Con la suspensión las ruedas se mantienen en contacto con el suelo en la huella, y para que siga el automóvil la ruta seleccionada por el conductor se dispone de la dirección, la cual se acciona mediante el volante haciendo que ruedas delanteras tomen la dirección indicada.
Ha habido bastantes sistemas para transmitir el movimiento desde el volante a las ruedas directrices, en el automóvil el que se utiliza actualmente es la dirección de cremallera que vamos a explicar en este capítulo.
Elementos de la dirección de cremallera
Tomando como punto de partida el volante de dirección, se explican los demás componentes de la dirección hasta las ruedas delanteras, en este automóvil con suspensión delantera independiente por dos brazos paralelos transversales:
- Eje o caña de dirección que parte desde el volante
- En el otro extremo de la caña de dirección está el piñón de la dirección
- Este piñón engrana con una barra transversal dentada, que es la que da el nombre a la dirección de cremallera
- El conjunto de la cremallera y piñón están en el interior de la caja de dirección, lubricados con aceite
- En los extremos de la cremallera se colocan las rótulas axiales, como las explicadas en el capítulo 1.21.2 de Suspensión, al estar en línea con el eje de la cremallera se denominan axiales
- Estas rótulas axiales articulan con las bieletas de dirección
- En el lado opuesto de las rótulas axiales las bieletas articulan con el semieje de cada rueda delantera por las rótulas de dirección
- A cada lado de la caja de dirección hay un fuelle de goma entre esta y las bieletas, que se estira o encoje para mantener estanqueidad y que no entre polvo o suciedad
- Se ve el movimiento de la suspensión delantera y de la dirección, apreciándose el funcionamiento de la dirección de cremallera
- En el detalle se ve la dirección de cremallera en planta
En la suspensión delantera independiente de este coche, por dos brazos paralelos, se representan las rótulas de suspensión en la articulación de cada brazo con el semieje de su rueda, estas rótulas actúan tanto al trabajar la suspensión como la dirección.
La rótula de dirección de cada bieleta, accionada por el empuje o tiro de la cremallera, incide sobre la articulación en el semieje que hacer girar la rueda.
Las rótulas axiales en los extremos de la cremallera asumen las variaciones angulares entre esta y las bieletas.
Vista en planta dinámica de la dirección de cremallera:
- Volante; es accionado por el conductor
- Eje o caña de dirección; transmite el giro del volante
- Juntas en ángulo en la caña de dirección; para que incida el eje en la zona correcta de la cremallera. Esta forma quebrada articulada en las juntas en ángulo permite además evitar que el volante entre en el habitáculo en colisión frontal
- Piñón de dirección; gira por la caña de dirección a la que está acoplado
- Cremallera; es la barra dentada trasversal que se desplaza lateralmente a uno y otro lado al girar el piñón de dirección
- Rótulas axiales; acopladas a los extremos de la cremallera permiten movimientos angulares desde el eje de la cremallera
- Bieletas de dirección; articulan en las rótulas axiales y continúan hasta los semiejes de las ruedas delanteras
- Rótulas de dirección; articulan los extremos exteriores de las bieletas de dirección con los acoplamientos de los semiejes de ruedas
- Fuelles; hacen estancos los acoplamientos entre los lados de la cremallera y las bieletas de dirección y su acoplamiento con las rótulas axiales, al ser elásticos los fuelles se estiran y encogen al funcionar la dirección
Como particularidad, las ruedas delanteras al girar por la dirección no lo hacen en el mismo ángulo, el ángulo de giro de la rueda interior de la curva es mayor que el de la exterior.
Esta diferencia de ángulo de dirección entre las ruedas delanteras en curvas, se produce por una razón similar a la que implica la necesidad del diferencial en el eje motriz, delantero en el coche de la imagen con motor transversal.
Características de la dirección
Diámetro de giro
La dirección es para que las ruedas delanteras marquen el camino que ha de seguir el automóvil según las actuaciones del conductor sobre el volante.
Para hacer esta función la dirección tiene diferentes características según la utilización prevista del automóvil, empezamos con el diámetro de giro:
- Este automóvil va a hacer un giro de 360º y lo repite dos veces; la circunferencia que describe tiene un determinado diámetro que es el que necesita el automóvil para la maniobra
- Se suele dar como dato del diámetro o el radio de giro
El diámetro de giro se puede medir entre bordillos, como en este caso, en el que los voladizos aumentan el diámetro, o entre paredes siendo los extremos de la carrocería los que determinan el diámetro de giro.
Número de vueltas de volante entre topes
Este dato se suele dar con el anterior, diámetro o radio de giro, en la descripción técnica del automóvil:
- Se gira el volante hacia un lado hasta que hace tope, es la referencia, y a continuación se gira en sentido contrario hasta que hace tope al otro lado, el número de vueltas entre los dos topes es el resultado de esta característica de la dirección
Cuantas menos vueltas dé el volante la dirección es más directa o rápida, pero exige más esfuerzo.
Con la dirección asistida se puede elegir el número de vueltas sin que repercuta en la dureza de la dirección.
En los automóviles de calle es normal que este dato esté entre 2,5 y 3 vueltas de volante.
Relación de desmultiplicación
Es otra forma de informar de lo directa o rápida que es la dirección, complementario a la característica anterior, y que es técnico pues no es demostrable prácticamente:
- Partiendo con el volante centrado se determina cuantas vueltas debería dar para que las ruedas directrices girasen 360º
- Se da este dato así; 16:1, lo que indica que se han de dar 16 vueltas de volante para el giro completo, 360º, de las ruedas directrices
- Otros valores utilizados como ejemplos serían 20:1 y 12:1, el primero necesita 20 vueltas y el segundo 12, por lo que es este último más directo y más duro de girar el volante
- 16:1 es una desmultiplicación media, 20:1 es una desmultiplicación alta con dirección más suave (menos directa) y 12:1 es una desmultiplicación baja (más directa) y más dura
- Con la dirección asistida o servodirección, se puede seleccionar la relación de desmultiplicación en función del uso previsto del automóvil, pues se reduce el esfuerzo que ha de hacer el conductor para girar el volante
Hasta la llegada de la dirección asistida, la relación entre el número de vueltas de volante y el ángulo de giro de las ruedas directrices era la forma de adaptar la dureza de manejo del volante, requiriendo bastantes vueltas de volante en automóviles con capacidad de mucha ocupación y equipaje, aun así el giro del volante exigía bastante fuerza.
También influye bastante en la dureza de la dirección la geometría de suspensión o dirección.
Concepto de dirección asistida
Hacer girar las ruedas delanteras desde el volante supone un esfuerzo para el conductor, que depende del peso sobre estas ruedas y de la geometría de suspensión y dirección:
- El concepto de dirección asistida o servodirección consiste en intercalar entre el volante y la caja de dirección, en la caña de dirección, un sistema que multiplique la fuerza que desarrolla el conductor sobre el volante, requiriendo menos esfuerzo por su parte
Hay diversas tecnologías para hacer la función de dirección asistida, en el resumen repaso de este módulo se presentan.
Resumen de este módulo
La dirección de cremallera
La suspensión de este automóvil que se ve de frente es Mc Pherson y tiene dirección de cremallera:
- Se ve la dirección de cremallera girando hacia ambos lados y estos son sus componentes; volante, caña de dirección con juntas en ángulo, piñón y cremallera en el interior de la caja de dirección, rótulas axiales en los extremos de la cremallera que articulan con las bieletas de dirección, rótulas de dirección que articulan las bieletas con los semiejes de las ruedas, y los fuelles que hacen estancos los extremos de la caja de dirección con las rótulas axiales y bieletas
Características de la dirección
- Relacionan la capacidad de giro del automóvil y las vueltas del volante con el ángulo de giro de las ruedas:
- Diámetro de giro (en metros); es el que necesita el automóvil para dar una vuelta completa, entre otros factores depende de la distancia entre los ejes, la batalla
- Número de vueltas de volante entre topes de giro a ambos lados, cuanto menos sean es más directa la dirección y más dura de accionar y a la inversa
- La relación de desmultiplicación indica el número de vueltas de volante que serían necesarias para que las ruedas directrices girasen 360º
- Un valor medio es 16:1 (vueltas de volante : giro de 360º de las ruedas)
- Relaciones mayores favorecen la suavidad de dirección, son menos directas y reducen la agilidad de respuesta, relaciones menores son más directas y rápidas con más dureza de dirección
Dirección asistida o servodirección
Hay tres sistemas genéricos para multiplicar la fuerza sobre el volante antes de llegar a la dirección, disminuyendo la que ha de hacer el conductor:
- Dirección asistida hidráulica, el motor mueve una bomba de aceite de servodirección que se alimenta desde un depósito específico, utilizando la presión de aceite para ayudar al giro de la dirección
- Dirección asistida electrohidráulica; es un sistema derivado del anterior, pero la bomba de aceite de servodirección, alimentada desde un depósito, es eléctrica en vez de estar movida directamente por el motor. La bomba eléctrica es alimentada con el motor en marcha por la batería y el alternador
- Dirección asistida eléctrica; un motor eléctrico en la caña de dirección (en este coche) o sobre la misma cremallera hace la función de asistencia
- El motor eléctrico, alimentado por la batería y el alternador, es accionado a través de un calculador electrónico
La dirección asistida es prácticamente un equipo de serie en todos los automóviles.
Se suelen incorporar sistemas de dureza variable con la velocidad, que requieren añadir un calculador electrónico en los sistemas hidráulico y electrohidráulico, la eléctrica ya funciona así.
La tendencia es utilizar la dirección asistida eléctrica por su excelente versatilidad para la incorporación de los sistemas de ayuda a la conducción activos, y la eléctrica que prescinde de conexión entre el volante y la caja de dirección.
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