1. La dirección:
La dirección está formada por un volante unido a un extremo
de la columna de dirección.
Su misión consiste en dirigir la orientación de las ruedas,
para que el vehículo tome la trayectoria deseada.
1.1. Principio de
funcionamiento:
Relación de esfuerzos
a transmitir.
Las fuerzas aplicadas y obtenidas son inversamente
proporcionales a los radios de giro, ya que el movimiento de esfuerzo del
volante es igual al momento resistente en la caja de dirección.
Relación de
transmisión:
Esta relación, también denominada desmultiplicación, influye
fundamentalmente en el mecanismo ubicado en la caja de la dirección y el
varillaje encargado de transmitir el movimiento de las ruedas.
1.2. Disposición
de los elementos sobre el vehículo:
El conjunto de elementos que intervienen en la dirección está
formado por:
- Volante.
- Columna de dirección.
- Caja o mecanismo de dirección.
- Timonería de mando o brazos de acoplamiento y de mando.
- Ruedas.
Los brazos de mando y acoplamiento transmiten un movimiento
desde la caja de dirección a las ruedas.
1.3 Estudio de los
órganos constructivos:
Volante:
Está diseñado con una forma ergonómica con dos o tres brazos
con la finalidad de obtener mayor facilidad de manejo y comodidad.
Su misión consiste en reducir el esfuerzo que el conductor
aplica a las ruedas.
Columna de dirección:
Está constituida por un árbol articulado que une el
mecanismo de dirección con el volante.
La columna de dirección tiene una gran influencia en la
seguridad pasiva. Todos los vehículos están equipados con una columna de dirección
retráctil, formada por dos o tres tramos con el fin de colapsarse y no producir
daños al conductor en caso de colisión.
Caja o mecanismo de
dirección:
El movimiento giratorio del volante se transmite a través
del árbol y llega a la caja de dirección, que transforma el movimiento
giratorio en otro rectilíneo transversal al vehículo.
Existen los siguientes tipos de cajas o mecanismos de
dirección:
-cremallera.
-cremallera de relación variable.
-Tornillo sinfín y sector dentado.
-tornillo sinfín y rodillo.
-tornillo sinfín y dedo.
-tornillo sinfín y tuerca.
-tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes o recirculación de bolas.
Cremallera:
Este tipo de dirección se caracteriza por su mecanismo
desmultiplicador y su sencillez de montaje. Elimina parte de la timonería de
mando.
La dirección de cremallera es la más utilizada en los
vehículos de turismo, sobre todo en los de motor y tracción delantera, porque disminuye
notablemente los esfuerzos en el volante.
La cremallera se une directamente a los brazos de
acoplamiento de las ruedas a través de dos bielas de dirección, en cuyo extremo
se sitúan las rotulas que, a su vez son regulables para modificar la
convergencia.
Dirección de
cremallera de relación variable:
En las direcciones mecánicas de cremallera con relación
constante, se realiza el mismo esfuerzo sobre el volante tanto en maniobras de
aparcamiento como en carretera.
La principal característica constructiva de esta dirección
es la cremallera, la cual dispone de unos dientes con:
-modulo variable.
-Angulo de presión variable.
En la parte central de la cremallera, los dientes tienen un módulo
variable, de tal forma que permite:
-una relación corta ideal, para la conducción durante la
marcha en línea recta.
-el modulo se reduce progresivamente cuando la cremallera se
desplaza hacia sus extremos, reduciendo así el esfuerzo de maniobrabilidad en
el estacionamiento.
Tornillos sinfín:
Es un mecanismo basado en un tornillo sinfín. Puede ser
cilíndrico o globoide. Esta unido al árbol del volante para transmitir su
movimiento de rotación a un dispositivo de traslación que engrana con el mismo,
generalmente un sector, una tuerca, un rodillo o dedo.
Tornillos sinfín y
sector dentado:
Está formado por un sinfín cilíndrico, apoyado en sus
extremos sobre dos cojinetes de rodillos cónicos. El movimiento se transmite a
la palanca de mando atraves de un sector dentado, cuyos dientes engranan con el
tornillo sinfín en toma constante.
Tornillo sinfín y
rodillo:
Está formado de un sinfín globoide apoyado en cojinetes de
rodillos cónicos. Un rodillo está apoyado en el tornillo sinfín, que al girar
desplaza lateralmente en rodillo produciendo un movimiento angular en el eje de
la planta de ataque.
Tornillo sinfín y
dedo:
Está formado por un sinfín cilíndrico y un dedo o tetón. Al
girar el sinfín, el dedo se desplaza sobre las ranuras del sinfín transmitiendo
un movimiento oscilante a la palanca de ataque.
Tornillo sinfín y
tuerca:
Está formada por un sinfín cilíndrica y una tuerca. Al girar
el sinfín produce un desplazamiento longitudinal de la tuerca. Este movimiento
es transmitido a la palanca de ataque unida a la tuerca.
Tornillo sinfín y
tuerca con hilera de bolas:
Este mecanismo consiste en intercalar una hilera de bolas
entre el tornillo sinfín y una tuerca. Esta
a su vez se dispone de una cremallera exterior que transmite el
movimiento a un sector dentado, el cual lo transmite a su vez a la palanca de
ataque.
Tirantearía de
dirección:
La tirantearía de dirección está constituida por un conjunto
de elementos que transmite el movimiento desde el mecanismo de dirección a las
ruedas. Generalmente se utilizan dos sistemas, uno aplicado a la dirección de
cremallera y otro aplicado a la dirección de tornillo sinfín.
Palanca de ataque:
También llamada palanca o biela de mando va unida a la
salida de la caja de dirección mediante un estriado fino. Recibe el movimiento
de rotación de la caja de dirección para transmitirlo, en movimiento angular, a
la barra de mando.
Barra de mando:
El movimiento direccional se transmite por medio de una
barra de mando unida, por un lado, a la palanca de ataque y, por el otro, a las
barras de acoplamiento de la dirección.
En otro sistema, el mecanismo de la dirección ataca
directamente a los brazos de acoplamiento de las ruedas, como ocurre en las
direcciones de cremallera.
Brazos de
acoplamiento:
Este sistema está formado por unos brazos de acoplamientos
montados sobre las manguetas de forma perpendicular al eje de las ruedas y
paralelos al terreno.
Estos brazos llevan un cierto Angulo de inclinación para que
la prolongación de sus ejes coincida sobre el centro de eje trasero y tienen
por misión el desplazamiento lateral de las ruedas directrices.
Barras de
acoplamiento:
También se llaman bieletas de dirección. Realizan la unión
de las dos ruedas por medio de una o varias barras de acoplamiento, según un
sistema empleado.
Están formadas por un tubo de acero en cuyos extremos van
montadas las rotulas, cuya misión es hacer elástica la unión entre los brazos
de acoplamiento de las ruedas y adaptarlas a las variaciones de longitud
producidas por las incidencias del terreno.
Rotulas:
Su misión consiste en realizar la unión elástica entre la
caja y dirección y brazos de acoplamiento de las ruedas, además de permitir las
variaciones de longitud para corregir la convergencia de las ruedas.
2. geometría de la
dirección:
Para determinar la posición de las ruedas en movimiento,
tanto en línea recta como en línea, todos los órganos que afectan a la
dirección, suspensión y ruedas tienen que cumplir unas condiciones geométricas,
que están determinadas por la geometría de giro y la geometría de las ruedas.
La suspensión desarrolla el control de dos parámetros
fundamentales:
-posición de la rueda respecto al pavimento.
-movimientos longitudinales de la rueda
2.1 geometría de
giro:
La geometría de giro se consigue dando a los brazos de
acoplamiento una inclinación determinada de forma que, cuando el vehículo
circula en línea recta, la prolongación de los ejes de los brazos de mando debe
coincidir con el centro del eje trasero.
Los brazos de acoplamiento están unidos a las manguetas de
las ruedas sobre las que giran estas y también están articulados sobre la barra
de acoplamiento.
Para evitar el arrastre de las ruedas al tomar una curva,
debe cumplirse el principio de Ackerman: las
trayectorias descritas por las cuatro ruedas del vehículo al describir una
curva han de ser circunferencias concéntricas.
2.2 geometría de
las ruedas:
Estas son las siguientes:
-Angulo de caída.
-Angulo de salida.
-Angulo de avance.
-Angulo incluido.
-cotas conjugadas.
-convergencia.
Angulo de caída:
El Angulo de caída es el Angulo comprendido entre las
horizontales y el eje de la mangueta en el plano transversal del vehículo.
También es llamado inclinación de rueda.
El Angulo de caída realiza las funciones siguientes:
-compensa la deformación por flexión del tren delantero.
-desplaza el peso de vehículo sobre el eje, que está apoyado
sobre la parte interior de la mangueta, disminuyendo así el empuje lateral de
los cojinetes sobre los que se apoya la rueda.
-evita el desgaste de neumáticos y rodamientos.
-reduce el esfuerzo de giro del volante de dirección.
Influencia del Angulo
de caída:
Un Angulo de caída fuera de tolerancias o mal regulado
provoca que el vehículo se desvié en su trayectoria al lado de mayor Angulo de
caída.
Síntomas del Angulo
de caída en mal estado:
-desgaste anormal y rápido del neumático.
-desgaste anormal y rápido del neumático.
- la banda de rodadura del neumático esta desgastada de
forma creciente de un lado a otro.
-un exceso de caída negativa provoca el desgaste en la parte
interior de la banda de rodadura.
-un exceso de caída positiva provoca el desgaste en la parte
exterior de la banda de rodadura.
Angulo de salida:
También llamado Angulo de pivote, está formado por la
prolongación del eje del pivote, sobre el cual gira la rueda para orientarse
con la prolongación del eje vertical que pasa por el centro de apoyo de la
rueda.
Se trata de hacer coincidir el centro de la superficie del
neumático en contacto con el suelo con la prolongación del eje del pivote para
obtener las funciones siguientes:
-reducir el esfuerzo para realizar la orientación de la
rueda.
-disminuir el Angulo de caída para mejorar el desgaste del neumático,
sobre todo en los vehículos modernos con neumáticos de sección ancha.
- favorecer la reversibilidad de la dirección.
Influencia del Angulo
de salida:
El Angulo de salida incide sobre el de caída. Por tanto,
tendremos las mismas consecuencias y efectos de desgaste en los neumáticos.
Síntomas del Angulo
de salida en mal estado:
-desgaste anormal y rápido del neumático.
-la banda de rodadura del neumático esta desgastada de forma
creciente de un lado a otro.
-un exceso de salida provoca una dureza en la dirección y
retorno a la línea recta de forma brusca.
-una escasa salida provoca reacciones en la dirección ante
los esfuerzos laterales, dirección más suave y poca reversibilidad de la
dirección.
Angulo de avance:
Es el Angulo formado por la prolongación del eje del pivote
con el eje vertical que pasa por el centro de la rueda y en sentido de avance
de la misma.
El Angulo de avance permite conseguir las funciones
siguientes:
-mantener la dirección estable y precisa, con un efecto
direccional o auto centrado del vehículo.
-favorecer la reversibilidad para que las ruedas vuelvan a
la línea recta y después de tomar una curva.
-evitar las vibraciones en las ruedas y la consiguiente
repercusión en la dirección.
-el efecto de avance aumenta en las ruedas directrices y
disminuye en las ruedas directrices motrices.
Este Angulo se complementa con el de caída en los virajes
para realizar las funciones siguientes:
-aumenta el Angulo de caída de la rueda exterior en la curva
con la suspensión comprimida.
-disminuye el Angulo de caída de la rueda interior en la
curva con la suspensión extendida.
Influencia en el Angulo de avance:
El ángulo incorrecto o repartido de forma desigual entre ambas ruedas provoca la desviación de vehículo de su trayectoria hacia el lado donde el avance sea menor.
Síntomas del Angulo de avance en mal estado:
- un Angulo de avance insuficiente provoca poca reversibilidad y dirección poco estable,
- un Angulo de avance excesivo provoca una dirección muy reversible y dura e inestable en los virajes.
Cotas conjugadas:
Las cotas conjugadas están formadas por el Angulo incluido y el Angulo de avance. Aunque estos dos ángulos son independientes para su funcionamiento, generalmente están sobre una misma pieza.
El conjunto formado por los ángulos de salida y caída junto con el de avance se denomina cota conjugada.
El Angulo incluido tiene una gran importancia ya que permite:
-reducir los efectos de reacción del suelo sobre las ruedas.
-disminuir el desgaste de las rotulas y rodamientos de la mangueta.
-aplicar los pesos sobre el rodamiento interior del buje.
Influencia del Angulo incluido:
Según sea este Angulo tenemos:
-radio de giro positivo cuando la intersección de los dos ejes se da por debajo del suelo.
-radio de giro negativo cuando la intersección de los ejes se da por encima del suelo.
Este radio determina el esfuerzo a realizar sobre la dirección.
Convergencia:
La convergencia determina el paralelismo que existe entre los ejes longitudinales de las ruedas visto el vehículo por arriba y en sentido de marcha normal.
Su función consiste en permitir girar las ruedas de cada eje con el vehículo en marcha y evitar que las ruedas derrapen con el consiguiente desgaste de los neumáticos.
El Angulo de convergencia es la desviación angular respecto a la dirección de la marcha.
Se denomina convergencia positiva cuando la prolongación de los ejes longitudinales de las ruedas se corta por delante y se expresa con signo positivo.
Se denomina convergencia negativa o divergencia cuando la prolongación de los ejes longitudinales de las ruedas se corta por detrás y se expresa con signo negativo.
Efectos dinámicos de la convergencia:
En las ruedas anteriores y posteriores no motrices, durante el rodaje, se produce una apertura de las ruedas, por tanto, hay que dar un cierre inicial o convergencia.
En las ruedas anteriores y posteriores motrices, durante el rodaje se produce un cierre de las mismas. En este caso hay que dar una apertura inicial o divergencia.
Influencia de un mal reglaje de paralelismo:
Un exceso de divergencia o insuficiente convergencia provoca en la banda de rodadura rebabas de fuera hacia dentro además de un desgaste excesivo en el borde interior, y un exceso de convergencia o insuficiente divergencia provoca en la banda de rodadura rebabas de dentro hacia afuera y un desgaste excesivo en el borde exterior.
Síntomas de un mal reglaje de paralelismo:
Desgaste anormal y rápido de la cubierta con rebabas en la banda de rodadura.
Aspectos a tener en cuenta:
-un exceso importante de divergencia ocasiona un desgaste en el borde interior simétrico en los dos neumáticos.
-un exceso importante de convergencia ocasiona un desgaste en el borde exterior simétrico en los dos neumáticos.
3. orientación de las ruedas traseras:
Este sistema permite la orientación de las cuatro ruedas. La finalidad de estos sistemas es conseguir que los vehículos tengan mayor estabilidad en el trazado de las curvas.
Estos sistemas permiten al vehículo, en el trazado de una curva, poder girar las ruedas traseras un pequeño Angulo en el mismo Angulo de giro que las ruedas delanteras.
Las ruedas traseras pueden ser orientadas de forma pasiva o activa.
3.1 forma pasiva:
En la orientación de la forma pasiva se orientan las ruedas del eje trasero debido a las solicitaciones del pavimento sin intervención del conductor.
Este efecto se consigue mediante los elementos de suspensión. Este sistema baja su rendimiento en condiciones de mala adherencia.
Se utilizan ejes traseros equipados con suspensión independiente multibrazo y brazos tirados, dando lugar a un eje auto direccional.
El eje auto direccional permite orientar las ruedas traseras de forma conveniente, pero pasiva, en el trazado de las curvas. Este sistema mantiene la caída de las ruedas y el ancho de via del eje, por tanto, la orientación no es de las ruedas sino del tren trasero.
-la flexibilidad longitudinal y transversal de los soportes delanteros con respecto a los traseros determinan esta flexibilidad programada que se obtiene por la constitución interna de los soportes delanteros.
Los dos soportes elásticos colocados en la parte delantera del tren son los que tienen el efecto auto direccional en las curvas, además de absorber las vibraciones.
La elasticidad de los soportes elásticos delanteros de fijación del eje varía según sea sentido de la fuerza a que se vean sometidos.
Cuando el vehículo toma una curva, los tacos elásticos delanteros reciben una fuerza lateral y se deforman, permitiendo que todo el conjunto pueda rotar respecto a un centro por detrás de los cuatro anclajes elásticos y dando al tren un efecto auto direccional.
Cuando se abandona la curva, cesa la fuerza lateral sobre los tacos, de forma que vuelven a su posición original situando el tren trasero en su posición habitual.
Para variar el comportamiento directriz del eje trasero hay que modificar la geometría de los anclajes del eje sobre el bastidor mediante el cambio de láminas metálicas con distintas dimensiones y propiedades.
En los vehículos con dirección total en las cuatro ruedas, el efecto director del tren trasero es una respuesta activa independientemente de la adherencia.
Estos sistemas proporcionan al vehículo una disminución del radio de giro, pero aumentan la maniobrabilidad a bajas velocidades.
Estos sistemas de orientación de ruedas traseras se utilizan actualmente con gestión electrónica que, mediante accionadores hidráulicos, permite orientar el tren trasero en función de la velocidad del vehículo, velocidad del volante y Angulo de giro efectuado.
4.1 precauciones y mantenimiento:
Se recomienda seguir las precauciones indicadas por el fabricante en cada caso y revisar el nivel de aceite en los sistemas de tornillos sinfín.
La alineación más perfecta es la que se considera las cuatro ruedas, regulando tanto la convergencia anterior como la posterior, respecto al eje central.
No hay comentarios:
Publicar un comentario