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DIRECCIN SISTEMAS DE TRASLACIN

DIRECCIN ASISTIDA

La direccin asistida es un sistema mediante el cual se reduce la fuerza (par de giro) que ha de efectuar el conductor sobre el volante de un vehculo para accionar la direccin.

Los tipos de direccin asistida que se pueden encontrar, son:

Hidrulica Asistencia variable

- Electro-hidrulica - Elctrica o Electro-mecnica


Ventajas e inconvenientes de la direccin asistida Ventajas:

Reducen el esfuerzo en el volante, con menor fatiga para el conductor, ventaja muy conveniente en los largos recorridos o para las maniobras en ciudad.

Permiten acoplar una direccin ms directa; es decir, con una menor reduccin con lo que se obtiene una mayor rapidez de giro en las ruedas. Esto resulta especialmente adecuado en los camiones.

En el caso de reventn del neumtico, extraordinariamente grave en las ruedas directrices, estos mecanismos corrigen instantneamente la direccin, actuando automticamente sobre las ruedas en sentido contrario al que el neumtico reventado hara girar al vehculo.


No presentan complicaciones en el montaje, son de fcil aplicacin a cualquier vehculo y no afectan a la geometra de la direccin.

Permiten realizar las maniobras ms delicadas y sensibles que el conductor precise, desde la posicin de paro a la mxima velocidad. La capacidad de retorno de las ruedas, al final del viraje, es como la de un vehculo sin direccin asistida.

En caso de avera en el circuito de asistencia, el conductor puede continuar conduciendo en las mismas condiciones de un vehculo sin asistencia, ya que las ruedas continan unidas mecnicamente al volante aunque, naturalmente, tenga que realizar mayor esfuerzo en el mismo.


Inconvenientes:

Los inconvenientes de estos mecanismos con respecto a las direcciones simples con prcticamente nulos ya que, debido a su simplicidad y robustez, no requieren un mantenimiento muy especial.

Por tanto los nicos inconvenientes a destacar son:

Un costo ms elevado en las reparaciones, ya que requieren mano de obra especializada.

El costo ms elevado de este mecanismo y su adaptacin inicial en el vehculo, con respecto a la direccin simple


Generalidades de funcionamiento de las direcciones asistidas:

Cuando se giran las ruedas para cambiar la direccin del vehculo aparece una fuerza sobre el neumtico que tiende a alinear la direccin de la rueda con la del vehculo. Esta fuerza se debe principalmente a la resistencia del neumtico a ser deformado y la posicin adelantada del centro de presiones respecto al centro de la rueda.

La funcin de la direccin asistida es ayudar al conductor a vencer esta fuerza. De esta forma la fuerza que deba de hacer el conductor ms la que aplica la direccin sern iguales a la fuerza de auto alineamiento de la rueda

La fuerza de auto alineamiento o resistencia que haga la rueda depender del vehculo y la velocidad. A menor velocidad mayor resistencia.


Una de las ventajas que aportan las direcciones electro-hidrulicas o elctricas, es que al estar controladas electrnicamente se puede generar una asistencia variable en funcin de la velocidad. De esta forma se hace la conduccin ms cmoda.

A velocidades bajas se necesitan pares mayores para girar las ruedas, si la direccin genera ms asistencia, el conductor debe aplicar menos fuerza sobre el volante, lo que resulta en un esfuerzo menor por parte del conductor.

Por contra a velocidades mayores donde el par a aplicar es pequeo, la direccin apenas ayudar al conductor y ser ste el que deba hacer el esfuerzo. En este caso, si la direccin aplicara gran parte del esfuerzo necesario para girar las ruedas, el conductor debera aplicar una mnima parte, dando una sensacin de inseguridad.


Este ltimo punto es un criterio subjetivo, ya que no todos los conductores tienen las mismas preferencias. Ser por tanto el fabricante del vehculo el que deba elegir el nivel o cantidad de asistencia que se dar en cada momento en funcin de su criterio.

Niveles de asistencia bajos obligarn al conductor a un mayor esfuerzo, generalmente resultando en una conduccin ms incmoda o cansada.

Niveles de asistencia mayores obligarn al conductor a esfuerzos menores, pero conlleva una direccin ms sensible a los movimientos del conductor.

Esta es una crtica que generalmente se aplica a las direcciones elctricas, lo que se suele llamar falta de tacto o que transmite poca informacin.


Otra de las ventajas del control electrnico, es que se puede variar el nivel de asistencia no slo en funcin de la velocidad, sino tambin de la situacin, por ejemplo diferentes programas para conduccin en ciudad o carretera. Adems permite implementar funciones auxiliares como la ayuda al conductor a volver a la posicin central.

ASISTENCIA HIDRULICA

Las direcciones hidrulicas fueron uno de los primeros modelos de direccin asistida que se utilizaron. Son las ms habituales en toda clase de vehculos aunque estn siendo sustituidas por las electro-hidrulicas y elctricas. De forma que apenas se montan en los nuevos modelos.


La direccin hidrulica utiliza energa hidrulica para generar la asistencia; para ello utiliza una bomba hidrulica conectada al motor, es decir recibe movimiento del motor mediante una banda.

Depsito

Est construido de chapa embutida o plstico. En algunos casos va incorporado sobre la bomba hidrulica, sin embargo, en otros casos va colocado en una parte ms elevada que la bomba. Se encuentra lleno de lquido y alimenta por gravedad a la bomba.

En el interior del depsito va colocado un filtro para retener y eliminar del circuito cualquier impureza que se encuentre en el mismo e impedir que pueda daar cualquier vlvula o elemento del circuito. Su misin consiste en almacenar una determinada cantidad de lquido para el funcionamiento


correcto del circuito. Adems va provisto de una varilla de nivel, generalmente incorporada en el tapn, que permite el llenado de lquido y la verificacin del nivel.


Bomba de presin

La bomba es la encargada de suministrar lquido al circuito a una presin comprendida entre 3,5 bares, en posicin neutra en lnea recta y 85 bares, en posicin a tope de recorrido o giros mximos. La bomba est formada por un eje de arrastre (1) que recibe el movimiento del motor a travs de la polea y la correa. En el eje, va colocado el rotor ranurado de paletas (3) y la placa lateral de rotor (5). Este conjunto va alojado en el interior de un cuerpo de bomba (2) que adems incorpora la vlvula reguladora (6).


En las ranuras del rotor estn ubicadas las paletas, que en el giro de ste se adaptan a las paredes por la accin de la fuerza centrfuga, formndose las cmaras de impulsin entre cada dos paletas, aspirando el lquido por el conducto de entrada para impulsarlo hacia el de salida.

En algunas disposiciones, para mejorar la estanqueidad se dispone de taladros internos que permiten aplicar la presin de salida a la zona interna de acoplamiento de las paletas al rotor, a las que empuja contra la superficie de la carcasa.


En algunos diseos, este tipo de bomba dispone de doble entrada y salida, con esta disposicin se equilibran los esfuerzos laterales del rotor, que ahora gira mejor centrado en la carcasa y se atena el desgaste de ambos.


Regulador de caudal y presin

El tipo de bomba de paletas que proporciona un caudal progresivo de aceite hasta alcanzar las 1000 r.p.m. y luego se mantiene prcticamente constante a cualquier rgimen de funcionamiento por medio de unos limitadores de caudal y presin situados en el interior de la misma.


El limitador o regulador de caudal est formado por una vlvula de pistn (1) y un resorte tarado (2), intercalados entre la salida de la cmara de presin y el difusor de la bomba; hace retornar el caudal sobrante al circuito de entrada. El limitador de caudal permite de 5l/min a 6 l/min.

El limitador de presin est formado por una vlvula de asiento cnico o una esfera (3) y un resorte tarado (4), que comunica la salida de aceite con la parte anterior del difusor. El limitador de presin permite una presin de 60 a 70 bares.


1. Direccin de cremallera asistida sobre el mecanismo

Este sistema se utiliza en direcciones de cremallera, donde la propia caja de cremallera constituye el cilindro de asistencia con dos cmaras y la cremallera incorpora el pistn. En los extremos van colocados los retenes de estanqueidad para evitar las prdidas de aceite. Cuando se aplica un movimiento al volante, una vlvula distribuidora proporciona lquido a presin a una u otra cara del mbolo y, por tanto, proporciona la asistencia desplazando la cremallera de direccin en uno u otro sentido.

Principio de funcionamiento:

La bomba (2) absorbe lquido desde el depsito (1) y, a travs del regulador de caudal (3) incorporado en la bomba, lo enva a la vlvula distribuidora (4), que es accionada por el volante (5) a travs del husillo o eje de mando (6), en cuyo extremo se encuentra el pin (7) que transmite el movimiento a la cremallera (8).


El distribuidor (4) realiza la funcin de vlvula rotativa de cuatro vas con tres posiciones. Por A llega el lquido a presin procedente de la bomba, la salida B enva el lquido hacia el depsito y las conexiones C y D realizan la unin con cada una de las cmaras (a y b) del cilindro de asistencia.

Cuando la direccin est en posicin de lnea recta, la vlvula distribuidora permite el paso de lquido por C y por D de forma que la presin es igual en ambas cmaras (a y b), por tanto, en esta situacin no existe asistencia.


Al accionar el volante en cualquier sentido, por ejemplo en un giro a la derecha, la vlvula distribuidora proporciona alimentacin por C a la cmara a y a su vez conecta la otra cmara b con el depsito a travs de la canalizacin B. De esta forma, la presin en la cmara a es mayor que la existente en la cmara b, por tanto, la cremallera es asistida en su movimiento hacia la derecha.


ELEMENTOS CONSTITUTIVOS:


Vlvula distribuidora o vlvula rotativa

Esta vlvula es parte integrante del pin de la direccin. Es la encargada de distribuir el lquido a travs del cilindro de asistencia, en funcin de los giros del volante.

Una barra de torsin est colocada de forma intermedia entre el volante y el pin, fijada mediante estrias por una parte al rotor solidario al volante y, por otra parte, al distribuidor solidario al pin de la cremallera.

Se considera el pin de cremallera fijo porque el apoyo de las ruedas sobre el suelo dificulta su desplazamiento. Cuando el conductor gira el volante,


la barra se torsiona, ocasionando un decalado angular entre el rotor y el distribuidor, es decir, el rotor gira con relacin al distribuidor. Este decalado angular tiene como consecuencia la unin o aislamiento del circuito hidrulico. Este decalado entre el rotor y el distribuidor determina la intensidad de asistencia.


En una maniobra a poca velocidad, la resistencia del suelo es muy importante y, por tanto, la barra de torsin crea un importante decalado, generando una gran asistencia.

Al circular por carretera, la barra se retuerce ligeramente porque la resistencia del suelo es mnima, por tanto, la asistencia generada ser menos intensa.


Unin mecnica de seguridad

En caso de fallo en el circuito hidrulico, el extremo del rotor garantiza la unin mecnica con el pin despus de un giro de 7, a la izquierda o a la derecha.


Caja de servodireccin

El cilindro asegura la asistencia de la cremallera recibiendo por cada lado del pistn una cantidad de lquido, distribuido por la vlvula distribuidora.

La caja est constituida, por una caja de cremallera solidaria a un cilindro de asistencia (2). En su interior se desplaza un pistn de doble efecto (1) acoplado a la cremallera.


Funcionamiento:

La asistencia se obtiene enviando el lquido a presin a una cmara de cilindro hidrulico y vaciando la otra.

La diferencia de presin entre las superficies del pistn determina su desplazamiento y, por tanto, el de la cremallera.

La alimentacin de una u otra parte de la cmara del cilindro hidrulico se realiza cuando el par aplicado al volante tuerce la barra de torsin. En estas condiciones, se ponen en comunicacin los orificios del eje de mando con los orificios de la caja distribuidora en funcin del sentido de rotacin del volante de direccin.


Cuando el par aplicado al volante no es suficiente para provocar la torsin de la barra debido a la baja resistencia de las ruedas, el servomando no interviene y el conjunto funciona como una direccin mecnica.

Marcha en lnea recta

El lquido procedente de la bomba llega a travs del racor (4), entra en la caja distribuidora y circula en la misma para retornar al depsito por el racor (1).

En lnea recta, el eje de mando (A) no est expuesto a la torsin y se encuentra en una posicin central o neutra respecto a la caja distribuidora (B), la cual dirige el lquido procedente de la bomba a travs de los orificios (C) directamente al depsito.


El estrechamiento creado por la posicin del eje (A) con relacin a la caja distribuidora (B) determina una presin de alrededor de 3,5 bares en ambas cmaras, derecha e izquierda, a travs de los orificios (D y E). Este valor depende de la servodireccin que incorpore el vehculo.


Giro a la izquierda

El lquido procedente de la bomba llega a travs del racor (4), entra en la caja distribuidora y es enviado a la cmara (2) del cilindro hidrulico provocando el desplazamiento del pistn. Este movimiento del pistn empuja el lquido de la otra cmara (3), descargndolo por la caja distribuidora y envindolo a travs del racor (1) hacia el depsito. El desplazamiento del pistn en el sentido de la flecha indica el giro a la izquierda de la direccin.


El eje de mando (A) gira a la izquierda con relacin a la caja distribuidora (B). Por tanto, dirige el lquido a presin, procedente de la bomba, a travs de los orificios (C) a la cmara derecha (2) a travs de los orificios (C) y, a la vez, pone en comunicacin con el retorno el circuito de la cmara izquierda (3) a travs de los orificios (E).


Giro a la derecha

El lquido procedente de la bomba llega a travs del racor (4), entra en la caja distribuidora y es enviado a la cmara (3) del cilindro hidrulico provocando el desplazamiento del pistn.

Este movimiento del pistn empuja el lquido de la cmara (2), descargndolo a travs de la caja distribuidora y envindolo por el racor (1) hacia el depsito.


El desplazamiento del pistn en el sentido de la fecha indica el giro a la derecha de la direccin. El eje de mando (A) gira a la derecha con relacin a la caja distribuidora (B). Por tanto, dirige el lquido a presin, procedente de la bomba, a travs de los orificios (C) a la cmara izquierda por los orificios (E), y a la vez pone en comunicacin con el retorno el circuito de la cmara derecha, a travs de los orificios.


2. Direccin de cremallera asistida sobre la barra de acoplamiento

En este caso, la ayuda es proporcionada por un cilindro de asistencia independiente. El cilindro est unido a la caja de direccin o anclado al bastidor y en su interior se desliza el pistn unido a un eje que transmite la asistencia hidrulica a una barra de acoplamiento de un extremo de la cremallera.


Este sistema utiliza los mismos elementos que el sistema anterior, pero existen dos diferencias. La primera es que sustituye el cilindro incorporado en la cremallera por uno totalmente independiente. La otra es que aunque la vlvula distribuidora es muy parecida constructivamente su funcionamiento es distinto.

El cilindro independiente asegura la asistencia de la cremallera recibiendo por cada lado del pistn una cantidad de lquido, distribuido por la vlvula distribuidora. La diferencia de presin entre las dos cmaras del cilindro genera el movimiento del eje de mando y la asistencia de la direccin.


La superficie de accin del lquido sobre la pared izquierda del pistn (cmara 1) es el doble que la superficie de accin sobre la pared derecha (cmara 2). La alimentacin de lquido de la cmara 2 est asegurada por el canal 3 y la vlvula distribuidora asegura la distribucin del lquido a travs del cilindro de asistencia en los giros del volante


Funcionamiento:

La asistencia se obtiene en un sentido de giro enviando el lquido a presin a una cmara de cilindro hidrulico y vaciando la otra.

La asistencia en el otro sentido se obtiene enviando el lquido a presin a las dos cmaras del cilindro hidrulico.


Lnea recta:

Cuando el volante no es solicitado, la barra de torsin mantiene al rotor y al distribuidor en posicin neutra. El lquido suministrado por la bomba a las cmaras del cilindro de asistencia vuelve directamente al depsito. Por tanto, el circuito hidrulico de mando del cilindro de asistencia se queda sin presin.


Giro a la derecha:

Por la accin del conductor sobre el volante y la resistencia que las ruedas ofrecen al suelo, la barra de torsin se tuerce y genera un decalado angular entre el rotor y el distribuidor.

En esta situacin, la bomba suministra lquido a la cmara derecha del cilindro. La presin en esta cmara aumenta y la cmara de la izquierda se pone en comunicacin con el depsito y se queda sin presin. Por tanto, el pistn se desplaza a la izquierda y el vehculo gira a la derecha.


Giro a la izquierda

Por la accin del conductor sobre el volante y por la resistencia del suelo a las ruedas, la barra de torsin se tuerce originando un decalado angular entre el rotor y el distribuidor.

En esta situacin, las dos cmaras del cilindro se quedan aisladas del depsito y la presin sube en cada una de las dos cmaras.

Como la seccin de la cara izquierda del pistn es el doble que la seccin de la cara derecha, la fuerza generada por el lquido a


presin sobre la pared izquierda del pistn es el doble que la ejercida sobre la pared de la derecha y de esta forma el pistn se desplaza a la derecha y el vehculo gira a la izquierda. El cilindro de asistencia proporciona as la misma ayuda para ambos lados.

3. Direccin de cremallera asistida con grupo electrobomba

Este sistema est formado por una direccin mecnica de cremallera asistida hidrulicamente por un grupo electrobomba que proporciona presin para gobernar un cilindro hidrulico de asistencia que aplica su fuerza a la barra de acoplamiento.

El sistema de asistencia se compone de:


Un depsito (1) destinado al almacenamiento de aceite. Este puede poseer una marca indicativa de niveles o bien una varilla incorporada en el tapn. Generalmente se encuentra en la parte delantera del vehculo.

Un grupo electrobomba (2) compuesto por un motor elctrico, una bomba y, en algunos casos, un depsito.

Una vlvula distribuidora (3) que es accionada a la vez por el volante de direccin y por el pin de cremallera, que permite dirigir el aceite a alta presin hacia un lado u otro de un pistn, en funcin del giro del volante.

Un cilindro de asistencia (4), paralelo a la caja direccin de cremallera de tal forma que el cilindro de doble efecto constituye la parte fija que est unida a la caja en el lado de la vlvula rotativa o bien anclada sobre el bastidor. El pistn es la parte mvil, que transmite el movimiento a las barras de acoplamiento. Est unido al punto de articulacin opuesto a la cremallera (5) con la bieleta


Grupo electrobomba

El conjunto es totalmente autnomo, de forma que su funcionamiento es independiente del motor de combustin. Est constituido por una bomba mecnica de paletas o engranajes arrastrada por un motor elctrico que gira alrededor de 10.000 r.p.m. para proporcionar un caudal constante a una presin correcta


La bomba incorpora dos vlvulas de regulacin de presin: una de limitacin de sobrepresin, generalmente tarada a 90 bares mximo; otra de evacuacin de aceite del cilindro en caso de prdida de asistencia para extraer el lquido contenido en la cmara del cilindro, tericamente a presin.


4. Direccin con Caja asistida, de tipo bolas circulantes

En el conjunto de un sistema de direccin asistida de tornillo sinfn y tuerca con bolas circulantes, la presin es proporcionada por una bomba independiente de lbulos (1).

Este sistema est formado por una direccin de tornillo sinfn y tuerca con bolas circulantes, donde la carcasa (4) aloja a un mbolo (5), que adems constituye la tuerca sinfn que engrana por la parte exterior con el sector unido al eje (7). De esta forma, el giro del sinfn (7) es transformado en movimiento axial del pistn (5), que mediante la cremallera arrastra en giro el rbol de salida (7) unido al sector, y este a la palanca de ataque.


En la parte interior del pistn (5) y en su acoplamiento al sinfn (17) se encuentra la correspondiente pista de bolas circulantes (6) en circuito cerrado en la rotacin del sinfn. Las bolas que alcanzan el extremo del acoplamiento entre el tornillo sinfn y el pistn vuelven nuevamente a introducirse por el otro extremo a travs del tubo circulatorio (18).

El movimiento de rotacin del volante a traves de la columna de direccin se transmite al eje de mando (10), que est unido al sin fin (17) mediante la barra de torsin (19). Esta rodeada por una camisa o manguito de control (20), con dos brazos (21) en sus extremos y dos pernos introducidos perpendicular mente en los pistones-vlvula (11 y 12), de forma que, con una ligera rotacin del volante, estos pistones se introducen en sus alojamientos determinando la apertura y cierre de los orificios de paso del aceite, para llegar as a las cmaras (8 y 9) del cilindro de mando.


Funcionamiento:

La bomba (1) es accionada por el motor, absorbe lquido hidrulico del depsito incorporado, que adems posee una vlvula de sobrepresin (3) y otra de regulacin (2) que garantizan la presin necesaria independientemente del rgimen del motor.

En lnea recta: El lquido que absorbe la bomba acta sobre los pistones vlvula (7 y 8) los cuales se encuentran en posicin neutra. En estas condiciones, los canales de paso (10 y 11), estn abiertos y permiten el paso de lquido a travs de los orificios radiales (12 y 13) y, mediante los orificios (14 y 15), el flujo de lquido retorna al depsito.


Giro del volante: Cuando se gira el volante de la direccin, a travs de la columna, se arrastra el rbol de mando (4) y, si el esfuerzo necesario para orientar las ruedas es pequeo e insuficiente para torsionar la barra de torsin (5), el sistema funciona como una direccin normal. Sin embargo, cuando el esfuerzo supera el tarado de la barra de torsin, se produce una rotacin entre el eje (4) y el sinfn (6), capaz de hacer girar el manguito de control (16) con dos brazos en sus extremos (17) y dos pernos (18), necesarios para el accionamiento de los pistones (7 y 8) del dispositivo hidrulico (9). Al recuperar el volante, la barra de torsin (5) provoca el retorno de los pistones vlvula (7 y 8) a la posicin neutra, favoreciendo as la reversibilidad del sistema de direccin.

Cuando se inicia un giro del volante en cualquier sentido, los pistones (7 y 8) son desplazados de su posicin de reposo para permitir el paso de lquido hacia una de las cmaras (A o B) en las que se alcanza una


presin que des plaza el pistn (19) proporcionando la asistencia necesaria. Al mismo tiempo el lquido contenido en la cmara opuesta retorna al depsito a travs de los conductos (15) que destapan los pistones de la vlvula (11).

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