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.

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 también 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, y3)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 (en los vehículos actuales).

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 dirección2. Barra de dirección/

acoplamiento3. Palanca intermedia4. Barra de acoplamiento5. Volante6. Columna de dirección7. Mecanismos de dirección8. Brazo de mando de dirección

Componentes del sistema de dirección

Componentes del sistema de dirección tipo piñón - cremallera

1. Barra de dirección2. Barra de dirección/

acoplamiento4. Cremallera6. Piñón

Volante y columna de dirección

Piñón y cremallera y tirantería del sistema 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 y otros (control de velocidad de crucero).

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.

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

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 fin2. Mecanismo de traslación3. Eje de mando (rueda helicoidal)4. Palanca de mando5. Barra de acoplamiento6. Articulación7. Columna de la dirección8. 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) Cremallera2) Piñón3) 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 oaleado 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 ánguloB 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 líquidoS, bomba hidráulicaD, distribuidor

Dirección asistida hidráulica – línea recta

Dirección 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.