Elasticidad como principio
Los sistemas de suspensión han evolucionado con el paso del tiempo. Primero fueron las ballestas, luego los muelles helicoidales hasta llegar a las barras de torsión. La conveniencia de cada sistema depende del tipo de vehículos y es un recurso que los diseñadores utilizan de acuerdo a la funcionalidad que quieren dar a sus autos. Los muelles helicoidales, conocidos como “espirales” en el argot popular son los más utilizados en los automóviles convencionales (turismo).

Aunque todavía quedan modelos que utilizan ballestas como elemento elástico en la suspensión, un sistema que data de comienzos del siglo XVI y que ha sido utilizado tanto en carruajes de caballos como en trenes . Aunque no sólo ballestas; también se utilizan otros muelles: barras de torsión, muelles neumáticos –como hace Citroën con su suspensión hidroneumática- y también tacos de goma elásticos o combinaciones de varios de estos elementos. Todos ellos se pueden catalogar como muelles, pues cumplen con la definición de este elemento: Elemento mecánico con capacidad para deformarse de forma no permanente al absorber energía elástica de tal forma que la sustituye después, en mayor o menor medida, en función de sus características de amortiguamiento.

Utilización
En general, los muelles se clasifican por su comportamiento ante la carga y la deformación que éste produce. Los de tipo lineal son aquéllos que se comportan ante cada incremento de carga de la misma forma, soportando muchos kilogramos o ninguno. Como muelles duros se conocen aquéllos cuya rigidez aumenta al irse incrementando la carga. En los blandos es al contrario: su rigidez disminuye al aumentar la carga.
El muelle helicoidal es sin duda el tipo de muelle más utilizado en la actualidad. En comparación con las ballestas, por ejemplo, el muelle helicoidal puede almacenar más del doble de energía por unidad de volumen de material y posee además un mínimo rozamiento interno. Sin embargo en su contra está que necesita un elevado espacio vertical y también que, a diferencia de las ballestas, no puede utilizarse como único nexo de unión entre la carrocería y el sistema de suspensión por la facilidad con la que se comba, característica que le impide encargarse del guiado de los ejes. Si bien con las ballestas no se alcanza una precisión absoluta, pueden utilizarse para este cometido con resultados aceptables.

Los muelles helicoidales están elaborados mediante un hilo metálico normalmente circular o elíptico, enrollados en caliente o frío sobre un cilindro. En los lineales, el diámetro del hilo se conserva constante en todas las espiras del muelle, en tanto que en los variables, el diámetro del hilo varía de unas espiras a otras. La solicitación del hilo cuando un muelle helicoidal trabaja a compresión, se debe a esfuerzos de torsión, flexión y cortadura del hilo.
La rigidez de estos muelles aumenta con la cuarta potencia del diámetro del hilo y disminuye con la tercera potencia del radio de enrollamiento y también al aumentar el número de espiras. Independientemente de estos factores, el otro factor que influye sobre la rigidez es el material utilizado.
La elevada rigidez transversal de las ballestas en comparación con un muelle helicoidal las hace el elemento ideal para suspender los vehículos de carga o de gran volumen. De utilizarse los muelles, el pandeo sería incapaz de soportarse al pasar por un bache o una carretera inclinada ligeramente. En esas situaciones, los muelles en lugar de comprimirse se combarían, afectando la estabilidad.

Evolución
Con el desarrollo de la tecnología se han conseguido sistemas elásticos de guiado y de amortiguación más eficaces que las ballestas.
Uno de los problemas fundamentales de las ballestas es su deficiente aprovechamiento del material. En comparación con el muelle helicoidal, por ejemplo, almacena menos de la mitad de la energía por unidad de volumen de material. Es decir, a igualdad de prestaciones elásticas, las ballestas pesan más del doble que un muelle helicoidal equivalente.
También con respecto a la rigidez transversal, las ballestas presentan deficiencias al compararlas con un buen guiado de suspensión mediante brazos o triángulos articulados. Ello se debe a que al aumentar la flexibilidad vertical, disminuye también la rigidez transversal.

Por último, el amortiguamiento interno de la ballesta no resulta eficiente para los patrones de comodidad que se exigen en la actualidad. A pesar de la introducción de láminas entre las hojas o uniones de goma para conseguir un rozamiento progresivo, las ballestas de varias hojas permanecen bloqueadas cuando las irregularidades que provocan su oscilación son pequeñas, causando rebotes poco confortables. Los actuales amortiguadores hidráulicos, en especial los laminares, alcanzan unos estándares de comodidad muy alejados de lo que puede ofrecer una ballesta.
Por lo tanto, la utilización actual de ballestas en los vehículos de turismo es mínima y, cuando se emplean ballestas, están confinadas únicamente a fines elásticos, ya que los cometidos de guiado y amortiguación se confían a otros elementos específicos para ese uso.

Para aprovechar de igual modo todo el material empleado en la construcción de una ballesta, ésta debería tener forma de rombo; sin embargo, está claro que la utilización de una ballesta en forma de rombo acarrearía excesivos problemas de colocación en los vehículos. Para solucionar este inconveniente se emplean las ballestas de láminas cuyo mecanismo es recortar longitudinalmente el rombo en diferentes tiras e ir poniendo unas encima de otras. Pero como hemos visto, la utilización de ballestas de hoja provoca fuerzas de rozamiento indeseables, por lo que se buscan otras alternativas.

Si se utiliza una ballesta de una hoja de anchura y grosor constantes, la demanda es mayor en las cercanías de los puntos donde se aplican las fuerzas que en otras zonas de la ballesta, por lo que no se aprovecha toda la capacidad elástica del material, o lo que es lo mismo, se utiliza excesivo peso para conseguir el objetivo marcado. Para solucionar dicho inconveniente, las ballestas de una hoja son más anchas y gruesas por algunos lugares, de tal forma que se reparten los esfuerzos equitativamente por todo el material.

Barra de torsión
El último de los tipos de muelles metálicos utilizados en automoción es la barra de torsión, que si bien no se utiliza con regularidad como el muelle helicoidal, si se usa secundariamente como barra estabilizadora.
El método de aplicación de éstos últimos consiste en fijar un extremo de la barra rígidamente a un punto de la carrocería y el otro, por ejemplo, a los triángulos de suspensión. Si el triángulo va posicionado en forma transversal, la barra irá situada longitudinalmente, de tal forma que cada vez que el triángulo gire, cuando se hunde la rueda por efecto de un bache, por ejemplo, la barra se retorcerá, almacenando energía que devolverá cuando recupere su posición original. Por supuesto, dependiendo de los sistemas de suspensión las barras de torsión trabajan colocadas de una forma u otra, pero su principio de funcionamiento resulta siempre idéntico.

Muchas son las ventajas de la barra de torsión con respecto a los muelles helicoidales. En primer lugar su mejor aprovechamiento del material, atribuido a la mayor actividad elástica de las zonas de la barra situada en las cercanías de los puntos de anclaje, en comparación con las espiras de los extremos de los muelles. En esas zonas de anclaje donde la tensión del material es máxima, la barra se mecaniza en forma cuadrada o hexagonal para sujetarla a su fijación. Y para soportar la elevada tensión de esos puntos, el diámetro de las barras suele ser creciente hacia sus extremos.

La tensión de las barras es menor cuanto mayor sea su longitud. Así, situadas transversalmente, suelen ocupar toda la anchura del vehículo. Generalmente, las barras de torsión están consideradas más manejables que los muelles en el diseño de una suspensión, ya que resultan más ligeras que éstos y se acomodan con relativa facilidad en la zona inferior del piso de los autos. Por otro lado, por su longitud pueden transmitir las cargas hasta partes de la estructura donde resulte más adecuado absorberlas.
Otra ventaja de las barras de torsión es que contribuyen notablemente a la reducción de masa no suspendida, tanto en comparación con los muelles como las ballestas. De este hecho, el principal beneficiado es el comportamiento.
El motivo por el que la utilización de las barras de torsión no está más extendida, a pesar de sus ventajas, es el coste de fabricación así como el de montaje, sensiblemente superior al de los muelles helicoidales.