Download - Direccion automovil

Transcript
Page 1: Direccion automovil

El sistema de dirección

Isidro Nieto López N.P. 108305

Page 2: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

Introducción 3 Objetivo 3 Características 4 El mecanismo 5 Elementos de la dirección 6 Sistema de cremallera 8 Sistema de tornillo sin fin 10 Dirección asistida 12 Geometría de la dirección (Apunte teórico) 15

� de �2 16

Page 3: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

IntroducciónGobernar un vehículo sólo es posible mediante si conseguimos orientarlo a nuestro antojo de manera precisa y segura. Esto implica traducir el movimiento que realizamos en el volante en un movimiento reflejado en las ruedas directrices.A consecuencia de este movimiento, el automóvil es capaz de girar en las curvas y realizar las diferentes maniobras indispensables. De este trabajo se encargan un conjunto de mecanismos que reciben el nombre de sistema de dirección.

ObjetivoCon el objetivo de orientar las ruedas directrices de un vehículo, contamos con el sistema de dirección, que básicamente transforma una fuerza pequeña que ejercemos al girar el volante en una fuerza mayor, encargada de girar las ruedas directrices del automóvil.

� de �3 16

Page 4: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

CaracterísticasEl sistema de dirección ha de ser seguro y cómodo. Para que cumpla con estos requisitos, ha de reunir las siguientes características:

SeguridadLa seguridad depende de la fiabilidad del mecanismo, de los materiales empleados y del montaje efectuado, así como de un mantenimiento adecuado.

SuavidadLa suavidad se consigue con un montaje preciso, una reducción adecuada y un perfecto engrasado. La dureza en la conducción hace que ésta sea incomoda y dificil. La dureza o suavidad varía por colocar unos neumáticos inadecuados o mal inflados, por un ángulo de avance o salida exagerados, por carga excesiva sobre las ruedas directrices o por estar el chasis deformado.

PrecisiónLa precisión se consigue haciendo que la dirección no sea muy dura ni muy suave. Si la dirección es muy dura, la conducción se hace fatigosa e imprecisa; si por el contrario, es muy suave, el conductor no siente la dirección y el vehículo sigue una trayectoria errónea. La falta de precisión puede ser debida a un excesivo juego en los elementos de la dirección, por alabeo en las ruedas, por un desgaste desigual en los neumáticos, por un desequilibrio en las ruedas o por presión inadecuada al modificarse las cotas de reglaje.

IrreversibilidadLa irreversibilidad consiste en que el volante debe mandar el giro a las ruedas pero, por el contrario, las oscilaciones que tengan éstas, debido a las irregularidades del terreno, no deben ser transmitidas al volante.

� de �4 16

Page 5: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

El mecanismo

El volante es el encargado de transmitir el movimiento a la columna de la dirección o árbol de la dirección.El siguiente paso es convertir el movimiento de rotación del volante en un movimiento lineal que será el que haga girar a las ruedas en un sentido u otro. Para realizar este trabajo, existen varios tipos de mecanismos que analizaremos mas adelante y que serán tales como cremallera, tornillo sin fin, etc.A este mecanismo, que llamaremos engranaje de dirección, se acoplan los brazos de la dirección que a su vez van anclados a las ruedas y les transmiten el movimiento.Al girar el volante en uno u otro sentido, el engranaje de la columna de la dirección desplaza al elemento que lleva engranado, el cual hace girar al brazo de dirección.

� de �5 16

Page 6: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

Elementos de la direcciónVolanteEstá diseñado de forma ergonómica. Su misión consiste en reducir el esfuerzo que el conductor aplica a las ruedas. En los vehículos con mayor equipamiento incorpora el dispositivo de seguridad pasiva de protección del conductor (airbag).

Columna de la direcciónEs un árbol articulado que une el mecanismo de la dirección con el volante. Está formada por dos o tres tramos para colapsarse y no producir daños al conductor en caso de colisión. Estos tramos están unidos mediante juntas Cardan.

Caja de direcciónEs la encargada de transformar el movimiento giratorio del volante en otro rectilíneo transversal al vehículo. Existen los siguientes tipos de cajas de dirección:

-Cremallera-Cremallera de relación variable-Tornillo sin fin y sector dentado-Tornillo sin fin y tuerca-Tornillo sin fin y tuerca con hilera de bolas

La mayoría de los turismos utilizan la dirección de cremallera, en los vehículos todo terreno y camiones la más utilizada es la caja de tornillo sin fin y tuerca con bolas. Estos sistemas por tanto serán los mas empleados y los que explicaremos mas adelante.

TiranteríaEstá constituida por un conjunto de elementos que transmiten el movimiento desde la caja de la dirección a las ruedas. En las direcciones por cremallera

� de �6 16

Page 7: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

se simplifican muchos elementos mientras que en la dirección por tornillo sin fin tenemos:

Palanca de ataque:Va unida a la caja de dirección mediante un estriado fino, recibe movimiento de rotación y lo transmite en movimiento angular a la barra de mando.

Barra de mando:De longitud variable, tiene un movimiento longitudinal de vaivén que transmite al brazo de acoplamiento.

Brazo de acoplamiento:Va montado sobre la mangueta, perpendicular al eje de la rueda y paralelo al terreno. Los brazos de acoplamiento llevan un cierto ángulo de inclinación para que la prolongación de sus ejes coincida sobre el centro del eje trasero (para que las ruedas giren distintos ángulos al tomar una curva) y tienen por misión el desplazamiento de las ruedas directrices.

Barras de acoplamiento:Realizan la unión de las dos ruedas por medio de los brazos para que el movimiento en las dos ruedas sea simultáneo y conjugado, al producirse el desplazamiento lateral en una de ellas.

Rótulas:Están constituidas por un muñón cónico en cuyos extremos hay una unión roscada para facilitar su desmontaje y por otra una bola o esfera alojada en una caja esférica que realiza la unión elástica.

� de �7 16

Page 8: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

Sistema de cremalleraEsta dirección se caracteriza por la sencillez de su mecanismo y su simplicidad de montaje, al eliminar gran parte de la tirantería direccional. Va acoplada directamente sobre los brazos de acoplamiento de las ruedas y tiene un gran rendimiento mecánico. Debido a su precisión en el desplazamiento angular de las ruedas se utiliza mucho en vehículos de turismo, sobre todo en los de motor y tracción delantera, ya que disminuye notablemente los esfuerzos en el volante. Proporciona gran suavidad en los giros y tiene rapidez de recuperación, haciendo que la dirección sea muy estable y segura. El mecanismo esta constituido por una barra (1) tallada en cremallera que se desplaza lateralmente en el interior del cárter. Esta barra es accionada por un piñón helicoidal (2) montado en el árbol del volante y que gira engranado a la cremallera.

En la esquema inferior se ve el despiece del sistema de dirección de cremallera, que consiste en una barra (6), donde hay labrada una cremallera en la que engrana el piñón (9), que se aloja en la caja de dirección (1), apoyado en los cojinetes (10 y 16). El piñón (9) se mantiene en posición por la tuerca (14) y la arandela (13); su reglaje se efectúa quitando o poniendo

� de �8 16

Page 9: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

arandelas (11) hasta que el clip (12) se aloje en su lugar. La cremallera (6) se apoya en la caja de dirección (1) y recibe por sus dos extremos los soportes de la articulación (7), roscado en ella y que se fijan con las contratuercas (8). Aplicado contra la barra de cremallera (6) hay un dispositivo (19), de rectificación automática de la holgura que pueda existir entre la cremallera y el piñón (9). Este dispositivo queda fijado por la contratuerca (20).

Al girar el volante en uno u otro sentido también lo hace la columna de la dirección unida al piñón (9), que gira con ella. El giro de este piñón produce el movimiento de la barra de cremallera (6) hacia uno u otro lado, y mediante los soportes de articulación (7), unidos por unas bielas a los brazos de acoplamiento de las ruedas, se consigue la orientación de estas. Esta unión se efectúa como se ve en la figura inferior, por medio de una rótula (B), que permite el movimiento ascendente y descendente de la rueda, a cuyo brazo de acoplamiento se une. La biela de unión resulta partida y unida por el manguito roscado de reglaje (A), que permite la regulación de la convergencia de las ruedas.

� de �9 16

Page 10: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

Sistema de tornillo sin finConsiste en un tornillo que engrana constantemente con una rueda dentada. El tornillo se une al volante mediante la columna de dirección, y la rueda lo hace al brazo de mando. De esta manera, por cada vuelta del volante, la rueda gira un cierto ángulo, mayor o menor según la reducción efectuada, por lo que en dicho brazo se obtiene una mayor potencia para orientar las ruedas que la aplicada al volante.

En la figura inferior se ha representado el sistema de tornillo y sector dentado, que consiste en un tornillo sinfín (7), al que se une por medio de estrías la columna de la dirección. Dicho sinfín va alojado en una caja (18), en la que se apoya por medio de los cojinetes de rodillos (4). Uno de los extremos del sinfín recibe la tapadera (5), roscada a la caja, con la cual puede reglarse el huelgo longitudinal del sinfín. El otro extremo de éste sobresale por un orificio en la parte opuesta de la carcasa, donde se acopla el reten (20), que impide la salida del aceite contenido en el interior de la caja de la dirección.

� de �10 16

Page 11: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

Engranando con el sinfín en el interior de la caja de la dirección se encuentra el sector (11), que se apoya en el casquillo de bronce (17) y que por su extremo recibe el brazo de mando (28) en el estriado cónico, al que se acopla y mantiene por medio de la tuerca (30) roscada al mismo eje del sector. Rodeando este mismo eje y alojado en la carcasa se monta el retén (24). El casquillo de bronce (17), donde se aloja el eje del sector, es excéntrico para permitir, mediante el tornillo con excéntrica (10) acercar mas o menos dicho sector el sinfín. con el fin de efectuar el ajuste de ambos a medida que vaya produciéndose desgaste. El tornillo de reglaje (10) se fija por medio de la tuerca (8) para impedir que varíe el reglaje una vez efectuado. La posición del casquillo (17) se regula por la colaboración de la chapa (22) y su sujeción al tornillo (27).

� de �11 16

Page 12: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

Dirección asistidaDebido al empleo de neumáticos de baja presión y gran superficie de contacto, la maniobra en el volante de la dirección para orientar las ruedas se hace difícil, sobre todo con el vehículo parado. Como no interesa sobrepasar un cierto limite de desmultiplicacíon, porque se pierde excesivamente la sensibilidad de la dirección, en los vehículos se recurre a la asistencia de la dirección, que proporciona una gran ayuda al conductor en la realización de las maniobras y, al mismo tiempo, permite una menor desmultiplicación, ganando al mismo tiempo sensibilidad en el manejo y poder aplicar volantes de radio mas pequeño. 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 también últimamente asistido por un motor eléctrico (dirección eléctrica).

� de �12 16

Page 13: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

El mas usado hasta ahora es el de mando hidráulico (aunque actualmente los sistemas de dirección con asistencia eléctrica están ganando terreno) del que se muestra el esquema básico en la figura inferior. Puede verse en ella que el volante de la dirección acciona un piñón, que a su vez mueve una cremallera como en una dirección normal de este tipo; pero unido a esta cremallera se encuentra un pistón alojado en el interior de un cilindro de manera que a una u otra de las caras puede llegar el liquido a presión desde una válvula distribuidora, que a su vez lo recibe de un depósito, en el que se mantiene almacenado a una presión determinada, que proporciona una bomba y se conserva dentro de unos limites por una válvula de descarga.

A continuación analizaremos las ventajas e inconvenientes de la servodirección.

Ventajas:

-Reducen el esfuerzo en el volante, con menor fatiga para el conductor, ventaja muy conveniente en los largos recorridos o para las maniobras en ciudad.-Permiten acoplar una dirección mas directa; es decir, con una menor reducción con lo que se obtiene una mayor rapidez de giro en las ruedas. Esto resulta especialmente adecuado en los camiones y autocares.

� de �13 16

Page 14: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

-En el caso de reventón del neumático, extraordinariamente grave en las ruedas directrices, estos mecanismos corrigen instantáneamente la dirección, actuando automáticamente sobre las ruedas en sentido contrario al que el neumático reventado haría girar al vehículo.-No presentan complicaciones en el montaje, son de fácil aplicación a cualquier vehículo y no afectan a la geometría de la dirección.-Permiten realizar las maniobras mas delicadas y sensibles que el conductor precise, desde la posición de paro a la máxima velocidad. La capacidad de retorno de las ruedas, al final del viraje, es como la de un vehículo sin servodirección.-En caso de avería en el circuito de asistencia, el conductor puede continuar conduciendo en las mismas condiciones de un vehículo sin servodirección, ya que las ruedas continúan unidas mecánicamente al volante aunque, naturalmente, tenga que realizar mayor esfuerzo en el mismo.

Los inconvenientes de estos mecanismos con respecto a las direcciones simples con prácticamente nulos, sin embargo algunos de ellos podrían ser:

-Un costo mas elevado en las reparaciones, ya que requieren mano de obra especializada.-El costo mas elevado de este mecanismo y su adaptación inicial en el vehículo, con respecto a la dirección simple.

� de �14 16

Page 15: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

Geometría de la dirección (Apunte teórico)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 cuatro veces mayor que la batalla del vehículo.

� de �15 16

Page 16: Direccion automovil

Alfonso X el Sabio El sistema de dirección

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:

� de �16 16