Curso Sistema Direccion Caracteristicas Arquitectura Historia Mecanismos Tipos

CAPITULO 4

Programa de Capacitacin Direccin de Trnsito y Transporte Polica Nacional de Colombia

CAPITULO 8

DIRECCIN

El conjunto de mecanismos que componenel sistema de direccin tienen la misin deorientar las ruedas delanteras para que elvehculo tome la trayectoria deseada por elconductor.

Para que el conductor no tenga que realizaresfuerzo en la orientacin de las ruedas (aestas ruedas se las llama "directrices"), elvehculo dispone de un mecanismodesmultiplicador, en los casos simples(autos antiguos), o de servomecanismo deasistencia (en los vehculos actuales).


Caractersticas del sistema de direccin

Siendo la direccin uno de los rganos msimportantes en el vehculo junto con el sistema defrenos, ya que de estos elementos depende laseguridad de las personas; debe reunir una seriede cualidades que proporcionan al conductor, laseguridad y comodidad necesaria en laconduccin. Estas cualidades son las siguientes:

Seguridad:Depende de la fiabilidad del mecanismo, de lacalidad de los materiales empleados y delentretenimiento adecuado.

Suavidad:Se consigue con un montaje preciso, una desmultiplicacin adecuada y un perfectoengrase. La dureza en la conduccin hace que sta sea desagradable, a veces difcil ysiempre fatigosa. Puede producirse por colocar un neumtico inadecuado o malinflado, por un "avance" o "salida" exagerados, por carga excesiva sobre las ruedasdirectrices y por estar el eje o el chasis deformado.


Precisin:Se consigue haciendo que la direccin no sea muy dura ni muy suave. Si la direccin esmuy dura por un excesivo ataque (mal reglaje) o pequea desmultiplicacin (inadecuada),la conduccin se hace fatigosa e imprecisa; por el contrario, si es muy suave, por causa deuna desmultiplicacin grande, el conductor no siente la direccin y el vehculo sigue unatrayectoria imprecisa. La falta de precisin puede ser debida a las siguientes causas:

- Por excesivo juego en los rganos de direccin.- Por alabeo de las ruedas, que implica una modificacin peridica en las cotas de reglaje y que no debe de exceder de 2 a 3 mm. - Por un desgaste desigual en los neumticos (falso redondeo), que hace ascender a la mangueta en cada vuelta, modificando por tanto las cotas de reglaje.- El desequilibrio de las ruedas, que es el principal causante del shimmy, consiste en una serie de movimientos oscilatorios de las ruedas alrededor de su eje, que se transmite a la direccin, produciendo reacciones de vibracin en el volante.- Por la presin inadecuada en los neumticos, que modifica las cotas de reglaje y que, si no es igual en las dos ruedas, hace que el vehculo se desve a un lado.


Irreversibilidad:

Consiste en que el volante debe mandar el giro a las pero, por el contrario, lasoscilaciones que toman estas, debido a las incidencias del terreno, no deben setransmitidas al volante. Esto se consigue dando a los filetes del sin fin la inclinacinadecuada, que debe ser relativamente pequea.

Como las trayectorias a recorrer por la ruedasdirectrices son distintas en una curva (la ruedaexterior ha de recorrer un camino mas largo porser mayor su radio de giro, como se ve en lafigura inferior), la orientacin que debe darse acada una distinta tambin (la exterior debeabrirse mas), y para que ambas sigan latrayectoria deseada, debe cumplirse lacondicin de que todas las ruedas del vehculo.

Para conseguirlo se disponen los brazos de acoplamiento A y B que mandan laorientacin de las ruedas, de manera que en la posicin en lnea recta, susprolongaciones se corten en el centro C del puente trasero o muy cerca de este.


ARQUITECTURAS DEL SISTEMA DE DIRECCIN

En cuanto se refiere a las disposiciones de los mecanismos que componen el sistema dedireccin, podemos distinguir dos casos principales: direccin para el eje delantero rgidoy direccin para tren delantero de suspensin independiente. Cada uno de estos casostiene su propia disposicin de mecanismos.


El sistema de direccin para eje delantero rgido

No se usa actualmente por lo queharemos una pequea resea sobre elsistema.Se utiliza una barra de acoplamientonica (4) que va unida a los brazos dela rueda (3) y a la palanca de ataque opalanca de mando (2).


Sistema de direccin para tren delantero de suspensin independiente

Cuando hay una suspensin independiente para cada rueda delantera, como la separacinentre estas vara un poco al salvar las irregularidades de la carretera, se necesita un sistemade direccin que no se vea afectada por estas variaciones y mantenga la direccin de lasruedas siempre en la posicin correcta.

Un tipo de direccin es el que utiliza una barra de acoplamiento dividida en tres partes (1, 2, 3,en la figura inferior).El engranaje (S) hace mover transversalmente el brazo (R) que manda el acoplamiento, a su vezapoyado por la palanca oscilante (O) en la articulacin (F) sobre el bastidor.


Mecanismos de direccin de tornillo sinfn

Consiste en un tornillo que engrana constantemente con una rueda dentada. El tornillo seune al volante mediante la "columna de direccin", y la rueda lo hace al brazo de mando. Deesta manera, por cada vuelta del volante, la rueda gira un cierto ngulo, mayor o menorsegn la reduccin efectuada, por lo que en dicho brazo se obtiene una mayor potencia paraorientar las ruedas que la aplicada al volante.

Para transformar el giro del volante de ladireccin en el movimiento a un lado uotro del brazo de mando, se emplea elmecanismo contenido en la caja de ladireccin, que al mismo tiempo efectauna desmultiplicacin del giro recibido,para permitir al conductor orientar lasruedas con un pequeo esfuerzorealizado en el volante de la direccin.


En la figura inferior se ha representado el sistemade tornillo y sector dentado, que consiste en untornillo sinfn (7), al que se une por medio deestras la columna de la direccin. Dicho sinfn vaalojado en una caja (18), en la que se apoya pormedio de los cojinetes de rodillos (4). Uno de losextremos del sinfn recibe la tapadera (5), roscadaa la caja, con la cual puede reglarse el huelgolongitudinal del sinfn. El otro extremo de stesobresale por un orificio en la parte opuesta de lacarcasa, donde se acopla el reten (20), que impidela salida del aceite contenido en el interior de lacaja de la direccin.


Mecanismo de direccin de cremallera

Esta direccin se caracteriza por la sencillezde su mecanismo desmultiplicador y susimplicidad de montaje, al eliminar granparte de la tiranteria direccional. Vaacoplada directamente sobre los brazos deacoplamiento de las ruedas y tiene un granrendimiento mecnico.Debido a su precisin en el desplazamientoangular de las ruedas se utiliza mucho envehculos de turismo, sobre todo en los demotor y traccin delantera, ya quedisminuye notablemente los esfuerzos enel volante. Proporciona gran suavidad enlos giros y tiene rapidez de recuperacin,haciendo que la direccin sea muy establey segura.


En el esquema inferior se ve el despiece del sistema de direccin de cremallera, queconsiste en una barra (6), donde hay labrada una cremallera en la que engrana el pin(9), que se aloja en la caja de direccin (1), apoyado en los cojinetes (10 y 16). El pin(9) se mantiene en posicin por la tuerca (14) y la arandela (13); su reglaje se efectaquitando o poniendo arandelas (11) hasta que el clip (12) se aloje en su lugar.

La cremallera (6) se apoya en la caja dedireccin (1) y recibe por sus dosextremos los soportes de laarticulacin (7), roscado en ella y quese fijan con las contratuercas (8).Aplicado contra la barra de cremallera(6) hay un dispositivo (19), derectificacin automtica de la holguraque pueda existir entre la cremallera yel pin (9). Este dispositivo quedafijado por la contratuerca (20).


Al girar el volante en uno u otro sentido tambin lo hace la columna de la direccin unidaal pin (9), que gira con ella. El giro de este pin produce el movimiento de la barra decremallera (6) hacia uno u otro lado, y mediante los soportes de articulacin (7), unidospor unas bielas a los brazos de acoplamiento de las ruedas, se consigue la orientacin deestas.

Esta unin se efecta como se ve en lafigura inferior, por medio de una rtula (B),que permite el movimiento ascendente ydescendente de la rueda, a cuyo brazo deacoplamiento se une. La biela de uninresulta partida y unida por el manguitoroscado de reglaje (A), que permite laregulacin de la convergencia de las ruedas.


Sistema de reglaje en el mecanismo de cremallera

El reglaje para mantener la holgura correcta entre el pin (1) y la cremallera (2), serealiza por medio de un dispositivo automtico instalado en la caja de direccin y queadems sirve de gua a la cremallera.

El sistema consiste en un casquillo(3) acoplado a la caja de direccin(4), en cuyo interior se desplaza unempujador (6) y tornillo de reglaje(7), que rosca en una pletina (8) fijacon tornillo (9) al casquillo. Una vezgraduada la holgura entre el pin yla cremallera, se bloquea la posicinpor medio de la contratuerca (10).

Existen varios sistemas de reglaje de la holgura pin cremallera, pero losprincipales son los representados en las figuras.


Sistemas de montaje

Teniendo en cuenta la situacin y disposicin del motor en elvehculo, as como los otros rganos del mismo con respecto a la cajade la direccin, los fabricantes han adoptado diferentes sistemas deenlace entre la cremallera y los brazos de acoplamiento, adaptados alas caractersticas del vehculo.


Sistema lineal

El mas sencillo de todos ellos es el adaptado en los vehculos Simca y Renault, queconsiste en unir directamente la barra de cremallera (2) a los brazos de las ruedas(6) a travs de las bieletas o barras de acoplamiento (4). Estas bieletas se unen porun extremo a la cremallera (2) y, por el otro, al brazo de acoplamiento (6), pormedio de unas rtulas (5); de esta forma se hace regulable la unin con las ruedas.Este sistema, completamente lineal, transmite el movimiento directamente de lacremallera a las ruedas directrices.


Sistema no lineal

El fabricante Peugeot utiliza un mecanismo que consiste en unir las ruedas por medio deuna barra de acoplamiento (2) en paralelo con la cremallera (1), de lo cual resulta unensamblaje no lineal, sino paralelo rgido y sin desmultiplicacin. La barra (2) se desplaza,al mismo tiempo, con la barra de cremallera (1), ya que ambos elementos van unidos pormedio de un pivote de acoplamiento o dedo (3). A los extremos de la barra se unen unospivotes roscados (4) y el guardapolvos (8) que enlazan con las bieletas (6) de acoplamientoa las ruedas.


Columna de la direccin

Tanto en el modelo de la figura inferiorcomo en otros, suele ir "partida" yunidas sus mitades por una juntacardnica, que permite desplazar elvolante de la direccin a la posicin masadecuada de manejo para el conductor

Desde hace muchos aos se montan enla columna dispositivos que permitenceder al volante (como la junta citada)en caso de choque frontal del vehculo,pues en estos casos hay peligro deincrustarse el volante en el pecho delconductor.

Es frecuente utilizar uniones que serompen al ser sometidas a presin ydispositivos telescopicos o articulacionesangulares que impiden que la presin delimpacto se transmita en lnea recta a lolargo de la columna.


En la figura inferior se muestra el despiece eimplantacin de este tipo de direccin sobre elvehculo. La carcasa (Q) o crter de cremallera sefija al bastidor mediante dos soportes (P) enambos extremos, de los cuales salen los brazos deacoplamiento o bieletas de direccin (N), que ensu unin a la cremallera estn protegidas por elcapuchn de goma o guardapolvos (O), quepreserva de suciedad esta unin. El brazo deacoplamiento dispone de una rtula (M) en suunin al brazo de mangueta y otra axial en launin a la cremallera tapada por el fuelle (O).

Esta disposicin de los brazos de acoplamiento permite un movimientorelativo de los mismos con respecto a la cremallera, con el fin de poderseguir las oscilaciones del sistema de suspensin, sin transmitir reaccionesal volante de la direccin.


La columna de la direccin va partida, por lascuestiones de seguridad ya citadas, y parallevar el volante a la posicin idnea deconduccin. El enlace de ambos tramos serealiza con la junta universal (B) y la unin aleje del pin de mando (K) se efecta porinterposicin de la junta elstica (D).

El ataque del pin sobre la cremallera selogra bajo la presin ejercida por el muelle(S) sobre el pulsador (R), al que aplicacontra la barra cremallera de la parteopuesta al engrane del pin, mientras queel posicionamiento de est se establece conla interposicin de las arandelas de ajuste(H).


RTULAS

La rtula es el elemento encargado deconectar los diferentes elementos de lasuspensin a las bieletas de mando,permitiendose el movimiento de susmiembros en planos diferentes. Laesfera de la rtula va alojada engrasadaen casquillos de acero o plsticospretensados.

Un fuelle estanqueizado evita la perdida de lubricante. La esfera interior, machonormalmente, va fija al brazo de mando o a los de acoplamiento y la externa, hembra,encajada en el macho oscila en ella; van engrasadas, unas permanentes hermticas que norequieren mantenimiento, otras abiertas que precisan ajuste y engrase peridico.


Historia

La direccin asistida fue inventada los aos 20 por Francis W. Davis y GeorgeJessup en Waltham, Massachusetts. La Chrysler Corporation introdujo elprimer sistema de direccin asistida disponible al pblico en 1951 en laChrysler Imperial bajo el nombre de Hydraguide. La mayora de los nuevosautomviles tiene direccin asistida, a pesar de los aos 70 y 80 eso ser laexcepcin a la regla, por lo menos en los automviles europeos. La moda dela traccin a la ruedas del frente, el hecho de los automviles se hagan mspesados aliado a la creciente anchura de los neumticos, hicieron lasmaniobras de un coche sin asistencia, muy desgastantes en trminos fsicos,especialmente la velocidades bajas (y a estacionar, por ejemplo).


Sistemas Hidrulicos

La mayora de los sistemas de direccin asistida consiste en una bomba de vlvularotativa y correa para suministrar presin hidrulica y un conjunto de cilindro ymbolo. La presin es generada con ayuda del motor, a travs de la correa. Amedida que la velocidad del motor aumenta, la presin del fluido hidrulicotambin aumenta. Para contrariar este efecto, una vlvula de escape es incorporadaen el sistema que permite as disminuir la presin cuando esta est alta dems. Lasvlvulas hidrulicas son accionadas por el movimiento del volante o por la deflexinde las ruedas.

Cuando el sistema de direccin est en reposo (automvil en lnea recta o parado)lo fluido hidrulico pasa a travs de dos orificios de iguales dimensiones, aplicandoas presiones iguales en ambos lados de un mbolo, contenido en un cilindro,conectado al mecanismo de la direccin. Al moverse el volante, es accionada unavlvula de distribucin que abre uno de los orificios y cierra el otro.


DIRAVI

En el sistema DIRAVI inventado por la Citron, la fuerza que vuelca las ruedasviene del sistema hidrulico de alta presin del automvil y es siempre la mismaindependientemente de la velocidad. A medida que el volante es rodado, lasruedas son rodadas simultneamente para un ngulo correspondiente por unmono hidrulico. Para tenerse una respuesta artificial que simule elcomportamiento real de un automvil sin DIRAVI, hay un sistema hidrulicoseparado que intenta rodar el volante de vuelta a la posicin inicial.

Desde que haya presin en el sistema hidrulico del automvil, no haycualquier conexin entre el volante y las ruedas. Este sistema fue introducidopor primera vez en la Citron SM en 1970, y qued conocido como 'VariPower'en Reino Unido y 'SpeedFeel' en los Estados Unidos. El sistema DIRAVI fue unaimportante contribucin para el ramo de la conduccin ajustada a lavelocidad.


Sistemas Elctricos

La direccin asistida elctrica, como la encontrada en el Chevrolet Cobalt, Acura NSX,Saturn VUE V6, Toyota MR2 de 2 generacin y en la mayora de los FIATs y Lancias, esconstituida por componentes elctricas. Sensores detectan movimiento y el binrio(torque) de la columna de direccin y un mdulo computorizado aplica la potencianecesaria a la asistencia a travs de un motor elctrico. Esto permite que varios gradosde fuerza puedan ser aplicados dependiendo de las condiciones de conduccin. Denotar que en la mayora de los coches del grupo FIAT la fuerza puede ser reguladausando un botn "CITY" que permite escoger de entre dos curvas de asistencia (boostcurve), mientras que en el grupo Volkswagen/Audi, la fuerza es regulada dependiendode la velocidad del automvil.


SERVOTRONIC

Servotronic consiste en una direccin asistida constante a la velocidad del automvil,ofreciendo confort y conveniencia al conductor. La cantidad de fuerza es mayor abajas velocidades. A altas velocidades, un sistema electrnico sensible reducegradualmente el nivel de la fuerza. El Servotronic es usado por varios fabricantes deautomviles incluyendo Audi, BMW y Porche. Servotronic es una marca registrada dela AM General.


Sistemas Electro-hidrulicos

Los llamados sistemas "hbridos" usan la misma tecnologa que los sistemas dedireccin asistida normales, la presin hidrulica a de ser suministrada por unmotor elctrico en vez de una bomba con correa. Estos sistemas son usados envehculos de la Volkswagen, Audi, Peugeot, Citroen, SEAT, Skoda, Suzuki, MINI yen algunos Mazda.


4 ruedas direccionales

Honda y Nissan implementaron un sistema de cuatro ruedas direccionales en algunosde sus automviles. Los modelos ms conocidos son Honda Prelude 4WS y el NissanSkyline Super HICAS. En este tipo de direccin, las ruedas traseras vuelcan en el sentidoinverso de las ruedas delanteras a baja velocidad (para facilitar las maniobras,expresamente el aparcamiento) y en el mismo sentido de las ruedas delanteras el altavelocidad (para aumentar la estabilidad del automvil). El control de las ruedas traserases efectuado por una centralita separada que utiliza varios sensores (expresamente develocidad, posicin del acelerador, ngulo de direccin) de forma tal que permitaoptimizar el comportamiento del automvil.


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