ma15-sistema de dirección
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Mecanismos del automóvil
Sistema de dirección
El sistema de dirección, es uno de los más
importantes, y junto con el sistema de frenos y
suspensión, contribuye a la seguridad y
comodidad del conductor y las personas.
Es parte de la seguridad activa del automóvil.
Sistema de dirección-Un poco de historia
Sistema de
dirección girando en
forma integral
Sistema de dirección
independiente inventado por
Langensperger en 1816
Efecto de dirección
Ackermann,
alcanzado por dos
cámaras.
Diseñado por Amadee
Bollé en su
Obeissante en 1873.
Efecto de dirección
Ackermann, mediante
brazos de dirección en
paralelo.
Utilizado por Amadee
Bollé en 'La Mancelle'
de 1878
Efecto de dirección Ackermann, utilizado por Karl Benz
en su “Victoria” en 1893
El sistema de dirección es el conjunto de mecanismos que
tienen la misión de:
1) Orientar las ruedas directrices,
2) Adaptarla al trazado de la vía por la que circula, y
3) Realizar las distintas maniobras que su conducción exige.
Para que el conductor no tenga que realizar esfuerzo en la
orientación de las ruedas directrices, el vehículo dispone de
un mecanismo desmultiplicador, en los casos simples
(coches antiguos), o de servomecanismo de asistencia
hidráulica, eléctrica (en los vehículos actuales).
Existe una relación de desmultiplicación entre el volante
y las ruedas, y está dado por la siguiente relación:
Relación de desmultiplicación de la
dirección ( )
donde:
, Ángulo de giro del volante
, Ángulo de viraje de las ruedas directrices
Di
Di
Generalmente, esta relación varía entre 12:1 a 24:1,
dependiendo del tipo y carga del vehículo.
Cualidades del sistema de dirección
1. Seguridad:
El sistema de dirección debe ser seguro.
Esto depende del diseño (materiales), procesos de
fabricación y control de calidad y del mantenimiento
adecuado del sistema de dirección.
2. Suavidad:
El sistema de dirección debe ser suave.
Esto se consigue con a) una adecuada desmultiplicación
en el sistema de engranaje, b) empleo de dirección
asistida, c) un buen estado de las cotas de dirección y d)
el mantenimiento del conjunto
3. Precisión:
Se consigue haciendo que la dirección no sea muy dura
ni muy suave y responda con exactitud en función de las
circunstancias. Para ello se deben eliminar las holguras
innecesarias.
Si la dirección es muy dura por un excesivo ataque (mal
reglaje) o pequeña desmultiplicación (inadecuada), la
conducción se hace fatigosa e imprecisa;
Si es muy suave, por causa de una desmultiplicación
grande, el conductor no siente la dirección y el vehículo
sigue una trayectoria imprecisa.
4. Irreversibilidad:
El volante debe mandar el giro a las ruedas, y no al revés.
Las oscilaciones que toman estas debido a las
irregularidades del terreno, no deben se transmitidas al
volante.
Componentes del sistema de dirección
Componentes básicos
1. Barra de dirección
2 y 4 Barra de acoplamiento
1. Palanca intermedia
5. Volante de dirección
6. Columna de dirección
7. Mecanismos de dirección o
de desmultiplicación
8. Brazo de mando de dirección
o brazo pitman
Volante de dirección
Es el elemento encargado
de proporcionar el giro del
vehículo a voluntad del
conductor
En automóviles modernos, las volantes no solo cumplen
función en la dirección, sino contienen también; mandos del
sistema de audio, video, control de velocidad de crucero,
palanca selectora de velocidades secuencial, etc.
Volante y columna de dirección
Columna de dirección
Cuerpo cilíndrico de
acero fijado al
bastidor o a la
carrocería dentro del
cual gira el eje de la
dirección que en un
extremo está unido al
manubrio y en el otro
a la caja de dirección
Componentes del sistema de dirección
tipo piñón - cremallera
1. Barra de dirección
2. Barra de dirección/
acoplamiento
4. Cremallera
6. Piñón
Piñón y cremallera y tirantería del
sistema de dirección
Mecanismo de dirección
Tiene como funciones:
- Transformar el movimiento giratorio en un movimiento
basculante de la biela de mando o bien en movimiento de
vaivén de la cremallera.
- Reducir la aplicación de la fuerza necesaria para girar
las ruedas, mediante una desmultiplicación.
- Impedir la transmisión al volante de efectos
perturbadores procedentes de las ruedas rígidas.
Dependiendo de los diseños particulares, existen varios
tipos de mecanismos de la dirección, dentro de los
cuales están:
-Los de tornillo sin fin, y
-Los de cremallera.
Tipos de mecanismos de dirección
Mecanismos de tornillo sin fin y sector circular
Un tornillo sin fin consta del
propio tornillo sin fin y sector
circular dentado.
Si el tornillo da una vuelta, el
sector altera su posición en un
diente.
1. Tornillo sin fin
2. Mecanismo de traslación
3. Eje de mando (rueda helicoidal)
4. Palanca de mando
5. Barra de acoplamiento
6. Articulación
7. Columna de la dirección
8. carcasa
o
o
Si un sin fin de un hilo gira 360 , a la rueda helicoidal le corresponde un giro de:
360
Si un sin fin de varios hilos gira 360 ,a la rueda heliciodal le c
o
z
o
orresponde un giro de
.360
Si un sin fin de varios hilos gira ,a la rueda heliciodal le corresponde un giro de
og
z
.
donde:
, ángulo de oscilación de la palanca de la caja
, ángulo de giro del volante
, número de dientes de la rueda helicoidal
g, número de hilos del sin fin
g
z
z
o
Ejemplo:
Un camión tiene como dirección un mecanismo de tornillo sin fin de dos hilos
y un sector de 60 dientes.
Calcule el ángulo que gira la palanca de la caja cuando se gira el volante 120 .
. 2 120
= 460
oog x
z
Esta constituido por una
barra tallada en
cremallera (1) que se
desplaza lateralmente
en el interior de un
cilindro.
Mecanismos de dirección por cremallera
La cremallera es accionada por un piñón helicoidal (2)
montado en el árbol de la columna de dirección y que gira
engranado a la cremallera.
1) Cremallera
2) Piñón
3) Barra de acoplamiento (bieleta de dirección)
oEn una vuelta completa del volante de direcci n ( =360 ),
la cremallera se desplaza por el per metro del piñón la cantidad:
. .
Luego, para un valor dado d
ó
í
z p
o
el ángulo , la cremallera recorrerá :
. .360
s z p
o
Ejemplo:
Un automóvil sedán tiene su dirección por piñón y cremallera,
el piñón tiene 19 dientes con un paso de 3,54 mm.
Si se gira el volante 145 , calcular la carrera de la cremallera en mm
so
145. . =19 3,54 27,10
360 360
o
oz p x x mm
Tirantería de la dirección
Según el tipo de montaje del eje delantero se utilizan:
- Barras de acoplamiento de una, dos o tres piezas
accionados mediante bielas de mando de la dirección.
- Barras de acoplamiento de dos piezas accionados por
cremallera.
Barras de acoplamiento
Son barras de acero al carbono o
aleado con Ni-Cr y Mo, que en sus
extremos puede tener articulaciones
esféricas u orificios cónicos para
acoplarse a otras articulaciones.
Reciben el movimiento desde el mecanismo de dirección,
pivotea en el brazo auxiliar, para transmitirlo a los brazos de
acoplamiento directamente o a través de barras más
pequeñas articuladas.
Brazo de acoplamiento: (knucle arms).
Es un brazo inclinado de acero al carbono con algo de niquel
cromo y molibdeno.
Tiene un valor angular definido de fabrica, en función del
sistema de cuadrilátero a utilizar generalmente el ángulo
B está entre los 65º y 75º.
Rótulas
Son los elementos
encargados de proporcionar
el movimiento en 360º a la
tirantería de la dirección.
La esfera de la rótula va alojada engrasada en casquillos
de acero o plásticos pretensados. Un fuelle estanco evita
la pérdida del lubricante.
La dirección asistida consiste en acoplar a un mecanismo
de dirección simple, un circuito de asistencia llamado
servo-mando.
Este circuito puede ser accionado por:
- El vacío de la admisión o el proporcionado por una
bomba de vacío,
- La fuerza hidráulica proporcionada por una bomba
hidráulica,
- El aire comprimido proporcionado por un compresor que
también sirve para accionar los frenos y
- Por un motor eléctrico (dirección eléctrica).
Dirección asistida
Dirección asistida hidráulica
La energía hidráulica generada
por la bomba S, es distribuida
por un órgano de dosificación D
hasta un cilindro hidráulico V,
que comprende un pistón
solidario a un eje T unido a la
cremallera.
La acción de la presión sobre el
pistón permite desplazar a T en
un sentido u otro siguiendo el
giro deseado.
E, depósito de líquido
S, bomba hidráulica
D, distribuidor
Dirección asistida hidráulica
– línea rectaDirección asistida hidráulica
– giro a la derecha
Dirección asistida hidráulica
– giro a la izquierda
Dirección asistida eléctrica
Un motor eléctrico produce un
par de asistencia en función del
esfuerzo ejercido sobre el
volante por el conductor.
Este par es aplicado a las
ruedas por intermedio de la
cremallera y es modificado
permanentemente para reducir
el esfuerzo del conductor.