UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ANÁLISIS DINÁMICO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA
DE SUSPENSIÓN PARA UN VEHÍCULO DE COMPETENCIA
EN CIRCUITO
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
ESTÉVEZ VELARDE ERICK FRANCISCO
DIRECTOR: ING. JUAN CARLOS LUCERO
© Universidad Tecnológica Equinoccial, 2016
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 171826462
APELLIDO Y NOMBRES: Estévez Velarde Erick Francisco
DIRECCIÓN: Av. Jaime Roldós lote 99 y Av. Velasco Ibarra
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: +593 (02)6020202
TELÉFONO MOVIL: +593 998383320
DATOS DE LA OBRA
TITULO:
ANÁLISIS DINÁMICO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE SUSPENSIÓN PARA UN VEHÍCULO DE COMPETENCIA EN CIRCUITO
AUTOR O AUTORES: Estévez Velarde Erick Francisco
FECHA DE ENTREGA DEL
PROYECTO DE TITULACIÓN:
6/06/2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN:
Ing. Juan Carlos Lucero
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN: Mínimo 250
palabras
El estudio exhaustivo de funcionalidad y
requerimientos en el sistema de suspensión,
fueron de vital importancia para ponderar los
elementos que conformaron el conjunto de alto
rendimiento de un vehículo cuando transita por un
circuito, el inicio de este trabajo investigativo
partió de un análisis del conjunto suspensión,
generalizando el conocimiento se pudo llegar hacia
temas más específicos, es el caso de los
componentes llamados coilovers, los mismos que
modifican la altura del automóvil conforme se
requiere, una función más de estos componentes
es brindar un cuerpo de amortiguación de mejor
calidad y desempeño, no obstante las pruebas del
estado del funcionamiento son un requisito previo
para procesar la información del estado de la
suspensión antes de la competencia, por ende una
vez acoplados todos elementos de alto rendimiento
como son coilovers, barra de torsión, rótulas
regulables, amortiguadores de alto impacto entre
otros deben ser sometidos a estudios geométricos
y bancos simuladores de situación del sistema de
suspensión mismos que arrojaron datos de 95% de
eficiencia en relación peso amortiguación al igual
se obtuvo informes dinámicos tales como, una
diferencia de 18%, cifra porcentual en frenado con
respecto al balance del peso vehicular. Una vez
concluida todas las mencionadas pruebas
estacionarias se procedió con las pruebas en el
circuito internacional José Tobar Tobar
¨Yaguarcocha¨ con la finalidad de obtener datos
más certeros del comportamiento vehicular cuando
se lo expone a altas cargas tales como: fuerzas de
tracción, fuerzas de frenado entre otras, se contó
con una aplicación Android llamada g force que se
encargó de medir dichos esfuerzos, otra de las
pruebas en pista fue el cronometraje de los
tiempos por vueltas, así como aceleraciones de 0 a
100 km/h. Se concluyó de manera satisfactoria
puesto que el nuevo sistema elegido llenó las
expectativas previstas tanto teórica como
prácticamente, logrando cumplir con las
necesidades de profundizar en el tema de
modificaciones en el área automotriz.
PALABRAS CLAVES: Coilover, geometría de la suspensión,
ABSTRACT: The exhaustive study of functionality and
requirements in the system of suspension, they
performed vital importance to weight the elements
that shaped the set of high performance of a vehicle
when it passes along a circuit, the beginning of this
investigation departed from an analysis of the set
suspension, generalizing the knowledge it was
DEDICATORIA
Una etapa más que finaliza con una eterna gratitud a Dios por bendecir mi
camino y permitirme culminar mis estudios.
El presente trabajo investigativo se lo dedico a mis padres Luis y Rosita que
con esfuerzo, dedicación y amor supieron guiarme para lograr los objetivos
propuestos, a mis hermanos Luis y Mateo, a mis sobrinos Samuel y
Benjamín que son mis pilares para seguir adelante, al cuerpo docente de la
carrera en especial a mi director del proyecto por su entrega y paciencia a lo
largo del trabajo investigativo, pero sobre todo este proyecto investigativo se
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ix
ABSTRACT x
1. INTRODUCCIÓN 1
2. MARCO TEÓRICO 3
2.1. GENERALIDADES DEL SISTEMA DE SUSPENSIÓN 3
2.2. FINALIDAD DEL SISTEMA DE SUSPENSIÓN 4
2.3. FUERZAS EN EL SISTEMA DE SUSPENSIÓN 4
2.3.1. FUERZA CENTRÍPETA 5
2.3.2. FUERZA CENTRÍFUGA 6
2.3.3. FUERZA DE FRENADO 6
2.3.4. FUERZA DE TRACCIÓN 7
2.4. TIPOS DE SUSPENSIÓN 7
2.4.1. SUSPENSIÓN INDEPENDIENTE 8
2.4.2. SUSPENSIÓN RÍGIDA O NO INDEPENDIENTE 8
2.4.3. SUSPENSIÓN ESPECIALES 9
2.5. COMPONENTES DEL SISITEMA DE SUSPENSIÓN 10
2.5.1. RESORTES 10
2.5.2. AMORTIGUADOR 11
2.5.3. RÓTULA 12
2.5.4. BARRA DE TORSIÓN 12
2.6. DINÁMICA DE LA SUSPENSIÓN 13
2.6.1. MASA SUSPENDIDA 13
2.6.2. MASA NO SUSPENDIDA 14
ii
2.6.4. ÁNGULO DE AVANCE O CASTER 16
2.6.5. ÁNGULO DE CAÍDA O CAMBER 17
2.6.6. CONVERGENCIA Y DIVERGENCIA 17
2.6.6.1. Subviraje 18
2.6.6.2. Sobreviraje 19
2.6.7. ÁNGULO DE AKERMANN 20
2.7. ESTATUTOS Y LINEAMIENTO FEDAK CIRCUITO 21
2.7.1. LINEAMIENTO MODIFICACIÓN SUSPENSIÓN 21
2.8. MODIFICACIONES EN EL SISITEMA DE SUSPENSIÓN 21
2.8.1. ESPIRAL DE ALTO RENDIMIENTO 22
2.8.2. BASE REGULABLE 23
2.8.3. RÓTULA REGULABLE 24
2.8.4. BASE DEL PUNTAL DELANTERO 25
2.8.5. BASE REGULABLE TRAVESAÑO TRASERO 25
3. METODOLOGÍA 26
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN 29
4.1. ANÁLISIS DEL VEHÍCULO CHEVROLET CORSA 1.3 ESTANDÁR 29
4.1.2. ANÁLISIS DE COMPONENETES DE LA SUSPENSIÓN
ESTANDÁR 31
4.1.2.1. Muelles 31
4.1.2.2. Amortiguadores 32
4.1.2.3. Rótulas 32
4.1.3. BANCO DE PRUEBAS SUSPENSIÓN AUTOMOTRIZ 33
4.2. ÁNALISIS DE COMPONENTES DE ALTO RENDIMIENTO 34
4.2.1. COILOVERS 35
4.2.2. RÓTULAS REGULABLES 35
4.2.3. AMORTIGUADORES DE ALTA COMPRESIÓN 36
4.3. MODELO MATEMÁTICO DE LA SUSPENSIÓN ESTANDAR 37
iii
4.3.2. DERIVA DEL VEHÍCULO MODIFICADO 42
4.3.3. ESFUERZO EN SUSPENSIÓN DELANTERA 44
4.3.4. CENTRO DE BALANCEO 49
4.4. MONTAJE DE SUSPENSIÓN 52
4.4.1. MONTAJE DE SUSPENSIÓN DELANTERA 52
4.4.2. MONTAJE DE SUSPENSIÓN TRASERA 55
4.5. PRUEBAS DE ESTADO DE SUSPENSIÓN 57
4.5.1. BALANCEO 57
4.5.2. ALINEACIÓN 58
4.5.3. SONDEO DE CAMBER 60
4.5.4. SONDEO DE CASTER 62
4.6. SIMULADOR DINÁMICO DEL SISTEMA DE SUSPENSIÓN 63
4.7. PRUEBAS EN CIRCUITO 67
4.7.1. APLICACIÓN ANDROID G FORCE 67
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 71
5.1. CONCLUSIONES 71
5.2. RECOMENDACIONES 72
BIBLIOGRAFÍA 73
iv
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Ficha técnica Opel Corsa 1.2. 29
Tabla 2. Estado inicial de Camber y Caster. 33
Tabla 3. Peso Vehicular en cada rueda. 34
Tabla 4. Datos de balanceo automotriz. 58
Tabla 5. Procesamiento de Caster Inicial y Final. 63
Tabla 6. Estado de suspensión delantera. 65
Tabla 7. Balance de vehículo en frenada. 66
v
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Sistema de suspensión automotriz. 4
Figura 2. Diferentes oscilaciones en el automóvil. 5
Figura 3. Fuerza centrípeta ejercida en el vehículo. 5
Figura 4. Fuerza centrífuga ejercida en el vehículo. 6
Figura 5. Fuerza de frenado. 7
Figura 6. Tipos de sistemas de suspensión. 7
Figura 7. Suspensión independiente. 8
Figura 8. Suspensión rígida eje trasero. 9
Figura 9. Conjunto muelle amortiguador. 9
Figura 10. Tipo de resortes. 10
Figura 11. Compresión y expansión de un amortiguador. 11
Figura 12. Rótulas automotrices. 12
Figura 13. Principio de funcionamiento barra de torsión. 13
Figura 14. Carrocería automotriz. 14
Figura 15. Conjunto suspensión Audi TT. 14
Figura 16. Distancia entre ejes. 15
Figura 17. Geometría de la mangueta. 16
Figura 18. Camber positivo. 17
Figura 19. Toe In Toe Out. 18
Figura 20. Efecto del subviraje. 19
Figura 21. Sobreviraje. 19
Figura 22. Diferentes geometrías Akermann. 20
Figura 23. Sistema de suspensión modificado. 22
Figura 24. Espiral de alto rendimiento. 22
Figura 25. Base regulable. 23
Figura 26. Amortiguador de sobrecarga. 24
Figura 27. Rótulas regulables. 24
Figura 28. Base del puntal delantero. 25
vi
Figura 30. Medidas vehiculares. 30
Figura 31. Medidas vehiculares II. 30
Figura 32. Control matriz de pruebas de suspensión. 33
Figura 33. Coilover kit. 35
Figura 34. Rótula regulable. 36
Figura 35. Amortiguadores mixtos. 37
Figura 36. Ángulo de deriva. 38
Figura 37. Descomposición de Fuerzas. 39
Figura 38. Cuerpo de amortiguación regulable. 52
Figura 39. Prisioneros tipo Allen. 53
Figura 40. Montaje de base superior. 53
Figura 41. Conjunto coilover. 54
Figura 42. Montaje del sistema coilover. 54
Figura 43. Desmontaje de rótulas. 55
Figura 44. Montaje de rótulas. 55
Figura 45. Desmontaje de suspensión trasera. 56
Figura 46. Cuerpo coilover posterior. 56
Figura 47. Montaje de coilover trasero. 57
Figura 48. Balanceo automotriz. 57
Figura 49. Centralización del alabeo. 59
Figura 50. Bloqueo de freno. 59
Figura 51. Posicionamiento del automóvil en rampa. 60
Figura 52. Ajuste de nivel en la rueda. 60
Figura 53. Alineación en ruedas. 61
Figura 54. Alineación óptima. 61
Figura 55. Error de caster. 62
Figura 56. Caster correcto. 63
Figura 57. Puesta en posición delantera. 63
Figura 58. Puesta en posición trasera. 65
Figura 59. Balance de vehículo en frenada. 66
vii
Figura 61. Trazado Yaguarcocha. 68
Figura 62. Velocidad máxima en largada. 68
Figura 63. Fuerza g en una curva 3. 69
viii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
Anexo 1. Estatutos Fedak.
75
Anexo 2. Hoja de servicio banco de suspensión. 84
ix
RESUMEN
El estudio exhaustivo de funcionalidad y requerimientos en el sistema de
suspensión, fueron de vital importancia para ponderar los elementos que
conformaron el conjunto de alto rendimiento de un vehículo cuando transita
por un circuito, el inicio de este trabajo investigativo partió de un análisis del
conjunto suspensión, generalizando el conocimiento se pudo llegar hacia
temas más específicos, es el caso de los componentes llamados coilovers,
los mismos que modifican la altura del automóvil conforme se requiere, una
función más de estos componentes es brindar un cuerpo de amortiguación
de mejor calidad y desempeño, no obstante las pruebas del estado del
funcionamiento son un requisito previo para procesar la información del
estado de la suspensión antes de la competencia, por ende una vez
acoplados todos elementos de alto rendimiento como son coilovers, barra de
torsión, rótulas regulables, amortiguadores de alto impacto entre otros deben
ser sometidos a estudios geométricos y bancos simuladores de situación del
sistema de suspensión mismos que arrojaron datos de 95% de eficiencia en
relación peso amortiguación al igual se obtuvo informes dinámicos tales
como, una diferencia de 18%, cifra porcentual en frenado con respecto al
balance del peso vehicular. Una vez concluida todas las mencionadas
pruebas estacionarias se procedió con las pruebas en el circuito
internacional José Tobar Tobar ¨Yaguarcocha¨ con la finalidad de obtener
datos más certeros del comportamiento vehicular cuando se lo expone a
altas cargas tales como: fuerzas de tracción, fuerzas de frenado entre otras,
se contó con una aplicación Android llamada g force que se encargó de
medir dichos esfuerzos, otra de las pruebas en pista fue el cronometraje de
los tiempos por vueltas, así como aceleraciones de 0 a 100 km/h. Se
concluyó de manera satisfactoria puesto que el nuevo sistema elegido llenó
las expectativas previstas tanto teórica como prácticamente, logrando
cumplir con las necesidades de profundizar en el tema de modificaciones en
x
ABSTRACT
The exhaustive study of functionality and requirements in the system of
suspension, they performed vital importance to weight the elements that
shaped the set of high performance of a vehicle when it passes along a
circuit, the beginning of this investigation departed from an analysis of the set
suspension, generalizing the knowledge it was possible to come towards
more specific topics, it is the case of the components so called coilovers, the
same ones that modify the height of the similar car is needed, one more
function of these components is to offer a body of dulling of better quality and
performance, nevertheless the tests of the condition of the functioning are a
prerequisite to process the information of the condition of the suspension
before the competition, its why once connected all elements of high
performance since they are coilovers, bar of twist, adjustable kneecaps,
absorbers of high place I strike between others there must be submitted to
geometric studies and banks malingerers of situation of the system. Once
concluded all the mentioned tests one proceeded with the tests in circuit in
order that it was throwing more accurate information of the traffic behavior
when it there are exposed to high loads such loads as forces of traction,
forces of stopped, one possessed an application Android so called g I forced
same that took charge measuring the above mentioned efforts, other one of
the tests was the timing of the times for returns, as well as accelerations from
0 to 100. He concluded in a satisfactory way since the new chosen system
filled the foreseen expectations, managing to demonstrate like concluded the
idea that it was born as a motivation of the system study in the self-propelling
1
1. INTRODUCCIÓN
En el Ecuador ha existido una creciente motivación por parte de las
personas hacia las competiciones automovilísticas como han sido:
competencias de vehículos 4x4, rally, circuito entre otros, en este punto es
donde se encuentra la problemática del tema investigativo, el cual nace a
partir de una creciente necesidad de conocer el comportamiento que debe
tener un automóvil que compite en la categoría de circuitos, para ser más
específicos las pruebas en trayecto se realizaron en el autódromo internacional José Tobar Tobar “Yaguarcocha”.
Las modificaciones que poseen los vehículos de competencia en circuito
usualmente se enfocan en el motor y transmisión, aunque en realidad
existen sistemas críticos como el de suspensión donde se pueden lograr
grandes mejoras en el rendimiento con el fin de acortar tiempos dentro del
recorrido, obteniendo así resultados extraordinarios en pista. No solo
ganando algunos caballos de fuerzas se logran resultados satisfactorios, en
una competencia la manejabilidad que posee el vehículo en sectores curvos
y rectos van a ser fundamentales para lograr resultados positivos, he aquí
donde el sistema de suspensión juega un papel crucial.
En la actualidad existe una gran oferta por componentes que otorgan ciertas
mejoras al sistema de suspensión, el incremento de la demanda por estas
partes se debe a que cada vez más acrecienta el interés de las personas por
el deporte tuerca, cuando se adquiere una autoparte el fin es incrementar el
rendimiento del automóvil en muchos de los casos se desconoce
técnicamente cuales son las variables que han mejorado, con el presente
tema investigativo a desarrollarse se demostrará paso a paso las diversas
características de desempeño, sus valores y como estos influyen en un
vehículo de competencia en circuito.
El objetivo principal del tema de investigación fue Analizar y Modificar un
sistema de suspensión para un vehículo de competencia en circuito con el
fin de mejorar sus prestaciones implementado elementos de alto
2 Los objetivos específicos del tema de investigación fueron:
Investigar sobre los diferentes sistemas de suspensión que existen en el
vehículo.
Analizar y calcular el trabajo de los componentes del sistema de suspensión
cuando son sometidos a altos requerimientos.
Seleccionar y modificar los elementos necesarios para mejorar las
prestaciones del sistema de suspensión en un vehículo de competencia en
circuito.
Efectuar pruebas de ruta, antes y después para determinar la eficiencia y
3
2. MARCO TEÓRICO
2.1. GENERALIDADES DEL SISTEMA DE SUSPENSIÓN
Se denomina suspensión al sistema automotriz encargado de absorber las
fuerzas de las irregularidades presentes en los diferentes escenarios de
conducción como se muestra en la figura 1, es uno de los sistemas más
importantes, ya que no solo permite soportar las diferentes cargas, y
absorber irregularidades, sino que tiene la función de brindar una buena
estabilidad al vehículo, proporcionando una conducción segura y cómoda.
(Alonso, 2010). En la actualidad las suspensiones que se emplean en los
automóviles convencionales (con cuatro ruedas y dos ejes) son muy
variadas y todas están basadas en unos pocos sistemas diferenciados.
Estas se pueden distinguir según su funcionalidad. En casi todos los
automóviles el eje delantero es independiente, ya que es el eje que soporta
las ruedas con direccionalidad y es necesario que se puedan girar. También
depende de si la transmisión se realiza a las ruedas delanteras, traseras o a
las cuatro ruedas (Ferigra, 2012).
Una definición más estricta diríamos, que son las cadenas cinemáticas que
unen las masas suspendidas con las no suspendidas con finalidades
determinadas. Como definición, las masas suspendidas son todas aquellas
partes del vehículo que se encuentran soportadas por los elementos
elásticos y que no están en contacto con el piso, por ejemplo, el motor,
chasis, carrocería, más todos los elementos que esta los contiene; y las
masas no suspendidas serían todos los elementos que están en contacto
con el piso o que están relacionados a ellos, cuando las masas suspendidas
que a continuación se detallara más a profundidad son las que ejercerán
mayor presión y se verán afectadas cuando el vehículo tienda a acelerar, la
rapidez con lleva que se incrementen las fuerzas que actúan en el vehículo,
la suspensión se ha ido innovando paso a paso con el transcurso del tiempo
4 Figura 1. Sistema de suspensión automotriz.
(Alonso, 2010)
2.2. FINALIDAD DEL SISTEMA DE SUSPENSIÓN
La finalidad de la suspensión es de permitir el control de la trayectoria del
vehículo gracias a la calidad de contacto rueda – suelo asegurando la
estabilidad en cualquier circunstancia. También ha de garantizar el confort
de los ocupantes y de los objetos transportados adaptándose a cualquier
superficie. Además, también es necesario que cumpla con otras
funciones complementarias:
Transmitir las fuerzas de aceleración y de frenada entre los ejes y el chasis.
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 perpendicular del chasis.
Soportar la carga del vehículo (Alonso, 2010).
2.3. FUERZAS EN EL SISTEMA DE SUSPENSIÓN
Cuando un vehículo 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 vehículo y se
propagan en distintos sentidos (Alonso, 2010).
5 Empuje: se produce al pasar por terreno ondulado (a).
Cabeceo: se produce por frenadas bruscas (b).
Bamboleo: se genera al tomar curvas a alta velocidad (c).
Figura 2. Diferentes oscilaciones en un automóvil de turismo.
(Alonso, 2010)
2.3.1. FUERZA CENTRÍPETA
En la práctica cuando el vehículo atraviesa una curva, experimentalmente
actúa la fuerza centrípeta la cual perpendicularmente trata de desestabilizar
al automóvil como se puede ver en la figura 3, en la toma de una curva hay
que tener en cuenta la disposición del motor que se tiene, si el auto dispone
de tracción o propulsión debido a que en el centro de gravedad se
descomponen las fuerzas, las fuerzas actuantes en el vehículo conllevan a
que existan cierta variación angular en las ruedas con lo que se produce
sobrevirajes o subviraje los mismos se detalla más adelante (Resnick, 2013).
6
2.3.2. FUERZA CENTRÍFUGA
Es la fuerza responsable para que un vehículo a velocidad tienda a salirse
de las curvas figura 4, la fuerza centrífuga es directamente proporcional a la
velocidad, es decir que a mayor velocidad mayor fuerza centrífuga. La fuerza
centrífuga también está ligada al peso del vehículo pues mientras más
velocidad y peso tenga un vehículo mayor la fuerza centrífuga actuante
sobre él existirá, el vehículo que se eligio para modificar tiende a subvirar en
las curvas debido a su dispoción de motor y a la tracción que posee, que en
este caso es tracción delantera, la fuerxa centrifuga de igual manera va
influir en demasía para que el auto tiende a subvirar (Resnick, 2013).
Figura 4. Fuerza centrífuga ejercida en el automóvil.
(Callejas, 2011)
2.3.3. FUERZA DE FRENADO
Un vehículo en movimiento dispone de una energía cinética o trabajo que es
equivalente a la fuerza de impulsión por la velocidad media del desplazamiento. El
automóvil sufre una aceleración negativa o desaceleración cuando se aplica una
fuerza igual y de sentido contrario a la fuerza que produce movimiento. Es decir, se
debe aplicar una fuerza de frenado que anule a la fuerza de impulsión figura 5. El
efecto de frenado consiste en transformar la energía cinética producida por el
vehículo movimiento en calor producido por el rozamiento entre los elementos
mecánicos de los frenos. La fuerza de frenado tiene el mismo valor que la fuerza
7 Figura 5. Fuerza de frenado.
(Arias, 2011)
2.3.4. FUERZA DE TRACCIÓN
Un vehículo con disposición transversal tiene un diseño de transmisión el
cual traccióna las llantas frontales directrices por ende es una fuerza
localizada en la parte delantera del automotor, donde se produce el
rompimiento de inercia para que exista movimiento. Esta fuerza de tracción
es muy importante debido a que en la salida de curvas va a ser fundamental
para que el auto mantenga la autonomía y no adquiera nuevos esfuerzos por
agentes externos (Callejas, 2011).
2.4. TIPOS DE SUSPENSIÓN
Los tipos de suspensión se fijan de acuerdo a las necesidades y disposición
del vehículo, están dados tanto a los componentes utilizados como se
muestra en la figura 6, así como a su disposición, estos parámetros marcan
las características de un tipo de suspensión específica (Alonso, 2010).
Figura 6. Tipos de sistemas de suspensión.
8
2.4.1. SUSPENSIÓN INDEPENDIENTE
Los primeros automóviles tenían la transmisión a las ruedas traseras, y el
eje consistía en una unión rígida que unía ambas ruedas. Hoy en día se
usan ballestas para amortiguar el movimiento del eje, un sistema que sólo
se usa en algunos vehículos industriales. En los vehículos modernos de
gama media-alta se montan suspensiones totalmente independientes, que
son aquéllas en la que no hay una unión rígida entre las ruedas de un
mismo eje figura 7(Enríquez, 2012).
Existen varios montajes posibles para este tipo de sistemas siendo los más
conocidos los siguientes:
Sistema Mac Pherson.
Sistema de triángulos superpuestos.
Sistema multienlace.
Sistema de brazos oscilantes.
Figura 7. Suspensión Independiente.
(Alonso, 2010)
2.4.2. SUSPENSIÓN RÍGIDA O NO INDEPENDIENTE
Los sistemas de eje rígido se componen de un eje de una sola pieza rígida
en cuyos extremos van instaladas las ruedas. Como consecuencia de ello,
todo el movimiento que afecta a una rueda se transmite a la otra. Como se
ve en la figura 8. Al elevarse una rueda, se transmite su movimiento hacia la
rueda del otro extremo. Como el eje va fijado directamente al chasis, la
9 suspensiones tiene la ventaja de ser muy resistente y económico de fabricar,
pero brinda poco confort y seguridad de manejo (Pérez, 2013).
Figura 8. Suspensión rígida.
(Gómez, 2010)
2.4.3. SUSPENSIÓN ESPECIALES
Estas suspensiones utilizan otro tipo de componentes, para el caso de los
elementos elásticos, se reemplaza los muelles por resortes neumáticos, se
utilizan otro tipo de amortiguadores, como los telescópicos de longitud
variable, y sobre todo utilizan un sistema de control electrónico figura 9, el
cual puede ser automático o manual, para tener una conducción segura,
sobre cualquier tipo de carretera, esto con el fin de proporcionar estabilidad,
confort y maniobrabilidad en todo momento. Para esto los sistemas de
suspensión especiales, se ayudan de módulos de control, los cuales
ingresan señales mediante sensores y los envía a los diferentes actuadores,
para que la suspensión se adapte al tipo de camino por el que se está
circulando (Bolaños, 2010).
Figura 9. Conjunto muelle amortiguador.
10
2.5. COMPONENTES DEL SISITEMA DE SUSPENSIÓN
Los componentes del sistema de suspensión son aquellos que están
intercalados entre las masas suspendidas y las masas no suspendidas. Por
su construcción deben ser elásticos y deformables para poder absorber las
irregularidades de la superficie donde el vehículo se mueva, y la amplitud de
estas deformaciones tiene que estar limitado en un intervalo definido.
2.5.1. RESORTES
Los resortes pueden ser de diferentes tipos siendo los más comunes los
resortes helicoidales como se observa en la figura 10 y los resortes de
hojas. Los resortes helicoidales están formados por arrollamientos
helicoidales de acero elástico fabricado con un grosor de varilla adecuado a
la rigidez que se quiera conseguir, así como con el número de espiras, la
distancia entre espiras, el tipo de material y el diámetro del arrollamiento.
Por su parte los resortes de hoja están constituidos por hojas elásticas
apiladas una sobre otra las cuales se unen mediante un perno transversal
y abrazaderas que sirven como guías para que formen un paquete, para
obtener diferentes rigideces se puede apilar más de dos hojas en cada
paquete (Pérez, 2013).
11
2.5.2. AMORTIGUADOR
Los amortiguadores juegan un papel importante dentro del sistema de
suspensión, ya que, sin estos, no se podría tener un sistema eficaz, es por
eso que los amortiguadores son el complemento de los elementos elásticos,
y optimiza las cualidades de los diferentes sistemas de suspensión. En
cualquier sistema de suspensión, siempre se encuentra un elemento
elástico, ya sea un muelle, una ballesta, en fin, este elemento elástico,
siempre va a absorber una gran cantidad de energía mediante su
deformación, la cual, sin presencia de otro elemento como el amortiguador,
seria devuelta con la misma magnitud con la que fue generada en el
momento de la deformación del elemento elástico (Pérez, 2013).
El amortiguador absorbe la energía del elemento elástico disipándola, para
evitar que este oscile de manera prolongada como se observa en la figura
11. Existen diferentes configuraciones de amortiguador, aunque el más
utilizado es el amortiguador hidráulico. El funcionamiento del amortiguador
se basa en circulación de un aceite entre dos cámaras internas que este
posee, a través de válvulas las cuales restringen el paso del aceite de una
manera brusca, mediante el efecto laminado, dependiendo de la
configuración existen válvulas que permiten el paso en un solo sentido, o
pueden ser bidireccionales (Martínez, 2013).
Figura 11. Compresión y Expansión de un amortiguador.
12
2.5.3. RÓTULA
Las rótulas son articulaciones las cuales se usan en las uniones móviles de
los sistemas de suspensión para proveer a estos de un juego controlado
entre los componentes que se encuentran interactuando cuando la
suspensión está en movimiento. Existe variedad de este tipo de
articulaciones tales como las que se puede apreciar en la figura 12
(Callejas, 2011).
Figura 12. Rótulas Automotrices.
(Basco, 2014)
2.5.4. BARRA DE TORSIÓN
Las barras de torsión basan su funcionamiento en la capacidad de algunos
materiales para retornar a su estado natural después de haber sufrido un
cambio en su forma al aplicarse una fuerza o momento sobre ellos
siempre y cuando no se supere el límite de fluencia de los mismos, al
momento de diseñar una barra de torsión se deben tener conocimientos de
diseño estructural para saber con gran presión donde los esfuerzos actúan y
en que magnitud, por lo general donde existe más fuerza es en curvas por la
sumatoria de fuerzas que actúan en el automotor destacándose la fuera de
centrifuga la misma que se aprecia en la figura 13. La gran mayoría son
barras de acero elástico sujetadas por sus extremos directamente o por
13 Figura 13. Principio de funcionamiento de una barra de torsión.
(Gómez, 2010)
2.6. DINÁMICA DE LA SUSPENSIÓN
El propósito del sistema de suspensión es mantener siempre en contacto los
neumáticos con el suelo y dar un comportamiento predecible al conductor
para que pueda mantener el control del vehículo. Cuando se diseña una
suspensión existen muchos parámetros que influyen en el comportamiento
del sistema y algunos de esos factores interactúan entre si de una u otra
manera. Por ello se debe poner mucha atención para colocar un buen
compromiso entre estos factores en todas las condiciones de funcionamiento
(Pérez, 2013).
2.6.1. MASA SUSPENDIDA
En un vehículo Monoplaza con suspensión, la masa suspendida es la
porción de la masa total que es soportada por la suspensión.
Normalmente incluye el cuerpo del vehículo, los componentes internos como
lo son la carrocería, chasis, motor, caja de cambios, pasajero, carga, como
muestra la figura 14, en si todo lo que no esté en contacto con el suelo
(Allan, 2010).
Cuanto mayor sea la relación de la masa suspendida sobre la masa no
suspendida, el cuerpo del vehículo y su ocupante se ve afectado en menor
14 modos, una relación excesiva podría ir en disminución de la capacidad de
control sobre el vehículo (Allan, 2010).
Figura 14. Carrocería automotriz.
(Bolaños 2010)
2.6.2. MASA NO SUSPENDIDA
La masa no suspendida está constituida por la masa de la amortiguación,
ruedas, mordazas de freno, discos de freno figura 15, aproximadamente el
50% del peso de los brazos de suspensión, ejes de transmisión, resortes y
amortiguadores. La masa no suspendida será la cual el amortiguador debe
mantener en control y mantenerla en contacto con el suelo (Allan, 2010).
Figura 15. Conjunto suspensión Audi TT.
15
2.6.3. DISTANCIA DE EJES Y ANCHO DE VÍA
La distancia entre ejes es la distancia entre el centro del eje delantero y el
eje posterior. La distancia entre ejes tiene una gran influencia en la
distribución de masas. Una distancia entre ejes grande genera una
transferencia de masas pequeña entre los ejes delantero y posterior en
relación a una distancia entre ejes corta durante la aceleración y el frenado
(Pérez, 2013).
Una distancia entre ejes grande también hace posible colocar resortes
suaves y esto incrementa el nivel de confort del conductor figura 16. De la otra
mano una distancia entre ejes corta tiene las ventajas de un radio de
curvatura más corto para el mismo ángulo de giro del volante Un vehículo
con una distancia entre ejes muy corta se comporta de manera nerviosa en
la salida de las curvas y en línea recta (Alonso, 2010).
Figura 16. Distancia entre ejes.
(Alonso, 2010)
El ancho de vía tiene mucha importancia cuando se diseña un vehículo.
Este tiene influencia en el comportamiento en las curvas del vehículo y la
tendencia a virar. Un ancho de vía largo reduce la transferencia de masas en
las curvas mientras que un ancho de vía corto las aumenta. Un ancho de
vía largo tiene la desventaja de un mayor movimiento lateral necesario
para esquivar obstáculos, en algunas bibliografías y hojas de servicio se
puede apreciar la palabra batalla que dentro del glosario de la mecánica
automotriz tiene el mismo significado de distancias entre ejes en el
16
2.6.4. ÁNGULO DE AVANCE O CASTER
En la vista lateral la inclinación de la mangueta es llamada Caster. La
distancia del eje de la mangueta al centro de la pisada del neumático con el
piso es llamada compensación caster o pisada del caster figura 17. El
ángulo de avance y la pisada del caster es de mucha importancia cuando se
diseña la geometría de la suspensión (Bolaños, 2010).
Figura 17. Geometría de la mangueta vista lateral.
(Bolaños, 2010)
Cuanto más larga es la pisada del caster mayor es el esfuerzo que se
necesita para girar la dirección (Bolaños, 2010).
El ángulo caster tiene un efecto positivo en el camber al momento de girar.
Con un caster positivo la rueda de afuera gana camber negativo y la rueda
interior camber positivo, causando que ambas ruedas se recuesten dentro
de la curva (Alonso, 2010).
El tamaño de la pisada mecánica debido al caster no debe ser muy grande
comparada con la pisada neumática de la rueda. La pisada neumática se
aproxima a cero cuando las ruedas tienden al límite de adherencia. Esta es
la señal para el conductor de que el neumático está cerca de patinar. Esta
señal de patinaje se pierde si la pisada mecánica es más larga comparada
17
2.6.5. ÁNGULO DE CAÍDA O CAMBER
El ángulo de caída es el ángulo entre el plano inclinado en la rueda y el
plano vertical como se puede ver en la figura 18. Se define un camber
positivo cuando la parte superior de la rueda está inclinada hacia afuera
respecto al chasis. El ángulo camber altera la calidad de adherencia,
en particular un camber negativo, aumenta la adherencia en las curvas.
Esto se debe a que este ángulo coloca la rueda en un ángulo más óptimo
con la superficie de rodaje, transmitiendo las fuerzas por el plano vertical de
la rueda. Si la rueda tiene un camber cero, la parte interior de la pisada del
neumático puede empezar a levantarse del piso, esto reduciría el área de
contacto con el piso. Aplicando camber negativo, este efecto se reduce,
maximizando así el área de contacto con el piso (Bolaños, 2010).
Figura 18. Camber positivo es la inclinación de la rueda hacia afuera respecto a la vertical.
(Bolaños, 2010)
2.6.6. CONVERGENCIA Y DIVERGENCIA
En ingeniería automotriz, el toe, es el ángulo simétrico, de cada rueda con el
eje longitudinal del vehículo. Esto se puede contrastar con la dirección, que
es el ángulo anti simétrico, es decir, ambas ruedas apuntan hacia la
izquierda o la derecha, en paralelo (aproximadamente). Toe in o
convergencia, hace referencia a que la parte delantera de la rueda apunta
en dirección del eje longitudinal del vehículo. Toe out o divergencia, hace
referencia a que la parte delantera de la rueda apunta en dirección opuesta
18 lineales, en la parte delantera de la llanta, o como una desviación angular.
Es deseable tener un toe estático mínimo para reducir la resistencia al
rodaje, el calentamiento de los neumáticos y el desgaste excesivo de los
mismos. El toe es siempre ajustable en los automóviles de producción, sin
embargo, el ángulo de avance y el ángulo de caída a menudo no son
ajustables como muestra la figura 19 (Alonso, 2010).
Figura 19. Toe In B, Toe Out A.
(Bolaños, 2010)
2.6.6.1. Subviraje
En la práctica cuando al conducir un vehículo se denota un giro menor en las
ruedas con respecto al que teóricamente debe tener al momento de tomar
las curvas, se conoce como subviraje. La parte delantera del vehículo tiende
a salirse hacia el exterior de la curva a causa de la perdida de adherencia en
el tren delantero, se percibe una sensación de apertura en la curva como
muestra la figura 20. El vehículo que se adquirió tiende a subvirar debido a
que las ruedas delanteras giran angularmente menor que lo que en teoría
debería girar, la tracción delantera contribuye a que el automotor presente
este problema, en la práctica es mucho más eficiente y sencillo controlar un
vehículo que presenta subviraje tan solo se debe dejar de acelerar para
tomar el control del mismo.
La tendencia del subviraje está precedida en vehículos con tracción
delantera debido al reparto de pesos sobre el eje. También se presenta por
el hecho de que las ruedas directrices tengan que transmitir al mismo tiempo
fuerzas laterales y longitudinales, ya que son las encargadas de dar tracción
19 Figura 20. Efecto del subviraje.
(Águeda, 2012)
2.6.6.2. Sobreviraje
Se trata de exceso de giro del vehículo provocado por el deslizamiento del
puente trasero, se producen los llamados trompos. La parte posterior del
vehículo sufre un desplazamiento hacia el exterior de la curva, mayor que la
parte delantera del mismo como se muestra en la figura 21. Los vehículos
con propulsión trasera son más propensos a que se produzca un sobre
viraje en su conducción (Águeda, 2012).
Figura 21. Sobreviraje vehicular.
20
2.6.7. ÁNGULO DE AKERMANN
En curvas a bajas velocidades, donde las fuerzas externas debido a las
aceleraciones son despreciables, el ángulo de viraje necesario para hacer
una curva con radio R es llamado ángulo de dirección Ackermann. Si
ambas ruedas delanteras son tangentes a círculos concéntricos con el
mismo centro de curvatura, el cual se encuentra en línea recta con el eje
trasero, se dice que el vehículo tiene la dirección Ackermann. Esto resulta en
que la rueda externa tenga un ángulo de viraje más pequeño que la rueda
interna. Si ambas ruedas tienen el mismo ángulo de viraje se dice que el
vehículo tiene dirección paralela y si la rueda externa tiene un ángulo de
viraje más amplio que la rueda interna es llamado Ackermann negativo a
continuación se observa la figura 22. Los tipos de akermann que se pueden
encontrar (Alonso, 2010).
Los vehículos de pasajeros tienen una geometría de dirección entre
dirección Ackermann y dirección paralela mientras que es común que los
vehículos de carrera usen Ackermann negativo. Al usar dirección
Ackermann en los vehículos de pasajeros, u otros vehículos expuestos a
aceleraciones laterales bajas, es seguro que todas las ruedas giren
libremente porque las ruedas son direccionadas para tomar un centro de
curvatura común (Alonso,2010).
Figura 22. Diferentes geometrías Akermann.
21
2.7. ESTATUTOS Y LINEAMIENTO FEDAK CIRCUITO
La Federación Ecuatoriana de Automovilismo y Kartismo Deportivo
(FEDAK), es un organismo deportivo autónomo, de derecho privado, sin
fines de lucro, ajena a toda influencia o tendencia política, religiosa, racial,
con personería jurídica concedida por el Estado, sujeta a las leyes de la
Republica, a los estatutos y reglamentos de los organismos nacionales y a
su propio Estatuto y reglamentos. La Federación Ecuatoriana de
Automovilismo y Kartismo Deportivo (FEDAK), es el organismo que planifica,
dirige y ejecuta a nivel nacional el Deporte del Automovilismo y Kartismo
Deportivo en todas sus modalidades, impulsando la formación competencia
y el alto rendimiento de los deportistas de esta disciplina, para que
representen al país en competencias internacionales. La Federación
Ecuatoriana de Automovilismo y Kartismo Deportivo podrá ser reconocida en
todos sus actos y con la misma validez por su denominación completa o por
las siglas FEDAK (Fedak, 2015).
2.7.1. LINEAMIENTO MODIFICACIÓN SUSPENSIÓN
En cuanto al sistema de suspensión existe un lineamiento de modificación
libre que se detalla en anexo 1, lo que quiere decir que la elección del tipo
de suspensión y características son de elección de la escudería que
modifica el vehículo.
2.8. MODIFICACIONES EN EL SISITEMA DE SUSPENSIÓN
Todo sistema automotriz puede ser susceptible a una modificación para
optimizar sus prestaciones, es el caso del sistema del sistema de
suspensión el cual puede ser sometido a estudios para un alto rendimiento
como muestra la figura 23, es el caso de las competencias automovilísticas
donde se requiere un sistema mucho más óptimo con respecto a un
22 Figura 23. Sistema de suspensión modificado.
(Motortrend, 2010)
2.8.1. ESPIRAL DE ALTO RENDIMIENTO
Los espirales de alto rendimiento varían su espesor y longitud con respecto
a los estándares, pero fundamental la gran diferencia es el material de los
cuales están conformados figura 24, esto debido a las grandes cargas que
deben soportar, en la actualidad existe una gran variedad de proveedores
que otorgan kits con diferentes especificaciones de material y medidas de
los espirales así logrando satisfacer un mercado que cada día se incrementa
(Lotero, 2009).
Figura 24. Espirales de alto rendimiento.
23
2.8.2. BASE REGULABLE
Es de crucial importancia una base regulable debido a que es un soporte de
alta dureza que brinda estabilidad al amortiguador de paso que regula la
altura a la que se encuentra el automóvil, en la actualidad las empresas de
performance disponen de bases homologadas que hace juego con sistemas
independientes de amortiguación es decir que el usuario es el que va a
decidir la especificación del amortiguar que va a montar al sistema
optimizado como muestra la figura 25 (Pérez, 2013).
Figura 25. Base regulable.
(Gabriel, 2015)
El amortiguador va a ser el limitador del desplazamiento del espiral, este
elemento tiene contacto directo con la carrocería del automotor, el
amortiguador de sobrecarga como su nombre dice va a tener la función de
conexión entre las masas no suspendidas y masas suspendidas la
composición usualmente del amortiguador de sobrecarga es mixta tanto
hidráulica como neumática este elemento también lleva un reservorio el cual
contiene una cantidad adicional de fluido hidráulico en caso de que el
amortiguador este sometido a mayores esfuerzos como se muestra en la
24 Figura 26. Amortiguador de sobrecarga.
(Sach, 2014)
2.8.3. RÓTULA REGULABLE
La rótula puede variar para una calibración de tendencia de curva, es decir
cuando en circuito se presentan curvas con dirección izquierda o derecha en
la mayoría de su trazado los requerimientos de curvatura y de calibración de
camber van ser corregidos para variar su posicionamiento en milímetros con
respecto a su estado original las rotulas regulables se pueden adquirir en
kits por proveedores de autopartes de alto rendimiento como muestra la
figura 27. Así la toma de decisiones recaerá sobre el comprador
(Águeda, 2012).
Figura 27. Rótulas regulables.
25
2.8.4. BASE DEL PUNTAL DELANTERO
La base del puntal va a ser un elemento que se encuentra críticamente
sometido a esfuerzo debido a la compresión del amortiguador al esfuerzo de
tracción en arranque y de fuerzas centrípetas y centrifugas en la actualidad
se las refuerza con barras de torsión que son comunicadas entre sí para
evitar cualquier deformación como muestra la figura 28. Reforzar las bases
es de vital importancia para mantener su geometría. Del sistema de
suspensión (Pérez, 2013).
Figura 28. Base del puntal delantero.
(Honda, 2010)
2.8.5. BASE REGULABLE TRAVESAÑO TRASERO
Esta base se encargará de regular la parte trasera del vehículo y aparte
mantendrá la divergencia en el sistema posterior de la suspensión contiene
una base regulable figura 29. La cual limita la altura posterior según sea la
necesidad de circulación (Callejas, 2011).
Figura 29. Base posterior.
26
3. METODOLOGÍA
El presente trabajo investigativo se enfocó en el uso de dos métodos, los
cuales con anterioridad se analizaron y estudiaron, para que a partir de
ellos se estructure una base de análisis que logre focalizar una toma de
decisiones adecuadas, los métodos desarrollados toman un orden
secuencial en el avance de la actividad, partiendo del método deductivo de
lo general a lo particular es así que una vez estudiado el sistema de
suspensión automotriz se conoció las variantes específicas que este
sistema posee, con el fin de elegir la opción más factible para obtener un
resultado óptimo, debido a una gran gama de variantes que presenta el
sistema de suspensión la elección tuvo que ser sustentada con datos
arrojados en pruebas, la generalidad del sistema de suspensión explica el
fin universal que tienen los componentes que conforman el mismo, el
estudio específico para el óptimo desarrollo de un vehículo en circuito
conllevó a descartar y a ponderar sistemas con características de alta
prestación.
Una vez que el análisis teórico ha sido previamente procesado y debatido
se continuó con el método práctico para determinar cuál de las variables
elegidas resultó la más acertada, aplicando conceptos de montaje y
comprobación se obtuvo un resultado favorable. Al ser un método que
demuestra con hechos los procedimientos y acciones que llevan a cabo una
actividad técnica tanto de montaje como desmontaje de los conjuntos de alto
rendimiento, fue de primordial importancia la aplicación del mismo para la
obtención real de hechos, este método fue muy utilizado para la
comprobación tanto con equipos mismos que dan una apreciación teórica
con rangos de error muy bajos casi simulando a los reales así como en el
circuito abarcando pruebas tales como toma de tiempos, temperatura y
presión de ambiente así como del sistema de refrigeración y componentes
vitales haciendo énfasis en el sistema de frenos, estado del sistema de
suspensión entre otros, por ende fue de vital importancia la aplicación de este
27 Las herramientas que se precisan a continuación son las más utilizadas en
talleres de servicios automotrices tales como:
Llaves hexagonales.
Llaves mixtas.
Llaves Allen.
Juego de rachas.
Destornilladores.
Pistola de impacto.
Opresores de muelles.
Micrómetros.
Calibrador.
Juego de galgas.
Los equipos de comprobación, como equipos de medición son necesarios
para el adecuado testeo de elementos que conforman la suspensión es el
caso de equipos de comprobación como:
Alineadora.
Balanceadora.
Equipos de medición de camber y caster.
Simulador dinámico de suspensión.
En la actualidad existen varias opciones para mejorar las prestaciones de un
vehículo estándar, casas comerciales automotrices como marcas
especializadas en el tema, compiten entre sí en la oferta de conjuntos o “kits” vehiculares, se realizó una laboriosa toma de decisión al instalar el kit
de alto rendimiento se eligió los siguientes componentes:
Muelles de alto rendimiento.
Bases regulables.
Amortiguadores de alta compresión.
Conjunto de rótulas regulables.
Barra estabilizadora.
En la práctica se usó un software que es fácilmente descargable de
plataformas para teléfonos con sistemas operativos Android y IOS llamado g
28 información en el vehículo cuando circulara en el autódromo internacional
de Yaguarcocha, el indicador g forcé actuará también en curvas
determinando gráficamente si tiende a subvirar o sobregirar el vehículo
cuando recorre a una velocidad determinada, esta aplicación utiliza GPS
(sistema de posicionamiento global) para el procesamiento de información
29
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. ANÁLISIS DEL VEHÍCULO CHEVROLET CORSA 1.3
ESTANDÁR
Es un automotor de ensamblaje nacional realizado por Aymesa sa. Con
componentes procedentes de Corea y Alemania, este último es el país
donde se produjo por primera vez el automóvil en el año de 1992 con el
nombre de Opel corsa la situación de su motor es longitudinal delantera, usa
gasolina como combustible, aunque en el mercado existen ciertas variantes
que utilizan diésel como combustible, posee tracción delantera con seis
marchas mismas que son cinco de avance y una de reversa, la suspensión
delantera es tipo independiente, la suspensión trasera es semirrígida con
espirales limitados por amortiguadores de aceite, la tabla 1. A continuación
muestra ficha técnica vehicular.
Tabla 1. Ficha técnica vehicular Opel corsa 1.2.
30 Para los cálculos pertinentes es de vital importancia conocer las medidas
vehiculares como se muestra en la figura 30, 31. Medidas exactas que
fueron pensadas para un vehículo ligero que transite por el tráfico de
grandes ciudades con gran eficiencia en consumo de combustible.
Figura 30. Medidas vehiculares.
(GMC,2001)
Donde:
a: Perpendicular del conductor.
b: Perpendicular de ocupantes.
c: Espacio entre asientos.
Distancia entre ejes 2443 (mm)
Largo total 3729 (mm)
Figura 31. Medidas vehiculares II.
31 Donde:
Ancho total: 1608 (mm).
Eje delantero: 1387 (mm).
Altura total: 1388 (mm).
4.1.2. ANÁLISIS DE COMPONENETES DE LA SUSPENSIÓN ESTANDÁR
La suspensión del Chevrolet corsa fue diseñada para soportar cargas
limitadas puesto que su velocidad máxima es de 140 km/h, en cuanto a los
mantenimientos correctivos de suspensión se los realiza aproximadamente
a los 70.000 km, los mantenimientos preventivos abarcan reajustes y
revisiones visuales cada 25.000 km según datos proporcionados por el
fabricante del vehículo, a continuación, se realizará un análisis descriptivo
de los componentes que conforman dicho sistema.
4.1.2.1. Muelles
En los muelles de alambre cónico, el diámetro del alambre tiende a
reducirse hasta el extremo del muelle. Bajo condiciones normales de carga
aproximadamente unos 8.400 néwtones, los extremos de los muelles son
más débiles, garantizando una conducción confortable. Unas
deformaciones mayores, como las resultantes de cargas más pesadas a
más velocidad o peores condiciones del terreno, activan el resto del muelle.
Esto inicia un incremento progresivo del coeficiente del muelle y un agarre
estable a la carretera siempre y cuando circule dentro de las tolerancias de
velocidad debido a que si se incrementa la rapidez por ende incrementan
las cargas. Los manguitos de plástico situados en las espirales de los
extremos evitan daños en la superficie del muelle y garantizan un
funcionamiento suave.
Los muelles tienen una aplicación muy amplia en cualquier sector de la
técnica, especialmente en el automovilístico; pueden ser de metal, caucho,
plástico, madera o cualquier otro material, el caso de los muelles del
32
4.1.2.2. Amortiguadores
Son amortiguadores de doble efecto con un recorrido de 32 cm netamente
llenos de aceite lubricante con una densidad promedio de 1015 kg/m3 lo
que facilita su desplazamiento cuando se presentan obstáculos en la vía,
son de simple instalación y el muelle se apoya sobre su misma base, la
base es montada en el cuerpo del mismo amortiguador usa pernos
hexagonales para la sujeción a la carrocería frontal del vehículo, los
amortiguadores posteriores tienen similar características solo que estos se
encuentran sujetados al conjunto de frenos y limitan a los muelles que se
encuentran montados en el eje transversal, es decir no se encuentran
comunicados entre sí.
4.1.2.3. Rótulas
Son rótulas sencillas sin desplazamiento comunica directamente la
transmisión de giro de las llantas directrices su rango de funcionamiento
están fijadas por limitantes angulares +- 60º lo que permite un giro sencillo,
para la corrección de divergencia necesita un ajuste que implica un
montaje y desmontaje del conjunto del neumático aro y del sistema de
frenos, los aprietes se los realiza paso a paso observando la graduación
que marca el equipo de comprobación, es algo muy natural en sistemas
sencillos las rótulas según el manual del fabricante recomienda chequear
cada 48000 km, una ventaja que tiene las rótulas es que no soportan
esfuerzos verticales muy extensos porque el vehículo dispone de dirección
hidráulica lo que facilita su movimiento cuando el vehículo recorre en una
jornada común a velocidades de un promedio de 80 km/h. al ser elementos
que componen el sistema de dirección son los enlaces que comunican
dicho sistema con el sistema de suspensión por ende es de gran
importancia su modificación debido a que prestaría un fácil reajuste al
momento de medir camber y caster como al momento de desmontar el
33
4.1.3. BANCO DE PRUEBAS SUSPENSIÓN AUTOMOTRIZ
El banco de pruebas de suspensión automotriz tiene como fin identificar
posibles fallas e inconvenientes figura 32. Realiza un análisis completo del
estado de la suspensión, el banco de pruebas arroja datos fundamentales
como medidas de ejes pesos unitarios por rueda entre otros.
Figura 32. Control Matriz de Pruebas de Sistema de Suspensión.
(Rapifrenos, 2016)
El banco de pruebas de suspensión automotriz arrojó datos exactos que
tienen paridad con los datos técnicos otorgados por el fabricante tales como
batalla, ancho, largo, peso general, peso de cada rueda, una vez recopilado
estos datos, el banco de pruebas realiza mediciones de camber caster
alineación y balanceo como muestra la tabla 2, cabe recalcar que en este
punto el vehículo se encontraba estándar sin previas modificaciones.
Tabla 2. Estado Inicial de Camber y Caster.
Tolerancia de camber Tolerancia de caster -0.25´º -1.51´º 0.35´º 2.35´º Izquierdo Derecho Izquierdo Derecho
-1.56´º -1.41´º 0.28´º 2.80´º
En la tabla expuesta anteriormente se puede denotar que rangos de camber
y caster están totalmente fuera de la zona de tolerancia, tan solo la rueda del
34 son susceptibles a ser corregidos y optimizados, el banco de pruebas
también informó sobre el peso que posee el vehículo como muestra la tabla
3. Dato que es de fundamental importancia al momento de calcular el centro
de gravedad.
Tabla 3. Peso vehicular en cada rueda. Rueda Peso en (Kg) Delantera Izquierda 283
Delantera Derecha 257 Posterior Izquierda 147 Posterior Derecha 152 Total 839
4.2. ÁNALISIS DE COMPONENTES DE ALTO RENDIMIENTO
Como se mencionó antes en el mercado automotriz se ofrecen varios
componentes para optimizar el automotor, las referencias que nos otorga el
fabricante en cuanto a datos de situación del motor, tipo de tracción,
disposición del servo, entre otros son analizados para la ponderación de los
elementos a montar en el automóvil. La elección estuvo enmarcada en un
regimiento de un presupuesto como limitante y de necesidades básicas para
la adecuada circulación debido a que el vehículo ha tenido ciertas
modificaciones en motor transmisión, sistema de frenos, carrocería y
electrónica. Poder regular la altura de forma rápida y cómoda fue una
motivación para inclinarse por la selección de cuerpos de amortiguación
regulables llamados coilovers, elementos que nos permiten regular la altura
en diferentes medidas una vez calculado el centro de gravedad. El conjunto
elegido a continuación se lo monto usando procedimientos detallados y
cuidadosos mismo que son recomendados por el fabricante, cuando se
montan estos elementos forzando sus componentes existen varios
35
4.2.1. COILOVERS
Un cuerpo de amortiguación regulable figura 33. Posee elementos como una
base con medidas en centímetros sobre ella se fijan dos anillos opuestos en
su giro que permiten ajustar a la medida deseada, sobre los mismo reposa
un espiral cuyo desplazamiento es regulado por un amortiguador de alta
compresión, el muelle posee un módulo elevado de elasticidad de 780
kg/s2m, hay que tener en cuenta que en el mercado actualmente se ofrecen
coilovers tunning, los mismos que solo dan un aspecto estético limitando sus
prestaciones cuando el vehículo requiere soportar altas cargas, en el eje
trasero la instalación de estos componentes se realiza de manera
independiente reemplazando a los muelles estándar que vienen en el
vehículo por la base regulable y helicoidal que encajan en el eje graduando
la posición con respecto al suelo, el limitante del desplazamiento va a ser el
amortiguador al igual que en el sistema estándar va a estar sujeto a la
carrocería como al conjunto de masas suspendidas.
Figura 33. Coilovers kits.
4.2.2. RÓTULAS REGULABLES
Un componente del sistema de suspensión necesario para el ajuste de
camber y caster son las rótulas automotrices, en el mercado se ofrece una
36 La rótulas regulables mejoran el ajuste del camber y el caster prestando
facilidad de apriete y alta precisión en calibración, posee una salida de 70
mm de calado hacia el exterior, al estar comunicando dos sistemas tanto el
sistema de suspensión como el sistema de dirección, es de vital importancia
su modificación debido al soporte de grandes cargas al tomar una curva
otra de las funciones es mantener las medidas y ángulos requeridos para
evitar un subviraje o a su vez evitar un sobreviraje, cuando el sistema de
dirección es hidráulico tiende a variar con más facilidad los grados de
libertad en la dirección es aquí donde la rótula regulable ofrece rangos de
giro que van desde los 80º hasta los 95º medidos desde el frente del
conjunto rueda trazando una perpendicular que atraviese teóricamente el
neumático, las rotulas están compuestas por una aleación de acero al
carbono de alta dureza y tenacidad llegando a soportar cargas tales como
8000 N a 10.000 N mismas fuerzas que se traducen en fuerzas de tracción,
fuerzas de frenado y fuerzas verticales ejercidas por el peso de la carrocería.
Figura 34. Rótula Regulable.
4.2.3. AMORTIGUADORES DE ALTA COMPRESIÓN
Son diseñados para brindar una dureza desplazamientos confortables, al
ser mixtos tienes un gas de alto índice de ebullición y un aceite lubricante de
densidad alta superando a los 18 kg /m3.Elementos como estos son
