SISTEMA DE DIRECCIN.

Direccin:

Mecanismo gobernado con el volante para orientar las ruedas

directrices; para as poder guiar un vehculo automvil. La Direccin convierte el movimiento de giro que el conductor da al volante, en movimiento de orientacin de las ruedas directoras del vehculo.

Para conducir el coche se precisa algn tipo de mecanismo que permita girar las ruedas de delanteras para que el vehculo pueda ser orientado en la direccin deseada. A este fin, el volante de direccin est acoplado por medio de engranajes y palancas a las ruedas delanteras. Las ruedas delanteras, (como se vio en el sistema de suspensin), estn soportadas mediante las manguetas, (que pivotan mediante las rtulas en los brazos transversales), para que puedan desviarse a izquierda o derecha y permitir la orientacin del vehculo. Este movimiento es producido por un engranaje y un sistema de varillas articuladas entre el volante y las manguetas. Al dispositivo completo se da el nombre de Direccin. Antes de describir dichos varillajes y engranajes de direccin, vamos a considerar brevemente el sistema de direccin desde el punto de vista geomtrico, especialmente los ngulos implicados.

GEOMETRA DEL EXTREMO DELANTERO.

Para el perfecto funcionamiento de la direccin, el eje delantero debe reunir una serie de requisitos, principalmente determinados ngulos de las ruedas delanteras con las piezas que los soportan y con el propio bastidor del coche. Todos los componentes de los Sistemas de la Suspensin y la Direccin deben ajustarse a ciertas especificaciones. Dichas especificaciones o factores geomtricos de mayor importancia son:

Diccionario de la Lengua Espaola.

Inclinacin o Cada del pivote de la Direccin o Salida, (Cada de los Pivotes de Mangueta y Radio del Crculo de Giro). Inclinacin o Cada de la Rueda, (Cmber). Avance, (Pivote Mangueta, o Cster). Convergencia o Divergencia.

La combinacin de todas estas especificaciones se conoce como: Alineacin de las Ruedas. La Alineacin se refiere a la relacin constante entre todos los ngulos de las ruedas respecto a la suspensin delantera, la direccin y el chasis. Se estudian dichos ngulos o especificaciones, para alcanzar el mejor trmino medio entre duracin de las llantas, consumo de combustible y estabilidad de la direccin. La mxima economa en cuanto a llantas y combustible se logra si las ruedas giran paralelas y verticales; sin embargo, un ligera inclinacin mejora la estabilidad de la direccin y la suavidad del rodamiento.

CADA DEL PIVOTE DE DIRECCIN.

En el pasado, todos los sistemas de direccin incorporaban un pivote que fijaba la mangueta a un soporte. Recientemente se han introducido soportes con articulaciones de rtula. En este nuevo diseo, que se esta generalizando en los coches ms modernos, la mangueta y su soporte se combinan en una sola pieza, llamada mangueta. Esta nueva versin de la mangueta va soportada arriba y abajo por los brazos oscilantes, a los que est articulada por rtulas. La cada de los pivotes de mangueta es la inclinacin de los pivotes, (bulones), respecto al plano longitudinal del vehculo, medida en le plano transversal del mismo. Dicha inclinacin con respecto a la vertical del pivote de direccin o, en su lugar, del eje geomtrico de las rtulas, es un factor muy importante en el funcionamiento de la direccin, por constituir la lnea central alrededor de la cual gira la rueda delantera para la conduccin del vehculo, (radio de giro c).

Esta inclinacin se llama normalmente: inclinacin o cada del pivote de direccin o simplemente salida. La magnitud de la inclinacin se mide en grados con respecto a la vertical y recibe el nombre de ngulo de cada, y vara de 2 16. Se pretende que, al observar el coche desde adelante, el centro de la zona de contacto del neumtico con la carretera se aproxime al punto en que la prolongacin imaginaria del pivote de la direccin corta al plano del piso. Esta condicin se puede conseguir inclinando slo el pivote, la rueda o ambos; a dicha inclinacin recibe el nombre de ngulo de salida. La inclinacin o salida del pivote es deseable por varios razones. En primer lugar, junto con el avance o posicin adelantada de los pivotes, de termina la estabilidad de la direccin, (seguimiento de las ruedas), y tiende a restituir las ruedas a la posicin de marcha en lnea recta despus de un viraje. Reduce tambin el esfuerzo de direccin, particularmente cuando el coche est parado. Si las rtulas superiores estn ms adentro que las inferiores, las ruedas de ambos lados tomarn una posicin paralela al soltar el volante con el auto en movimiento. Adems, contribuye a un menor desgaste de los neumticos. Dicha cada se mide nicamente con el vehculo cargado.

Radio del Crculo de Giro del Pivote de Direccin. Se busca un radio del crculo de giro del pivote de direccin que sea cero o negativo. En la distancia entre punto de corte dela prolongacin del eje de giro del pivote en el plano de la calzada y el punto de contacto de la rueda medida en el plano transversal. Si queda por dentro del punto de contacto de la rueda, se considera positivo; si queda por fuera, negativo. En los vehculos con distribucin en diagonal del circuito de los frenos, un radio negativo mejora la estabilidad de la direccin al frenar con fuerzas a derecha e izquierda. Por el contrario, en otros tipos de distribucin del circuito de frenos resulta

ms favorable un radio prcticamente nulo como compromiso entre todos los aspectos importantes para la estabilidad de la direccin. Muy importante para la disposicin general es sin embargo la mutua influencia del radio del pivote y la variacin de la convergencia en la traccin longitudinal.

INCLINACIN O CADA DE LA RUEDA, (CMBER).

Al observar desde el frente las ruedas delanteras de la mayora de los coches, se comprueba que estn ligeramente inclinadas hacia adentro o hacia afuera. La Cada de las Ruedas es la inclinacin que tienen respecto al plano longitudinal del vehculo medida en el plano transversal del mismo. Cuando esta inclinacin es hacia fuera, de modo que las ruedas estn ms distantes entre s en la parte superior que en la inferior, la cada o cmber es positivo: Esto reduce el desgaste en le mecanismo de la direccin y facilita el manejo del coche, siempre que la inclinacin sea la misma en las dos ruedas. Un exceso de cmber positivo hace que los bordes externos de la llanta se gasten ms rpidamente que los internos. Un ligero cmber positivo proporciona estabilidad en las curvas y en carreteras de corona alta. Cuando la inclinacin es hacia dentro, de modo que las ruedas estn ms cerca en la parte superior que en la inferior, la cada o cmber es negativo: Si hay mucho cmber negativo, los bordes internos de la llanta se gastan ms rpidamente. En muchos sistemas de suspensin independiente, la inclinacin positiva se convierte en negativa al subir o bajar la rueda por efecto de los baches. Sin embargo se emplea en algunos automviles de serie, sobre todo en la parte posterior, y en modelos deportivos. El cmber es nulo cuando las llantas estn perpendiculares al camino: Los pisos de las ruedas hacen contacto uniforme con el piso. Se reduce as el desgaste de las llantas al distribuirse el peso del automvil con uniformidad; pero la direccin tiende a ponerse dura, ya que aumentan las cargas verticales que han de soportar los pivotes de la direccin.

Se confiere a las ruedas una ligera inclinacin inicial hacia afuera para que, cuando el vehculo est cargado y circule por la carretera, la carga haga que las ruedas adopten una posicin vertical. Si no se incluyera esta cada positiva inicial, la carga tendera a conferir al coche una cada negativa. Cualquier grado de cada, sea positiva o negativa, durante la marcha, producira un desgaste irregular y ms rpido de los neumticos, ya que la inclinacin de las ruedas hace que un lado de la cubierta esta ms cargada que el otro. Si los vehculos circularan por carreteras de piso perfectamente nivelado, la cada ideal sera idntica para ambas ruedas delanteras. Esta cada ideal se requerira slo para compensar el efecto de la carga y hacer que las ruedas delanteras adoptasen la posicin vertical cuando el vehculo circula por la carretera. Sin embargo, las carreteras no suelen estar perfectamente niveladas y en la mayora de los casos tienen un ligero bombeo que hace que el centro sea ms alto que las partes laterales. Como consecuencia de ello, cuando un coche marcha por un lado de la carretera, tiende a inclinarse ligeramente hacia afuera. Esto provocara un desgaste excesivo del borde externo del neumtico delantero derecho, al estar sometido a mayores esfuerzos. En turismos, este problema no tiene particular importancia, por ser el peso del vehculo relativamente ligero, pero en vehculo de transporte el desgaste sera considerable incluso en recorridos cortos. Para evitar este desgaste irregular de los neumticos, los vehculos de gran potencia suelen incorporar un ajuste delantero que confiere a la rueda anterior derecha una cada positiva inferior al de la rueda anterior izquierda.

AVANCE, (CSTER).

Los automviles deben tender a desplazarse en lnea recta y a volver a esa misma lnea al completar un giro. Esta tendencia, que asegura la estabilidad del coche al circular y que permite que el volante vuelva a la posicin de lnea recta despus de tomar una curva, depende de muchos factores, entre los que se encuentra la geometra de la direccin y la suspensin, y la flexibilidad de los neumticos. Uno de los factores ms importantes es el ngulo de avance. Adems de estar inclinado hacia el interior del coche, el pivote de direccin, o la lnea central de las rtulas, pueden estar inclinados tambin hacia adelante o atrs con respecto a la vertical. El avance o cster se mide en el sentido longitudinal del coche.

El avance se da como el ngulo, (de 0 12), que el eje de giro del pivote, lnea de cada del pivote), se adelanta respecto a la vertical en el alzado lateral, o como la distancia que hay en el suelo entre el punto de contacto de la rueda y el punto de incidencia de la prolongacin de la lnea del eje del pivote hasta el suelo, (0 25 mm). Para las fuerzas de reaccin de la calzada sobre las ruedas, resulta de suma importancia la distancia del avance. La inclinacin hacia atrs se denomina avance positivo. El avance positivo favorece la estabilidad de la direccin, ya que el eje geomtrico del pivote de direccin o la lnea de las rtulas corta el plano de la calzada por delante de las ruedas. As, el empuje sobre las rtulas se produce por delante de la resistencia que ofrece la carretera al neumtico, y ste sigue atrs. El avance tiene otro efecto importante. Cuando ambas ruedas delanteras tienen un avance positivo, el coche tiende a ladearse hacia al exterior de las curvas; en cambio si

se confiere a las ruedas delanteras un avance negativo, el coche tiende a ladearse hacia el interior de las curvas.

El avance positivo tiende a hacer converger las ruedas delanteras. Con avance positivo, el coche desciende de nivel, como consecuencia de la inclinacin de las ruedas hacia adentro. El peso del coche acta siempre en el sentido de incrementar la convergencia de las ruedas. Con avance negativo, las ruedas tienden a divergir. Obsrvese que el avance positivo aumenta el esfuerzo de conduccin. El avance positivo tiende a mantener las ruedas en direccin de avance en lnea recta. As pues, para efectuar un viraje hay que vencer los efectos del avance, (cuando es positivo), y de la salida. Por medio del avance las ruedas son traccionadas, (no impulsadas), y tienen tendencia a autoalinearse y mantenerse en esa posicin; adems, disminuye la tendencia al shimmy, aunque este efecto depende tambin de la cada de los pivotes y del radio. El ngulo de avance se mide nicamente con el vehculo cargado. Al igual que en los ngulos de cada y de salida, necesita comprobacin despus de un accidente. Si el avance fuese excesivo y las articulaciones de la direccin tuviese holgura, podran producirse oscilaciones violentas de las ruedas delanteras.

CONVERGENCIA O DIVERGENCIA.

El ngulo de cada ms el ngulo de salida forma el ngulo comprendido, que determina el punto de interseccin de la rueda y la lnea central e las rtulas. Dicho punto de interseccin determina a su vez el que las ruedas tiendan a converger o diverger. Por Divergencia se entiende la tendencia de las ruedas delanteras a orientarse hacia fuera. Convergencia es su tendencia a estar orientadas hacia dentro durante la marcha del vehculo.

Los neumticos de ruedas convergentes o divergentes experimentan un mayor desgaste. El neumtico debe ir orientado en la misma direccin en que se mueve el

coche; cuando se desva de dicha direccin, queda sometido a un rozamiento lateral, tanto ms intenso cuanto mayor es la convergencia o divergencia.

Convergencia. Coma ya se dijo, la convergencia es la inclinacin de la ruedas delanteras hacia el interior que, vista desde arriba, hace que las ruedas se acerquen por delante. En un coche con convergencia, la distancia entre las ruedas delanteras es menor en la parte anterior, (a) que en la posterior, (b). La magnitud de esta convergencia es normalmente slo una fraccin de pulgada. En ruedas no motoras su valor es de 2 3 mm, y en ruedas motrices entre +3 y -2 mm. Su finalidad es asegurar el perfecto paralelismo de las ruedas delanteras durante la marcha, as como estabilizar la direccin y evitar el rozamiento lateral y excesivo desgaste de los neumticos. La convergencia compensa tambin la ligera flexin del sistema de soporte de las ruedas que se produce durante la marcha hacia adelante. Esta deflexin es debida a la resistencia que ofrece la calzada a la rodadura de los neumticos. Es decir, aunque las ruedas estn montadas con una ligera convergencia cuando el coche est parado, tienden a girar paralelas cuando el coche avanza sobre la carretera.

Divergencia de las Ruedas Delanteras en los Virajes. La divergencia de las ruedas delanteras en los virajes es su distinto ngulo de giro con respecto al bastidor. Dado que en una curva las rueda interior gira siguiendo un arco de un radio ms pequeo que el arco descrito por la rueda exterior, su eje geomtrico forma un ngulo ms agudo con el bastidor, es decir, diverge ms. En esta condicin, cuando las ruedas delanteras describen un curva, la rueda interior gira en un ngulo de 23 con respecto al bastidor del coche, mientras la ruedas exterior gira en un ngulo de slo 20. Como consecuencia de ello, la rueda interior gira en un radio ms pequeo que la rueda exterior, permitiendo que las circunferencias de giro de ambas ruedas sean concntricas; es decir, sus centros coinciden en un mismo punto.

La Divergencia se obtiene con la relacin adecuada entre los brazos de la mangueta, las barras de acoplamiento y el brazo de la direccin. La relacin es tal que en una curva la rueda interior diverge siempre ms que la rueda exterior.

FUNCIN DE LA DIRECCIN.

Para dirigir cualquier coche se emplea el volante, que orienta las ruedas delanteras en la direccin deseada. Las ruedas traseras siguen la trayectoria marcada por aqullas. Seran numerosos los inconvenientes que planteara el intentar dirigir el coche con las ruedas traseras. El principal de estos problemas sera, naturalmente, la inestabilidad direccional. La direccin debe incorporar un sistema de desmultiplicacin y a veces un dispositivo de asistencia mecnica para ampliar el esfuerzo que realiza el conductor en el volante.

DESMULTIPLICACIN DE LA DIRECCIN.

Se denomina desmultiplicacin a la relacin que existe entre los ngulos de rotacin del volante de direccin y de las ruedas. Si por ejemplo, un giro completo del volante, (360), hace oscilar las ruedas 30, se dice que la desmultiplicacin es exactamente de 12:1, (360:30). Los coches utilitarios y de poco peso tienen una relacin de desmultiplicacin de aproximadamente 15:1. Para mover las ruedas delanteras entre los dos topes, (unos 60, se necesitan dos vueltas y media del volante. Con una relacin baja, (10:1), las ruedas responden con ms rapidez al volante, pero se requiere ms fuerza para moverlo. Pero

un coche grande puede necesitar hasta cuatro o cinco vueltas, es decir una relacin de desmultiplicacin por lo menos 24:1. Todos los automviles poseen topes que limitan el movimiento de giro de las ruedas, con lo que stas no rozan en ninguna parte. Estos topes pueden situarse indistintamente en el pivote de la rueda o en el mecanismo de la direccin segn los modelos. El radio mnimo de giro de un automvil es el del crculo descrito por su parte ms saliente, (radio entremuros),o, con mayor frecuencia, el del crculo descrito precisamente por el borde de rueda delantera exterior, (que recibe por tal razn el nombre de radio entre aceras). El grado de reduccin de esfuerzo -o efecto de palanca- conseguido por la direccin depende del peso , tipo y uso del coche. Un coche deportivo ligero necesitar poca reduccin, ya que el conductor ha de ejercer un control rpido del vehculo para corregir derrapes. Los coches pesados, con neumticos anchos, necesitarn una gran reduccin y algn dispositivo de asistencia para poder girar a poca velocidad.

COMPORTAMIENTO DE LA DIRECCIN.

Las exigencias en el comportamiento de la doreccin son las que se resumen a continuacin:

1. Los golpes de las irregularidades de la calzada deben llegar al volante los ms amortiguado posibles. Con el amortiguamiento no debe perder el conductor el contacto con el suelo. 2. El dimensionado fundamental de la cinemtica de la direccin debe cumplir las condiciones de Ackermann: la prolongacin de los ejes de las ruedas delanteras izquierda y derecha deben cortarse sobre la prolongacin del eje de las ruedas traseras. 3. Mediante la rigidez correspondiente del sistema de direccin, (especialmente con el empleo de uniones elsticas de goma), el vehculo debe obedecer a la menor correccin de la direccin. 4. Las ruedas, al soltar el volante, deben volver por s solas a su posicin central y mantenerse as, (marcha en lnea recta).

5. La direccin debe tener la desmultiplicacin mnima posible, (nmero de vuelts del volante de tope a tope), a fin de tener una buena maniobrabilidad. Las fuerzas que estn presentes en la direccin no se componen slo de la desmultiplicacin sino tambin de la carga en el eje delantero, la magnitud del crculo de giro, la suspensin de las uredas, (avance de pivotes, casda de manguitos, radio del crculo de giro del pvote de la direccin), y el estado del perfil de los neumticos.

COMPORTAMIENTO EN MARCHA. Para la valoracin en marcha se emplean a menudo los conceptos sobrevirado, subvirado y direccin neutra. Con el sobrevirado recorre el vehculo una curva de radio menor que la que corresponde a la posicin tope de la direccin y con el subvirado una curva de mayor radio. Este comportamiento propio de la direccin es consecuencia de las diferentes exigencias enla marcha oblcua de las ruedas, que se presentan cuando al aumentar la fuerza centrfuga, la relacin de la fuerza lateral a la carga sobre rueda se desarrolla en el eje delantero de modo distinto que en el trasero. Normalmente se exige un comportamiento en las curvas, que permite en efecto el mejor aprovechamiento de las fuerzas laterales, (es decir, lmites de velocidad mximos en las curvas), pero que disminuye la impresin subjetiva del lmite de estabilidad del vehculo. Adems, es incalculable el desajuste del vehculo, que puede ser lo mismo delante que detrs. Por esta razn se esfeurezan la mayora de los fsbricantes de automviles en que tengan un comportamiento ligeramente subvirado.

SISTEMAS DE DIRECCIN.

El sistema de direccin cosntituye el eslabn entre el conductor y las ruedas delanteras del auto. Debe proporcionar un medio sensible pero positivo para mover las ruedas exactamente lo necesario para guiar el automvil. Adems debe multiplicar el esfuerzo del conductor para facilitar la direccin del auto, y no debe transmitir los choques del camino al conductor. El sistema de la direccin debe hacer todo esto cualquiera que sea el estado del camino o la velocidad del automvil.

CLASIFICACIN DE LAS INSTALACIONES DE DIRECCIN.

El cdigo de la Circulacin distingue tres clases de instalaciones de direccin:

1. Instalaciones de Direccin de Fuerza Muscular, en las cuales la fuerza para la direccin la aplica directamente el conductor, (pion y cremallera, sin fin y rodillo, bolas circulantes). Ms conocidas como Direccin Manual. 2. Instalaciones de Direccin de Fuerza Externa, en las cuales la fuerza para la direccin se aplica directamente de un fuente de energa presente en el vehculo. No apropiadas para vehculos veloces. 3. Instalaciones de Direccin Asistida, en las cuales la fuerza para la direccin que se utiliza es la muscular del conductor y la de una fuente de energa auxiliar. Es de aplicacin a los vehculos veloces, mayor comodidad de marcha. Este tipode instalaciones es conocida tambin como Auxiliar o Direccin Hidrulica.

El sistema de la direccin debe hacer todo esto cualquiera que sea el estado del camino o la velocidad del automvil. Estose sistemas estn formado por varios ensambles o conjuntos, (dado que la nica diferencia entre ellos esta en el accionamiento de la caja de engranaje, constan de los mismos elementos), que son los siguientes:

1. La Columna de la Direccin. 2. La Caja de Engranajes de la Direccin. 3. El Varillaje o Eslabonamiento de la Direccin 4. En Agunos Automviles, Una Unidad Auxiliar de Poder o Hidrulica.

1.-

1.- LA COLUMNA DE LA DIRECCIN.

La columna de la direccin soporta al volante y transsnmite el movimiento del volante a la caja de engranes de la direccin. Sirve con frecuencia para montar algunos otros mandos, como el mecanismo del cambio de velocidades, el de accionamiento de las bocinas y los interruptores de las luces. Algunos modelos poseen una columna de direccin ajustable. La parte superior, a la que se conecta el volante, puede moverse telescpicamente y, en algunos casos, colocarse en un ngulo adaptado a la altura y posicin del conductor. Esta hace que el conductor pueda entrar y salir ms facilmente del coche y variar la altura del volante segn su estatura o variar de postura durante largos trayectos. Algunos automviles tienen como equipo opcional una columna de direccin abatible, que puede desplazarse lateralmente hacia el centro del coche, para que el conductor entre y salga ms cmodamente. El punto de pivotamiento de la columna esta situado inmediatamente encima del engranaje de direccin, en el extremo inferior de la columna. Existe una interconexin de los mecanismos de bloqueo, que constituye un dispositivo de seguridad que impide el desplazamiento lateral accidental de la columna con el coche en marcha.

Columna de Direccin de Seguridad. En accidentes de carretera y choques, resultan ofrecer peligro frecuentemente para el conductor la columna de direccin y el volante. Las consecuencias del accidente pueden amortiguarse con el empleo de columnas de direccin de seguridad. As, si el vehculo sufre una colisin frontal y el conductor es depedido hacia adelante, la columan de direccin amortigua la energa de este movimiento y reduce grandemente la posibilidad de graves lesiones. Dichas columnas pueden estar constituidas a base de articulaciones cruzadas o hacerse retrables de modo telescpico. El rbol de la direccin puede disearse para que ceda al chocar el coche. Por ejemplo: En el sistema AC Delco, el rbol tubular est formado por un enrejillado metlico que, a pesar de ser resistente a la torsin, se pliega y absorbe energa cuando se comprime longitudinalmente.

En otro tipo, el rbol central tiene dos juntas universales, una en cada extremo, cuyo ngulo puede variarse, cede por las juntas al chocar el coche. En otro, el eje de la direccin estpa dividido en secciones unidas entre s, por juntas. Estas secciones no tienen un eje longitudinall comn, la porsin inferior del rbol se desplaza a lo largo de la superior y absorbe la energa del impacto. Y existe tambin una columna de direccin retrctil o de lmpara china. La cual consiste en dos tubos concentricos que, al chocar absorben la energa plegndose telescpicamente, (metindose un tubo dentro del otro).

2.- CAJA DE ENGRANAJES DE LA DIRECCIN.

La caja de la direccin convierte el movimiento rotarorio del volante en el movimiento lateral de las ruedas. El engranaje de direccin convierte el movimiento giratorio del volante en el movimiento rectilneo del varillaje. La caja de engranes de la direccin multiplica el esfuerzo del conductor mediante el uso de engranes. Los engranes de la caja reducen los movimientos grandes del volante a movimientos pequeos de las ruedas, (empuje-tiro), para proporcionar la ventaja mecnica necesaria. En la mayora de los automviles se compone escencialmente de dos partes: un tornillo sin fin acoplado en el extremo de la columna de direccin, tambin llamado rbol de direccin, y un eje del brazo de mando, en el que va montado un sector dentado, un rodillo o un pivote: Cuando se acciona el volante, gira el sin fin y arrastra os dientes del rodillo, con lo que gira el eje del brazo de mando. El extremo de dicho eje lleva acoplado el brazo de la direccin, que comnmente se llama brazo de mando y en ocasiones se refiere tambin como brazo Pitman. La rotacin del eje hace bascular el brazo de mando, y su orientacin se transmite a las manguetas de las ruedas mediante el sistema de varillas.

El mecanismo de la direccin tambin transmite al volante la reaccin de las ruedas respecto a la superficie de la carretera. Esta reaccin avisa inmediatamente al conduxtor de los cambios en las condiciones del piso. La caja de direccin contiene dos engranas: el de mando, montado en la columna de la direccin, y el impulsado, que mueve el varillaje de la direccin. El engrane de mando gira en el mismo sentido y con la misma distancia con que lo hacen el volante y la columna; el engrane impulsado, ms grande, slo se muve una fraccin de su circunferencia por cada revolucin completa del engrane de mando. Una fuerza pequea, aplicada por el volante en un ngulo grande, se transforma en una fuerza mayor que se mueve en un ngulo pequeo en el varillaje. Esta configuracin mecnica permite mover lateralmente las ruedas. La caja de la direccin debe tener las siguientes propiedades: Ningn juego en la posicin de marcha en lnea recta. Poco rozamiento para lograr con ello un mejo rendimiento. Elevada rigidez. Posibilidad de reajuste.

Hasta la fecha se tienen slo tres sistemas de caja que cumplen estos principios:

a) Direccin de Pin y -Cremallera. b) Direccin de Tornillo Sin Fin y Rodillo, y c) Direccin por Bolas Circulantes.

a) DIRECCIN DE PIN Y CREMALLERA.

De los diferentes tipos de cajas de angranes de direccin, la ms sencilla es la de pin y cremallera.

En este mecanismo, la columna de direccin engrana un pin, el cual est en el extremo de dicha columna, (engrane de mando), y se acopla con la cremallera, (engrane impulsado), la cual est colocada transversalmente. Si se gira el volante la cremallera se desplaza por el pin y desva las ruedas a travs de la barra de acoplamiento y de los brazos a la derecha o izquierda. La desmultiplicacin viene definida por la relacin entre el giro del pion, (igual al giro del volante), y el desplazamiento de la cremallera. Mediante el correspondiente dentado de la cremallera se hace variable la desmultiplicacin en el desplazamiento. Esta medida reduce la fuerza de accionamiento o disminuye el recorrido de las correcciones de la direccin. La cremallera y el pin tienen a veces el dentado oblcuo con el objeto de conseguir una mayor longitud de engrane. Esta direccin es muy precisa y de respuesta rpida, debido a que el varillaje tiene muy pocas piezas. Este sistema es satisfactorio para coches pequeos, en los que los esfuerzos de direccin son ligeros. Los coches grandes requieren una mayor ventaja mecnica, para obtenerla se emplea un tornillo sin fin en el extremo de la columna de direccin que engrana con una tuerca de bolas circulantes y un sector dentado, un rodillo dentado o un pivote.

b) DIRECCIN DE TORNILLO SIN FIN.

Los mecanismos de direccin por tornillo sin fin pueden ir equipados con un dedo de direccin, un segmento de direccin o con un rodillo de direccin. Direccin por Tornillo Sin Fin y Dedo. El volante acciona un dedo que se desplaza a lo largo de un husillo o tornillo sin fin; el dedo est unido a un brazo de accionamiento, el cual a su vez est unido a las ruedas por articulaciones y bieletas. Al girar la columna de direccin, gira igualmente el tornillo sin fin, a travs del cual, mediante su roscado externo ocasiona la oscilacin del dedo, el cual a su vez acciona el varillaje y ocasiona el giro de las ruedas. Tornillo Sin Fin y Segmento. El segmento de direccin gira impulsado por el tornillo sin fin que a su vez est accionado por el volante. El segmento va unido por su centro al

rbol o brazo Pitman. La biela de direccin, fija al rbol del segmento, gira en virtud del movimiento imprimido. Tornillo Sin Fin y Rodillo. El rodillo dentado engrana en el tornillo sin fin. El sin fin, (engrane de mando), est montado en el extremo de la flecha de la direccin; tiene una rosca en espiral que se acopla en ngulo recto con el rodillo, (engran impulsado), el cual tiene forma de rueda y est montado sobre cojinetes de rodadura para disminuir el rozamiento o friccin. Cuando se acciona el volante, gira el sin fin y

arrastra los dientes del rodillo, con lo que gira el eje del brazo de mando. El extremo de dicho eje lleva acoplado el brazo de la direccin, que comnmente se llama brazo de mando y en ocasiones se refiere tambin como brazo Pitman. El tornillo sin fin de

direccin no es cilndrico sino que hacia su mitad queda reducido de dimetro, con el objeto de que al girar el volante, el rodillo de direccin accionado por el husillo sin fin de direccin pueda realizar un movimiento oscilante alrededor del eje del rbol de direccin. Con ello giran el rbol y la biela mediante el isstema de varillaje.

c) Direccin por Bolas Circulantes.

El mecanismo de direccin de tornillo con bolas circulantes, lleva la columna de direccin como rosca exterior, (sin fin que sirve como engrane de mando), y la tuerca de direccin, como rosca interior, una rosca denominada de bolas circulantes, la cual est acoplada a un sector dentado , el cual es el engrane impulsado. La direccin de bolas circulantes est diseada para reducir la friccin entre engranes: las fuerzas entre el tornillo sin fin de direccin y la tuerca de direccin se transmiten con escaso rozamiento, por medio de la transmisin de bolas-sin fin. La tuerca de direccin ataca a travs de un segmento dentado, (o sector), al rbol o flecha Pitman y este a su vz al braza de direccin, (vatillaje Pitman). En este tipo de negranaje de direccin, el rozamiento su reduce a un mnimo con la itnerposicin de bolas entre las principales piezas mviles o entre los dientes del sin fin y las ranuras de la cara interior de una tuerca. La rotacin del sin fin hace que las bolas rueden entre los dientes o ranuras cortadas en la cara interior de la tuerca. As, cuando la columna de direccin es girada, pone en movimiento de circulacin las bolas, las cuales a su vez desplazan la tuerca de direccin a lo largo de la columna, ( sube o baja). Este movimiento ascendente o descendente es trasnmitido al sector dentado por los dientes de la tuerca de direccin . Eso obliga al sector a moverse

slidamente con la tuerca, haciendo que gire el eje del brazo de mando o biela de la direccin. Dichas bolas, (o balines), se llaman circulantes porque pueden circular contnuamente de un extremo al otro de la tuerca en dos guas de retorno: Cuando gira el volante, por ejemplo a la derecha, el sin fin gira en el mismo sentido, (visto desde el asiento del conductor), y obliga a la tuerca a subir; las bolas ruedan entre el sin fin y la tuerca y cuando llegan al extremo superior de la tuerca entran en la gua de retorno y vuelven al punto inferior, donde entran nuevamente en la ranura existente entre el sin fin y la tuerca. La tuerca de direccin es empujada por la columna de direccin, (sin fin), no mediante rozamiento de deslizamiento sino por rozamiento de rodadura: las bolas de acero, sirven para reducir la friccin entre el rodillo sin fin, giratorio, y la tuerca, desplazada; con lo cual es menor la fuerza motria necesaria. En esta caja de direccin es posible un desmultiplicacin variable, dado que algunas cajas tienen un tornillo de ajuste.

3.- VARILLAJE O ESLABONAMIENTO DE LA DIRECCIN.

El movimiento de empuje-tiro que comienza en la caja de engranes de la direccin es transmitido a las ruedas por medio del varillaje de la direccin. Dicho varillaje consiste en una serie de varillas y barras transversales que conectan las ruedas delanteras entre s y con la caja de la direccin, (engranaje). Muchos son los tipos de varillaje que se han utilizado para conectar las manguetas de direccin de las ruedas delanteras al brazo de mando de la direccin. El brazo de mando de la direccin bascula de un lado a otro -o hacia adelante y atrs, en algunos coches- cuando se gira el volante. Este movimiento debe ser transmitido a las manguetas por medio de algn sistema de varillaje. El tipo de varillaje ms comnmente usado es el sistema de paralelogramo, o trapecio, aplicado en diversas versiones.

Varillaje en Un Eje Delantero Rgido.

En el caso de eje rgido las ruedas, al flexionar, no pueden realizar recorridos elsticos opuestos. El trapecio de direccin, que en movimientos elsticos oscila tambin, permanece por ello sin recibir influencia alguna. Por esta razn se emplea en el eje rgido delantero: una bara de acoplameinto corrida que une entre s ambos brazos.

Se le denomina trapecio de direccin porque las dos palancas de direccin o brazos de acoplamiento y la barra de acoplamiento, juntamente con el eje delantero, constituyen un trapecio. Las palancas de direccin y las manguetas ests firmemente unidads entre s. Las manguetas descansan de modo que pueden girar, en pivotes de mangueta o articulaciones esfricas, (rtulas). Los brazos de acoplamiento se unen a la barra de acoplamiento mediante articulaciones. En marcha en lnea recta, la barra a de acoplamiento es paralela al eje delantero. Para tomar una curva, hay que girar las manguetas para que las ruedas se desven. Como el ngulo entre la mangueta y el brazo de acoplamiento no es de 90, cuando las ruedas delanteras han girado, la barra ya no est paralela al eje delantero. De esta manera, los recorridos de la estremos de los dos brazos de acoplamiento son desigulaes. La rueda del interior de la curva gira ms que la del exterior. Los choques de la calzada pueden trasladarse, empreo, a travs de la biela de direccin al mecanismo de la direccin. Con objeto de alejar estos choques del mecanismo de direccin y or lo tanto del volante, la mayora de los automviles van provistos de amortiguadores de direccin que estsn constituidos como los

amortiguadores corrientes para la suspensin, la nica diferencia es el tamao, (dimetro y longitud).

Varillaje en Suspensin Independiente.

En el caso de suspensin independiente las ruedas puieden flexionar elsticamente de modo independiente una de otra. Los recorridos elsticos pueden no solamente ser de distinta magnitud sino que pueden estar dirigidos en sentido opuestos. Por esta razn los dos brazos de acoplamiento no pueden estar unidos entre s por una barra rgida. En los movimientos elsticos no se podra evitar una sobresolicitacin del varillaje de la direccin, con la consecuencia del desajuste de la convergencia ya causa de llo un fuerte desgaste de los neumticos. La seguridad de la direccin quedara tambin fuertemente comprometida. Por estos movimientos en el caso de suspensin de ruedas independientes tienen que emplearse barras de acoplamiento partidas. VARILLAJE EN PARALELOGRAMO: La mayora de los automviles americanos tienen el vaillaje en paralelogramo con un brazo Pitman, (brazo del sector), que sale de la caja de direccin y transmite el moviemitno al extremo de un varilla transversal intermedia, cuyo extremo contrario est soportado por un brazo loco, (intermedio), paralelo al brazo Pitman, y sujeto al chass. Las barras de acoplamiento conectan a la varilla intermedia transversal con los brazos de direccin, que transmiten el movimiento a los mangos o manguetas de las ruedas. Las rtulas entre las barras de acoplamiento y los brazos de direccin, (generalmente integrados a las manguetas), permiten la transmisin del movimeinto, auqneu la suspensin suba y baje por las irregularidades del camisno. Tres lados del paralelogramo estn formados por la varilla intermedia, el brazo Pitman y el brazo loco; estos brazos se mantienen paralelos an cuando las ruedas se muevan verticalmente o hacia un lado u otro. VARILLAJE CON BIELA TRANSVERSAL: Los puntos de articulacin de las partes metlicas de las barras de acoplamiento, brazo de mando, brazo de gua y manguetas estn aislados por manguitos de caucho; los manguitos metlicos que unen las barras de acoplamiento a sus extremos, junto a las manguetas, estn roscados, al igual que los dos lados de cada barra de acoplamiento en el punto de conexin, lo que permite el ajuste de la convergencia mediante el giro de los manguitos. Algunas versiones ms del Varillaje en Paralelogramo son: Varillaje de Brazo Central con Brazo Acodado Intermedio. Varillaje de Brazo Central con Biela Transversal, (otro tipo). Varillaje de Paralelogramo con Eslabn Central Tubular.

Varillaje de Paralelogramo con Eslabn Central por Delante del Eje Geomtrico de las ruedas. Varillaje de paralelograma con eslabn Central Detrs del Eje Geomtrico de las Ruedas. Varillaje de barras de Acoplamiento Desiguales.

En todos ellos se prev algn medio de ajuste de la longitud de las barras de acoplamiento para que pueda establecerse la correcta alineacin de las ruedas delanteras. Esta alineacin da a las ruedas delanteras una ligera convergencia cuando el coche est parado, que desaparece cuando el vehculo empieza a moverse, al suprimirse toda holgura del sistema de direccin.

4.-UNIDAD AUXILIAR DE PODER O HIDRULICA.

La direccin de poder o hidrulica disminuye el esfuerzo de direccin que se requiere del conductor. Las unidades auxiliares de poder trabajan hidrulicamente por medio de una bomba que es accionada por el motor del auto. Los turismos. camiones, autobuses y dems vehculos automviles con cargas grandes sobre el eje delantero, necesitan la aplicacin de fuerzas muy elevadas para hacer girar las ruedas. Esto se nota especialmente al tomar curvas cerradas, al ir despacio, con los neumticos bajos de presin y con mayor superficie de apoyo de los neumticos. Con una reduccin de transmisin de direccin de 25:1, la fuerza aplicada al volante puede ser pequea, pero en cambio para llevar las ruedas de tope a tope se requieren muchas vueltas del volante. Para obviar este inconveniente, dichos vehculos automviles se dotan de unidades auxiliares, tambin denominadas direcciones asistidas o servodireccines. Estas direcciones estsn formadas , enla mayora de los casos, por los rganos tradicionales de direccin, (columna, caja de engranajes, varillaje), ms un dispositivo hidrulico de mando que mediante vlvulas controla la corriente de aceite que viene de una bomba de presin en funcin de las vueltas del husillo de direccin y lo manda a uno o dos mbolos de trabajo, segn el tipo constuctivo.

En realidad, hay dos sistemas generales: el Tipo Integral, en que el conjunto servo forma parte del engranaje de direccin, y el Tipo de Varillaje, en que el conjunto servo acta directamente sobre el varillaje. En general la unidad auxiliar o asistida hidrulica del Tipo Integral, consta de: Fuente de Energa. Vlvula de Regulacin. Cilindro de Direccin.

Fuente de Energa. La fuente de nerga consiste en una bomba, accionada generalmente por el motor, un depsito de aceite y las correspondientes tuberas y manguitos. La bomba, por lo general de aletas con desviacin interior, debe estar dimensionada de modo que ya con el motor al ralent mande un chorro de aceite con el cual se pueda conseguir con el volante una velocidad de ngulo de giro mnimo de 1.5 rad/seg. A mayor nmero de revoluciones, un vlvul limitadora integrada en la bomba impide la mayor presin del caudal de aceite. la vlvula limitadora de presin prescrita para el servicio de una instalacin hidrulica est por lo general igualmente integrada en la bomba. La bomba debe estar dispuesta de modo que la temperatura de trabajo del aceite hidrulico no pueda ascender a valores inadmisibles, (> 100C), no aparezcan ruidos, ni forme espuma el aceite.

Vlvula de Regulacin. La vlvula de regulacin enva por el movimiento de giro del volante la presin correspondiente de aceite al cilindro de la direccin. Un elemnto elstico medidor del movimiento de giro, (por ejemplo, barra de torsin, muelle espiralm hoja de ballesta), transforma el momento de giro exactamente y sin juego en el menor recorrido de mando posible. Por ste se desplaza el borde de distribucin, como bisel o faceta, y determina la secin de abertura para la corriente de aceite. Las vlvulas de regulacin se suelen construir segn el sistema de abiertas en el centro, es decirsin presin enviado por la bomba vuelve el aceite al depsito.

Cilindro de Direccin.

El cilindro de direccin, de doble efecto, transforma la presin de aceite regulada en fuerza auxiliar que acta en la cremallera o en la caja de engranajes, (como la de bolas circulantes), que refuerza la ejercida por el conductor. Por lo general, el cilindro forma parte de la caja de direccin. Adems, ha de tener poco rozamiento; de ah que las exigencias sean grandes para la estanquidad del mbolo y del vstago.

OTROS SISTEMAS DE DIRECCIN.

Adems de los sitemas mencionados, (pion-cremallera, sin fin rodillo, bolas circulantes), y los de presin hidrulica, otros sistemas utilizan medios mecnicos accionados por el motor o presin neumtica para coadyuvar a la direccin. Para incrementar la facilidad de maniobra, algunos sistemas incorporan una direccin que acta sobre las cuatro ruedas, (con o sin servodireccin). Se estn tambin desarrollando nuevos sistemas de direccin para turismos en los que se presciende del volante tradicional, (palancas tipo avin, etc.). Servodireccin Completamente Mecnica. Un sistema de servodireccin, ensayado hace algunos aos, utiliza potencia mecnica suministrada directamente por el motor, en vez de los sistemas hidrulicos. La potencia es suministrada por un eje arrastrado desde una polea del cigeal del motor mediante una correa trapezoidal. Dicho eje, a travs de un dispositivo de trinquete, acciona un pion incorporado al conjunto de la direccin. Sistema de Servodireccin Neumtica. En este sistema en vez de usar aceite se utiliza aire comprimido. El aire comprimido es suministrado por un compresor neumtico accionado por el motor del coche. Este aire comprimido desplaza entonces al pistn en el interior de un cilindro y el movimiento es transmitido por el vstago del pistn al varillaje, con lo que se coadyuva el esfuerzo de direccin ejercido por el conductor. El sistema est compensado para proporcinar al conductor una sensacin del esfuerzo de direccin aplicado a las ruedas.

Direccin Sobre las Cuatro Ruedas. En algunos vehculos, la accin de la direccin acta sobre las cuatro ruedas, a fin de facilitar la maniobrabilidad del vehculo. Los brazos de las manguetas de direccin de las ruedas traseras estn articulados mediante barrras de acoplamiento al mismo brazo de mando de la direccin a que estn acopladas las palancas de ataque de las ruedas delanteras. A menudo, los vehculos con direccin en las cuatro ruedas poseen tambin propulsin sobre todas ellas, estando conectadas al motor por sus respectivos rboles de transmisin, (doble traccin).