Los Resortes de Suspensión, Qué son, Cómo Funcionan y Tipos

El sistema de suspensión de un coche cumple una función vital para su buen desempeño. Se encarga de absorber los baches y desniveles de la carretera, además de mantener el coche estable durante la conducción. Los resortes de suspensión son parte de este sistema, y aquí veremos más de estos dispositivos.

Cualquier resorte, ya sea un resorte de hoja, de torsión o helicoidal, debe compensar las irregularidades en la superficie de la carretera, mantener el sistema de suspensión a una altura predeterminada y soportar peso adicional sin combarse demasiado.

El diámetro del alambre y la geometría de los devanados de la bobina dictan el rendimiento de amortiguación de un resorte. Cada una de esas funciones es extremadamente importante para brindar comodidad, manejo preciso y capacidad de carga en el vehículo moderno.

¿Qué es un Resorte de Suspensión?

También conocidos como resortes helicoidales, para diferenciarlos de las ballestas y las barras tensoras, su función principal es absorber los impactos de la carretera, así como también apoyar y mantener el vehículo a la altura diseñada. El movimiento del resorte está controlado por la acción del amortiguador, que también forma parte del sistema de suspensión.

El amortiguador en realidad no absorbe los golpes, simplemente amortigua el movimiento del resorte. Los amortiguadores no soportan el peso del vehículo ni afectan la altura de manejo del vehículo.

Los resortes helicoidales se clasifican por su “Constante de resorte”, la cual es medida en N/m o Kg/cm según sea el caso. Esta constante de resorte, es la carga total distribuida sobre el recorrido desde la altura libre hasta la altura cargada del resorte helicoidal.

Los resortes helicoidales son de doble acción y deben responder tanto al salto como al rebote del movimiento de suspensión. El resorte y el amortiguador juntos mantienen los neumáticos en contacto con la superficie de la carretera, proporcionando tracción, dirección, eficiencia y comodidad de conducción adecuadas.

La función de un resorte helicoidal se puede comprender mejor si lo visualizamos como una barra de torsión larga y delgada enrollada en forma de espiral. Debido a que el alambre enrollado se retuerce durante los ciclos de compresión / extensión del resorte, el resorte helicoidal en realidad funciona con el mismo principio que una barra de torsión.

Dado que un resorte helicoidal ocupa un espacio relativamente pequeño, se puede usar en una variedad de diseños de suspensión que incluyen el puntal McPherson, el eje sólido con brazos de arrastre, el eje trasero con resorte independiente o cualquier sistema de suspensión SLA que utilice una configuración de amortiguador de resorte o espiral.

Los resortes siempre deben reemplazarse en pares, no hacer esto puede resultar en un manejo deficiente y alineaciones difíciles.

En algunos casos, un resorte helicoidal se puede diseñar como un resorte de tasa variable que aumenta la capacidad de carga a medida que se comprime. Los resortes helicoidales de tasa variable se utilizan a menudo en configuraciones de chasis que ocasionalmente soportan cargas pesadas.

¿Cómo Funcionan los Resortes Helicoidales?

Los resortes amortiguan la conducción de un vehículo de acuerdo con el principio de la relación de peso entre puntos de resortes. A medida que un vehículo gana velocidad, los resortes comienzan a absorber el impacto de las irregularidades en la superficie de la carretera.

A medida que aumenta la velocidad del vehículo, se requiere una tasa de resorte más rígida para mantener los ejes y las ruedas en contacto con la superficie de la carretera. Esta es la razón por la que los vehículos de alto rendimiento tienden a utilizar sistemas de suspensión más rígidos que los vehículos de pasajeros normales.

Debido a que un resorte comprimido se extenderá de manera violenta, se deben usar amortiguadores para amortiguar los ciclos de compresión y extensión del resorte. Sin amortiguación, la compresión y extensión violenta de un resorte haría que un vehículo perdiera el control sobre una superficie irregular.

A medida que el control de rebote se deteriora debido al desgaste normal del amortiguador, el vehículo comenzará a experimentar una conducción, una respuesta de la dirección y un control de manejo deficientes.

Además, el desgaste de las llantas se acelerará debido a la geometría de la suspensión que opera fuera de su rango normal. Esta es la razón por la que los fabricantes de amortiguadores / puntales son inflexibles sobre la inspección y el reemplazo regulares de las unidades desgastadas.

En general, las características de compresión y extensión del amortiguador deben coincidir con las características de compresión y extensión del resorte. Dado que los resortes más rígidos normalmente no experimentan rangos extremos de recorrido, es posible que se requiera menos control de amortiguación o rebote para una conducción normal.

Los resortes de clasificación más blanda, por otro lado, pueden requerir más amortiguación porque tienden a experimentar más compresión y extensión y, por lo tanto, hacen que el amortiguador trabaje mucho más.

Para aplicaciones de desempeño, es esencial recordar que la barra estabilizadora también debe incluirse como parte de cualquier paquete de resorte o amortiguador.

En cualquier procedimiento de modificación, la velocidad del resorte, la amortiguación del amortiguador y la capacidad de la barra estabilizadora deben coincidir con el peso del vehículo, el diseño del chasis y las condiciones de conducción para lograr el máximo manejo, capacidad de carga y comodidad de conducción.

Algunos fabricantes de controles de suspensión están empaquetando puntales con resortes nuevos que vienen pre-ensamblados.

Geometría de suspensión

Después de numerosos ciclos de extensión y compresión, el resorte eventualmente experimenta fatiga del metal. En muchos casos, la altura original del resorte se reduce, lo que hace que el sistema de suspensión se combe. En casos extremos de fatiga del metal, el resorte se rompe y provoca una pérdida notable de altura de suspensión.

Los resortes combados aumentan el ángulo de inclinación de un sistema de suspensión SLA típico. Por el contrario, los resortes combados reducen el ángulo de inclinación en los sistemas de suspensión tipo puntal McPherson.

Aunque la mayoría de los sistemas de suspensión se pueden ajustar para compensar las reducciones menores en la altura de la suspensión, causada por el pandeo del resorte, las aplicaciones en las que el ángulo de inclinación no es ajustable pueden requerir un reemplazo del resorte para restaurar la geometría de la suspensión y el ángulo de inclinación.

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Tipos de Resortes de Suspensión

Dentro del ámbito de los deportes de motor y la conducción de alto rendimiento, existe un debate considerable sobre si los resortes de suspensión de “tasa lineal” o de “tasa progresiva” son mejores para un tipo específico de evento o vehículo.

Como con todo lo que sea un producto de ingeniería, siempre hay compensaciones. Es casi imposible diseñar un producto que sea todo "pros" y no "contras".

Generalmente tratamos de acentuar las características positivas mientras minimizamos las características negativas. Comencemos definiendo la diferencia entre estos dos tipos de resortes.

Los resortes helicoidales de tasa lineal están disponibles para manejar aplicaciones estándar o de servicio pesado. Los resortes helicoidales de tasa progresiva están diseñados para manejar las demandas de ambas aplicaciones.

1. Resorte en espiral de tasa lineal

Los “resortes de tasa lineal” tienen una tasa de resorte definida por centímetros de deflexión en la mayor parte de su rango de deflexión. Por ejemplo, si tenemos un resorte de tasa lineal de 100 kg/cm que tiene 30 cm de largo, se necesitarán aproximadamente 100 kg para “compactarlo” 1 centímetro.

El siguiente centímetro de deflexión requerirá otros 100 kg de carga y el siguiente centímetro de deflexión requerirá 100 kg de carga adicional, y así sucesivamente hasta que el resorte se solidifique. En este punto, habrá 300 kg de carga en un resorte de 30 cm de largo que ahora ha sido comprimido a una altura de resorte de 27 cm.

La "linealidad de la tasa" hace que sea bastante fácil calcular una longitud de resorte dada la altura de manejo y esto ayuda a configurar la altura de manejo de un vehículo específico.

Esto nos ayuda a anticipar el recorrido total del resorte. Además, midiendo el recorrido total del amortiguador, podemos estimar fácilmente la carga total colocada en el resorte durante un evento.

Podemos clasificar los resortes de tasa lineal, en dos grupos:

Resorte Helicoidal Tipo Estándar

Este resorte es el más común y más visto en el mercado. Los tipos estándar restauran la altura adecuada del vehículo y la geometría de la suspensión. Mantienen un buen control de la dirección y la orientación de los faros. Evitan ruidos de golpes en la suspensión delantera con cargas normales.

Están diseñados para transportar cargas ligeras hasta la capacidad nominal del vehículo. Los puedes ver en la mayoría de los coches ligeros.

Resorte Helicoidal de Servicio Pesado

Diseñado para brindar la capacidad de carga adicional necesaria para vehículos que con frecuencia transportan una carga más pesada que la media estándar.

La mayoría de los resortes de servicio pesado ofrecen una constante de resorte un 25% más pesado para un aumento similar en la capacidad de carga.

Para vehículos con mucha carga, el manejo, el rendimiento y la apariencia serán similares a los de un vehículo que transporta cargas normales con resortes helicoidales estándar. Sin embargo, el resorte de servicio pesado solo puede funcionar mejor bajo la carga adicional.

En condiciones de carga más livianas, el diseño de resorte helicoidal de servicio pesado producirá una conducción un poco más rígida y no absorberá los golpes de la carretera tan bien como el resorte de reemplazo estándar.

2. Resorte en espiral de tasa progresiva

La tasa del resorte cambia con el recorrido del resorte, en lugar de tener una tasa constante, como la que se ve en los resortes estándar y de servicio pesado convencionales.

Esto se logra mediante el espaciamiento progresivo de las bobinas de resorte. Las bobinas enrolladas apretadamente proporcionan las características de conducción convencionales, mientras que las bobinas ampliamente espaciadas proporcionan la capacidad de carga adicional.

En funcionamiento, las bobinas se comprimen en progresión dando como resultado un aumento progresivo en la tasa de resorte.

Los “resortes de tasa progresiva” se clasifican generalmente en dos subtipos:

• Resortes de tasa en constante aumento.
• Resorte de “tasa dual” con dos tasas lineales conectadas con un rango de transición de velocidad.

Resorte de tasa en constante aumento

El primer tipo (tasa en constante aumento) de resortes se usa con mayor frecuencia como "resortes de compensación de carga" en la parte trasera de un vehículo cuando el vehículo a menudo verá cambios de carga significativos en el área de carga.

En la mayoría de los casos, se trata de muelles de suspensión de tipo de repuesto. Se identifican más fácilmente por el espaciado continuamente variado entre las bobinas. Estos resortes no son resortes principales de suspensión, sino resortes suplementarios.

Resorte de tasa dual y transición

El segundo tipo de resortes de suspensión (de tasa dual con transición), es un resorte de suspensión mucho más sofisticado. El diseño está mucho más enfocado al uso específico del resorte.

Estos tipos de resortes se utilizan principalmente en carreras de carretera y aplicaciones de calle y GT de alto rendimiento, donde el paquete de equipamiento del vehículo se mantendrá en un rango muy predecible.

Estos resortes se identifican fácilmente por tener algunas espirales enrolladas de cerca en un extremo y luego espirales más anchas e igualmente espaciadas en el otro extremo. La gran ventaja de estos resortes es que pueden proporcionar "control de balanceo" además del control de balanceo proporcionado por las barras estabilizadoras.

Control de Balanceo de los Resortes

Analicemos el control de balanceo proporcionado por resortes. Para los “resortes de tasa lineal", la discusión es fácil, ya que no proporcionan control de balanceo. Piensa en tomar una curva a una velocidad muy alta. El lado del automóvil en el exterior de la curva se agacha y el lado del automóvil en el interior tiende a elevarse.

Si tienes resortes de velocidad lineal en la parte delantera de este automóvil y el automóvil gira demasiado, y la velocidad en las curvas se ve afectada. Si subimos a un juego de resortes de una tasa más alta, en un intento de "endurecer" la suspensión, fallamos porque los resortes de velocidad lineal no proporcionan control de balanceo. Piénsalo.

Cuando ingresas a la misma curva a la misma velocidad, tu vehículo está rodando con un resorte de mayor tasa; pero el interior del vehículo también está siendo empujado hacia arriba por un resorte de mayor velocidad. Entonces no hay mejora con el control de balanceo.

Con resortes de tasa progresiva correctamente diseñados, podemos hacer que los resortes contribuyan al control de balanceo del vehículo. La clave aquí es que el vehículo se siente en el rango de transición de velocidad a la altura de la acera con el número de pasajeros diseñado en el vehículo.

Cuando el vehículo se asienta en el punto de transición de velocidad, las bobinas enrolladas de cerca se cerrarán casi hasta el punto sólido. Esto a menudo requiere el uso de una cubierta de bobinas de caucho o sintético en una o más de las bobinas enrolladas estrechamente para minimizar el ruido cuando las bobinas se solidifican.

El resorte de tasa progresiva proporciona una mejora significativa en el control de balanceo. El uso de una barra estabilizadora complementará el control de balanceo y puede proporcionar un nivel más enfocado de ajuste de la suspensión.

Todo esto suena muy bien y uno podría decir fácilmente, haga que todos los resortes de los autos de carretera sean resortes de tasa progresiva; pero no es tan fácil. Hay varias consideraciones que deben tenerse en cuenta al diseñar resortes de tasa progresiva:

• ¿Cuál es la cantidad de recorrido de suspensión necesario? Los resortes de tasa progresiva generalmente tienen menos deflexión total en comparación con un resorte de velocidad lineal de la misma longitud libre. Esto se debe a que las bobinas estrechamente enrolladas necesarias para crear las velocidades dobles ocupan espacio de deflexión.
• Debido a la deflexión total reducida, los resortes de velocidad progresiva deben tener una longitud libre relativamente larga. Los resortes cortos y las tasas progresivas no combinan bien.
• ¿Qué carga se necesita en el punto de transición y en qué lugar del punto de deflexión debería colocarse el rango de transición? Los resortes de velocidad progresiva diseñados para GT o conducción de alto rendimiento funcionarán muy bien con 1 o 2 personas en el vehículo. Sin embargo, si colocas a 4 personas en el vehículo, carga en el maletero o enganchas un remolque, tienes la garantía de tener una altura de manejo muy superior al rango de transición de velocidad y el vehículo conducirá con mucha dureza y habrá perdido el elemento de control de balanceo de los resortes.
• El rango de tasas está limitado por el lugar donde debe estar el rango de transición. Esto significa que muchos esquemas de rango de velocidad / transición no se pueden empaquetar en un vehículo solo porque se desea.

Entonces, ¿Cuál es la mejor manera de proceder cuando se trata de seleccionar tasas de resorte? Para carreras de pista ovalada, los resortes de velocidad lineal son los más fáciles de configurar y hacen que el chasis sea competitivo.

Si se desean tasas progresivas, apilar dos resortes de velocidad lineal con algún hardware especializado ofrece mayores posibilidades de ajuste con más conveniencia y menor costo.

En las carreras de carretera, los resortes de tasa progresiva ofrecen cierto potencial; pero la necesidad de longitudes libres largas agrega consideraciones de peso y empaque que a menudo contrarrestan sus ventajas.

Para grandes giros y conducción de alto rendimiento, los resortes de tasa progresiva ofrecen una gran calidad de marcha y un manejo superior debido al control de balanceo que ofrecen los resortes.

La mayor parte de la conducción de alto rendimiento implica un paquete de vehículo fijo con solo uno o dos pasajeros y un peso adicional muy limitado. Ésta es la situación ideal para resortes de tasa progresiva.

Reemplazo del Resorte de Suspensión

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Debido a que cualquier resorte comprimido almacena una cantidad explosiva de energía, lo que lo hace altamente peligroso, es esencial usar equipo de compresión de resorte de calidad y seguir los procedimientos de seguridad y servicio recomendados al reemplazar los resortes.

Antes de quitar cualquier resorte, es importante coordinar el procedimiento para asegurarse de que todas las herramientas y el equipo necesarios estén a mano y ajustados para su uso, para ayudar a garantizar la extracción y el reemplazo seguro del resorte.

• Antes de reemplazar un resorte, verifica que la presión y el tamaño de las llantas sean correctos, luego registra la altura de suspensión del vehículo en las cuatro ruedas.
• Reemplaza un resorte a la vez para asegurarte de que las partes críticas como el cableado del ABS y las mangueras de freno se reinstalen correctamente.
• El re-ensamblaje de los puntales McPherson se puede ayudar trazando una línea de crayón a lo largo de la barra para indicar la relación de las partes.
• Antes de volver a ensamblar, inspecciona el cojinete de soporte del puntal para verificar que funcione correctamente.
• Para evitar un funcionamiento ruidoso, debe haber al menos 6 mm de espacio libre entre el extremo de la bobina del resorte y el asiento del resorte estampado en el brazo de control o el conjunto del puntal.
• Al reemplazar las barras de torsión, asegúrate de que las barras estén instaladas en sus posiciones correctas. La altura de suspensión correcta se logra solo después de que se trabaja un giro a través de la barra haciendo rebotar la suspensión a través de 20-30 ciclos de compresión. En algunos casos, el proceso de ciclado puede facilitarse desconectando temporalmente los amortiguadores.
• Al reemplazar los resortes helicoidales, asegúrate de que los resortes estén indexados correctamente de izquierda a derecha y asentados correctamente en los asientos de los resortes ubicados en el brazo de control y el chasis.
• Si el resorte helicoidal está asentado incorrectamente, se producirá un aumento no deseado en la altura de la suspensión. También asegúrate de que las almohadillas aislantes de goma u otros accesorios estén en buenas condiciones y estén instalados en sus posiciones correctas.
• Todos los pernos deben instalarse en sus ubicaciones y posiciones originales. Los pernos también deben lubricarse ligeramente con un lubricante modificado sin fricción, como aceite de motor común, y apretarse según las especificaciones.
• Los pasadores de chaveta, las tuercas autoblocantes y los pernos de ajuste de interferencia deben reemplazarse por otros nuevos. Para lograr una altura de suspensión precisa, siempre aprieta las tuercas de pivote del buje de suspensión con todo el peso del vehículo en el sistema de suspensión y a la altura de suspensión normal.

En términos generales, la altura de suspensión del vehículo cambiará un poco después de conducir varios kilómetros. Para evitar el desgaste no deseado de las llantas o que surjan problemas de seguridad debido a un nuevo reemplazo de resorte, se recomienda volver a apretar los pernos de suspensión y volver a verificar los ángulos de alineación.

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