Suspensión de barra de torsión

Una suspensión de barra de torsión , también conocida como suspensión de resorte de torsión , es cualquier suspensión de vehículo que utiliza una barra de torsión como su resorte principal de soporte de peso. Un extremo de una barra de metal larga está unido firmemente al chasis del vehículo; el extremo opuesto termina en una palanca, la llave de torsión, montada perpendicularmente a la barra, que está unida a un brazo de suspensión, un husillo o el eje. El movimiento vertical de la rueda hace que la barra gire alrededor de su eje y se resiste por la resistencia de torsión de la barra . La tasa de resorte efectiva de la barra está determinada por su longitud, sección transversal, forma, material y proceso de fabricación.

Las suspensiones de barra de torsión se utilizan en vehículos de combate y tanques como el T-72 , Leopard 1 , Leopard 2 , M26 Pershing , M18 Hellcat , M48 Patton , M60 Patton y el M1 Abrams (muchos tanques de la Segunda Guerra Mundial usaban esta suspensión), y en camiones y SUV modernos de Ford , Chrysler , GM , Mitsubishi , Mazda , Nissan , Isuzu , LuAZ y Toyota . El fabricante de camiones Clase 8 Kenworth también ofreció una suspensión de barra de torsión para sus modelos K100C y W900A, hasta aproximadamente 1981.

Los fabricantes cambian la barra de torsión o la llave para ajustar la altura del vehículo, generalmente para compensar el peso del motor.

Las principales ventajas de una suspensión con barra de torsión son la suavidad de marcha gracias a la elasticidad de la barra, la durabilidad, la facilidad de ajuste de la altura de marcha y un perfil pequeño a lo ancho del vehículo. Ocupa menos volumen del interior del vehículo que los resortes helicoidales .

Las barras de torsión alcanzaron su máximo auge en los automóviles de producción en serie a mediados del siglo XX, al mismo tiempo que se adoptaba la construcción unitaria . En una época en la que no se entendía bien la mecánica de la tensión y la fatiga del metal en los bastidores de carrocería unitarios , las barras de torsión resultaron muy atractivas para los diseñadores de vehículos, ya que podían montarse en partes reforzadas de la estructura central, normalmente el mamparo . El uso de puntales MacPherson para lograr una suspensión delantera independiente con muelles helicoidales supuso proporcionar torretas resistentes en la estructura frontal del automóvil.

Una desventaja es que las barras de torsión, a diferencia de los resortes helicoidales, por lo general no pueden proporcionar una tasa de resorte progresiva. En la mayoría de los sistemas de barras de torsión, la altura del vehículo (y, por lo tanto, muchas características de manejo) se pueden cambiar simplemente ajustando los pernos que conectan las barras de torsión al travesaño del chasis. En la mayoría de los autos con este tipo de suspensión, cambiar las barras de torsión por una tasa de resorte diferente suele ser una tarea fácil. Las barras de torsión longitudinales se extienden debajo del compartimiento de pasajeros, cortando el espacio interior al elevar el piso, mientras que en los sistemas transversales, la longitud de la barra de torsión está limitada por el ancho del vehículo.

Algunos vehículos utilizan barras de torsión para proporcionar nivelación automática , utilizando un motor para pretensar las barras para proporcionar mayor resistencia a la carga y, en algunos casos (dependiendo de la velocidad con la que puedan actuar los motores), para responder a los cambios en las condiciones de la carretera. La suspensión regulable en altura se ha utilizado para implementar un modo de cambio de rueda donde el vehículo se eleva sobre tres ruedas de modo que la rueda restante se levanta del suelo sin la ayuda de un gato. Este ejemplo es de un vehículo que utiliza suspensión oleoneumática donde una bomba de alta presión ceba un depósito de presión que alimenta esferas terminales con aceite hidráulico (LHM) para lograr la suspensión. La altura del vehículo se mantiene mediante la reticulación de las esferas de la suspensión delantera y trasera mediante tuberías de conexión hidráulicas. (Las dos oraciones anteriores se refieren a dos sistemas de suspensión oleoneumática diferentes y es mejor ignorarlas en el contexto de las barras de torsión. El principio del cambio de rueda mediante ajustes de altura de la suspensión ya se ha explicado anteriormente en el párrafo).

El primer vehículo en utilizar barras de torsión fue el Leyland Eight , diseñado por JG Parry-Thomas y producido entre 1920 y 1923. Sin embargo, su suspensión trasera, patentada en 1919, ^[1] fue denominada retrospectivamente "con barra de torsión asistida" por Leyland en una publicación de 1966 ^[2] porque las barras solo complementaban las ballestas. Se produjeron menos de dos docenas de automóviles (incluidas las variantes de carreras) y la suspensión solo se volvió a utilizar en los automóviles de carreras Marlborough-Thomas unos años después.

En 1923, Parry-Thomas patentó un diseño actualizado que incluía un diseño de barra de torsión real sin ballestas, ^[3] sin embargo, la muerte del inventor en un accidente automovilístico en 1927 impidió su desarrollo posterior. Por lo tanto, la invención a menudo se atribuye a Porsche GmbH , que la patentó en 1931 y luego la utilizó en muchos diseños. ^{[4] [5]}

El Citroën Traction Avant de tracción delantera de 1934 fue el primero en implementar la idea en un automóvil producido en serie, con suspensión delantera independiente de barra de torsión y un eje muerto trasero flexible, también suspendido por barras de torsión. La flexibilidad de la viga del eje proporcionó características de ubicación de las ruedas como un eje de viga de torsión . ^[6] También en la década de 1930, los prototipos de Porsche del primer Volkswagen Beetle incorporaron barras de torsión, especialmente su estilo de montaje transversal. El Tatraplan T600 de 1948 de la checoslovaca Tatra empleó suspensión trasera de barra de torsión, el único Tatra que lo hizo. ^[7]

El sistema se utilizó por primera vez con fines militares en el tanque sueco Stridsvagn L-60 de 1934. Su suspensión fue desarrollada por ingenieros alemanes, incluido el empleado de Porsche Karl Rabe , quien también poseía personalmente patentes sobre suspensiones de barra de torsión. ^{[8] [9] [10]}

Se utilizó ampliamente en automóviles europeos como Renault , Citroën y Porsche/Volkswagen, por productores menos conocidos como Mathis y Röhr en la década de 1930, así como por la estadounidense Packard en la década de 1950. La Packard usaba barras de torsión tanto en la parte delantera como en la trasera, e interconectaba los sistemas delantero y trasero para mejorar la calidad de la conducción. Morris Minor y Oxford desde finales de la década de 1940 en adelante usaban un sistema de barra de torsión delantera muy similar al Citroën, al igual que los modelos Riley RM. El revolucionario Jaguar E-Type introducido en 1961 tenía una suspensión delantera de barra de torsión muy similar a la del Citroën y Morris Minor, y una suspensión trasera independiente de resortes helicoidales que usaba cuatro amortiguadores con resortes concéntricos ( coilover ).

Una de las primeras aplicaciones de una barra de torsión en un automóvil estadounidense fue la de la Hudson Motor Car Company de Detroit, que había introducido la innovadora suspensión flexible del eje delantero en los automóviles Hudson y Terraplane de 1934 y se dio cuenta en 1935 de que era necesaria una barra de torsión transversal vinculada al eje trasero como barra estabilizadora para estabilizar los automóviles. La barra de torsión simple se montó a través de los lados del chasis detrás del eje trasero y luego se unió mediante brazos y eslabones al lado delantero de las placas de pernos en U de resorte . La suspensión flexible del eje se suspendió para el año modelo 1936.

Gladeon M. Barnes y Warren E. Preston presentaron una solicitud de patente estadounidense para una suspensión de barra de torsión en 1934, que fue aprobada dos años después. ^[11] La característica original de la patente era lo que ahora se llama diseño de tubo sobre barra (TOB), que solo se usó de forma limitada en la década de 1960 (por ejemplo, en el LVTP-7 ). Aunque Barnes trabajaba para el Departamento de Artillería del Ejército de los EE. UU ., las barras de torsión no se usaron en los diseños de blindados estadounidenses hasta el T70 GMC en 1943, cuya suspensión se derivó del Pz. III por el ingeniero de GM Robert Schilling. ^[12]

Después de la guerra, el uso de la suspensión delantera con barra de torsión fue una característica definitoria de los automóviles Morris británicos, comenzando con el Morris Minor de 1948, su contraparte más grande, el Morris Oxford MO , y el lujoso Morris Six MS , además de las variantes de lujo con la insignia Wolseley de los dos últimos modelos. El diseñador de estos automóviles, Alec Issigonis , se inspiró en la suspensión del Traction Avant , aunque los automóviles Morris tenían tracción trasera y usaban ballestas convencionales para sus ejes traseros. El Minor usaba amortiguadores de brazo de palanca con sus barras de torsión, mientras que el Oxford y el Six usaban innovadores amortiguadores telescópicos . El Minor se mantuvo en producción prácticamente sin cambios hasta 1972 y fue reemplazado por el Morris Marina , que también utilizaba el sistema de amortiguador de brazo de palanca y barra de torsión para su suspensión delantera, uno de los últimos automóviles nuevos en todo el mundo en introducirse con el sistema y que permaneció en producción hasta 1984. La plataforma Oxford/Six se desarrolló a través de varias series revisadas que utilizaron el sistema de barra de torsión de Issigonis hasta 1959, cuando se introdujo el nuevo Farina Oxford , que utilizaba suspensión delantera con resortes helicoidales, horquillas inferiores y amortiguadores de brazo de palanca.

La aplicación más famosa de la barra de torsión en los automóviles de pasajeros estadounidenses fue el sistema Chrysler utilizado a partir de todos los productos Chrysler a partir del año modelo 1957 en automóviles como la serie Imperial Crown , Chrysler Windsor , DeSoto Firedome , Dodge Coronet y Plymouth Belevedere , aunque la suspensión "Torsion-Air" de Chrysler era solo para el eje delantero; el mismo sistema básico (montaje longitudinal) se mantuvo hasta la introducción del automóvil K en 1981. Una suspensión de barra de torsión rediseñada, introducida con el Dodge Aspen de 1976 , introdujo barras de torsión montadas transversalmente (posiblemente basadas en el automóvil de pasajeros Volkswagen Tipo 3 ) hasta que la producción terminó en 1989 (con la plataforma M de Chrysler). Algunas generaciones del Dodge Dakota y Durango usaron barras de torsión en la suspensión delantera.

General Motors utilizó por primera vez barras de torsión en sus camionetas ligeras en 1960 hasta que se eliminó gradualmente en 1963, cuando se utilizaron los resortes helicoidales tradicionales en la parte delantera de sus camionetas 2WD. Su primer uso en un automóvil de pasajeros fue en 1966, comenzando con los vehículos de plataforma E ( Oldsmobile Toronado , Cadillac Eldorado ), las camionetas 4WD S-10 y las furgonetas Astro con AWD opcional y, desde 1988, las camionetas de tamaño completo y los SUV con 4WD (series GMT400, GMT800 y GMT900).

Porsche utilizó suspensión de barra de torsión en las cuatro ruedas para sus series 356 y 911 desde 1948 hasta 1989 con la introducción del 964. También se utilizan en la suspensión delantera del 914 , así como en la suspensión trasera del 924 , 944 y 968. Honda también utilizó barras de torsión delanteras en el Civic de tercera generación y otras variantes construidas sobre la misma plataforma, incluido el Ballade y el CRX de primera generación .

El tanque alemán Panther de la Segunda Guerra Mundial tenía barras de torsión dobles. ^{[ cita requerida ]} Al necesitar barras más largas que el ancho del tanque para obtener la tasa de resorte requerida y el ángulo de flexión elástica máximo de las aleaciones de acero disponibles, el diseñador Ernst Lehr creó una suspensión que efectivamente doblaba las barras por la mitad. Para cada rueda, se unió una varilla al brazo de suspensión, mientras que otra se montó en un punto cercano en el marco. En el lado opuesto del tanque, las dos varillas se unieron entre sí y encajaron en un pivote. ^{[ cita requerida ]} La deflexión del brazo de suspensión hizo que ambas mitades de la barra de torsión doble se torcieran. Una desventaja de la suspensión de barra de torsión utilizada en los tanques Tiger y Panther (y muchos otros tanques de la era de la Segunda Guerra Mundial y otros AFV ) era la incapacidad de incorporar una escotilla de escape a través de la parte inferior del casco, una característica común de los tanques de la era de la Segunda Guerra Mundial, ya que la disposición de la barra de torsión habría bloqueado el acceso de la tripulación a dicha escotilla; Sin embargo, la ausencia de resortes de hojas, espirales o volutas a menudo dejaba una gran extensión del costado del casco libre para incluir una escotilla de escape lateral, y era raro que un tanque se volcara de tal manera que todas las escotillas laterales superiores no pudieran abrirse, que es el propósito de las escotillas ventrales.

Muchos tanques de batalla principales contemporáneos utilizan suspensión de barra de torsión, incluido el M1 Abrams estadounidense, ^[13] el Leopard 2 alemán, ^[14] y el MBT-3000 chino, ^{[ cita requerida ]} aunque la generación más nueva de tanques, como el T-14 Armata ruso, utiliza una suspensión hidráulica ajustable. ^{[ cita requerida ]} Debido a su pequeño tamaño, tremenda capacidad de carga y relativa facilidad de servicio, la suspensión de barra de torsión ha sido ideal para los tanques, aunque no está exenta de desventajas. El gran recorrido y la alta elasticidad de las barras de torsión dan como resultado un movimiento de "balanceo" cuando el tanque se mueve o se detiene repentinamente. Se debe utilizar un estabilizador de cañón para compensar el movimiento de balanceo. Debido al enorme peso de un tanque de batalla principal, en comparación con un automóvil, existe un riesgo mucho mayor de romper una barra de torsión en golpes o maniobras repentinas, y si no se reemplaza en poco tiempo la suspensión reducida puede afectar la maniobrabilidad del vehículo y, en casos extremos, el riesgo de inmovilizar el vehículo ya que la capacidad reducida de la suspensión hace que se rompan barras de torsión adicionales.

Las barras de torsión se usaban a veces en lugar de los resortes de válvula helicoidales convencionales en algunas motocicletas más antiguas, como la Honda CB450 , y también en los automóviles Panhard Dyna X y Panhard Dyna Z de la década de 1950. También se usaron en el mecanismo de la puerta del automóvil DMC DeLorean y en las tapas del maletero de algunos modelos Toyota Corolla (E30) .

• Comando de Material del Ejército de los Estados Unidos (1963). "Capítulo 11: El sistema de suspensión". El ensamblaje automotriz: investigación y desarrollo de material . Vol. 3. Oficina de Imprenta del Gobierno de los Estados Unidos.
• Xu, Guoying; Xue, Dabing; Wang, Tao (2017). Estado de desarrollo y principales investigaciones sobre sistemas de suspensión de vehículos con orugas (PDF) . Avances en la investigación en ingeniería. Vol. 138. Academia de Ingeniería de Fuerzas Blindadas.
• Merhof, Wolfgang; Hackbarth, Ernst-Michael (2015). Fahrmechanik der Kettenfahrzeuge (Mecánica de conducción de vehículos de orugas) (PDF) . Universität der Bundeswehr, Universitätsbibliothek. ISBN 978-3-943207-13-2.