Un amortiguador o amortiguador es un dispositivo mecánico o hidráulico diseñado para absorber y amortiguar los impulsos de choque . Lo hace convirtiendo la energía cinética del choque en otra forma de energía (normalmente calor ) que luego se disipa. La mayoría de los amortiguadores son una forma de amortiguador (un amortiguador que resiste el movimiento mediante fricción viscosa).
Los amortiguadores neumáticos e hidráulicos se utilizan junto con cojines y resortes. Un amortiguador de automóvil contiene válvulas de retención accionadas por resorte y orificios para controlar el flujo de aceite a través de un pistón interno (ver más abajo). [1]
Una consideración de diseño al diseñar o elegir un amortiguador es hacia dónde irá esa energía. En la mayoría de los amortiguadores, la energía se convierte en calor dentro del fluido viscoso. En los cilindros hidráulicos , el fluido hidráulico se calienta, mientras que en los cilindros de aire , el aire caliente suele expulsarse a la atmósfera. En otros tipos de amortiguadores, como los electromagnéticos , la energía disipada se puede almacenar y utilizar posteriormente. En términos generales, los amortiguadores ayudan a amortiguar los vehículos en caminos irregulares y a mantener las ruedas en contacto con el suelo.
En un vehículo, los amortiguadores reducen el efecto de viajar sobre terreno accidentado, lo que mejora la calidad de marcha y el manejo del vehículo . Si bien los amortiguadores sirven para limitar el movimiento excesivo de la suspensión, su objetivo principal es amortiguar las oscilaciones del resorte. Los amortiguadores utilizan válvulas de petróleo y gases para absorber el exceso de energía de los resortes. Las tasas de resorte las elige el fabricante en función del peso del vehículo, cargado y descargado. Algunas personas usan amortiguadores para modificar la velocidad del resorte, pero este no es el uso correcto. Junto con la histéresis en el propio neumático, amortiguan la energía almacenada en el movimiento hacia arriba y hacia abajo del peso no suspendido . La amortiguación efectiva del rebote de las ruedas puede requerir ajustar los amortiguadores a una resistencia óptima.
Los amortiguadores basados en resortes comúnmente usan resortes helicoidales o ballestas , aunque también se usan barras de torsión en los amortiguadores de torsión . Sin embargo, los resortes ideales por sí solos no son amortiguadores, ya que los resortes solo almacenan y no disipan ni absorben energía. Los vehículos suelen emplear tanto amortiguadores hidráulicos como resortes o barras de torsión. En esta combinación, "amortiguador" se refiere específicamente al pistón hidráulico que absorbe y disipa las vibraciones. Ahora, los sistemas de suspensión compuestos se utilizan principalmente en vehículos de 2 ruedas y también las ballestas están hechas de material compuesto en vehículos de 4 ruedas.
Los amortiguadores son una parte importante de la suspensión del automóvil diseñada para aumentar la comodidad, la estabilidad y la seguridad general. El amortiguador, fabricado con precisión y conocimientos de ingeniería, tiene muchas características importantes. El tipo más común es un amortiguador hidráulico, que normalmente incluye un pistón, un cilindro y una cámara llena de aceite. El pistón está conectado al vástago del pistón, que se adentra en el cilindro y divide el cilindro en dos partes. Una cámara está llena de aceite hidráulico, mientras que la otra cámara contiene aceite comprimido o aire. Cuando hay un accidente o vibración en el vehículo, el pistón se mueve hacia el interior del cilindro, forzando el fluido hidráulico a través de pequeños orificios, creando resistencia y disipando energía en forma de calor. Esto amortigua las oscilaciones, reduciendo más rebotes o bamboleos del coche. La construcción del amortiguador requiere un equilibrio de características como el diseño del pistón, la viscosidad del fluido y el tamaño general de la unidad para garantizar el rendimiento. A medida que se desarrolló la tecnología, surgieron otros tipos de amortiguadores, incluidos los de gas y eléctricos, que proporcionaron un mejor control y flexibilidad. El diseño y fabricación de amortiguadores está en constante evolución debido a la mejora continua de la dinámica del vehículo y el confort de los pasajeros.
Al igual que los vagones y las locomotoras de ferrocarril, la mayoría de los primeros vehículos de motor utilizaban ballestas . Una de las características de estos resortes era que la fricción entre las hojas ofrecía cierto grado de amortiguación, y en una revisión de la suspensión de vehículos de 1912, la falta de esta característica en los resortes helicoidales fue la razón por la que era "imposible" usarlos como resortes principales. muelles. [2] Sin embargo, la cantidad de amortiguación proporcionada por la fricción de las ballestas era limitada y variable según las condiciones de los resortes, y si estaban húmedos o secos. También operó en ambas direcciones. La suspensión delantera de la motocicleta adoptó horquillas Druid con resortes helicoidales de alrededor de 1906, y diseños similares agregaron posteriormente amortiguadores de fricción giratorios con amortiguadores de disco de fricción, que amortiguaban en ambos sentidos, pero eran ajustables (por ejemplo, horquillas Webb de 1924). Estos amortiguadores de disco de fricción también se instalaron en muchos automóviles.
Uno de los problemas de los automóviles era la gran variación en el peso de los muelles entre cargas ligeras y cargadas completamente, especialmente en el caso de los muelles traseros. Cuando estaban muy cargados, los resortes podían tocar fondo y, además de colocar "topes de choque" de goma, hubo intentos de usar resortes principales pesados con resortes auxiliares para suavizar la marcha cuando estaban ligeramente cargados, que a menudo se llamaban "amortiguadores". Al darse cuenta de que la combinación de resorte y vehículo rebotaba con una frecuencia característica, estos resortes auxiliares se diseñaron con un período diferente, pero no fueron una solución al problema de que el rebote del resorte después de golpear un bache podría arrojarlo del asiento. Lo que se necesitaba era una amortiguación que actuara en el rebote.
Aunque a CL Horock se le ocurrió un diseño en 1901 que tenía amortiguación hidráulica, funcionaba en una sola dirección. No parece haber entrado en producción de inmediato, mientras que los amortiguadores mecánicos como el Gabriel Snubber comenzaron a instalarse a finales del siglo XX (también el similar Stromberg Anti-Shox). Estos utilizaban un cinturón enrollado dentro de un dispositivo de modo que se enrollaba libremente bajo la acción de un resorte en espiral, pero encontraba fricción cuando se extraía. Se instalaron amortiguadores Gabriel en un automóvil Arrol-Johnston de 11,9 CV que batió el récord de 6 horas de Clase B en Brooklands a finales de 1912, y la revista Automator señaló que este amortiguador podría tener un gran futuro en las carreras debido a su peso ligero y su fácil instalación. [3]
Uno de los primeros amortiguadores hidráulicos que entró en producción fue el amortiguador Telesco, exhibido en el Salón del Automóvil de Olympia de 1912 y comercializado por Polyrhoe Carburettors Ltd. [3] Contenía un resorte dentro de la unidad telescópica como los 'amortiguadores' de resorte puro. mencionado anteriormente, pero también aceite y una válvula interna para que el aceite amortigue en la dirección de rebote. La unidad Telesco se instaló en el extremo trasero de la ballesta, en lugar del soporte del resorte trasero al chasis, de modo que formara parte del sistema de resorte, aunque fuera una parte amortiguada hidráulicamente. [4] Este diseño se seleccionó presumiblemente porque era fácil de aplicar a los vehículos existentes, pero significaba que la amortiguación hidráulica no se aplicaba a la acción de la ballesta principal, sino solo a la acción del resorte auxiliar en la unidad misma.
Los primeros amortiguadores hidráulicos de producción que actuaron sobre el movimiento principal de la ballesta fueron probablemente aquellos basados en un concepto original de Maurice Houdaille patentado en 1908 y 1909. Utilizaban un brazo de palanca que movía paletas amortiguadas hidráulicamente dentro de la unidad. La principal ventaja sobre los amortiguadores de disco de fricción era que resistirían el movimiento repentino pero permitirían un movimiento lento, mientras que los amortiguadores de fricción giratorios tendían a atascarse y luego ofrecían la misma resistencia independientemente de la velocidad del movimiento. Parece haber habido pocos avances en la comercialización de los amortiguadores de brazo de palanca hasta después de la Primera Guerra Mundial , después de lo cual su uso se generalizó, por ejemplo como equipo estándar en el Ford Modelo A de 1927 y fabricado por Houde Engineering Corporation de Buffalo, Nueva York.
La mayoría de los amortiguadores para vehículos son de doble tubo o monotubo, con algunas variaciones en estos temas.
También conocido como amortiguador de "dos tubos", este dispositivo consta de dos tubos cilíndricos encajados, un tubo interior que se denomina "tubo de trabajo" o "tubo de presión" y un tubo exterior denominado "tubo de reserva". En la parte inferior del dispositivo, en el interior, se encuentra una válvula de compresión o válvula de base. Cuando el pistón es forzado hacia arriba o hacia abajo por los baches del camino, el fluido hidráulico se mueve entre diferentes cámaras a través de pequeños orificios u "orificios" en el pistón y a través de la válvula, convirtiendo la energía del "impacto" en calor que luego debe disiparse.
Conocida como "celda de gas de dos tubos" o diseño con un nombre similar, esta variación representó un avance significativo con respecto a la forma básica de dos tubos. Su estructura general es muy similar a la del tubo doble, pero se añade una carga de gas nitrógeno a baja presión al tubo de reserva. El resultado de esta alteración es una reducción dramática de la "espuma" o "aireación", el resultado indeseable del sobrecalentamiento y falla de un tubo doble que se presenta como fluido hidráulico espumoso que gotea fuera del conjunto. Los amortiguadores de doble tubo cargados con gas representan la gran mayoría de las instalaciones originales de suspensión de vehículos modernos.
A menudo abreviado simplemente como "PSD", este diseño es otra evolución del amortiguador de doble tubo. En un amortiguador PSD, que todavía consta de dos tubos encajados y todavía contiene gas nitrógeno, se ha añadido un conjunto de ranuras al tubo de presión. Estas ranuras permiten que el pistón se mueva relativamente libremente en el rango medio de recorrido (es decir, el uso más común en calles o carreteras, llamado por los ingenieros la "zona de confort") y que se mueva con significativamente menos libertad en respuesta a cambios a superficies más irregulares. Cuando el movimiento hacia arriba y hacia abajo del pistón comienza a ocurrir con mayor intensidad (es decir, en secciones de caminos con baches), el refuerzo le da al conductor un mayor control del movimiento sobre el vehículo, por lo que su rango a ambos lados de la zona de confort se denomina "control". zona"). Este avance permitió a los diseñadores de automóviles fabricar un amortiguador adaptado a marcas y modelos de vehículos específicos y tener en cuenta el tamaño y el peso de un vehículo determinado, su maniobrabilidad, su potencia, etc. para crear un amortiguador correspondientemente eficaz.
La siguiente fase en la evolución de los amortiguadores fue el desarrollo de un amortiguador que pudiera detectar y responder no sólo a cambios situacionales de "baches" a "suaves", sino también a golpes individuales en la carretera en una reacción casi instantánea. Esto se logró mediante un cambio en el diseño de la válvula de compresión y se denominó "amortiguación sensible a la aceleración" o "ASD". Esto no sólo da como resultado una desaparición completa del equilibrio entre "comodidad y control", sino que también reduce el cabeceo durante el frenado del vehículo y el balanceo durante las curvas. Sin embargo, los amortiguadores ASD generalmente solo están disponibles como cambios en el mercado de accesorios de un vehículo y solo están disponibles en un número limitado de fabricantes.
Los amortiguadores helicoidales suelen ser un tipo de amortiguador de doble tubo cargado de gas dentro del resorte helicoidal. Son comunes en las suspensiones traseras de motocicletas y scooters, y se usan ampliamente en las suspensiones delanteras y traseras de los automóviles.
La principal alternativa de diseño a la forma de doble tubo ha sido el amortiguador monotubo, que se consideró un avance revolucionario cuando apareció en la década de 1950. Como su nombre indica, el amortiguador monotubo, que también es de gas a presión y también se presenta en formato coilover, está formado por un solo tubo, el tubo de presión, aunque tiene dos pistones. Estos pistones se denominan pistón de trabajo y pistón divisor o flotante, y se mueven en relativa sincronía dentro del tubo de presión en respuesta a los cambios en la suavidad de la carretera. Los dos pistones también separan completamente los componentes de líquido y gas del amortiguador. El amortiguador monotubo tiene siempre un diseño general mucho más largo que los de doble tubo, lo que dificulta su montaje en turismos diseñados para amortiguadores de doble tubo. Sin embargo, a diferencia de los de doble tubo, el amortiguador monotubo se puede montar en cualquier dirección: no tiene ninguna direccionalidad. [5] Tampoco tiene válvula de compresión, cuya función ha sido asumida por el pistón divisor, y aunque contiene gas nitrógeno, el gas en un amortiguador monotubo está a alta presión (260-360 psi aproximadamente). lo que realmente puede ayudarlo a soportar parte del peso del vehículo, algo para lo que ningún otro amortiguador está diseñado para hacer. [6]
Mercedes se convirtió en el primer fabricante de automóviles en instalar amortiguadores monotubo como equipo estándar en algunos de sus automóviles a partir de 1958. Fueron fabricados por Bilstein , patentaron el diseño y aparecieron por primera vez en la década de 1954. [7] Debido a que el diseño estaba patentado, ningún otro fabricante pudo usarlo hasta 1971, cuando expiró la patente. [6]
Los amortiguadores de válvula de carrete se caracterizan por el uso de manguitos cilíndricos huecos con conductos de aceite mecanizados, a diferencia de los discos flexibles o cuñas tradicionales. [8] La válvula de carrete se puede aplicar con empaque monotubo, bitubo y/o sensible a la posición, y es compatible con control electrónico. [9]
El principal de los beneficios citados en la solicitud de patente de Multimatic de 2010 es la eliminación de la ambigüedad de rendimiento asociada con las cuñas flexibles, lo que da como resultado características de presión-flujo matemáticamente predecibles, repetibles y robustas. [10]
Hay varios principios comúnmente utilizados detrás de la absorción de impactos:
