Mecanismos del automóvil

Sistema de dirección

Generalidades

La dirección es el conjunto de mecanismos que tienen la misión de orientar las ruedas directrices para que el vehículo tome la trayectoria deseada por el conductor.

Para que el conductor no tenga que realizar esfuerzo en la orientación de las ruedas (llamadas "directrices"), el vehículo dispone de un mecanismo desmultiplicador, en los casos simples (coches antiguos), o de servomecanismo de asistencia (en los vehículos actuales).

“El sistema de dirección, es uno de los más importantes, y junto con el sistema de frenos, contribuye a la seguridad de las personas”.

Cualidades del sistema de dirección

1. Seguridad: Depende de la fiabilidad del mecanismo, de la calidad de los materiales empleados y del mantenimiento adecuado.

2. Suavidad: se consigue con un montaje preciso, una desmultiplicación adecuada y un perfecto engrase.

3. Precisión: Se consigue haciendo que la dirección no sea muy dura ni muy suave.

Si la dirección es muy dura por un excesivo ataque (mal reglaje) o pequeña desmultiplicación (inadecuada), la conducción se hace fatigosa e imprecisa; por el contrario, 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

Volante y columna dirección

En varios modelos suele ir "partida" y unidas sus mitades por una junta cardánica, que permite desplazar el volante de la dirección a la posición mas adecuada de manejo para el conductor.

Columna de dirección

Tirantería de dirección

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 de dirección, sino contienen mandos del sistema de audio y video.

Es la que existe entre los ángulos de giro del volante y los obtenidos en la orientación de las ruedas.

El valor de esta orientación varia entre 12:1 y 24:1.

Estos valores dependen del peso sobre las ruedas directrices.

Relación de desmultiplicación

La relación de desmultiplicación (transmisión) está dada por la siguiente fórmula:

donde:

, Ángulo de giro del volante

, Ángulo de viraje de las ruedas directrices

Di

Di

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.

Mecanismos de tornillo sin fin

Un tornillo sin fin consta del propio tornillo sin fin y una rueda helicoidal. Si el tornillo da una vuelta, la rueda altera su posición en un diente.

Para que una rueda que tenga z dientes gire 360º es necesario que el tornillo sin fin de un hilo de rosca realice z vueltas.

o

o

Si un sin fin de un hilo gira a 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

o

z

o

corresponde 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

El mecanismo esta constituido por una barra tallada en cremallera (1) que se desplaza lateralmente en el interior del carter.

Mecanismos por cremallera

Esta barra es accionada por un piñón helicoidal (2) montado en el árbol del volante y que gira engranado a la cremallera.

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 el desplazamiento de la cremallera en mm

o

145 . . =19 3,54 27,10

360 360

o

os z p x x mm

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

oo

o

g x

z

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 generada por una fuerza S, es distribuida por un órgano de dosificación 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 líquidoS, bomba hidráulicaD, distribuidor

Las trayectorias a recorrer por la ruedas directrices son distintas en una curva (la rueda exterior ha de recorrer un camino mas largo por ser mayor su radio de giro), la orientación que debe darse a cada una es distinta también (la exterior debe abrirse mas).

Geometría de la dirección

Para que ambas sigan la trayectoria deseada, debe cumplirse la condición de que todas las ruedas del vehículo, en cualquier momento de su orientación, sigan trayectorias curvas de un mismo centro O (concéntricas), situado en la prolongación del eje de las ruedas traseras. Para conseguirlo se disponen los brazos de acoplamiento A y B que mandan la orientación de las ruedas, de manera que en la posición en línea recta, sus prolongaciones se corten en el centro C del puente trasero o muy cerca de este.

Las ruedas traseras siguen la trayectoria curva, gracias al diferencial (cuando el vehículo tiene tracción trasera), que permite dar a la exterior mayor número de vueltas que a la interior; pero como estas ruedas no son orientables y para seguir su trayectoria debe abrirse más la rueda exterior, resulta de ello un cierto resbalamiento en curva, imposible de corregir, que origina una ligera perdida de adherencia, más acusada si el piso está mojado, caso en el que puede producirse el derrape en curvas cerradas tomadas a gran velocidad.

La distancia entre pivotes (a) que recibe el nombre de vía y la longitud e inclinación de los brazos de acoplamiento en función de la batalla (b) del vehículo, que corresponde a la distancia entre ejes, determinan una de las características de la dirección, como es su radio de giro máximo.

Este radio viene determinado de forma que las ruedas puedan girar describiendo un circulo de diámetro dos veces mayor que la batalla del vehículo.

Radio de giro mínimo

El ángulo de viraje (Avi ) para un determinado radio de giro (R), según los triángulos rectángulos 0AB y 0CD de la figura inferior, se obtiene por la función trigonométrica de los ángulos que forman las ruedas en función de la batalla (b) del vehículo y del ancho de vía (a).

Teniendo en cuenta que el radio de giro mínimo en los vehículos suele ser aproximadamente el doble de la batalla o distancia entre ejes: R = 2 b. El ángulo de viraje máximo entre las ruedas es:

2

4

2

4

Avi

Ave

btg

b a

btg

b a

Ejemplo:

Se tiene un automóvil con los siguientes datos:

Batalla : 2,730 m V a :1.575 m

Calcular:

a)Radiode giro m nimo

min 2. 2 2,730 5, 46

b)Angulode viraje interior

2 2 2,730,5

4 4 2,73 1,575Avi

í

í

R b x m

b xtg

b a x

x

843, de donde 30,30

c)Angulode viraje exterior

2 2 2,730,4370, de donde 23,60

4 4 2,73 1,575

d)Angulode desviaci n angular

A = 30,30 23,6 6,7

oVI

oAve VE

o o o

A

b xtg A

b a x

ó

AVE AVI