Asignaturas:
- Grados de libertad en el guiado de las ruedas.
- Bisagras en la guía de la rueda.
- Guías en la guía de la rueda.
- Calcular grados de libertad
Grados de libertad en el guiado de las ruedas:
La suspensión de un automóvil contiene una serie de bisagras (incluidas las de las horquillas y los amortiguadores) que proporcionan los grados de libertad en toda la suspensión. La guía de las ruedas garantiza que los posibles grados de libertad de los posibles movimientos de las ruedas se limiten a sólo uno o dos. Si una rueda no se mantiene “fija”, podrá girar, inclinarse (en las direcciones x e y), girar y moverse hacia arriba y hacia abajo libremente. En principio, la rueda queda entonces “suelta” de la suspensión. Puede moverse en cualquier dirección sin “guía”. Cada movimiento que acabamos de mencionar es un grado de libertad.
La suspensión de las ruedas, es decir, la guía de las ruedas, garantiza que la libertad de movimiento esté limitada a 1 grado de libertad. Esto significa que la rueda puede moverse “libremente” en una sola dirección, sin influencia del conductor. Ese libre movimiento es el movimiento hacia arriba y hacia abajo de la compresión y el rebote. La rueda puede entrar y salir libremente sobre una superficie de carretera irregular.
La suspensión de las ruedas de un automóvil se construye con una serie de bisagras lineales, rótulas y bisagras giratorio-deslizantes. Todas estas bisagras se influyen entre sí. Demasiadas bisagras crean demasiados grados de libertad (por lo que la rueda puede moverse involuntariamente en diferentes direcciones) o 0 grados de libertad (la rueda no puede moverse y, por lo tanto, no puede comprimirse y comprimirse).
Bisagras en la guía de la rueda:
Bisagra de línea:
Esta bisagra de línea puede moverse en 1 dirección; arriba y abajo. Esto proporciona 1 grado de libertad.
Rótula:
Con esta bisagra las partes relevantes pueden realizar 3 movimientos entre sí; un movimiento de cabeceo, balanceo y giro. Esta bisagra tiene 3 grados de libertad, porque cuando la bisagra está “suelta”, puede hacer 3 movimientos libres (ver flechas).
Bisagra giratoria-deslizante:
Esta bisagra puede realizar 2 movimientos; un movimiento giratorio y un movimiento deslizante de entrada y salida. En principio, este es un ejemplo de amortiguador (de un puntal McPherson). Estos 2 movimientos garantizan que la bisagra giratorio-deslizante tenga 2 grados de libertad.
Guías en la guía de la rueda:
Para crear una suspensión de rueda a partir de varios tipos de bisagras, a veces es necesario combinar las bisagras en un solo objeto, por ejemplo, una horquilla. A este brazo de soporte lo llamamos entonces guía. A continuación se muestran algunos ejemplos de estos conductores:
Línea de bisagra con rótula:
Este es un ejemplo típico de horquilla, que está conectada a la carrocería (o subchasis) en el lado de las bisagras y a la articulación de dirección en el lado de la rótula. Cuando toda esta bisagra está suelta, puede moverse tanto en la dirección de movimiento de la bisagra lineal (1 dirección) como en las 3 direcciones de la rótula. Después de todo, la bisagra de línea tiene 1 grado de libertad y la rótula tiene 3. Debido a que esta parte se ve como 1 conductor, los grados de libertad se pueden sumar. El 1 y el 3 entonces son 4 grados de libertad.
Doble rótula:
Un ejemplo de guía con doble rótula es el tirante con las bolas interior y exterior del tirante. Cada rótula tiene 3 grados de libertad, por lo que como es 1 conductor, estos se deben sumar. Sin embargo, tienen la misma autorrotación, porque si una rótula hace un movimiento de rotación, la otra también lo hace. Por tanto, 1 grado de libertad de la autorrotación no cuenta (ver las flechas rojas). Los grados de libertad de este conductor son 1 en total, pero en el cálculo siguiente, ingrese el número 6 en "autorrotaciones r". Este 1 luego se resta en el cálculo.
Bisagra giratorio-deslizante con rótula:
Como se mencionó anteriormente, un amortiguador es una bisagra deslizante giratoria. Sin embargo, cada amortiguador McPherson también tiene una rótula encima, aunque no lo parezca al principio. Hay otra goma en la parte superior del amortiguador. Esta goma proporciona cierta libertad de movimiento al amortiguador y, por lo tanto, también tiene las propiedades de una rótula. Por lo tanto, un amortiguador tiene tanto los 2 grados de libertad de la bisagra rotativa-deslizante como los 3 grados de libertad de la rótula, que juntos suman 5. También en este caso se produce un giro natural, porque el movimiento de giro de la bisagra giratoria y deslizante es el mismo movimiento que el movimiento de giro de la rótula. Por lo tanto, habrá que añadir 1 a la “r” de autorrotación.
Calcular grados de libertad:
El número de grados de libertad se puede calcular basándose en los datos de suspensión. Para completar correctamente la fórmula, las bisagras y guías deben dividirse en categorías:
- L para el número de conductores.
- g para el número de juntas y bisagras
- r para el número de rotaciones naturales (como con la rótula doble en 1 guía)
Además, las cartas:
- k para el número de soportes de ruedas (en la mayoría de los casos 1, porque este es el muñón de dirección)
- εfi para el número de grados de libertad del número total de uniones y bisagras sumadas.
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
Ejemplo:
Una suspensión de rueda contiene: k 1 soporte de rueda (articulación), L 2 guías, g 5 articulaciones, r 2 autorrotaciones, εfi 15 grados de libertad totales
En forma de fórmula esto es:
F = 6 (1 + 2 – 5) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = 1
Ahora hay 1 grado de libertad, así que esto es bueno. La rueda puede realizar un movimiento puro hacia arriba y hacia abajo.
Para aclarar esto, aquí hay un ejemplo con una imagen de una suspensión de rueda:
La siguiente imagen es de un puntal McPherson con la leyenda correspondiente. Las letras A, B y C representan las guías y los números del 1 al 6 representan las bisagras/uniones.
εfi son los grados de libertad de las bisagras sumados; entonces 3 grados de libertad por rótula (es decir, 4 x 3), 1 grado de libertad de la bisagra lineal y 2 grados de libertad de la bisagra giratorio-deslizante.
La fórmula se puede completar con esto:
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
F = 6 (1 + 3 – 6) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = -12 – 2 + 15
F = -14 + 15
F = 1 grado de libertad
