Amortiguadores

Puntal MacPherson : amortiguador hidráulico y placa de resorte

El amortiguador es un componente relevante para la seguridad en el chasis , que permite que las vibraciones de la masa suspendida disminuyan rápidamente y amortigua las vibraciones de la masa no suspendida en el resorte del neumático. Al convertir la energía de vibración en calor mediante medidas especiales, se genera una vibración significativamente amortiguada . Sin estas medidas, la oscilación decaería demasiado lentamente.

El término " amortiguador de vibraciones " sería correcto , porque no es el impacto lo que se influye, sino su efecto. Los amortiguadores no se utilizan para absorber los golpes introducidos en el vehículo por superficies irregulares de la carretera. La suspensión es responsable de esto.

Importancia de los amortiguadores en los vehículos de motor

Amortiguador hidráulico en el eje del brazo de manivela de un VW Beetle , aquí en un coche de carreras de Fórmula Vee

La función de los amortiguadores es amortiguar las vibraciones de la estructura en los resortes de suspensión y las vibraciones de las ruedas en el resorte del neumático. Sin amortiguación, las vibraciones estructurales en el rango de las frecuencias naturales serían demasiado grandes, por lo que tanto el confort de conducción como la seguridad de conducción se verían afectados negativamente. Demasiada amortiguación deteriora la comodidad de conducción, pero mejora el contacto con la carretera. Por lo tanto, la coordinación entre el confort de conducción y la seguridad de conducción es siempre un compromiso. El diseño de los amortiguadores en la dirección de tensión y compresión, así como para velocidades de amortiguación pequeñas y grandes, garantiza que se cumplan de la mejor manera posible los requisitos de dinámica de conducción y comodidad de conducción.

Detección de amortiguadores defectuosos en automóviles.

La disminución de la amortiguación a menudo se compensa inconscientemente por un cambio en el comportamiento de conducción por parte del conductor. Hay algunos signos de deterioro de los amortiguadores, por lo que los efectos que ocurren no ocurren de repente, sino que están asociados con un mayor desgaste del amortiguador:

  • Post-oscilación múltiple cuando el vehículo vibra con la mano cerca del volante (prueba de funcionamiento simple, el comportamiento es particularmente evidente en el caso de amortiguadores que se han vuelto completamente inoperantes)
  • El vehículo se balancea después de los golpes.
  • Ruidos retumbantes en carreteras en mal estado a baja velocidad (zona 30)
  • Desgaste desigual de los neumáticos y mayor desgaste de los neumáticos
  • Aleteo de la dirección o múltiples pistas de freno interrumpidas después de una parada de emergencia debido a ruedas que saltan
  • Comportamiento esponjoso en las curvas, en una carretera ondulada el vehículo se desvía hacia afuera dependiendo de la excitación de las vibraciones verticales.

Los amortiguadores completamente defectuosos también se pueden reconocer por cantidades significativas de aceite que se escapan de los vástagos de pistón de los amortiguadores. Sin embargo, a la inversa, el funcionamiento adecuado no puede derivarse de un amortiguador completamente hermético.

Principios físicos de la amortiguación.

Amortiguadores hidraulicos

Hoy en día, los amortiguadores convencionales en turismos se fabrican principalmente como amortiguadores telescópicos hidráulicos en diseños de uno y dos tubos. Su principio se basa en el hecho de que la resistencia al flujo de líquido desplazado ( aceite amortiguador ) depende de la velocidad del flujo. No es lineal, sino progresivo, lo que significa que aumenta con la velocidad del flujo.

Amortiguador de fricción

Antes del desarrollo de los amortiguadores hidráulicos, los vehículos estaban equipados con amortiguadores de fricción de acción mecánica. La desventaja es que la suspensión queda bloqueada por la fricción estática en caso de estímulos menores . La suspensión responde mal.

Los amortiguadores de fricción constan de varios discos de fricción apilados uno encima del otro y presionados axialmente uno contra otro por un resorte. Estos discos forman alternativamente dos grupos que pueden retorcerse entre sí. Uno de ellos está conectado al chasis, el otro a la parte cuya vibración se quiere amortiguar. Un amortiguador de fricción de este tipo funciona de la misma manera que un embrague multidisco .

Tipos de amortiguadores en automóviles.

Básicamente, se hace una distinción entre un amortiguador de eje , es decir , un amortiguador de vibraciones instalado solo, una unidad de amortiguador de resorte ("puntal"), en la que el resorte y el amortiguador se combinan en un conjunto, y el puntal MacPherson , que además de los cables de dirección longitudinal y transversal de la rueda.

Amortiguador de palanca

Los amortiguadores de fricción giratorios habituales se denominan amortiguadores de palanca. Un huevo. D. El movimiento lineal para ser amortiguado generalmente requiere la interposición de una palanca que gira alrededor del centro del amortiguador.

El amortiguador Houdaille es un amortiguador hidráulico con pistones giratorios en una carcasa cilíndrica subdividida, que también se gira mediante una palanca.

Sin embargo, como amortiguadores de palanca, también se mencionan construcciones en las que un amortiguador de movimiento lineal actúa sobre una palanca que gira en otra parte del chasis. Esta palanca suele ser un eslabón en la suspensión de la rueda . Esto también incluye el amortiguador de palanca de palanca más antiguo en el que un pistón alternativo en el cilindro se acciona desde el exterior a través de una palanca de palanca.

Amortiguadores de movimiento lineal (amortiguadores telescópicos)

Amortiguador monotubo (amortiguador de presión de gas)

El amortiguador de un solo tubo se subdivide en la cámara de trabajo (cámara de aceite) y la cámara de contrapresión (cámara de gas). El trabajo de amortiguación real se realiza en la cámara de aceite, es decir, las válvulas de amortiguación en el pistón se oponen al aceite que fluye a través del pistón. Esto crea una diferencia de presión que se opone al movimiento del vástago del pistón con respecto al recipiente con una fuerza de amortiguación. La cámara de gas compensa los cambios de volumen cuando los vástagos del pistón se extienden y se retraen y debido a las fluctuaciones de temperatura. Un amortiguador monotubo suele tener una presión interna base de aproximadamente 20-30 bar. Esta precarga es necesaria para que la columna de aceite en la cámara de trabajo superior (cámara sobre el pistón) no se rompa durante la compresión y se formen burbujas de gas en el aceite (riesgo de cavitación ). Esto tendría un efecto perjudicial sobre las características de fuerza del amortiguador. Debido a la presión del gas, el amortiguador también es un resorte de presión de gas débil .

Amortiguador de doble tubo

Además del tubo del cilindro, en el que el pistón unido al vástago del pistón y equipado con otras piezas de válvula se mueve axialmente, el amortiguador de doble tubo tiene otro tubo contenedor dispuesto coaxialmente. El pistón divide la cámara de aceite interior en una cámara de trabajo superior e inferior. En la etapa de compresión, el vástago del pistón se retrae y parte del aceite fluye desde la cámara de trabajo inferior a través de la válvula del pistón hacia la cámara de trabajo superior. El volumen de aceite correspondiente al vástago del pistón que se hunde se presiona a través de una válvula de fondo ubicada en el extremo inferior del tubo del cilindro en el llamado espacio de compensación entre el cilindro y los tubos del recipiente. La válvula inferior también genera una diferencia de presión relevante para la amortiguación. Cuando el vástago del pistón se extiende (etapa de rebote), la válvula del pistón se hace cargo de la amortiguación, mientras que el volumen de aceite correspondiente al vástago del pistón que se extiende fluye hacia atrás en gran medida sin obstáculos a través de la válvula inferior.

Estructura y función de un amortiguador telescópico hidráulico

Modelo de movimiento de amortiguador

El modelo de movimiento del amortiguador (de doble tubo) muestra cómo el nivel de aceite en el amortiguador sube y baja con el movimiento hacia adentro y hacia afuera del vástago del pistón. El movimiento del nivel de aceite se muestra muy exagerado. La carrera del nivel de aceite es mayor que la carrera del vástago del pistón. Eso no corresponde ni a las dimensiones del modelo ni a las proporciones en un amortiguador de automóvil real. Para el movimiento del nivel de aceite, se aplica lo siguiente: el volumen del vástago del pistón retráctil es igual al volumen de la subida de aceite en la superficie anular entre los tubos, es decir:

o

Con

= Área de la sección transversal del vástago del pistón
= Área anular entre el tubo exterior y el interior
= Diámetro del vástago del pistón
= Diámetro interior del tubo exterior (tubo contenedor)
= Diámetro exterior del tubo interior (tubo del cilindro)
= Carrera del vástago del pistón
= Elevación del nivel de aceite

Con dimensiones reales del amortiguador (d = 11: Da = 36; Di = 29,4) el resultado es

La carrera del nivel de aceite es solo 0,28 veces la carrera del vástago del pistón. El modelo de movimiento también debería mostrar este valor realista. Esto se puede hacer simplemente cambiando el nivel de aceite. Idealmente, por supuesto, con ajustes adicionales a las dimensiones d, Da y Di en el modelo de movimiento, para que el cálculo y la apariencia coincidan exactamente.

Amortiguador de aceite con volumen de compensación (amortiguador de doble tubo)

Los amortiguadores hidráulicos consisten esencialmente en un cilindro lleno de aceite y un vástago de pistón guiado en él . Cuando el vástago del pistón (y por lo tanto el pistón) se mueve axialmente en relación con el cilindro, el aceite debe fluir a través de canales y válvulas estrechos en el pistón. La resistencia a la que se somete el aceite en el proceso crea diferencias de presión que generan las fuerzas de amortiguación a través de las superficies activas. El trabajo de amortiguación resultante se convierte en calentamiento del aceite. La viscosidad y, por tanto, el efecto amortiguador del aceite también dependen de la temperatura. Para limitar el aumento de temperatura de la compuerta a un nivel que sea tolerable para los componentes involucrados, la compuerta debe poder emitir suficiente calor al aire ambiente.

El volumen del vástago del pistón que se hunde debe igualarse dentro del amortiguador. No puede haber un amortiguador de aceite puro, porque el aceite, como todos los líquidos, es casi incompresible. La compensación se puede lograr, por ejemplo, mediante un colchón de gas de nitrógeno o aire a alta presión (~ 30 bar), que está separado del volumen de aceite por un pistón móvil (amortiguador de un solo tubo). Al mover el pistón de separación, el cojín de gas se hace cargo de la compensación de volumen cuando se retrae el vástago del pistón. El gas actúa como un resorte adicional, de modo que se apoya el efecto de suspensión.

Rebote y compresión

Un amortiguador hidráulico conectado directamente está sujeto a tensión durante el rebote y a la compresión durante la compresión. Es por eso que la amortiguación durante el rebote se denomina etapa de rebote y durante la compresión se denomina etapa de compresión.

Para mejorar el "salto" al acercarse a obstáculos individuales en forma de rampa, la etapa de rebote suele ser más dura que la etapa de compresión. Otra razón para este diseño es una estructura armoniosa del ángulo de balanceo durante las maniobras evasivas rápidas.

Otras formas

Un tipo especial de diseño utilizado en carreras como la Fórmula 1 es el amortiguador giratorio externo . Un nuevo desarrollo son los amortiguadores de muelles neumáticos , que se instalan tanto en vehículos comerciales como en turismos. Además de la suspensión y la amortiguación, también puede hacerse cargo del control de nivel. Las motocicletas y bicicletas también están equipadas con amortiguadores de muelles neumáticos, en los que el aire medio asume tareas de amortiguación y amortiguación.

Se está investigando el desarrollo de un sistema de amortiguación electromecánico para vehículos de carretera. La ventaja aquí es que en lugar de calor, se genera principalmente energía eléctrica que se puede utilizar directamente en el vehículo.

Ver también

literatura

  • Peter Heuslinger: Mecánica moderna en tecnología automotriz , Liebentreu-Haslinger Verlag, Ulm 2002
  • Peter Causemann: Amortiguadores de vehículos de motor , Verlag Moderne Industrie, Landsberg / Lech 2001

enlaces web

Commons : Vibration Dampers  : colección de imágenes, videos y archivos de audio
Wikcionario: amortiguador  - explicaciones de significados, orígenes de palabras, sinónimos, traducciones

Evidencia individual

  1. Braess / Seiffert: Manual de tecnología de vehículos de motor , tercera edición 2003, ISBN 3-528-23114-9 .
  2. Rolf Isermann (Ed.): Control de la dinámica de conducción . Modelado, sistemas de asistencia al conductor, mecatrónica. 1ª edición. Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2006, ISBN 978-3-8348-0109-8 , sistema de amortiguación de resorte neumático 12.5.