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Suspensiones en la F1:

La finalidad de la suspensión es que las ruedas mantengan su contacto con el suelo el mayor tiempo posible, haya los baches que haya, y vayamos a la velocidad que vayamos.


Suspension delantera de un Ferrari de 1987

Podemos citar dos configuraciones basicas:

-Poner suspensiones blandas . Esto implica mayor agarre pero tambien mas tiempo de reaccion ante los cambios de dirección o de aceleración/frenada. El coche se vuelve perezoso ante lo que le ordenamos...

-Poner suspensiones duras . Con ello el coche respondera instantáneamente a nuestras ordenes, pero al absorver peor las irregularidades, las ruedas estaran un mayor tiempo sin tracción (Lo cual no implica que no esten en contacto con el suelo) al someterlas a esfuerzos extremos.

Ejemplo: Diferencia entre un balon de futbol deshinchado (suspensión blanda) y uno muy hinchado (suspensión dura) al dejarlos caer desde una misma altura:

- El deshinchado prácticamente no bota(Porque absorve el impacto del golpe) y en seguida esta en reposo en el suelo.
- El hinchado se pasara un rato botando. No absorve bien la energia del impacto, y por una ley física llamada principio de accion-reaccion (Si ejerces una fuerza sobre un cuerpo, este tiende a devolvertela) tiende a rebotar hasta que progresivamente se vaya perdiendo la energia que motivaba ese movimiento(Poco a poco, y pese a lo hinchada que esta, la pelota la va absorviendo).

Tambien hay que recordar que a altas velocidades los alerones ejercen una enorme carga sobre el monoplaza.

Este peso extra, cuando usamos chasis a poca altura del suelo, podria hacerlo rozar contra la pista.
Obviamente la solucion para evitar esto seria poner suspensiones mas duras, que no cedan tan fácilmente a ese peso extra o aumentar la altura del chasis...
En curvas, dependiendo de las transferencias de pesos, el coche tiende a sobrevirar, subvirar o mantener un comportamiento neutro.

SOBREVIRAJE:

Sobreviras cuando, en curvas el coche gira mas de lo que le ordenas. Esto se debe a que pierde traccion atrás. El tren trasero trata de adelantar al delantero....Si este sobreviraje te hace perder totalmente el control y acabas dando un giro de mas de 90º(A mi entender) sobre ti mismo...diriamos que has dado un trompo.

Sobreviraje (En ingles Oversteering). El coche se va de atras. En la foto de abajo se muestra la forma de corregirlo...

SUBVIRAJE:

Subviras cuando el coche gira menos de lo que le ordenas y tiende a salirse por el exterior de la curva. Esto se debe a la perdida de agarre en el tren delantero.

Subviraje(Del ingles understeering) El coche se nos va de morro. La imagen de abajo muestra la forma mas generalizada de corregir este efecto..
Un comportamiento neutro implica que el coche no tiende a irse de ningun lado(Si pierde traccion en una curva, la pierde en ambos trenes a la vez)

Transferencia de pesos:

-No llevar un movimiento uniforme (Movimiento uniforme = ir a velocidad constante)
-No llevar un movimiento rectilíneo.(En curvas, cambios de rasante etc...se producen transferencias de pesos)

Nos basta con que se cumpla una de las dos anteriores condiciones para que el centro de gravedad del vehículo ya no este en el punto en el que deberia estar con el coche en reposo.
En curvas, el peso se desplaza hacia las ruedas exteriores....en aceleraciones hacia las traseras...en frenadas a las delanteras...en lo alto de un cambio de rasante las 4 ruedas pierden peso por igual(El coche tiende a “volar”).

 

Quizas haya un tipo de transferencia de peso que no conocíais, que es el denominado alabeo. Para comprenderlo habria que observar las ruedas situadas en una diagonal (Por ej. La rueda delantera izda y la rueda trasera derecha)
Cuando la suspensión de una se comprime la de la otra tiende a extenderse. Probad a sentaros en vuestro coche, sobre la parte del capo que esta sobre una de las ruedas delanteras.

Vereis que no se hunde todo el tren delatero sino solo el lado delantero sobre el que volcais vuestro peso. Y en respuesta a ese hundimiento, la suspensión trasera del lado contrario(En diagonal) tiende a subir. Es como un balancín....

Las suspensiones son las encargadas de sostener el peso de las masas suspendidas(Todo lo que no sean ruedas+suspensiones se considera masa suspendida). Hay muchos elementos susceptibles de formar parte de las suspensiones...Intentare centrarme en las relativas a la F1...

Creo que solo mencionare por alto los imprescindibles para comprender este post. Si quereis mas detalle, supongo que hay unos cuantos posts sobre el tema en el foro de mecanica.
Amortiguadores, muelles, barras de torsión, barras estabilizadoras...

Arrollamiento helicoidal(Usease, con forma de muelle jejejje) de acero elástico con un grosor de varilla determinado, dependiendo de la rigidez que se quiera dotar a la suspensión. En la F1 los muelles se suelen encargar a compañias especializadas, como Eibach.

Muelles


Alguna vez habeis oido hablar de muelles progresivos?
Estos son los que estan diseñados para ejercer una resistencia determinada segun su grado de compresion.

El de la izda es un muelle normal y corriente. Los otros, como podeis apreciar no lo son tanto.

El del medio tiene dos tipos de helices. Al principio se comprimira por la zona de abajo que es la mas "debil" y despues seguira con la de arriba, proporcionando con ello una resistencia diferente dependiendo de lo que lo hallamos comprimido.

El muelle de la derecha es lo que se llamaria muelle progresivo. El tipo de helice va cambiando progresivamente a lo largo del muelle.

Amortiguador (En ingles shock absorvers o dampers):
Sirve para atenuar(amortiguar) las oscilaciones producidas por la suspensión. Sin amortiguadores, nos pasaríamos media vida y parte de la siguiente dando botes arriba y abajo...

Hay muchos tipos de amortiguadores (hidraulicos, monotubo de gas a alta presion, bitubo de gas a baja presion...), asi que tampoco vamos a extendernos mucho.
Si quereis haceros una idea de como funcionan por dentro, imaginaros la tipica jeringuilla de poner inyecciones, pero con el lado en que estaria la aguja(Por donde saldria el liquido) cerrado.

Tienen un piston con unos agujeritos para que pase el liquido(Aunque ya dijimos que los hay de gas tb...).
Cuanto mas pequeños sean esos agujeros, mas resistencia al paso del liquido producen.



Asi que la unica finalidad del piston es dificultar su propio movimiento a lo largo del tubo. Asi los muelles no botaran y rebotaran salvajemente arriba y abajo...

Barras de torsion:
Son barras de acero reforzado que ejercen una resistencia a su propio giro. Se retuercen, es decir trabajan a torsion. Normalmente son cilindricas, estriadas en una de sus partes y fijas al chasis en la otra.

Barra de torsion. Ejerce una resistencia cuando se intenta retorcerla...

 

Barra estabilizadora:
Es una barra de acero que conecta los brazos de suspension de las ruedas(Del mismo eje). Su finalidad es evitar que el chasis tienda a inclinarse/balancearse peligrosamente en las curvas.
Cuanto mas grosor tenga esta barra, mas resistencia a torcerse ejerce y menos se balanceara el chasis(Hay que buscar un termino medio. Tampoco interesa una rigidez total).

Veamos un par de esquemas mas faciles de entender:

 

Aqui vemos una posible solucion para la suspension delantera. La idea de poner esas barras diagonales para transmitir los esfuerzos a la suspension, fue original de Gordon Murray en el Brabham de los años 70...Actualmente, todos los F1 hacen uso de esa vara de empuje/traccion

Ahora un vistazo a las brazos de suspension horizontales. En realidad cada brazo horizontal tiene forma de V, solo que en la perspectiva que he puesto arriba no se nota. Mirad esta de mas abajo:

Esas brazos con forma de V(Alias triangulos de suspension) tienen la misma funcionalidad que las bisagras en la puerta de cualquier casa. Transmitir un giro y punto.

El brazo que va en diagonal es el unico que forma parte activa en la transmision/recepcion de esfuerzos a la suspension.Un pequeño detalle. Por que se ponen dos V's a cada lado?? Si solo estan para transmitir un giro....no bastaria con un sol triangulo de suspension??

Podria...pero hay una cosa a tener en cuenta. Si pones solo 1, la rueda girara (En el plano vertical) de forma solidaria con el triangulo de suspension.
Pero al poner dos triangulos paralelos, la rueda se mantendra siempre lo mas perpendicular posible a la calzada..

 

Un grafico para demostrar esto:

A la izda usando solo un brazo. No es que tenga forma de V, sino que se muestran dos posibles posiciones y el angulo(en la vertical) que gira la rueda al variar su altura.

A la derecha usando dos brazos paralelos. En las dos posiciones la rueda se mantiene perpendicular a la pista(Tendra siempre la mayor superficie de contacto posible con el asfalto)

El grafico anterior explicaba el caso de que una rueda pasase por un piano por ej. Ahora veamos las ventajas del doble brazo en el paso por curva:

Este grafico se refiere al tren trasero(El circulo es el diferencial)..pero como explicacion sirve de todas formas.

Estamos girando hacia la derecha. El chasis tiende a irse hacia la izda(Transferencia de pesos).

Traduzco: Con un solo brazo, las fuerzas rotacionales sobre el brazo de movimiento rigido, tienden a elevar el coche(Y por ende, el centro de gravedad)

El doble brazo, permite a la suspension rotar sin elevar el chasis.

 

Suspension delantera de un McLaren


Ahora vamos a ver un poco mas a fondo como estan distribuidos todos los elementos de la suspension que hemos mencionado hasta ahora...


En negro vemos la vara que transmite los esfuerzos de empuje/traccion a la suspension.
En verde claro, tenemos las barras de torsion y en rojo los amortiguadores.
En amarillo tenemos los brazos oscilantes o balancines. Tienen un eje de giro solidario con el de las barras de torsion(verde) y y estan conectados a los amortiguadores(rojo).
En azul tenemos la barra estabilizadora(O barra anti-vuelco). No todas las barras estabilizadoras funcionan exactamente igual, asi que quedaros simplemente con su finalidad...

Otro elemento de la suspension:
Supongamos que queremos una suspension blanda, pero tambien queremos el chasis a poca altura.

Recordemos que el problema que tenia esta configuracion era que el chasis podia rozar el suelo con el peso extra que producen los alerones a altas velocidades.

Solucion: reducir el recorrido del amortiguador. Ponerle un tope para que no pase de ahi...independientemente de su dureza.

Asi, los muelles o las barras de torsion no se comprimiran mas de lo que nos interesa.
Es importante que no se requiera de este elemento en las curvas, porque en cuanto entren en accion, la suspension ya no disipara mas energia de los baches. Sera completamente rigida.

Solo es util en rectas a gran velocidad, en las que no afecte demasiado al comportamiento del vehiculo el "carecer" de suspensiones.
En fin, en el dibujo se ve bien. Un amortiguador y en su barra esta el tope(packer) para limitar su recorrido(Dependiendo de su tamaño) y un elemento amortiguador de caucho (Bump Rubber).

Angulo de convergencia/divergencia:
Es el angulo definido entre cada rueda y el eje longitudinal del vehiculo, siempre en su proyeccion horizontal.


Convergente

Divergente

Angulo de avance:
Provoca la autoalineacion de las ruedas, favoreciendo a la estabilidad. Pensad en los tipicos carritos de la compra de los supermercados. Por muy girada que este una rueda, en cuanto empujamos el carro, la rueda tiende a ponerse recta. A autoalinearse....


Angulo de avance

Angulo de caida:
Queda definido entre el plano de una rueda y la vertical al suelo.

Angulo de caida. En el grafico la caida es positiva, puesto que la parte alta de la rueda sobresale. En vehiculos de gran potencia se puede poner caida negativa, es decir, que sea la zona de contacto con el suelo la que sobresalga.

Radio de pivotamiento:

Es la distancia entre el punto medio de la banda de rodadura(A) y la proyeccion sobre el asfalto, del eje de pivotamiento(B)

Si el punto B esta dentro de la banda de rodadura, el radio de pivotamiento se considera positivo. Si el eje de pivotamiento cruza la vertical del neumatico y corta en el suelo fuera de la banda de rodadura, entonces hablaremos de radios de pivotamiento negativos.


Aqui se pueden distinguir todos los elementos que se han mencionado.

 

 

 
 
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