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Autor Tema: Push-rod vs. Pull-rod  (Leído 5760 veces)

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Push-rod vs. Pull-rod
« en: Noviembre 03, 2011, 18:30:06 pm »
En estos últimos años la aerodinámica y, más recientemente aun la termodinámica han sido las que han estado en boca de todos los que siguen el mundillo de la fórmula uno. Parece que en un campo en el que todo parecía dicho, al menos aparentemente, RBR volvió a evolucionar, ¿o fue una involución?, con las suspensiones traseras.

Antes de entrar a evaluar unas y otras suspensiones, es conveniente enumerar tanto los conceptos que rigen las suspensiones como las particularidades y objetivo del sistema.

El objetivo principal de un sistema de suspensión es mantener de forma óptima el agarre del vehículo sobre el suelo. Por lo tanto, el neumático ha de ser capaz tanto de filtrar las irregularidades del terreno, dado el carácter deformable de la carcasa, como las inercias provocadas por el funcionamiento de éste, ya sean transferencias de masas entre ejes por las aceleraciones y frenadas como transferencias entre el mismo ejes debido a los giros y cambios de dirección del vehículo. Dada la variabilidad de todos estos fenómenos, pese a la relativa facilidad visual que pueden tener muchos sistemas de suspensión, especialmente en un F1, su diseño y ajuste es crítico.


Deformación del neumático

Cuando se habla de suspensiones, existe un concepto muy importante que es el de masa suspendida y masa no suspendida. La masa no suspendida son todas las partes que, incluyendo la rueda, sirven para filtrar las irregularidades del terreno, mientras que la masa suspendida es el resto de las partes del coche.

Las partes que generalmente se encuentran dentro de la parte no suspendida, y que constituyen la suspensión son las siguientes:

- Neumático.
- Soporte del neumático.
- Link (tirantes, brazos), soporte de neumático-chasis.
- Muelle.
- Amortiguador.
- Estabilizadora.


Parte suspendida y no suspendida

El neumático es el que transmite el par sobre el suelo, es decir, el último responsable que el giro del motor se convierta en movimiento del vehículo, y el que evita que dicho vehículo deslice y de esta forma siga la trayectoria que quiere llevar quien lo conduce/pilota. Por ello su construcción está enfocada a tener el mayor grip y la menor resistencia a la rodadura.

En general, en un neumático se desea agarre, pero también poca resistencia al giro. Por ello el grip o agarre se busca a través de diferentes cauchos tratados. Unido a este tipo de compuestos y por ejercer el coche un par sobre la rueda, se genera una distribución de presiones sobre la parte que toca con el suelo (huella), deformándose un poco. Esta deformación no es igual en toda la huella, siendo mayor en la parte frontal, lo que revierte en un par contrario al giro, una resistencia a la rodadura.


Deformación, huella, histéresis, par resistente

El equilibrio entre grip y rodadura, por los fenómenos que se dan durante el funcionamiento del neumático (Como la histéresis), dependerá del uso del neumático. En los vehículos de calle se intenta minimizar la rodadura manteniendo un agarre adecuado mientras que e la F1 y resto de deportes de motor, prima la adherencia frente a la baja rodadura puesto que se persigue llegar al límite dinámico del vehículo y la potencia de los motores es elevada.

Aparte de este fin, el neumático es el principio de la suspensión. A través de la estructura y la presión de inflado, el neumático es capaz de filtrar, o al menos atenuar ciertas amplitudes y frecuencias. Es por ello que un cambio estructural en el neumático puede generar grandes problemas en un vehículo de competición. En la F1 en concreto, los neumáticos tienen un gran balón, por lo que son una parte muy activa del sistema de suspensión. El cambio a Pirelli conlleva una modificación de las suspensiones y, un hipotético cambio a perfiles mucho más bajos como se pudo leer por los mentideros oficiales de la F1 hubiera supuesto un rediseño brutal del resto de las suspensiones.

El soporte del neumático comprende la llanta, el eje de la llanta que alberga los frenos y el soporte para los links de la suspensión. Como todo elemento en la F1, el menor peso posible es necesario aunque, como se verá más adelante, en las suspensiones es más importante aún.

Los links soporte de neumático-chasis son los que transmiten las fuerzas que ya ha recibido y filtrado/atenuado el neumático a los elementos que sirven para disipar la energía. Comprenden ejes, barras de transmisión, bieletas y balancines, triángulos de suspensión,….

Este conjunto no solo cumple el cometido de transmitir las fuerzas ejercidas sobre el neumático – soporte de neumático, sino que las transforma y debe ser capaz de soportar otras solicitaciones propias de la dinámica del vehículo (Fuerzas longitudinales y transversales como el rozamiento lateral del neumático en curva, par de la línea de transmisión, inercias durante las frenadas y las curvas,….) Por lo que su optimización para un uso concreto es bastante compleja ya que debe aunar un buen comportamiento dinámico, una resistencia estructural adecuada y, en casos como la F1, una aerodinámica buena.

El muelle es el elemento elástico que “convierte” las fuerzas que transmite el conjunto de la suspensión en deformación. Existen diferentes tipos usados en automóviles como muelles helicoidales (Donde la relación entre la fuerza y el desplazamiento es lineal, azul en la gráfica), neum, barras de torsión, ballestas,… Existen otros como los que se basan en cámaras cerradas de algún gas, sistemas neumáticos, que no son lineales, cuanto más desplazamiento mayor incremento de fuerza, que podemos ver en color rojo en la gráfica.


Gráfica de elemento elástico lineal y no lineal

Dadas las características de cualquier tipo de muelle, la energía absorbida, con ciertas pérdidas es devuelta generándose un bamboleo de larga duración en el tiempo y que se mitiga muy despacio. Para eliminar esta parte no deseada, se hace uso de un elemento amortiguador. Con este elemento, se consiguen eliminar los bamboleos que siguen a la absorción de la fuerza generada sobre el conjunto de la rueda. Existen diversos tipos de amortiguadores. Los más sencillos y rudimentarios son los de rozamiento, pero las estrellas son los de sistema hidráulico, neumático o mixto hidráulico/neumático.

Para poder cumplir su cometido de disipar la energía “almacenada” en el muelle, que ha hecho que se modifique su forma, el sistema del amortiguador convierte esa energía en calor y resistencia dinámica. De esta forma, el sistema, olvidándose ahora del de rozamiento mecánico, hace pasar el fluido, normalmente aceite, por unos orificios con forma y dimensiones concretas. La tecnología ha llegado a sistemas de múltiples cámaras y canales para disipar de forma independiente y óptima fuerzas de amplitud y frecuencia dispar.

Por último se tiene a la barra estabilizadora. Este elemento sirve para minimizar los cabeceos del chasis en las curvas. Es un elemento que une la suspensión del lado derecho e izquierdo del mismo eje. Evita cambios excesivos del centro de gravedad del eje longitudinal del vehículo y evita pérdidas de adherencia excesivas en la rueda interior por una transferencia de masas a la rueda exterior.



Existen un gran número de sistemas de suspensión, aunque en la F1, que es la disciplina del motor que nos une a los lectores de este blog, se usa un sistema independiente con 2 triángulos, uno encima del otro, y una barra que actúa sobre el conjunto de balancines, muelles y amortiguadores, que cada equipo particulariza según sus ideas.

A la vista de lo expuesto hasta ahora, el sistema de un F1 ha de ser robusto, aerodinámico y ligero. Estos 3 términos se entrelazan imponiendo ciertas características a las partes de la suspensión.

Cuanto más ligero es el conjunto que engloba a la parte no suspendida, el funcionamiento de la suspensión es mejor. Esto es debido a la inercia que tiene todo el conjunto. La inercia, entendida como la “manía” del objeto a no cambiar su estado de movimiento, hace que un sistema más pesado reaccione peor ante el impacto pero de igual manera, cunado empieza a “volver a su sitio” le cuesta más, tardando un tiempo mayor en recuperar el estado original ante una fuerza ejercida sobre la rueda. Por eso es tan importante la ligereza en esta parte del vehículo.

En cuanto a la aerodinámica, al ir los triángulos y las ruedas sin carenar, ofrecen una resistencia. Las ruedas, que diseña la marca de neumáticos, son como velas que rompen el flujo e imponen una gran restricción al avance, pero las barras de la suspensión también ofrecen resistencia por lo que su forma ha de cumplir con el objetivo que el equipo de diseño considere oportuno en el plano aerodinámico.

Por último, la resistencia estructural es un objetivo básico, pero no solo para soportar los impactos y transferencias de masas. El vehículo, por su configuración de suspensiones y ruedas no carenadas, solo por rodar a cierta velocidad está sometiendo al sistema de suspensión a severas solicitaciones. El neumático en gran medida, por su carácter de vela, hace soportar al la suspensión una gran fuerza debida al impacto del aire sobre las ruedas, como se puede ver en la figura siguiente:


Velocidad relativa aire/rueda

Descritas ya la generalidades de las suspensiones, veremos los 2 tipos que se vienen usando en la suspensión trasera de un vehículo, las denominadas push-rod y pull-rod.

Push-Rod

Este tipo de suspensión es la que se venía usando por todos los equipos hasta el cambio de RBR. Consta principalmente de los 2 triángulos de suspensión, una barra diagonal que trabaja a compresión y que empuja a su vez un balancín que acciona un conjunto muelle-amortiguador.


Esquema Push-rod

En este caso, al subir la rueda ante un impacto, giran los 2 triángulos ( En las imágenes, las barras “horizontales”). Con estas se mueve la barra diagonal, que empuja el balancín de color verde que actúa a su vez sobre el amortiguador, haciendo que se comprima. Esto implica que la barra diagonal funcione a compresión, lo que le da nombre al sistema. En el esquema de la derecha se pueden ver en verde las fuerzas que transmiten el impacto en la rueda hasta el amortiguador.

Pull-rod

Este sistema lo volvió a poner en uso RBR. En él, la barra diagonal trabaja a tracción y algunos elementos están colocados diferente.


Esquema Pull-rod

En este caso, la barra diagonal tira del balancín hasta que forman una línea recta. Al estar el amortiguador unido al balancín, se comprime. En el gráfico se puede ver el triángulo naranja que representa como se mueve el conjunto barra a tracción y balancín. Se pueden observar en morado el punto inicial y final del anclaje del amortiguador.

Push-rod vs Pull-rod



Estas dos disposiciones de suspensión tienen sus pros y sus contras. Daremos algunas líneas básicas de las bondades y defectos que tienen al compararse entre ellas.

Lo primero que las diferencia es cómo trabaja la barra diagonal. En el caso de la pull-rod, funciona a tracción y por tanto no tiene que soportar esfuerzos de pandeo como a compresión (Cuando por empujar hacia dentro desde los dos extremos la barra se dobla). Eso implica una barra menos gruesa y más ligera. Unido a esto se tiene la mejor aerodinámica por la posibilidad de hacer la diagonal más esbelta.

Además, la pull rod baja el centro de gravedad al posicionar diferentes elementos en la zona baja del monoplaza.

Cuando la suspensión trabaja, la push-rod tiende a “juntarse” (barra a compresión que actúa sobre un balancín) mientras que la push-rod tiende a “abrirse” (barra a tracción que tira de un balancín) por lo que esta segunda tiende a tener más fragilidad en la zona media-final de carrera de suspensión.

Si bien es cierto que la push-rod tiene las partes en la zona superior, eso deja mucho hueco en la zona baja.

Con todos estos detalles…. ¿Qué se puede esperar de una y de otra? A nivel de dinámica, ambas suspensiones son similares. En mi opinión la elección de una y de otra es función de otros factores como los aerodinámicos o de disposición de elementos.

La push-rod es más robusta, lo que unido a capós motor “altos” y difusores la hacen la más idóneas. En otras épocas de mil aletines, donde la aerodinámica tenía manga ancha, la parte trasera del monoplaza no era tan baja ni hacía falta llevar el flujo con formas continuas, por lo que la disposición de balancines y amortiguadores no era problema, dejando mucho sitio en la zona baja y teniendo una suspensión robusta para los potentes V10.

De un tiempo a esta parte, ha habido dos corrientes. Los que optaron por ese difusor alegal, a la postre todos, se han beneficiado de la push-rod, dejando mucho sitio por la zona baja para grandes difusores. Entonces….¿Y RBR? Desde mi punto de vista, RBR proponía, y propone, un concepto diferente donde la parte trasera ha de ser muy baja y donde los flujos limpios toman una gran importancia. Bajo ese prisma, una suspensión que deje mucho hueco en la zona alta para así bajar el capó motor y que aerodinámicamente hablando, es una opción muy interesante.

Otros elementos como los escapes sopladores han inducido a los equipos a rediseñar los dos triángulos, haciendo que cada vez estos estén más juntos entre si, sobretodo subiendo el inferior.

Este año, cuando los megadifusores están prohibidos, se está viendo un giro hacia lo que RBR ha promovido desde hace algún año. Zona trasera muy baja y juego con los flujos que provienen de la zona frontal y central del monoplaza, actuando sobre la zona trasera y el “beam wing”, cada vez más bajo, del alerón trasero. Por eso este año no son los únicos que van tirando en vez de empujando en la parte de atrás. Cada vez son más interesantes algunas de las ventajas de las pull-rod.

http://tertuliasdef1.wordpress.com/2011/03/31/suspensiones-en-f1-objetivo-y-partes-push-rod-vs-pull-rod/

Desconectado El Kaki

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Re:Push-rod vs. Pull-rod
« Respuesta #1 en: Noviembre 06, 2011, 22:02:52 pm »
añado



Mucho se habló la temporada pasada de los secretos de los monoplazas de Red Bull. Una de las diferencias respecto a los otros monoplazas fue la suspensión que instalaron en su tren trasero. Ellos montaron la geometría 'Pull Rod' y el resto de equipos la 'Push Rod' tal y como había sido habitual en los últimos años. Eso en ningún caso fue una innovación, ya que las dos configuraciones hace años que fueron inventadas, pero al parecer eso les daba cierta ventaja en algunos aspectos.

Como recientemente ha dicho el director técnico de Ferrari, Aldo Costa, "lo que importa a la hora de tener un coche rápido no es tanto ser innovador, como ser capaz de tener suficiente rendimiento para entregar el tiempo por vuelta". Lo que viene a decir es que es más importante saber jugar con lo que tienes, que no ponerte a hacer cosas nuevas innecesariamente. En este artículo vamos a explicaros las dos geometrías de suspensiones y también haremos una comparación entre ambas para ver qué motivos pudieron tener en Red Bull para instalar dicha configuración.   



La suspensión de un coche es muy importante, es el elemento que conecta las ruedas (masa no suspendida) con el chasis (masa suspendida). Su función es absorber las irregularidades del circuito y mantener aislado al chasis. Esto va a incrementar la estabilidad dinámica del monoplaza. Conjuntamente con las ruedas, la suspensión se considera masa no suspendida y por lo tanto es interesante que su peso sea mínimo.

Existen dos tipos de suspensiones: 'Pull Rod' y 'Push Rod'. Tal y como dicen sus nombres, la diferencia básica entre las dos es que en una la barra trabaja a tracción y la otra a compresión. Podríamos decir que a nivel de suspensión no hay diferencia entre uno u otro, dejando de lado los puntos de anclaje que evidentemente influirán mucho en la dinámica del monoplaza. Como podéis comprobar en las imágenes adjuntadas, la diferencia constructiva no es más que la disposición de la barra en diagonal.



Vamos a ver ahora una comparación entre ambas: 'Pull Rod' vs 'Push Rod'

- Una barra trabajando a tracción (pull) puede ser más delgada que otra trabajando a compresión (push). Esto hace disminuir el peso de la masa no suspendida, cosa muy importante.

- Al ser la barra más delgada, presentará menos resistencia aerodinámica. Al mismo tiempo queda más espacio libre en la parte trasera del coche para que el aire fluya de mejor manera.

- En la configuración 'Pull Rod', los amortiguadores y muelles pueden situarse más abajo, reduciendo así la altura del centro de gravedad. Como ya sabemos, tener un centro de gravedad bajo influye favorablemente en la dinámica del vehículo.

- En 'Pull Rod', el sistema a tracción sufre esfuerzos más grandes en determinados puntos y por este motivo es más delicado.



http://www.f1aldia.com/11219/suspensiones-push-rod-pull-rod/

La vida es una carrera a contrarreloj, llena de curvas y donde se necesita experiencia para saber donde frenar y donde acelerar.

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Re:Push-rod vs. Pull-rod
« Respuesta #2 en: Marzo 28, 2012, 16:47:33 pm »
Muy buena comparación para entender bien los dos sistemas.



Las carreras no se ganan en la primera curva. Muchas veces se pierden. Juan Manuel Fangio

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Re:Push-rod vs. Pull-rod
« Respuesta #3 en: Marzo 29, 2012, 00:28:45 am »
ehhhh el sistema pull rod de ese gráfico está mal o es cosa mía.. está estirando el muelle al ejercer la tracción de la barra!!

Offtopic.. como lo he gozado hoy realizando en el taller un setup de un formula.. el pushrod hoy le tengo dominao!! XD
La gente se inventa estadísticas con tal de intentar demostrar algo y eso lo sabe el 14% de la gente!!!
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