Constante de resorte de la suspensión de un automóvil: definición, fórmula y guía de selección

La constante del resorte de la suspensión de un automóvil es la fuerza necesaria para comprimir el resorte de la suspensión en una unidad de longitud. Si una carga de 500 N comprime un resorte helicoidal 10 mm, la constante del resorte es 50 N/mm. Los ingenieros utilizan este número para predecir la comodidad de marcha, el balanceo de la carrocería, la capacidad de carga y la frecuencia de la suspensión. Elegir la constante elástica adecuada no se trata de hacer que el resorte sea lo más duro o blando posible; se trata de hacer coincidir la tasa de resorte con la masa del vehículo, el uso previsto y la amortiguación.

Definición y ley de Hooke

El resorte de suspensión de un automóvil se comporta como un elemento elástico lineal en su rango de operación normal. La ley de Hooke establece que la fuerza es proporcional a la deflexión:

F = kx

donde F es la fuerza aplicada, x es la deflexión y k es la constante del resorte. Para un resorte de suspensión, k generalmente se expresa como newtons por milímetro (N/mm) o newtons por metro (N/m). Un N/mm equivale a 1000 N/m.

Para medir k, coloque el resorte en un probador de compresión, registre la carga en dos o más puntos de deflexión y divida el cambio de carga por el cambio de deflexión:

k = (F2 - F1) / (x2 - x1)

• Si un resorte necesita 1200 N para comprimirse desde su longitud libre hasta 20 mm y 1800 N para comprimirse hasta 40 mm, entonces k = (1800 - 1200) / (40 - 20) = 30 N/mm.
• Un resorte más blando podría tener una velocidad cercana a los 20 N/mm, mientras que un resorte de alto rendimiento puede alcanzar los 70 N/mm o más.

Por qué la constante de resorte afecta la conducción y el manejo

Los resortes de suspensión definen la frecuencia natural de la masa suspendida. Con un cuerpo rígido de masa m sobre un resorte k en una esquina, la frecuencia de desplazamiento es:

f = (1 / 2π) x raíz cuadrada (k / m)

Para un turismo típico, la frecuencia de conducción suele ser de entre 1,0 y 1,5 Hz. Una mayor tasa de resorte aumenta esta frecuencia y hace que el automóvil se sienta más firme; una tasa más baja lo reduce y hace que el auto se sienta más suave.

• Mayor constante de resorte: menos balanceo y cabeceo de la carrocería, respuesta de dirección más rápida, más capacidad de carga, pero impactos más duros y menos agarre en asfalto irregular.
• Constante de resorte más baja: marcha más suave, mejor contacto de los neumáticos sobre pequeños baches, pero más movimiento de la carrocería y mayor riesgo de tocar fondo bajo carga.
• El resorte y el amortiguador deben coincidir. Un resorte de alta tensión con una amortiguación débil puede continuar oscilando después de un golpe.

La masa de esquina incluye masa suspendida pero no componentes no suspendidos como ruedas y brazos de suspensión. Es por eso que el mismo resorte se siente diferente en un automóvil más pesado y en un automóvil más liviano.

Rangos típicos de constantes de resorte

No existe una constante de resorte única y correcta para todos los automóviles. Los diseñadores de suspensiones eligen tasas basadas en la carga del eje, el recorrido de la suspensión, los objetivos de rigidez del balanceo y la calidad de marcha.

Estos números representan la velocidad propia del resorte helicoidal. La velocidad efectiva en la rueda puede ser diferente cuando la geometría de la suspensión amplifica o reduce el movimiento del resorte.

Tasa de resorte versus tasa de rueda

Cuando se fija un resorte a un brazo de control o a un puntal MacPherson, la fuerza vertical en la zona de contacto del neumático no siempre es igual a la fuerza del resorte. La relación entre el recorrido del resorte y el recorrido de la rueda se llama relación de movimiento. La tasa vertical efectiva en la rueda es:

tasa de rueda = tasa de resorte x (recorrido del resorte / recorrido de la rueda)²

Si el resorte se comprime 0,6 mm cuando la rueda se mueve 1,0 mm, la velocidad de la rueda es sólo 0,36 veces la velocidad del resorte. Por lo tanto, un automóvil con un resorte de 40 N/mm tendría una velocidad de rueda efectiva de aproximadamente 14,4 N/mm en esa esquina. Este cálculo es esencial al comparar las constantes de resorte citadas entre diferentes diseños de suspensión.

Cómo elegir la constante de resorte adecuada

Antes de seleccionar un resorte de suspensión de reemplazo o modificado, defina la carga objetivo, el recorrido permitido y la frecuencia de recorrido deseada.

• Comience con la tasa de resorte original y la longitud libre del fabricante para un reemplazo estándar.
• Para una aplicación que soporta carga, elija un resorte con una tasa más alta a una altura de manejo normal, no simplemente un resorte más largo.
• Para un automóvil más bajo, mantenga suficiente recorrido de impacto para que el resorte no se doble.
• Verificar las características de compresión y rebote del amortiguador; una tasa de resorte que está demasiado alejada del ajuste del amortiguador produce una conducción agitada o flotante.
• Considere los resortes progresivos cuando desee una respuesta cómoda a baja velocidad y una velocidad más firme bajo carga o en curvas.

Resortes de repuesto de fábrica.

Los resortes de suspensión de reemplazo del equipo original deben restaurar la longitud libre, la longitud libre y el diseño del asiento constantes del resorte de fábrica. Un reemplazo OE correcto se fabrica con un diámetro de cable, número de bobinas activas y bobinas totales similares al original.

Resortes de suspensión de repuesto OE para automóviles y camiones Este listado cubre resortes de repuesto con especificaciones de fábrica diseñados para restaurar la altura de manejo y la tasa de resorte originales. Se adapta a los propietarios que priorizan el manejo y la comodidad predecibles sin alterar la geometría de suspensión original del vehículo. Ver producto →

Resortes modificados y de alto rendimiento.

Los resortes de suspensión modificados generalmente se instalan a una altura de manejo más baja y con una constante de resorte más alta para reducir el balanceo de la carrocería. El objetivo no es simplemente hacer que el coche sea más rígido; se trata de cambiar el rango de frecuencia utilizable hacia una mejor respuesta de la dirección y estabilidad a costa de cierto cumplimiento de la conducción.

Resortes de suspensión modificados para vehículos todoterreno y de carretera Los resortes mejorados aquí tienen como objetivo reducir el balanceo de la carrocería y reducir la altura de manejo al tiempo que mejoran la respuesta de la dirección. Sirven a los entusiastas que aceptan un cumplimiento más rígido para una mejor estabilidad en el pavimento o en terrenos todoterreno exigentes. Ver producto →

Para una comparación detallada de diseños lineales y progresivos, lea cómo se comparan las tasas de resorte lineales y progresivas .

Verificación de la constante de resorte

Los resortes de suspensión de producción no están definidos únicamente por la longitud libre. Un proveedor confiable mide la carga a alturas comprimidas específicas e informa la tasa de resorte dentro de una tolerancia.

1. Instale el resorte en un probador de compresión calibrado.
2. Asiente el resorte entre placas planas o asientos de resorte que coincidan con la geometría del vehículo.
3. Comprima el resorte a una altura de precarga y registre la fuerza.
4. Comprimir hasta una segunda altura definida y registrar la fuerza nuevamente.
5. Resta las dos cargas y divide por la deflexión para obtener la constante del resorte.

Los fabricantes que siguen los procedimientos de calidad IATF/TS16949 normalmente controlan la tasa de resorte con una tolerancia de aproximadamente ±5 % para los resortes de suspensión helicoidales estándar. La carga a una altura especificada es a menudo un criterio de aceptación más práctico que la constante teórica del resorte por sí sola.

Zhejiang Zongheng Spring Co., Ltd. aplica este enfoque de medición en su laboratorio, utilizando probadores de carga, probadores de fatiga y equipos de análisis de materiales para verificar la consistencia del lote. Si necesita resortes con una constante elástica definida, póngase en contacto con nuestro equipo de ingeniería con su tipo de vehículo, tasa objetivo y requisitos de carga.

Preguntas frecuentes sobre la constante del resorte de suspensión

¿Cuál es una constante de resorte típica para el resorte de suspensión de un automóvil?

La mayoría de los resortes helicoidales de los turismos tienen una relación lineal entre 20 y 60 N/mm. Los autos compactos tienden a estar cerca del extremo inferior, mientras que los SUV y los autos de alto rendimiento se ubican cerca del extremo superior. El valor exacto depende de la carga del eje y del diseño de la suspensión.

¿Una constante de resorte más alta es siempre más rígida?

Sí, para un resorte lineal. Una k más alta significa que se requiere más fuerza por cada milímetro de desviación. Pero la sensación también depende de la relación de movimiento, la amortiguación, la rigidez de los neumáticos y los topes.

¿Puedo medir la constante del resorte sin quitar el resorte?

No exactamente. El resorte debe descargarse del automóvil o al menos medirse en un dinamómetro de suspensión para obtener una curva carga-deflexión confiable. Los cálculos de velocidad de rueda a partir de pruebas de rebote son útiles para la verificación, pero incluyen la influencia de neumáticos y casquillos.

¿Qué sucede si la constante del resorte es demasiado alta?

Una tasa demasiado alta reduce el uso del recorrido de la suspensión, transmite más impacto de la carretera a la carrocería y reduce la flexibilidad de los neumáticos en superficies rugosas. También puede sobrecargar el amortiguador y hacer que el vehículo se sienta inestable.

¿Se puede cortar un resorte helicoidal cambiar su constante elástica?

Cortar una bobina elimina las bobinas activas y aumenta la velocidad del resorte, pero también cambia las superficies de asiento del resorte y puede crear concentraciones de tensión. No es una forma confiable de ajustar una suspensión y generalmente no se recomienda para vehículos de carretera.