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Service Training
Programa autodidctico 357
El Nivomat
Diseo y funcionamiento
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El Programa autodidctico presenta el diseo y
funcionamiento de nuevos desarrollos.
Los contenidos no se someten a actualizaciones.
Para las instrucciones de actualidad sobrecomprobacin, ajuste y reparacin consulte porfavor la documentacin del Servicio Postventaprevista para esos efectos.
El estado de carga de un vehculo influye de formaesencial en el confort y la estabilidad de marcha.
Para tener en cuenta esta circunstancia se handesarrollado, y se siguen desarrollando, sistemas deregulacin del nivel.Asumen la funcin de reaccionar
de forma activa ante las cargas que intervienen en la
suspensin del vehculo.
Debido a su complejidad, los sistemas de esa ndole
se implantaban hasta ahora ms bien comoequipamiento opcional en los vehculos de las
categoras superiores y de lujo.
En el caso del NIVOMAT de la casa ZF Sachs se hacreado un sistema compacto y tcnicamente
madurado, que se puede integrar de forma simple enlos sistemas de los vehculos existentes.
S357_001
NUEVO Atencin
Nota
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Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Fundamentos de la suspensin en vehculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Peso de la carga y comportamiento del vehculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Definicin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Suspensin en vehculos de motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Amortiguadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Fundamentos de la regulacin del nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Definicin de la regulacin del nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
El Nivomat en el Passat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Estructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Indicaciones para el taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Explicacin de los conceptos DESTACADOS
Pruebe sus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Referencia rpida
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Introduccin
El Nivomat es un sistema de amortiguacin, quereacciona de forma automtica ante el estado de
carga y adapta el nivel del vehculo a las condicionesen cuestin. Esto significa, que dentro de sus lmitesde regulacin el Nivomat eleva la parte posterior del
vehculo al someterse a carga, de modo que se
conserve una buena estabilidad de marcha.De esa forma contribuye esencialmente a laseguridad del vehculo y de sus ocupantes.
Sumario de las ventajas:
- Construccin compacta- Facilidad de montaje y de equipar ulteriormente- De bajo coste
- No requiere potencia elctrica o hidrulica
- No aumenta el consumo de combustible- Amortiguacin en funcin de la carga- Proteccin contra daos en los bajos debidos a
una carga intensa- Los paragolpes conservan sus posiciones ptimas,
incluso bajo carga
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Fundamentos de la suspensin en vehculos
Peso de la carga y comportamiento del vehculo
Aparte de depender de la velocidad y de las condiciones del entorno, el comportamiento del vehculo dependeesencialmente del peso y de su reparto sobre los ejes. Un reparto disparejo del peso influye negativamente, sobretodo, en la distancia libre sobre el suelo, la estabilidad de marcha y la seguridad de conduccin, as como en el
comportamiento aerodinmico.
Altura libre sobre el suelo
Si un vehculo se encuentra muy cargado, el alto peso
ya comprime los muelles en una magnitud tanintensa, que se reduce el nivel del vehculo sobre el
pavimento. Debido a ese fenmeno ya slo quedadisponible un escaso recorrido de los muelles paracompensar p. ej. el efecto de los baches. Los bajos del
vehculo pueden sufrir daos.
Estabilidad y seguridad de la marcha
Al llevar cargas intensas, su peso no va distribuido
uniformemente sobre los ejes del vehculo. Con ellodisminuye la adherencia de las ruedas delanteras al
pavimento, al grado que ya no se pueden transmitirlas suficientes fuerzas de traccin, direccin yfrenado.
En casos de colisin se agrega la particularidad de
que los paragolpes dejan de encontrarse en unaposicin ptima para la absorcin del impacto.
Condiciones aerodinmicas
La posicin desfavorable del vehculo con cargas
intensas a bordo declina la resistencia aerodinmicay provoca un aumento del consumo de combustible.
Sobre todo a velocidades superiores, las malascondiciones aerodinmicas hacen que sigadisminuyendo la estabilidad de marcha.
Baja altura libre sobre el suelo
Posicin desfavorable de los paragolpes
Alta resistencia aerodinmica
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S357_003
S357_004
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Fundamentos de la suspensin en vehculos
Definicin
Antes de dirigir nuestra atencin a los detalles de la estructura y las funciones asignadas a los sistemas de muellesy amortiguadores en la construccin de automviles tenemos que aclarar los conceptos de la amortiguacin y elmuelleo de la suspensin y deslindarlos lo ms posible.
Amortiguacin
El concepto de la amortiguacin tiene sus orgenes enla teora ondulatoria. En la mecnica clsica, una
oscilacin se define como un movimiento ascendentey descendente de una masa suspendida de un muelle
mecnico. Si en una contemplacin idealista sedesprecian las influencias externas y las friccionesque intervienen, una MASA, una vez EXCITADA,
seguira oscilando ilimitadamente (oscilacinno amortiguada).
Sin embargo, en realidad existen influencias de
friccin, p. ej. con el aire del entorno y en el interiorde la propia estructura metlica del muelle. Lasfricciones que intervienen consumen en cada
oscilacin una parte de la energa oscilatoria. Estohace que la oscilacin se vaya debilitando con cada
ciclo y finalmente deje de existir, a no ser que elsistema muelle-masa vuelva a ser excitado por un
golpe. Se habla aqu de una oscilacin amortiguada.
En numerosas reas tcnicas es necesario intensificar
este comportamiento de amortiguacin mediante
medidas de diseo adecuadas, para evitar lageneracin de oscilaciones.En la construccin de vehculos esta funcin se asigna
a los sistemas para la amortiguacin de los ejes. Seencargan de conservar la estabilidad de la marcha,
la seguridad de la conduccin y las condiciones deconfort.
Oscilacin no amortiguada
(contemplacin idealista)
Excitacin
Oscilacin amortiguada
Excitacin S357_020
S357_021
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Muelleo de la suspensin
La funcin de la suspensin consiste en soportar elpeso del vehculo y compensar los golpes causadospor irregularidades del pavimento. Con la tensin
previa de los muelles, la suspensin se encarga de
que las ruedas no pierdan el contacto con el suelo, p.ej. al pasar por baches. Esto es necesario para poderseguir transmitiendo fuerzas de traccin, frenado y
direccin, incluso en pavimentos en condicionesadversas, y poder mantener dominable as el
comportamiento del vehculo.
Comportamiento de amortiguacin de los muelles
mecnicos
Segn la ndole de los muelles empleados, tambin
un muelle est en condiciones de amortiguar lasoscilaciones que intervienen. El efecto de
amortiguacin, sin embargo, suele ser escaso. Sedebe a que los TOMOSDEMETAL en el muelle poseen
una localizacin relativamente firme y tratan deconservarla. Los TOMOS tienen que ser excitados pormedio de una fuerza externa, para que abandonen
su sitio habitual y acompaen el movimiento de
dilatacin del muelle. Si desaparece la fuerzaexterna, los tomos del metal vuelven a su posicinoriginal.
Con estos movimientos a nivel atmico se transformala energa cintica en energa trmica. A eso se debe
que se calienten los muelles si se extienden y contraenrepetidas veces con rapidez.
Peso del vehculo
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Efecto de amortiguacina nivel atmico
Movimientode retorno
La energa delmovimiento seentrega en formade calor.
tomos del metalen el muelle
Movimiento de dilatacin del muelle
Fuerza
Entrega de calor mediante transformacin energtica
Movimiento de extensin,p. ej. causado por un bache
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Fundamentos de la suspensin en vehculos
Para lograr una accin conjunta ptima entre el muelleo de la suspensin y la amortiguacin se procede aimplantar muelles y sistemas de amortiguacin en versiones combinadas.Desde el punto de vista fsico, el vehculo consta de masas no amortiguadas y masas amortiguadas.
Los muelles mecnicos y los sistemas de amortiguacin pertenecen parcialmente tambin a las masas
no amortiguadas.
Masas no amortiguadas
Pertenecen a ellas los componentes que incluyen en
sus movimientos los causados por las irregularidadesdel pavimento. Se trata de:
- los ejes,- los muelles (en parte),
- las suspensiones de las ruedas,- los frenos,
- los amortiguadores (en parte) y- las ruedas.
Masas amortiguadas
Son todos los componentes que se encuentran
desacoplados de las irregularidades del pavimento atravs de elementos de suspensin, p. ej.:
- la carrocera,- los ocupantes o
- la carga a bordo.
Estructura bsica
La suspensin de un vehculo consta generalmente detres elementos de muelle:
- los neumticos,- la suspensin de los ejes y
- los muelles de los asientos.
Suspensin en vehculos de motor
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Pequeo movimiento
de masas amortiguadas, causadopor irregularidades del pavimento
S357_006
Movimiento de lasmasas no
amortiguadas,causado porirregularidades delpavimento
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Funciones asignadas a los sistemas de suspensin
Para ilustrar las funciones que asumen los sistemas de suspensin contemplaremos el comportamiento de unvehculo con una suspensin netamente mecnica, sin amortiguadores (suspensin no amortiguada) y un vehculocon un sistema de muelle-amortiguador (suspensin amortiguada).
Vehculo con suspensin no amortiguada
En el caso de una suspensin no amortiguada, los
neumticos empiezan a saltar al recorrerirregularidades consecutivas y empiezan a perder el
contacto con el pavimento.La carrocera empieza a producir movimientos de
oscilaciones y balanceo que se generan ysuperponen, provocando una adherencia disparejasobre el pavimento. El vehculo deja de ser
dominable y pierde estabilidad.
Vehculo con suspensin amortiguada
La amortiguacin se encarga de neutralizarrpidamente las oscilaciones causadas por las
irregularidades del pavimento en la carrocera y enlas ruedas. De esa forma se conserva la adherencia
entre neumticos y pavimento y se pueden seguirtransmitiendo las fuerzas de traccin, direcciny frenado.
El vehculo se mantiene dominable y estable incluso
al circular sobre un pavimento en condicionesadversas.
Suspensin sin amortiguadores
Suspensin con amortiguadores
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La oscilacin propia del vehculo se intensifica.
S357_009
La oscilacin propia del vehculo se mantiene reducida.
En las figuras relativas a muelles y amortiguadores se supone en las pginas siguientes que el punto de
anclaje a la carrocera es un punto fijo. Por ese motivo, en la etapa de contraccin de los muelles seindica en forma de flecha una fuerza dirigida hacia arriba, la cual comprime al muelle y/o al
amortiguador, mientras que la etapa de extensin del muelle se indica con una flecha dirigida haciaabajo. Es decir, que el movimiento se representa puesto en relacin con la carrocera del vehculo.
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Fundamentos de la suspensin en vehculos
Tipos de suspensiones
Se distinguen los tipos de suspensiones:
- Suspensiones mecnicas en forma de muelles de ballesta, muelles helicoidales o MUELLESDETORSIN en acero o
bien elementos elsticos de goma,
- suspensiones neumticas,- suspensiones hidroneumticas y- combinaciones de estos sistemas, como p. ej. un brazo telescpico dotado de un muelle neumtico y uno
helicoidal.
Suspensin mecnica
Los muelles mecnicos de un vehculo se utilizanprimordialmente para soportar la masa del vehculo.
Comportamiento de amortiguacin de los
mulles mecnicos
De acuerdo con lo descrito, los muelles mecnicos
slo suelen poseer unas reducidas caractersticasde amortiguacin.No resultan suficientes como para amortiguar
eficazmente las oscilaciones de la carrocera.
Suspensiones neumticas
Expresado en trminos simplificados, un muelle
neumtico est compuesto por un fuelle (balona)
estanco a gases, dotado de una carga de gas. Elefecto de muelleo se debe a que los gases soncompresibles. Eso significa, que el fuelle se contrae al
ser comprimido por la masa del vehculo.
Comportamiento de amortiguacin de los
muelles neumticos
Tambin la suspensin neumtica poseecaractersticas de amortiguacin en las etapas de
contraccin y extensin de la balona. Se deben a quetransforman energa de las oscilaciones en energade calor a travs del trabajo de comprimir y expandir
la carga de gas.
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Muelle de ballesta Muellede goma
Muellehelicoidal
Muelle de torsin
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Fuelle (balona)
Carga de gas
Contraccin
Extensin
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Suspensin hidroneumtica
Debido a que los lquidos apenas si son compresibles,una suspensin netamente hidrulica posee slo unmuy bajo efecto de muelleo. Para conseguir un buen
comportamiento de amortiguacin resultan ser a su
vez muy adecuados los lquidos hidrulicos. Parapoder aprovechar estas propiedades se procede aagregar entre cilindro y mbolo de trabajo un
volumen de compensacin con una carga de gas(muelle de gas presurizado). De ese modo se obtiene
una suspensin hidroneumtica, con la que seconsigue el efecto de muelleo a base de comprimir el
gas contenido en el volumen de compensacin.
Comportamiento de amortiguacin de la
suspensin hidroneumtica
En virtud de las propiedades especficas que
caracterizan al aceite hidrulico, estos sistemasposeen un comportamiento de amortiguacin
intensa. Se aprovecha implantando pequeostaladros en el mbolo, a travs de los cuales se
obliga el paso del lquido hidrulico al ser movido elmbolo por el efecto de una fuerza.
Mediante vlvulas de mbolo de efecto en un solosentido y con diferentes secciones transversales se
logra que la etapa de extensin manifieste unaamortiguacin ms intensa que el movimiento de
contraccin. Esto es necesario, porque el muellemecnico en el brazo telescpico (muelle portante)acta en contra del movimiento del mbolo de
trabajos durante la etapa de extensin.En cambio, al contraerse la suspensin, el muelle
portante apoya el movimiento del mbolo de trabajo.Por ese motivo se necesita slo una menor fuerza deamortiguacin para el movimiento de contraccin.
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Cilindro
mbolo de trabajo
Aceitehidrulico
Bajoefecto de muelleo
S357_013
S357_014
Fuerza
mbolo detrabajocon taladros
La resistenciadel flujoamortigua elmovimiento
Contraccin Extensin
Vlvula de mbolo con
baja amortiguacin
Vlvula de mbolo con
alta amortiguacin
Altoefecto de muelleo
Volumen decompensacin
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Fundamentos de la suspensin en vehculos
Amortiguadores
Los amortiguadores son actualmente los elementosque se implantan con la mayor frecuencia paralograr efectos de amortiguacin en las suspensiones
de los trenes rodantes.
Segn se ha descrito, su misin consiste enamortiguar lo ms rpida y extensamente posible lasoscilaciones provocadas por las irregularidades del
pavimento, de modo que la carrocera no ejerzaoscilaciones propias o bien apenas si las ejerza.
Por regla general, los amortiguadores actuales estn
diseados como sistemas hidroneumticos.
La cmara de compensacin se utiliza para alojar el
aceite que se desaloja de la cmara de trabajo alsumergirse en sta la varilla de mbolo durante la
etapa de contraccin.
Por cuanto a su arquitectura se diferencia entre losamortiguadores monotubo y las versiones bitubo.El diafragma que se representa en esta figura no es
un elemento absolutamente necesario. Segn la
arquitectura especfica del amortiguador, el aceitehidrulico y la carga de gas pueden tener lmitesmutuos directos o bien pueden estar limitados por un
mbolo separador.
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Cilindro
Aceite hidrulico
mbolo de trabajocon vlvulas
Carga de gascomprimida
Cmara decompensacin
Diafragma
Varilla de mbolo
S357_016
Contraccin
Volumen de lavarilla de mbolosumergida
Carga de gasCmara de trabajo
Para ms claridad del principio de funcionamiento se representa en la figura la cmara de
compensacin como si fuera un depsito externo. Los amortiguadores suelen poseer en realidad unacmara de compensacin integrada.
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Amortiguador monotubo
Arquitectura
En un amortigua monotubo, la cmara de trabajo y
la cmara de compensacin van superpuestas en el
mismo cilindro. Esta configuracin es la que le da sunombre al amortiguador monotubo. Para evitar quedurante el funcionamiento del amortiguador se
produzcan burbujas o fenmenos de espumificacinentre el volumen de gas y el lquido hidrulico se
procede a dividir ambas cmaras por medio de unmbolo separador desplazable.
La cmara de compensacin lleva una carga de gasnitrgeno que, segn el fabricante y la arquitectura
especfica, posee una presin de aprox. 20 a 30bares. Por encima del mbolo separador se sita la
cmara de trabajo, en la que se mueve a su vez elmbolo de trabajo.
El efecto de amortiguacin se debe, segn lo descritoal definir la suspensin hidrulica, a que el mbolo
slo se puede mover en la cmara de trabajo con larapidez con que el lquido hidrulico puede fluir a
travs de las vlvulas de un lado del mbolo hacia elotro. Las vlvulas del mbolo establecen las
caractersticas de amortiguacin diferidas para lasetapas de contraccin y extensin.
Ventajas del amortiguador monotubo:
- una buena disipacin del calor,- no presenta el riesgo de espumificacin,
- comportamiento de respuesta rpida y- se puede montar en cualquier posicin.
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Cilindro
Aceitehidrulico
mbolo detrabajo convlvulas
Cmara decompensacin
mbolo
separador
Varilla dembolo
Carga de gas
Cmara detrabajo
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Fundamentos de la suspensin en vehculos
Funcionamiento
El mbolo separador desplazable establece una
cmara de trabajo con volumen variable en el
amortiguador monotubo.
Al desplazarse, durante la etapa de contraccin, el
mbolo de trabajo en direccin hacia el volumen degas, la varilla de mbolo se sumerge en el aceite
hidrulico. El volumen de aceite hidrulico quedesaloja la varilla de mbolo desplaza al mbolo
separador, haciendo que aumente la presin en lacmara de compensacin.Esta operacin recibe el nombre de compensacin
volumtrica.
En la etapa de extensin, la varilla de mbolo esextrada muy afuera de la cmara de trabajo. Estohace que desplace una menor cantidad de aceite
hidrulico, en comparacin con la posicin anterior,
con lo cual el mbolo separador es desplazadoahora por la presin del volumen de gas en direccinhacia el mbolo de trabajo.
Contraccin
Volumen quedesaloja la varilla dembolo
Fuerza
Compensacinvolumtrica
mboloseparador
Cmara decompensacin
Cmara detrabajo
mbolo detrabajo
Volumen que nodesaloja la varilla de
mbolo
Compensacinvolumtrica
Extensin
S357_018
S357_019
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Amortiguador bitubo
Arquitectura
Un amortiguador bitubo aloja la cmara de trabajo y
la cmara de compensacin en dos tubos diferentes,
insertados uno en otro. En el tubo interior se implantala cmara de trabajo con el mbolo de trabajo.El espacio entre el tubo exterior y el tubo interior se
utiliza como cmara de compensacin. Aqu seencuentra la carga de gas y el aceite hidrulico para
la compensacin volumtrica.
En un amortiguador bitubo se utiliza nitrgeno parala carga de gas, pero en comparacin con losamortiguadores monotubo se le da una menor
presin de llenado, de aprox. 3 a 8bares. Lascmaras de trabajo y de compensacin se
encuentran comunicadas a travs de las vlvulas dela base en el tubo interior, lo cual permite que el
aceite hidrulico pueda fluir en vaivn entreambas cmaras.
Ventajas del amortiguador bitubo
- Construccin econmica- Baja altura del conjunto
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Aceitehidrulico
mbolo detrabajo convlvulas
Cmara decompensacin
Vlvulas de labase
Varilla dembolo
Carga de gas
Cmara detrabajo
Tubo exterior
Tubo interior
Para representar de un modo ms claro la arquitectura y el funcionamiento del amortiguador bitubo seha procedido a dibujarlo exagerando la anchura en las proporciones de altura a anchura. En realidad,
el amortiguador bitubo se caracteriza por una construccin bastante ms esbelta.
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Fundamentos de la suspensin en vehculos
Funcionamiento
Tambin en el amortiguador bitubo tiene que
producirse una compensacin volumtrica en las
etapas de contraccin y extensin, porque la varillade mbolo desplaza una cantidad de aceitehidrulico mayor o menor en la cmara de trabajo,
segn sea la profundidad a que penetra.
Durante la etapa de contraccin, el aceite hidrulicodesplazado por la varilla del mbolo es impelido
hacia la cmara de compensacin a travs de lavlvula de escape en la base.Con ello aumenta la presin en la cmara de
compensacin. Esto provoca una compresin en lacarga de gas, hasta que se establezca un equilibriode las presiones entre la cmara de trabajo, la
cmara de compensacin y la carga de gas.
En la etapa de extensin se extrae la varilla de
mbolo bastante afuera del tubo interior. Con ellodesplaza una menor cantidad de aceite hidrulico,
por lo cual desciende la presin de la cmara detrabajo con respecto a la de la cmara decompensacin. La vlvula de admisin en la base
abre y el aceite hidrulico sale de la cmara de
compensacin hacia la cmara de trabajo.La carga de gas expande durante esa operacinentre los tubos interior y exterior, hasta que se haya
vuelto a establecer un equilibrio de las presionesentre la cmara de trabajo, la cmara de
compensacin y la carga de gas.
Las vlvulas en el mbolo de trabajo y las vlvulas en
la base se encargan de establecer la amortiguacinen las etapas de contraccin y extensin.
Contraccin
Extensin
Volumen quedesalojado lavarilla dembolo
Fuerza
Compensacin
volumtrica
Vlvula deescape en la
base
Cmara decompensacin
Cmara detrabajo
mbolo detrabajo
S357_024
Volumen queno desaloja lavarilla dembolo
Compensacinvolumtrica
Vlvula deadmisin en
la base
S357_025
Carga de gas
Vlvulas delmbolo
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Fundamentos de la regulacin del nivel
Qu es una regulacin del nivel?
Tal y como se ha descrito al principio de este Programa autodidctico, la carga depositada a boro de un vehculoinfluye de forma esencial en su estabilidad de marcha.Con ayuda de una regulacin del nivel en el sistema de la suspensin resulta posible adaptar el nivel del vehculo
a diferentes condiciones de la carga til. De esta forma se conserva la estabilidad, la seguridad y el confort de la
marcha incluso al llevar una carga til intensa.Existen diferentes opciones de diseo para realizar una regulacin del nivel:
- modificando la relacin de transmisin de fuerzas en la suspensin,- modificando el punto de anclaje inferior (punto de la pata del amortiguador) o bien
- implantando una combinacin de estas dos posibilidades.
Modificacin de la relacindel muelle
Con el trmino de la relacin de un muelle se designala distancia entre el soporte cojinete del eje trasero yel punto en que se aplica la pata del amortiguador,
puestos en relacin con la posicin de la rueda.Con ayuda del soporte cojinete del eje trasero y el
punto de aplicacin de la pata del amortiguador seconfigura un brazo de palanca.
Desplazando mecnicamente el punto de aplicacinde la pata del amortiguador hacia el soporte cojinete
del eje trasero se acorta el brazo de palanca.
El brazo de palanca ms corto implica la necesidadde aplicar una mayor fuerza para comprimir elamortiguador a travs del eje trasero. Esto significa
que, con una misma carga, el vehculo no desciendetan intensamente sobre el eje trasero, como sucedera
con un brazo de palanca largo.
S357_026
S357_027
Brazo de palancalargo
Soporte cojinete del eje trasero
Brazotelescpico
Brazo de palancacorto
Punto de aplicacin dela pata
Punto de aplicacinde la pata