Amortiguadores
 

Historia | Qué hacen los amortiguadores | Diseño de un Amortiguador

Historia Breve:

A comienzos del siglo XX, los automóviles aún se desplazaban sobre resortes de carruaje. Después de todo, los primeros conductores tenían cosas más importantes por las que preocuparse que la calidad de la suspensión, como mantener sus autos en circulación sobre rocas y surcos que a menudo pretendían ser carreteras.

Los fabricantes pioneros en la construcción de vehículos enfrentaron desde el primer momento los retos de mejorar el control por el conductor y la comodidad de los pasajeros. Estos primeros diseños de suspensión tenían las ruedas delanteras sujetas al eje utilizando husillos de la dirección y pivotes de la dirección. Esto permitía que las ruedas pivotaran mientras el eje permanecía estacionario. Además, la oscilación hacia arriba y hacia abajo del resorte de láminas estaba amortiguada por un dispositivo llamado amortiguador.

Estos primeros amortiguadores eran simplemente dos brazos conectados por un perno con un disco de fricción entre ellos. La resistencia se ajustaba apretando o aflojando el perno.

Como cabría esperar, los amortiguadores no eran muy duraderos y el rendimiento dejaba mucho que desear. Con los años, los amortiguadores han evolucionado hacia diseños más sofisticados.

Regresar Arriba ▲


amortiguador.jpg

 Qué hacen los amortiguadores:

Comencemos nuestra discusión de los amortiguadores con un punto muy importante: a pesar de lo que mucha gente piensa, los amortiguadores convencionales no soportan el peso del vehículo. En lugar de ello, el propósito principal del amortiguador es controlar el movimiento de los resortes y de la suspensión. Esto se logra transformando la energía cinética del movimiento de la suspensión en energía térmica, o energía calorífica, para disiparla a través del fluido hidráulico.

Los amortiguadores son básicamente bombas de aceite. Hay un pistón sujeto al extremo de la barra del pistón y dicho pistón funciona contra el fluido hidráulico en el tubo de presión. A medida que la suspensión se desplaza hacia arriba y hacia abajo, el fluido hidráulico es forzado a través de pequeños agujeros, llamados orificios, ubicados en el interior del pistón. Sin embargo, estos orificios dejan pasar solamente una pequeña cantidad de fluido a través del pistón. Esto reduce la velocidad de movimiento del pistón, lo cual a su vez reduce la velocidad de movimiento de los resortes y de la suspensión.

La cantidad de resistencia que un amortiguador desarrolla depende de la velocidad de la suspensión y el número y tamaño de los orificios ubicados en el pistón. Todos los amortiguadores modernos son dispositivos amortiguadores hidráulicos sensibles a la velocidad, lo cual significa que cuanto más rápidamente se mueve la suspensión, más resistencia proporciona el amortiguador. Debido a esta característica, los amortiguadores se ajustan a las condiciones de la carretera. Como resultado de ello, los amortiguadores reducen la tasa de:

    Bote
    Balanceo o inclinación
    Cabeceo durante el frenado y Asentamiento durante la aceleración

Los amortiguadores funcionan sobre el principio del desplazamiento de los fluidos tanto en el ciclo de compresión como en el de extensión. Un auto o camión ligero típico tendrá más resistencia durante su ciclo de extensión que durante su ciclo de compresión. El ciclo de compresión controla el movimiento del peso no soportado por los resortes de un vehículo, mientras que la extensión controla el peso soportado por los resortes, que es más grande.


amortiguador2.jpg
Ciclo de compresión

Durante el tiempo de compresión o movimiento hacia abajo, un poco de fluido circula a través del pistón, de la cámara B a la cámara A, y un poco a través de la válvula de compresión, al tubo de reserva. Para controlar el flujo, hay tres etapas de valvulado tanto en el pistón como en la válvula de compresión.

En el pistón, el aceite fluye a través de los puertos del aceite y, a velocidades bajas del pistón, Los sangrados de la primera etapa entran en juego y restringen la cantidad de flujo de aceite. Esto permite un flujo controlado de fluido de la cámara B a la cámara A.

A velocidades más rápidas del pistón, el aumento en la presión del fluido debajo del pistón en la cámara B hace que el disco se abra, alejándose del asiento de la válvula.

A velocidades altas, el límite de los discos de la segunda etapa pasa gradualmente a las restricciones de los orificios de la tercera etapa. Por lo tanto, el control de la compresión es la fuerza que resulta de la presencia de una presión más alta en la cámara B, la cual actúa sobre la parte inferior del pistón y el área de la barra del pistón.

amortiguador3.jpg
Ciclo de extensión

A medida que el pistón y la barra se mueven hacia arriba, hacia la parte superior del tubo de presión, el volumen de la cámara A se reduce y por lo tanto está a una presión más alta que la cámara B. Debido a esta presión más alta, el fluido circula hacia abajo, a través de la válvula de extensión de 3 etapas del pistón, a la cámara B.

Sin embargo, el volumen de la barra del pistón ha sido extraído de la cámara B, lo cual aumenta enormemente su volumen. Por lo tanto, el volumen de fluido procedente de la cámara A es insuficiente para llenar la cámara B. La presión en el tubo de reserva es ahora mayor que la presión en la cámara B, lo cual fuerza a la válvula de entrada de compresión a desasentarse. A continuación, el fluido circula del tubo de reserva a la cámara B, manteniendo lleno el tubo de presión.

El control de la extensión es una fuerza presente como resultado de la presión más alta en la cámara A, que actúa en el lado superior del área del pistón.

Regresar Arriba ▲



 Diseño de un Amortiguador:

Hoy en día se utilizan varios diseños de amortiguador
Bitubo Básico | Bitubo Cargado con Gas | Bitubo - PSD | Bitubo - ASD | Monotubo



Diseño Bitubo Básico

bitubo_bsaico.jpg

El diseño bitubo tiene un tubo interior, conocido como el tubo de trabajo o tubo de presión, y un tubo exterior conocido como el tubo de reserva. El tubo exterior se utiliza para almacenar el exceso de fluido hidráulico.

Hay muchos tipos de montajes de amortiguador que se utilizan hoy en día. La mayoría de éstos utilizan bujes de caucho entre el amortiguador y el bastidor o la suspensión para reducir el ruido de la carretera y la vibración de la suspensión que se transmiten. Los bujes de caucho son flexibles para permitir movimiento durante el recorrido de la suspensión. El montaje superior del amortiguador se conecta al bastidor del vehículo.

Observe que la barra del pistón pasa a través de una guía de barra y un sello en el extremo superior del tubo de presión. La guía de barra mantiene la barra en línea con el tubo de presión y permite que el pistón se mueva libremente en el interior. El sello mantiene el aceite hidráulico en el interior y la contaminación en el exterior.

La válvula de base ubicada en la parte inferior del tubo de presión se conoce como válvula de compresión. Controla el movimiento del fluido durante el ciclo de compresión.

El diámetro interior es el diámetro del pistón y el interior del tubo de presión. Generalmente, cuanto más grande sea la unidad, más altos serán los niveles potenciales de control, debido al mayor desplazamiento del pistón y las áreas de presión más grandes. Cuanto más grande sea el área del pistón, más pequeñas serán la presión de funcionamiento y las temperaturas internas. Esto proporciona capacidades de amortiguación más altas.

Los ingenieros de suspensiones seleccionan valores de valvulado para un vehículo específico con el fin de lograr unas características óptimas de equilibrio y estabilidad de la suspensión en una amplia variedad de condiciones de conducción. Su selección de resortes de válvula y orificios de válvula controla el flujo de fluido dentro de la unidad, lo cual determina la sensación y la maniobrabilidad del vehículo.


Regresar a Diseño de un Amortiguador ▲



Diseño Bitubo Cargado con Gas

bitubo_gas.jpg

El desarrollo de los amortiguadores cargados con gas fue un importante avance en la tecnología de control de la suspensión. Este avance resolvió muchos problemas de control de la suspensión debido a que un número cada vez mayor de vehículos estaba utilizando construcción monocuerpo y distancias entre ejes más cortas, así como incrementando el uso de presiones de llantas más elevadas.

El diseño de los amortiguadores bitubo cargados con gas resuelve muchos de los problemas de control de la suspensión que existen hoy en día, al añadir una carga a baja presión de gas nitrógeno en el tubo de reserva. La presión del nitrógeno en el tubo de reserva varía de 100 a 150 psi, dependiendo de la cantidad de fluido que haya en dicho tubo. El gas desempeña varias funciones importantes para mejorar las condiciones de control de la suspensión de un amortiguador.

La función principal de la carga de gas es minimizar la aireación del fluido hidráulico. La presión del gas nitrógeno comprime las burbujas de aire en el fluido hidráulico. Esto evita que el aceite y el aire se mezclen y formen espuma. La espuma afecta al rendimiento porque puede ser comprimida, mientras que el fluido no puede ser comprimido. Con la aireación reducida, el amortiguador es capaz de reaccionar más rápidamente y más previsiblemente, lo cual permite un tiempo de respuesta más rápido y ayuda a mantener la llanta plantada firmemente en la superficie de la carretera.

Una ventaja adicional de la carga con gas es que crea un leve aumento en la tasa de resorte proporcionada al vehículo. Esto no significa que un amortiguador cargado con gas elevaría el vehículo hasta la altura de correcta si los resortes estuvieran pandeando. Ayuda a reducir el balanceo de la carrocería, la inclinación, el cabeceo durante el frenado y el asentamiento durante la aceleración.

Este leve aumento en la tasa de resorte es causado también por la diferencia en el área de la superficie encima y debajo del pistón. Con una mayor área de superficie debajo del pistón que encima de él, hay más fluido presurizado en contacto con esta superficie. Éste es el motivo por el cual un amortiguador cargado con gas se extenderá por sí mismo.

La función final importante de la carga con gas es permitir a los ingenieros una mayor flexibilidad en el diseño del valvulado. En el pasado, factores tales como la amortiguación y la aireación forzaban compromisos en el diseño.

piston.jpg


Ventajas:

Mejora la maniobrabilidad al reducir el balanceo, la inclinación y el cabeceo.
Reduce la aireación, con lo cual ofrece una mayor gama de control sobre una variedad más amplia de condiciones de la carretera, en comparación con las unidades sin carga con gas.
Desvanecimiento reducido: los amortiguadores pueden perder capacidad de amortiguación a medida que se calientan durante el uso. Los amortiguadores cargados con gas podrían reducir esta pérdida de rendimiento, llamada desvanecimiento.

Deventajas:

Sólo se puede montar en un sentido.

Usos Actuales:

Equipo original en muchas aplicaciones en autos de pasajeros, SUV y camiones ligeros estadounidenses.



Regresar a Diseño de un Amortiguador ▲



Diseño Bitubo - PSD

bitubo_psd.jpg

En nuestra discusión anterior sobre los amortiguadores hidráulicos comentamos que, en el pasado, los ingenieros de suspensiones tenían que hacer un compromiso entre valvulado suave y valvulado firme. Con el valvulado suave, el fluido circula más fácilmente. El resultado es una suspensión más suave, pero con mala maniobrabilidad, mucho balanceo y mucha inclinación. Cuando el valvulado es firme, el fluido circula menos fácilmente. Se mejora la maniobrabilidad, pero la suspensión se puede volver dura.

Con la llegada de la carga con gas, los ingenieros de suspensiones pudieron abrir los controles de los orificios de estas válvulas y mejorar el balance entre las capacidades de comodidad y control disponibles en los amortiguadores sensibles a la velocidad tradicionales.

Un salto más allá del control de la velocidad del fluido es una tecnología avanzada que tiene en cuenta la posición de la válvula dentro del tubo de presión. Esto se denomina Amortiguación Sensible a la Posición (Position Sensitive Damping, o PSD)..

La clave de esta innovación son las ranuras conificadas con precisión en el tubo de presión. Cada aplicación es afinada individualmente, ajustando la longitud, profundidad y conicidad de esas ranuras, para asegurar que la suspensión brinde una comodidad óptima y se ofrezca control adicional. Esto crea, en esencia, dos zonas dentro del tubo de presión.

La primera zona, que es la zona de confort, es donde la conducción normal tiene lugar. En esta zona, el recorrido del pistón se mantiene dentro de los límites del rango intermedio del tubo de presión. Las ranuras conificadas permiten al fluido hidráulico pasar libremente alrededor y a través del pistón durante su recorrido por el rango intermedio. Esta acción reduce la resistencia en el pistón, lo cual asegura una suspensión suave y cómoda.

La segunda zona, que es la zona de control, se utiliza durante situaciones de conducción exigentes. En esta zona, el pistón se desplaza saliendo del área del rango intermedio del tubo de presión y más allá de las ranuras. Todo el flujo de fluido es dirigido a través del valvulado del pistón para brindar más control de la suspensión del vehículo. El resultado es una mejora en la maniobrabilidad del vehículo y un mejor control sin sacrificar la comodidad de la suspensión.

Ventajas:

Permite a los ingenieros de suspensiones ir más allá del simple valvulado sensible a la velocidad y usar la posición del pistón para afinar la característica de suspensión.
Se ajusta más rápidamente a las condiciones cambiantes de la carretera y del peso que los amortiguadores estándar.
Dos amortiguadores en uno: comodidad y control.

Deventajas:

Si la altura del vehículo no está dentro de los límites especificados por el fabricante, el recorrido del pistón puede estar limitado a la zona de control.

Usos Actuales:

Principalmente mercado de accesorios bajo la marca Sensa-Trac.

Regresar a Diseño de un Amortiguador ▲



Diseño Bitubo - ASD

Hemos examinado los compromisos realizados por los ingenieros de suspensiones para integrar la comodidad y el control en un amortiguador. Este compromiso ha sido reducido significativamente por la llegada de la tecnología de amortiguación cargada con gas y sensible a la posición.

Un nuevo giro en el compromiso entre comodidad y control es una innovadora tecnología que proporciona mayor control de la maniobrabilidad a la vez que mejora la comodidad que la suspensión brinda, denominada Aceleración Sensible a la Suspensión (Acceleration Sensitive Damping, o ASD).

bitubo_asd.jpg

Esta tecnología va más allá de la amortiguación sensible a la velocidad tradicional para enfocar y absorber el impacto. Este enfoque en el impacto se logra utilizando un nuevo diseño de válvula de compresión. Esta válvula de compresión es un sistema mecánico de vuelta cerrada, que abre un desvío al flujo de fluido alrededor de la válvula de compresión.
Este nuevo diseño específico para la aplicación permite realizar cambios diminutos dentro del tubo de presión basados en la información recibida de la carretera. La válvula de compresión detectará un bache en la carretera y ajustará automáticamente el amortiguador para que absorba el impacto, dejando al amortiguador con mayor control cuando se necesita.

Debido al ajuste casi instantáneo a los cambios en las condiciones de la carretera, la transferencia de peso del vehículo se controla mejor durante el frenado y las curvas. Esta tecnología mejora el control por el conductor al reducir la inclinación durante el frenado y el balanceo durante las curvas.

Ventajas:

Se aumenta el control sin sacrificar la comodidad del conductor.
La válvula se ajusta automáticamente a los cambios en las condiciones de la carretera.
Reduce la aspereza de la suspensión.

Deventajas:

Disponibilidad limitada.

Usos Actuales:

Principalmente aplicaciones del mercado de accesorios bajo la marca Reflex.

Regresar a Diseño de un Amortiguador ▲



Diseño Monotubo

monotubo.jpg

Estos amortiguadores son amortiguadores cargados con gas a alta presión con un solo tubo,el tubo de presión. Dentro del tubo de presión hay dos pistones: un pistón divisor y un pistón de trabajo. El pistón de trabajo y la barra son muy similares al diseño del amortiguador bitubo. La diferencia en la aplicación real es que un amortiguador monotubo se puede montar en posición invertida o en posición al derecho y funcionará de cualquiera las dos maneras. Además de su flexibilidad de montaje, los amortiguadores monotubo son un componente significativo, junto con el resorte, para soportar el peso del vehículo.

Otra diferencia que usted puede notar es que el amortiguador monotubo no tiene una válvula de base. En lugar de ello, todo el control durante la compresión y la extensión tiene lugar en el pistón.

El tubo de presión del diseño monotubo es más grande que el del diseño bitubo para acomodar la longitud sin retirada. Sin embargo, esto dificulta la aplicación de este diseño a los autos de pasajeros equipados con equipo original con un diseño bitubo. Un pistón divisor de flotación libre se desplaza en el extremo inferior del tubo de presión, separando la carga de gas y el aceite.

El área debajo del pistón divisor está presurizada a unas 360 psi con gas nitrógeno. Esta alta presión del gas ayuda a soportar parte del peso del vehículo. El aceite está ubicado en el área situada encima del pistón divisor.

Durante el funcionamiento, el pistón divisor se mueve hacia arriba y hacia abajo a medida que la barra del pistón se mueve hacia dentro y hacia fuera del amortiguador, lo cual mantiene el tubo de presión lleno en todo momento.

Ventajas:

Se puede montar en posición invertida, lo cual reduce el peso no soportado por los resortes.
Puede funcionar más frío, ya que el tubo de trabajo está expuesto al aire.

Deventajas:

Difícil de aplicar a autos de pasajeros equipados con equipo original con diseños bitubo.
Una abolladura en el tubo de presión destruirá la unidad.

Usos Actuales:

Equipo original en muchas aplicaciones de autos de pasajeros, SUV y camiones ligeros de importación y estadounidenses de alto rendimiento.
Disponible para muchas aplicaciones del mercado de accesorios.

Regresar Arriba ▲

◄ Regresar