado para prohibir el movimiento lateral, más comúnmente una barra Panhard o un enlace de Watts.

barra panhard

Una barra Panhard es una barra rígida que pivota en ambos extremos; un extremo se conecta a la carcasa del diferencial mientras que el otro se conecta a la carrocería/chasis. Obviamente, el extremo de la barra se desplazará en un arco, creando una pequeña cantidad de movimiento lateral a medida que la suspensión se desplaza hacia arriba y hacia abajo: cuanto más larga sea la barra, menor será el movimiento lateral. Un método común de ubicación lateral en configuraciones de carreras de resistencia de cuatro barras es ejecutar un enlace diagonal de esquina a esquina de los brazos inferiores, desde el pivote trasero de un enlace hasta la parte delantera del otro. Otra configuración popular de carreras de resistencia es ejecutar un enlace pivotante corto desde la parte superior del diferencial hasta el riel del chasis.

Sistema triangulado de cuatro barras

El varillaje Watts, como se usa en V8 Supercars y XE a EL Falcons, es más complejo pero no sufre el movimiento lateral de la barra Panhard. Mirando desde la parte trasera del automóvil, un enlace Watts parece una Z alargada. Hay brazos transversales superiores e inferiores largos, cada uno de los cuales está unido a la carrocería/chasis en su extremo exterior, y al extremo superior o inferior de un enlace vertical en su extremo interior. El enlace vertical pivota sobre un pasador central unido a la carcasa del diferencial. A medida que la suspensión se mueve hacia arriba y hacia abajo, aplasta la Z. También se puede montar en reversa como los V8 Supercars, donde el enlace vertical se monta en la carrocería y los enlaces horizontales en la carcasa del diferencial. Esto les permite ajustar rápidamente la parte trasera moviendo el punto de pivote del enlace vertical hacia arriba o hacia abajo.

Enlace de vatios

Una variación de los cuatro eslabones es la configuración de barra de escalera. Aquí, los eslabones superior e inferior se unen en la parte delantera en un solo punto de pivote. La suspensión con barra de escalera funciona bien cuando la suspensión se mueve hacia arriba y hacia abajo como un todo, pero se atasca cuando el automóvil se inclina hacia un lado (en las curvas), lo que la hace perfecta para las carreras de resistencia pero no adecuada para los autos de calle.

barra de escalera

Lo bueno de un eje trasero vivo es que las ruedas permanecen erguidas durante las curvas. Sin embargo, los extremos traseros vivos son pesados ​​y si una rueda golpea algo en el camino, afecta a la rueda opuesta.

Cuatro enlaces

IRS

LAS ventajas de la suspensión trasera independiente (IRS) son que tiene un peso no suspendido considerablemente menor, aísla las ruedas de ambos lados y se puede configurar para inducir un poco de subviraje de balanceo para ayudar al automóvil a girar. problemas de geometría propios. True IRS es similar a la suspensión delantera de dos brazos en el sentido de que tiene un montante (al que se atornilla la rueda) conectado al automóvil mediante dos eslabones pivotantes (brazos). La mayoría de los autos que afirman tener IRS son en realidad una configuración de brazo oscilante. En una disposición de brazo basculante, el eje trasero/mangueta está rígidamente fijado a un solo brazo de control pivotante (oscilante); todos los Commodores del IRS encajan en esta categoría.

A diferencia de la mayoría de los sistemas IRS de brazo oscilante, la suspensión trasera en esta réplica de GT40 de Roaring Forties es un diseño totalmente independiente con brazos de control superior e inferior discretos, como una configuración de extremo delantero de brazo en A doble

MUELLES

EL cuerpo de su automóvil requiere un enlace flexible a la suspensión para mantenerlo alejado del suelo; las opciones principales son resortes helicoidales o de hojas. La tasa de resorte es la cantidad de compresión que ocurre por unidad de fuerza aplicada. Elegir la tasa de resorte correcta (y los amortiguadores correspondientes) es un factor importante para determinar qué tan bien se manejará su automóvil.

Es más fácil considerar las hojas como una hoja sólida en lugar de hojas múltiples. Durante el golpe, el cuerpo y el tubo del eje intentan aplanar el resorte, pero el arco del resorte trata de mantener su forma.

Varios factores determinan la velocidad de una ballesta. Hacer que las hojas sean más gruesas o más anchas o aumentar el arco aumenta la tasa de resorte, mientras que hacer que las hojas sean más largas reduce la tasa de resorte. Cuando baja un resorte de hoja (lo hace más plano), necesita agregar hojas adicionales para mantener o aumentar su tasa de resorte.

Los tres criterios principales para determinar la tasa de resorte son el paso de la bobina, el diámetro del alambre y el diámetro total de la bobina. La rigidez del resorte debe aumentar a medida que se reduce el recorrido de los baches (cuando baja el vehículo)

Para comprender los resortes helicoidales, mire una bobina a la vez. A medida que la bobina se comprime, la barra redonda de la que está hecha se retuerce. Los tres factores principales que determinan la rigidez de un resorte helicoidal son el paso helicoidal, el diámetro del alambre y el diámetro total. El número de espiras por unidad de longitud del resorte se conoce como paso y cuanto mayor sea el paso, mayor será la tasa del resorte. Los resortes están enrollados con alambre; cuanto más grueso es el alambre, mayor es la tasa de resorte. A medida que disminuye el diámetro total de la bobina, aumenta la tasa de resorte. Para entender por qué, mire el lado de la bobina: cada bobina parece una palanca. Para lograr la misma cantidad de compresión, las 'palancas' de un resorte pequeño tienen que girar más que las 'palancas' de un resorte grande. Los resortes que se utilizan en las configuraciones de resortes helicoidales son bastante delgados en comparación con los resortes estilo fábrica, ¡pero pueden ser hasta un 200 % más rígidos!

TASA DE PRIMAVERA

USTED CONDUCE por la carretera y choca contra un bache; la energía se transfiere a la suspensión, moviendo la rueda hacia arriba; el trabajo del resorte es absorber esta energía. Sin embargo, dado que el recorrido de la suspensión es limitado, al final de este movimiento hay un tope flexible para evitar que los componentes metálicos de la suspensión se estrellen contra el metal del automóvil. Desea que los resortes detengan el recorrido de la suspensión antes de que golpee el tope porque la suspensión no es suspensión una vez que se asienta con fuerza contra el cuerpo.

Si su automóvil tiene cuatro pulgadas de recorrido y lo baja dos pulgadas, debe aumentar la velocidad del resorte para que los resortes puedan detener el recorrido de la suspensión en esta distancia más corta. Cualquier experto en suspensión que le diga que puede bajar notablemente su automóvil y mantener la rigidez de conducción original está lleno de eso. Si intenta esto, lo que sucede es que la suspensión toca fondo continuamente y cuando eso sucede, se aplican fuerzas astronómicas a la estructura del cuerpo porque no hay recorrido de resorte para absorber la energía. Si se deja así, el coche se destrozará solo con el tiempo.

AMORTIGUADORES

UN MUELLE absorberá felizmente la energía cinética de la rueda y los componentes de la suspensión. Pero los resortes disipan su energía almacenada al rebotar repetidamente. Esto no solo sería bastante incómodo, sino que la energía de un bache nunca se disiparía por completo antes de golpear el siguiente bache. La respuesta es el amortiguador o amortiguador. El amortiguador cumple su función al absorber la energía alimentada al resorte y convertirla en calor que puede disiparse a la atmósfera.

Para un rendimiento óptimo, las válvulas de los amortiguadores deben coincidir con precisión con la velocidad del resorte; de ​​lo contrario, los amortiguadores no podrán controlar adecuadamente el resorte.

Un amortiguador consta de un cuerpo principal lleno de aceite, del cual se extiende un eje que se une al automóvil. Al final de este eje dentro del cuerpo hay un pistón con agujeros perforados. Durante la compresión, este pistón empuja contra el aceite; el número y el tamaño de los orificios dictan la velocidad a la que el aceite puede fluir a través del pistón. Más agujeros o más grandes permiten una transferencia más rápida, creando menos resistencia. Los agujeros más pequeños o menos restringen la transferencia de aceite, creando una mayor resistencia. Cuanto mayor sea la fuerza aplicada, mayor será la resistencia a la transferencia de aceite.

En realidad, hay dos conjuntos de orificios en cada pistón: uno para compresión (golpe) y el otro para extensión (rebote). Cada conjunto está cubierto por discos de resorte que actúan como válvulas. Cambiar el tamaño, el número y el orden de apilamiento de los discos de resorte altera las características del amortiguador. En algunos amortiguadores de gama alta, las características de las válvulas se pueden ajustar externamente para ajustar el comportamiento de la suspensión.

PESO MUELLE

El peso SIN MUELLES es cualquier masa que no soportan los resortes, como ruedas y neumáticos, mientras que el peso con resortes es todo lo que soportan los resortes, incluidos la carrocería, el chasis y los pasajeros. Desea mantener el peso no suspendido al mínimo. Si alguna vez ha conducido en una limusina pesada, habrá notado que, independientemente de cuán grande sea el bache que golpee, apenas lo nota dentro. Esto se debe a que, en comparación con el peso del vehículo, el peso de la suspensión es pequeño, por lo que puede absorber la energía de golpear un bache sin molestar al resto del automóvil. Cuanto más ligero sea el coche, más ligera querrá la suspensión, para asegurarse de que los neumáticos permanezcan firmemente plantados en la carretera mientras se minimiza el movimiento de la carrocería.

CENTRO DE GRAVEDAD

A medida que su automóvil gira en una esquina, quiere rodar, lo que provoca la transferencia de peso. Eso obliga a los neumáticos exteriores a llevar más carga que los neumáticos interiores, creando una reducción neta en el agarre. La diferencia entre el centro de gravedad de su automóvil y la altura de su eje de balanceo provoca el balanceo de la carrocería.

El centro de gravedad (o centro de masa) es el punto único teórico desde el cual podría suspender su automóvil en cualquier orientación sin que intente girar y enderezarse. En un automóvil de pasajeros, este punto generalmente se encuentra justo adelante del centro del automóvil, aproximadamente a la altura del árbol de levas; la posición exacta varía de un automóvil a otro.

Durante el balanceo de la carrocería, cada extremo de la suspensión de su automóvil pivota alrededor de un punto llamado centro de balanceo, que está determinado por los ángulos y los puntos de montaje de los diversos componentes de la suspensión. El eje de balanceo es una línea imaginaria que se extiende entre los centros de balanceo delantero y trasero. Es a lo largo de este eje que la carrocería rueda en las curvas.

Entonces, ¿qué significa todo ésto? Bueno, es increíblemente complejo, pero aquí hay una descripción simplista de la relación entre la transferencia de peso y la transmisión de fuerza. Los diseñadores utilizan un eje de balanceo bajo para hacer que el automóvil sea más estable, generalmente más bajo que el centro de gravedad. La distancia entre el centro de gravedad y el eje de balanceo actúa como una palanca y provoca el balanceo de la carrocería. Acortar esta distancia da como resultado menos balanceo de la carrocería; alargarlo empeora las cosas. Reducir la altura de manejo es una forma de acercar el centro de gravedad al eje de balanceo, pero esto también afecta las posiciones de los centros de balanceo delantero y trasero y, en consecuencia, el ángulo del eje de balanceo; cantidades similares afectan los centros de balanceo delantero y trasero de manera diferente. Y cambiar el ángulo del eje de balanceo puede tener consecuencias de manejo diabólicas.

BARRAS ESTABILIZADORAS

UNA forma de limitar el balanceo de la carrocería es instalar resortes y amortiguadores más rígidos, a costa de una conducción más dura. Una mejor opción es una barra estabilizadora. Las barras antivuelco se asemejan más o menos a una U muy ancha. La sección central larga está unida a la carrocería del automóvil, mientras que los extremos están unidos a los brazos de suspensión. Cuando ambos lados de la suspensión se mueven juntos hacia arriba y hacia abajo, la barra simplemente gira en los soportes de la carrocería. Sin embargo, cuando un lado de la suspensión se mueve hacia arriba y el otro lado se mueve hacia abajo (balanceo de la carrocería durante las curvas), el movimiento opuesto de los brazos extremos hace que la sección central ancha de la barra se tuerza en sus soportes y actúe como un resorte de torsión para resistir la torsión de la carrocería. rollo. Toma la fuerza aplicada a la llanta exterior y la usa para empujar el auto hacia el otro lado. Aumentar el grosor de la barra o acortar los cilindros de los extremos aumenta su rigidez.

CONCLUSIÓN

'Cómo hacer que tu auto maneje' por Fred Puhn

Apenas hemos arañado la superficie de la suspensión aquí.

Para una mirada en profundidad, tome una copia de:

- Cómo hacer que su coche maneje por Fred Puhn;

- Suspensión del coche de competición de Alan Staniforth

- o Ingeniería de Chasis por Herb Adams.

También hablamos con Advantage Suspension (03 9555 2633), Roaring Forties, Melbourne Performance Center (03 9761 7775) y RRS (02 9907 3755) para armar esta historia.