TEMA 8. ESTUDIO DE LA DIRECCIÓN - efamoratalaz.com · Según el sistema de mando: - Tornillo sin fin - Cremallera - Dirección hidráulica - Dirección neumática A continuación

EFA MORATALAZ 1ordm ELECTROMECAacuteNICA DE VEHIacuteCULOS CIRCUITOS DE FLUIDOS SUSPENSIOacuteN Y DIRECCIOacuteN

TEMA 8 ESTUDIO DE LA DIRECCIOacuteN

1 INTRODUCCIOacuteN2 MISIOacuteN3 CUALIDADES4 CONSTITUCIOacuteN Y FUNCIONAMIENTO5 GEOMETRIacuteA DE LA DIRECCIOacuteN6 GEOMETRIacuteA DEL TREN DELANTERO7 VERIFICACIOacuteN Y REPARACIOacuteN DE ELEMENTOS8 ALINEACIOacuteN DE LA DIRECCIOacuteN

1 INTRODUCCIOacuteN La conduccioacuten de un vehiacuteculo solamente es posible si el conductor puede orientar la marcha del mismo a traveacutes del movimiento preciso y armoacutenico de las ruedas directrices Son eacutestas las que determinan la trayectoria de todo el vehiacuteculo y hacen posible que eacuteste pueda moverse en la direccioacuten requerida pudiendo seguir la sinuosa liacutenea de la carretera o camino Para realizar este trabajo se precisa mover lateralmente y con la maacutexima precisioacuten las ruedas directrices generalmente las delanteras de manera que se orienten en el mismo sentido de la curva o del camino que el conductor crea necesario y este trabajo se encomienda a una serie de mecanismos que en su conjunto reciben el nombre de direccioacuten

2 MISIOacuteN El conjunto de mecanismos que componen la direccioacuten tiene la misioacuten de orientar las ruedas delanteras para que el vehiacuteculo tome la trayectoria deseada por el conductor Para que el conductor no tenga que realizar esfuerzo en la orientacioacuten de las ruedas el vehiacuteculo dispone de un mecanismo desmultiplicador en los casos simples o de servomecanismos de asistencia para los vehiacuteculos pesados

3 CUALIDADES Para que el sistema de la direccioacuten proporcione al conductor la seguridad y comodidad necesaria en la conduccioacuten el conjunto de los elementos que componen la direccioacuten han de garantizar las siguientes cualidades Seguridad suavidad precisioacuten e irreversibilidad

La seguridad depende de la fiabilidad del mecanismo de los materiales empleados y del entretenimiento efectuado La suavidad se consigue con un montaje preciso una desmultiplicacioacuten adecuada y un perfecto engrase La dureza en la conduccioacuten hace que eacutesta sea desagradable a veces difiacutecil y siempre fatigosa La dureza o suavidad variacutea por colocar unos neumaacuteticos inadecuados o mal inflados por un aacutengulo de avance o salida exagerados por carga excesiva sobre las ruedas directrices o por estar el chasis deformado La precisioacuten se consigue haciendo que la direccioacuten no sea muy dura ni muy suave Si la direccioacuten es muy dura la conduccioacuten se hace fatigosa e imprecisa si por el contrario es muy suave el conductor no siente la direccioacuten y el vehiacuteculo sigue una trayectoria erraacutetica La falta de precisioacuten puede ser debida a un excesivo juego en los oacuterganos de la direccioacuten por alabeo en las ruedas por un desgaste desigual en los neumaacuteticos por un desequilibrio en las ruedas o por presioacuten inadecuada al modificarse las cotas de reglaje La irreversibilidad consiste en que el volante debe mandar el giro a las ruedas pero por el contrario las oscilaciones que toman eacutestas debido a las irregularidades del terreno no deben ser transimitidas al volante Esto se consigue dando a los filetes del sin fin la inclinacioacuten adecuada que debe ser relativamente pequentildea

3 CONSTITUCIOacuteN Y FUNCIONAMIENTO En la siguiente figura se representan los elementos que componen un tipo de

direccioacuten convencional los cuales se describen brevemente para comprender su funcionamiento

El volante de la direccioacuten transmite el movimiento a la columna de la direccioacuten que es un eje que a su vez transmite el movimiento giratorio a la caja de la direccioacuten De eacutesta sale el brazo de direccioacuten que tiene forma de L y va unido por medio de una roacutetula a la barra de direccioacuten Eacutesta por su extremo se une a la palanca doble que es otra pieza en forma de L cuyo punto de giro es el eje de la mangueta de una de las ruedas directrices En el otro extremo de la palanca doble va unida la barra transversal que por su otro extremo se une a la palanca de la otra rueda directriz teniendo su eje de giro sobre la mangueta Al girar el volante en uno u otro sentido el sinfiacuten de la columna de la direccioacuten desplaza al elemento que lleva engranado el cual hace girar al brazo de direccioacuten Eacuteste

imprime un movimiento hacia delante o hacia atraacutes seguacuten el giro a la barra de direccioacuten la cual al mover la palanca doble por un lado hace girar su mangueta girando al mismo tiempo la rueda y por otro transmite el movimiento mediante la barra transversal a la palanca de la otra rueda hacieacutendola girar al mismo lado que la anterior

Los diferentes tipos de direccioacuten se clasifican seguacuten los siguientes criterios1 Seguacuten la construccioacuten del eje

- Direccioacuten central de las ruedas (remolques)- Direccioacuten por giro de manguetas

2 Seguacuten el nuacutemero de ruedas directrices - Direccioacuten de rueda uacutenica (tractores antiguos) - Direccioacuten de las ruedas delanteras (turismos y camiones) - Direccioacuten de las ruedas traseras (maacutequinas de obras puacuteblicas) - Direccioacuten de dos ejes (camiones de doble direccioacuten y vehiacuteculos

con giro a las 4 ruedas)

3 Seguacuten el sistema de mando- Tornillo sin fin- Cremallera- Direccioacuten hidraacuteulica- Direccioacuten neumaacutetica

A continuacioacuten vamos a ver uno por uno los diferentes oacuterganos constructivos de la direccioacuten

Volante Estaacute disentildeado de forma ergonoacutemica con dos o tres brazos Su misioacuten consiste en reducir el esfuerzo que el conductor aplica a las ruedas En los vehiacuteculos con mayor equipamiento incorpora el dispositivo de seguridad pasiva de proteccioacuten del conductor (airbag)

Volante Conjunto de la direccioacutenColumna de la direccioacuten Es un aacuterbol articulado que une el mecanismo de la direccioacuten con el volante Estaacute formada por dos o tres tramos para colapsarse y no producir dantildeos al conductor en caso de colisioacuten Estos tramos estaacuten unidos mediante juntas ldquocardanrdquo La columna de la direccioacuten permite la regulacioacuten del volante en altura y en algunos casos tambieacuten la profundidad para facilitar la conduccioacuten

Caja de direccioacuten Es la encargada de transformar el movimiento giratorio del volante en otro rectiliacuteneo transversal al vehiacuteculo Existen los siguientes tipos de cajas o de direccioacuten

- Cremallera- Cremallera de relacioacuten variable- Tornillo sinfiacuten y sector dentado- Tornillo sinfiacuten y tuerca- Tornillo sinfiacuten y tuerca con hilera de bolas

Cremallera

Cremallera de relacioacuten variable

Tornillo sinfiacuten y sector dentado

Tornillo sinfiacuten y tuerca

Tornillo sinfiacuten y tuerca con hilera de bolas

Tornillo sinfiacuten globoide Tornillo sinfiacuten ciliacutendrico La mayoriacutea de los turismos utilizan la direccioacuten de cremallera en los vehiacuteculos todo terreno y camiones la maacutes utilizada es la caja de tornillo sinfiacuten y tuerca con bolas Por este motivo seraacuten estos dos tipos los que estudiaremos maacutes detalladamente La direccioacuten por cremallera elimina la timoneriacutea de mando Estaacute constituida por una barra en la que hay tallado un dentado de cremallera que se desplaza lateralmente en el interior de un caacuterter y apoyada en sus extremos en unos casquillos de bronce Estaacute accionada por el pintildeoacuten montado en el extremo del aacuterbol de la direccioacuten La cremallera se une directamente a los brazos de acoplamiento de las ruedas a traveacutes de dos bielas de direccioacuten en cuyo extremo llevan las roacutetulas que a su vez es donde se regula la convergencia o divergencia de la direccioacuten Este tipo de direccioacuten disminuye notablemente los esfuerzos en el volante es suave en los giros y tiene rapidez de recuperacioacuten resultando una direccioacuten estable y segura

El mecanismo de tornillo sinfiacuten y tuerca con hilera de bolas consiste en intercalar una hilera de bolas entre el tornillo sinfiacuten y la tuerca eacutesta a su vez dispone de una cremallera exterior que transmite el movimiento a un sector dentado el cual transmite el movimiento a la palanca de ataque

Tiranteriacutea de direccioacuten Estaacute constituida por un conjunto de elementos que transmiten el movimiento desde la caja de la direccioacuten a las ruedas En las direcciones por cremallera se simplifican muchos elementos mientras que en la direccioacuten por tornillo sin fin tenemos

- Palanca de ataque Va unida a la caja de direccioacuten mediante un estriado fino recibe movimiento de rotacioacuten y lo transmite en movimiento angular a la barra de mando

- Barra de mando De longitud variable tiene un movimiento longitudinal de vaiveacuten 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 aacutengulo de inclinacioacuten para que la prolongacioacuten de sus ejes coincida sobre el centro del eje trasero (para que las ruedas giren distintos aacutengulos al tomar una curva) y tienen por misioacuten el desplazamiento de las ruedas directrices

- Barras de acoplamiento Realizan la unioacuten de las dos ruedas por medio de los brazos para que el movimiento en las dos ruedas sea simultaacuteneo y conjugado al producirse el desplazamiento lateral en una de ellas

- Roacutetulas Estaacuten constituidas por un muntildeoacuten coacutenico en cuyos extremos hay una unioacuten roscada para facilitar su desmontaje y por otra una bola o esfera alojada en una caja esfeacuterica que realiza la unioacuten elaacutestica

Tiranteriacutea de mando de una direccioacuten de cremallera

Tiranteriacutea de mando de una direccioacuten de tornillo sinfiacuten

Direcciones asistidas Para hacer maacutes suave la conduccioacuten y evitar esfuerzos en el volante se emplean mecanismos servo-asistidos que tienen la finalidad de reemplazar el esfuerzo que tendriacutea que efectuar el conductor para mover la direccioacuten y orientar las ruedas del vehiacuteculo Con estos mecanismos se consiguen grandes esfuerzos de orientacioacuten en las ruedas (hasta 1000 kgf) con soacutelo aplicar un esfuerzo en el volante de 2 a 4 kgf Es preciso recordar que F1 x R1 = F2 x R2 O lo que es lo mismo

F1 R2 siendo F1 = Fuerza en el volante = R1 = Radio del volante F2 R1 F2 = Esfuerzo en las ruedas R2 = Radio del pintildeoacuten

F2 Rueda directriz R1

Volante

Relacioacuten de transmisioacuten en la direccioacuten

A Rd = siendo Rd = Relacioacuten de desmultiplicacioacuten B A = Aacutengulo girado en el volante B = aacutengulo girado en las ruedas

El sistema consiste en acoplar a un mecanismo de direccioacuten simple un circuito de asistencia llamado servo-mando Este circuito puede ser hidraacuteulico o neumaacutetico Las ventajas que presenta una servo direccioacuten son1ordf Reducen el esfuerzo en el volante con menor fatiga para el conductor ventaja muy conveniente en los largos recorridos o para maniobras en la ciudad2ordf Permiten acoplar una direccioacuten maacutes directa es decir con una menor reduccioacuten con lo que se obtiene una mayor rapidez de giro en las ruedas Esto resulta especialmente adecuado en camiones y autocares3ordf Si revienta un neumaacutetico estos mecanismos corrigen instantaacuteneamente la direccioacuten actuando automaacuteticamente sobre las ruedas en sentido contrario al que el neumaacutetico reventado hariacutea girar al vehiacuteculo4ordf No dan complicaciones en el montaje y no afectan a la geometriacutea de la direccioacuten5ordf Permiten realizar las maniobras maacutes delicadas y sensibles desde la posicioacuten de paro a la de maacutexima velocidad6ordf En caso de averiacutea en el circuito de asistencia el conductor puede continuar su marcha aunque loacutegicamente tendraacute que realizar un mayor esfuerzo

Los inconvenientes de estos mecanismos con respecto a las direcciones simples son praacutecticamente nulos soacutelo mencionar1ordf El coste de las reparaciones es maacutes elevado ya que requieren mano de obra especializada2ordf El coste maacutes elevado de este mecanismo con respecto a una direccioacuten simple

ASISTENCIA HIDRAUacuteLICA La asistencia es proporcionada por un circuito en el cual el liacutequido estaacute siempre circulando independientemente del aacutengulo de las ruedas y la importancia de la asistencia El circuito hidraacuteulico estaacute formado por un depoacutesito una bomba una vaacutelvula distribuidora un cilindro y una vaacutelvula de regulacioacuten encargada de mantener la presioacuten constante en el circuito

Mecanismo integral de la servo direccioacuten

Direccioacuten de cremallera asistida hidraacuteulicamente sobre el mecanismo

Como se muestra en la figura anterior la bomba absorbe liacutequido desde el depoacutesito y a traveacutes del regulador de caudal incorporado en la bomba lo enviacutea a la vaacutelvula distribuidora o rotativa que es accionada por el volante a traveacutes del aacuterbol de la direccioacuten en cuyo extremo se encuentra el pintildeoacuten que transmite el movimiento a la cremallera

Cuando la direccioacuten estaacute en posicioacuten de liacutenea recta la vaacutelvula distribuidora permite el paso de liacutequido por (C) y por (D) de forma que la presioacuten es igual en ambas caacutemaras (a) y (b) por tanto en esta situacioacuten no existe asistencia

Al accionar el volante en cualquier sentido por ejemplo un giro a la derecha la vaacutelvula distribuidora proporciona alimentacioacuten por (C) a la caacutemara (a) y a su vez conecta la otra caacutemara (b) con el depoacutesito a traveacutes de la canalizacioacuten (B) De esta forma la presioacuten en la caacutemara (a) es mayor que la existente en la caacutemara (b) y por tanto la cremallera es asistida en su movimiento hacia la derecha

Cabe mencionar que la presioacuten suministrada por la bomba variacutea entre 35 bares (liacutenea recta) y 85 bares (giro maacuteximo)

ASISTENCIA NEUMAacuteTICA Esta servo-direccioacuten estaacute constituida esencialmente por un mecanismo desmultiplicador convencional generalmente del tipo sin fin y un servo-mando que funciona mediante aire a presioacuten procedente de la central neumaacutetica de que van dotados los vehiacuteculos con frenos de aire comprimido

El circuito de mando estaacute formado por una vaacutelvula de control o distribuidora que va montada sobre la palanca de direccioacuten y un cilindro de empuje de doble efecto que actuacutea sobre los brazos de acoplamiento de las ruedas hacieacutendolas girar hacia la derecha o hacia la izquierda seguacuten el giro efectuado en el volante

Ademaacutes el sistema lleva intercalado un grifo para el paso automaacutetico del aire una vaacutelvula doble de descarga raacutepida y las tuberiacuteas de unioacuten entre los elementos1 Mecanismo desmultiplicador convencional2 Central neumaacutetica o calderiacuten3 Vaacutelvula de control o distribuidora4 Palanca de direccioacuten5 Cilindro de doble efecto6 Brazo de acoplamiento7 Volante8 Grifo9 Vaacutelvula de descarga raacutepida

Cilindro de mando de una direccioacuten neumaacutetica

5 GEOMETRIacuteA DE LA DIRECCIOacuteN Se entiende por alineacioacuten de la direccioacuten de un vehiacuteculo a la condicioacuten geomeacutetrica que tienen que cumplir todos los oacuterganos que afectan a la direccioacuten (elementos de mando ruedas y suspensioacuten) para determinar la posicioacuten de las ruedas en movimiento sobre el terreno ya sea en liacutenea recta o en curva Estas condiciones determinadas por la geometriacutea de giro y la geometriacutea de las ruedas hacen que el vehiacuteculo tome la trayectoria deseada por el conductor con toda precisioacuten y haciendo la conduccioacuten suave y segura

Centros de

giro no coincidentes

Trazado recto Trazado en curva a izquierdas

GEOMETRIacuteA DE GIRO Cuando un vehiacuteculo toma una curva la trayectoria a seguir por las ruedas directrices no es la misma en ambas ya que cada una de ellas tiene distinto radio de curvatura Por tanto si la orientacioacuten dada a ambas ruedas fuera la misma cada una de ellas girariacutea perpendicular al eje de giro con distinto centro de rotacioacuten y tomariacutean la misma trayectoria Como el eje de unioacuten de las ruedas no puede seguir las dos trayectorias a la vez una de las ruedas seriacutea arrastrada por la otra produciendo un deslizamiento lateral en la misma Para que esto no ocurra las dos ruedas deben girar conceacutentricas o sea con el mismo centro de rotacioacuten Por tanto la orientacioacuten a dar a cada una de las ruedas debe ser distinta de forma que las prolongaciones de sus ejes se corten en un centro de giro comuacuten Esto mismo ocurre con las ruedas traseras con respecto a las delanteras pues como todo el vehiacuteculo tiene que tomar la misma curva todo eacutel tiene que tener el mismo centro de rotacioacuten Esto se consigue dando a las bieletas de mando una inclinacioacuten tal que cuando el vehiacuteculo circule en liacutenea recta los ejes de prolongacioacuten de las bieletas o brazos de mando coincidan con el centro del eje trasero y al tomar una curva los ejes de las ruedas coincidan sobre un mismo centro (O) Con esto los ciacuterculos descritos por las 4 ruedas en movimiento seraacuten conceacutentricos en cualquier posicioacuten de giro (figura 1)

RADIO DE GIRO MAacuteXIMO La distancia entre pivotes (a) que recibe el nombre de viacutea y la longitud e inclinacioacuten de los brazos de acoplamiento en funcioacuten de la batalla (b) del vehiacuteculo que corresponde a la distancia entre ejes determinan una de las

caracteriacutesticas de la direccioacuten que es su radio de giro maacuteximo Este radio viene determinado de forma que las ruedas puedan girar describiendo un ciacuterculo de diaacutemetro aproximadamente cuatro veces mayor que la batalla del vehiacuteculo

Figura 1 Geometriacutea de giro

Los aacutengulos de viraje (α y β) para un determinado radio de giro (R) seguacuten los triaacutengulos rectaacutengulos OAB y OCD se obtienen por la funcioacuten trigonomeacutetrica de los aacutengulos que forman en funcioacuten de la batalla (b) del vehiacuteculo y del ancho de viacutea (a) Asiacute tenemos que

b btg α = tg β = y δ = α - β R ndash a2 R + a2

Como el aacutengulo de giro miacutenimo en los vehiacuteculos suele ser aproximadamente el doble de la batalla o distancia entre ejes (R = 2b) tenemos que el aacutengulo de viraje maacuteximo en las ruedas es

2 b 2 b tg α = tg β = 4 b ndash a 4 b + a

Ejercicio Calcular los aacutengulos de viraje en las ruedas directrices de un vehiacuteculo que tiene un ancho de viacutea de 1400 mm y una batalla de 3000 mm cuando toma una curva

de 10 metros de radio Hallar tambieacuten el aacutengulo de viraje maacuteximo en cada rueda y el aacutengulo de desviacioacuten angular entre ellas

6 GEOMETRIacuteA DEL TREN DELANTERO Para que el funcionamiento del sistema de la direccioacuten sea el adecuado es necesario que las ruedas directrices cumplan unas determinadas condiciones geomeacutetricas llamadas cotas de direccioacuten mediante las cuales se logra que las ruedas obedezcan faacutecilmente al volante y no se altere su orientacioacuten por las irregularidades del terreno resultando asiacute la direccioacuten segura y de faacutecil manejo Las cotas que determinan la geometriacutea del sistema son las siguientes

- Aacutengulo de salida- Aacutengulo de caiacuteda- Aacutengulo de avance- Cotas conjugadas- Convergencia de las ruedas

AacuteNGULO DE SALIDA Es el aacutengulo (α) que forman la prolongacioacuten del eje del pivote con la prolongacioacuten del eje vertical de la rueda Suele estar comprendido entre 5 y 10ordm En la figura puede verse que ambas liacuteneas coinciden en el punto Arsquo

Aacutengulo de salida

Con esta disposicioacuten del pivote se consigue reducir el esfuerzo necesario para orientar la rueda (el esfuerzo necesario

seriacutea CR = Fr d) Por tanto cuanto menor sea (d) menor seraacute el esfuerzo necesario para orientar la rueda Eacuteste seraacute nulo cuando el eje del pivote pase por el punto (A) centro de la superficie de contacto del neumaacutetico con el terreno En la praacutectica conviene que los ejes se corten un poco por debajo del punto (A) es decir el par resistente es CrsquoR = Fr drsquo Este pequentildeo esfuerzo en la orientacioacuten de la rueda proporciona una mayor estabilidad en la direccioacuten ya que cuando la rueda por las irregularidades del terreno tienda a desorientarse se le opone el par resistente (CrsquoR ) originado en la misma Es de vital importancia la presioacuten correcta de los neumaacuteticos pues con menor presioacuten el punto (Arsquo) se desplaza maacutes hacia abajo aumentando la distancia (drsquo) y por tanto el par resistente En este caso aumenta la estabilidad en la direccioacuten pero es necesario realizar un mayor esfuerzo para orientar las ruedas El aacutengulo de salida facilita la vuelta de la direccioacuten a la posicioacuten de liacutenea recta despueacutes de un viraje pues al orientar la rueda para tomar la curva como gira sobre el pivote y eacuteste estaacute inclinado la rueda tiende a hundirse en el suelo y como no puede hacerlo es la carroceriacutea la que se levanta oponieacutendose a esto su propio peso por lo cual en cuanto se suelte el volante de la direccioacuten el peso de la carroceriacutea haraacute volver la rueda a su posicioacuten de marcha en liacutenea recta Los siacutentomas de un aacutengulo de salida en mal estado son

- Desgaste anormal y raacutepido en la banda de rodadura del neumaacutetico- La banda de rodadura estaraacute desgastada de forma creciente de un lado a otro- Un exceso de salida provoca dureza en la direccioacuten y retorno a la liacutenea recta de forma brusca- Una salida escasa provoca excesiva suavidad en la direccioacuten poca reversibilidad de la direccioacuten y reaccioacuten en la direccioacuten ante esfuerzos laterales

ANGULO DE CAIacuteDA Es el aacutengulo (β) que forma la prolongacioacuten del eje de simetriacutea de la rueda con el eje vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda Este aacutengulo se consigue dando al eje de la mangueta una cierta inclinacioacuten con respecto a la horizontal Tiene por objeto desplazar el peso del vehiacuteculo que gravita sobre este eje hacia el interior de la mangueta disminuyendo asiacute el empuje lateral de los cojinetes sobre los que se apoya la rueda

Aacutengulo de caiacuteda La mangueta estaacute sometida a esfuerzos de flexioacuten equivalentes al peso que sobre ella gravita (P) por su brazo de palanca (L) obteniendo un momento resultante Mf = P middot L Al inclinar la rueda se desplaza el punto de reaccioacuten (A) hacia el pivote con lo cual el brazo de palanca es ahora menor (L lt Lrsquo) y por tanto tambieacuten lo es el esfuerzo a que estaacuten sometidos los rodamientos de la mangueta El valor del aacutengulo de salida suele estar comprendido entre 0 y 2ordm Ademaacutes de aliviar la carga que soportan los cojinetes dificulta una posible salida de la rueda de su fijacioacuten a la mangueta

AacuteNGULO DE AVANCE Es el aacutengulo (γ) que forma la prolongacioacuten del eje del pivote con el eje vertical que pasa por el centro de la rueda y en el sentido de avance de la misma

Cuando el empuje del vehiacuteculo se realiza desde las ruedas traseras el eje delantero es arrastrado desde atraacutes lo que supone una inestabilidad en la direccioacuten Esto se corrige dando al pivote un cierto aacutengulo de avance (γ) de forma que su eje corte a la liacutenea de desplazamiento un poco por delante del punto de apoyo de la rueda (A) Con ello aparece una accioacuten de remolque que da fijeza a la direccioacuten Este aacutengulo estaacute comprendido entre 5 y 10ordm Cuando el vehiacuteculo es de traccioacuten delantera este fenoacutemeno de arrastre de las ruedas delanteras praacutecticamente desaparece por eso el aacutengulo de avance es mucho menor (entre 0 y 3ordm) El aacutengulo de avance permite conseguir las siguientes funciones

- La direccioacuten es estable y precisa por conseguirse un ldquoautocentradordquo del vehiacuteculo- Favorecer la reversibilidad para que las ruedas vuelvan a la liacutenea recta despueacutes de

tomar una curva- Evitar las vibraciones en las ruedas y la consiguiente repercusioacuten en la direccioacuten- Un aacutengulo incorrecto o repartido de forma desigual en las dos ruedas provoca la

desviacioacuten del vehiacuteculo en su trayectoria hacia el lado donde el avance sea menor

COTAS CONJUGADAS Las cotas de salida y caiacuteda hacen que el avance corte a la liacutenea de desplazamiento por delante y hacia la derecha del punto (A) De ello resulta que para vehiacuteculos de propulsioacuten trasera el empuje que se transmite al eje delantero pasa de eacuteste a la rueda por el pivote teniendo su punto de tiro en la rueda sobre el punto (B) Como la resistencia de rodadura actuacutea sobre el punto de apoyo (A) resulta un par de fuerzas que tiende a abrir la rueda por delante debiendo dar una convergencia a la rueda para corregir esta tendencia La convergencia seraacute tanto mayor cuanto maacutes adelantado y hacia la derecha se encuentre el punto (B) Esta posicioacuten viene determinada por los aacutengulos de caiacuteda salida y avance lo que quiere decir que la convergencia depende directamente de estas 3 cotas

En vehiacuteculos con traccioacuten delantera la fuerza de empuje estaacute aplicada al mismo punto de apoyo de la rueda siendo las ruedas traseras remolcadas sin ejercer efecto alguno sobre la direccioacuten No obstante se les da un pequentildeo avance para mantener estable la direccioacuten resultando junto a las cotas de salida y caiacuteda una convergencia que puede ser positiva o negativa

Al conjunto formado por los aacutengulos de salida caiacuteda y avance se denomina cotas conjugadas y tiene una gran importancia ya que permite

- Reducir los efectos de reaccioacuten del suelo sobre las ruedas- Disminuir el desgaste de las roacutetulas y rodamientos de la mangueta- Aplicar los pesos sobre el rodamiento interior del buje

CONVERGENCIA DE LAS RUEDAS La convergencia determina el paralelismo que existe entre los ejes longitudinales de las ruedas visto el vehiacuteculo desde arriba y en sentido de marcha normal Cuando las prolongaciones longitudinales de los ejes de simetriacutea de las ruedas tienden a encontrarse delante del vehiacuteculo (en el sentido de la marcha) se dice que la

convergencia es positiva o simplemente convergencia Por el contrario si tienden a encontrarse por detraacutes la convergencia es negativa tambieacuten llamada divergencia

Influencia del paralelismo sobre las ruedas

La convergencia de las ruedas la establece el fabricante del vehiacuteculo en un valor tal que viajando en las condiciones medias de uso quede en un valor proacuteximo a cero bajo los efectos dinaacutemicos que se produzcan Los efectos de la carga al deformar los paralelogramos de la suspensioacuten el efecto de empuje del motor aplicado a las ruedas y la resistencia al avance de las mismas pueden modificar notablemente la convergencia

La convergencia se mide por la diferencia de cotas entre la parte delantera y trasera de las ruedas tomadas en puntos diametralmente opuestos de las llantas suele estar comprendida entre 1 y 10 mm seguacuten las caracteriacutesticas del vehiacuteculo

El aacutengulo de convergencia (δ) o desviacioacuten angular de las ruedas respecto a la direccioacuten de marcha se expresa en funcioacuten de las distancias (A) y (B) y del diaacutemetro de llanta (Drsquo) B ndash A sen δ = 2 middot drsquo

En un vehiacuteculo de propulsioacuten trasera el empuje (St) de las ruedas traseras se transmite a las delanteras a traveacutes del pivote por lo que el empuje de cada rueda (Sp) junto con la resistencia a la rodadura (Rs) opuesta por ellas al avance produce un par que tiende a abrir la rueda de su parte delantera La direccioacuten deberaacute tener convergencia

En los vehiacuteculos de traccioacuten delantera el esfuerzo de traccioacuten no se ejerce en el eje sino en la rueda y directamente en el centro de la superficie de contacto-rotacioacuten transmitido a la rueda produce un empuje (Sp) que en oposicioacuten al resistente (Rm) aplicado en el eje del pivote tiende a cerrar la rueda de su parte delantera La direccioacuten deberaacute tener divergencia

Pero ademaacutes la convergencia depende tambieacuten de los valores de inclinacioacuten de la rueda y del aacutengulo de avance

7 VERIFICACIOacuteN Y REPARACIOacuteN DE ELEMENTOS

Las averiacuteas en la direccioacuten son consecuencia de las holguras por desgaste en sus elementos de mando del mal reglaje en la alineacioacuten de las ruedas o de un mal entretenimiento Puede estar tambieacuten afectada indirectamente por la intervencioacuten o mal estado de otros elementos del vehiacuteculo como pueden ser las ruedas frenos o suspensioacuten

Para diagnosticar la averiacutea que acusa el sistema de direccioacuten antes de proceder a su revisioacuten y reparacioacuten conviene someter al vehiacuteculo a una prueba por carretera observando la causa o causas que afectan al normal funcionamiento de la misma

Los defectos maacutes frecuentes que acusa el conductor en la direccioacuten del vehiacuteculo son

1 Holguras en el volante Es una de las averiacuteas maacutes frecuentes son debidas al desgaste loacutegico de sus componentes mecaacutenicos por el uso Estas holguras comienzan a ser preocupantes cuando exceden 10ordm (en condiciones normales) Se pueden localizar en los siguientes puntos

- Roacutetulas de las barras de direccioacuten flojas o desgastadas- Holgura en la palanca de mando- Mal apriete en la fijacioacuten de la caja de direccioacuten o la cremallera al chasis- Conjunto desmultiplicador desgastado en cuyo caso se sustituiraacute

Se revisaraacuten estos puntos se realizaraacute un apriete al par recomendado por el fabricante en todos los elementos de unioacuten y se haraacute el reglaje del mecanismo de direccioacuten seguacuten las instrucciones del fabricante2 Direccioacuten muy dura Este defecto se acusa porque el conductor debe realizar un esfuerzo excesivo en el volante para mover las ruedas Tambieacuten se nota en la falta de reversibilidad de las ruedas para volver a su posicioacuten de liacutenea recta Esta dureza en la direccioacuten se produce generalmente por las siguientes causas

- Baja presioacuten de inflado en los neumaacuteticos- Desalineacioacuten en las ruedas- Dureza en las articulaciones de mando por un excesivo apriete- Excesivo ataque en el mecanismo de la direccioacuten- Falta de engrase en la caja de direccioacuten- Deformaciones en los brazos de suspensioacuten debidas a golpes en cuyo caso es

necesario cambiar las piezas defectuosas- Ballestas o amortiguadores cedidos lo que altera las cotas de direccioacuten y por

tanto se hace necesaria la sustitucioacuten Si lleva barras de torsioacuten se efectuaraacute el reglaje de alturas

3 El vehiacuteculo tiende a girar a un lado Este defecto se debe generalmente al mal estado de alguno de los componentes del vehiacuteculo ajenos al sistema direccional o mal reglaje de la alineacioacuten Las causas maacutes frecuentes que hacen que el vehiacuteculo tienda a desplazarse lateralmente son las siguientes

- Presioacuten de inflado desigual en ambas ruedas- Cubiertas desiguales o maacutes desgastada una que otra- Uno de los frenos agarrotado o mal reglado- Amortiguador de un lado en mal estado- Brazo de mando mal colocado- Mal reglaje en la alineacioacuten de las ruedas- Deformacioacuten en una mangueta o en el sistema de la suspensioacuten

4 Vibraciones en las ruedas delanteras Este fenoacutemeno es detectado cuando se circula a grandes velocidades por terreno liso producieacutendose trepidaciones en el volante Este fenoacutemeno tambieacuten se llama ldquoshimmyrdquo Las causas maacutes frecuentes son

- Presioacuten de inflado incorrecta en los neumaacuteticos- Excesiva holgura en los elementos de mando- Ruedas desequilibradas- Cubiertas con desgaste desigual en su banda de rodadura- Aacutengulos de caiacuteda o avance con un valor excesivo- Huelgo en los cojinetes del cubo de rueda- Mala regulacioacuten de las cotas de la direccioacuten

5 Ruidos extrantildeos Este defecto es acusado en un momento determinado Se debe generalmente a holguras o rotura en alguno de los elementos mecaacutenicos o mal montaje Estos ruidos pueden ser producidos por las siguientes causas

- Rodamiento de la rueda en mal estado- Falta de engrase en la caja de la direccioacuten (quitar tapoacuten de llenado y comprobar

nivel)- Cojinetes roacutetulas brazos de la suspensioacuten eje del pivote parcialmente

agarrotados Se desmontaraacuten y limpiaraacuten antes de proceder a engrasar Si estaacuten en mal estado se sustituiraacuten

- Hojas de ballesta muelles helicoidales rotos o silentblock desgastados en cuyo caso se sustituiraacuten

6 Desgaste anormal en los neumaacuteticos Se produce generalmente por un mal reglajeen la alineacioacuten sirviendo como iacutendice para una revisioacuten de las cotas direccionales Una excesiva convergencia produce un desgaste lateral en la zona exterior de los neumaacuteticos mientras que una excesiva divergencia produce el desgaste en la zona interna lateral de los mismos Cuando el desgaste se produce por igual en uno o en los dos neumaacuteticos en ambos lados de la banda de rodadura se debe generalmente a falta de inflado en las ruedas

7 Chillido de los neumaacuteticos en las curvas Puede ser debido a- Defecto de alguna cota de la direccioacuten lo que deberaacute comprobarse mediante la

operacioacuten de alineado- Deformaciones en los brazos de suspensioacuten que provoca anomaliacuteas en las cotas

de direccioacuten Los brazos defectuosos deben ser sustituidos

8 Averiacuteas en la servodireccioacuten hidraacuteulicaSi el servo direccioacuten no funciona

- Falta de aceite- Fallos de presioacuten en la bomba- Obstruccioacuten o rotura en las tuberiacuteas- Comunicacioacuten entre ambos lados del eacutembolo del cilindro de mando- Averiacutea en la vaacutelvula distribuidora- Obstruccioacuten en el depoacutesito de aceite- Correas de mando de la bomba deterioradas o rotas

Dureza en la direccioacuten- Falta de aceite- Aire en el circuito- Obstruccioacuten en las tuberiacuteas- Averiacutea en la vaacutelvula distribuidora- Baja presioacuten en los neumaacuteticos

El vehiacuteculo tiende a girar a un lado- Ajuste incorrecto de la vaacutelvula de distribucioacuten- Defectos de alineacioacuten de la direccioacuten o neumaacuteticos mal inflados

Vibraciones o ruidos extrantildeos en la servo direccioacuten- Aire en el circuito- Aceite inadecuado o sucio- Aireacioacuten del depoacutesito obstruido- Bomba de aceite sucia- Elementos mecaacutenicos con holgura

9 Averiacuteas en la servodireccioacuten neumaacutetica La servodireccioacuten no funciona

- Presioacuten de aire insuficiente (menos de 4 kgfcm2)- Grifo de paso cerrado u obstruido- Tuberiacuteas de aire rotas u obstruidas- Defecto de reglaje en la vaacutelvula de control

Funcionamiento parcial o en un solo sentido- Obstruccioacuten en alguno de los tubos- Reglaje defectuoso de la vaacutelvula de control- Anillos de retencioacuten en el cilindro de mando averiados- Vaacutelvula de descarga raacutepida obstruida- Presencia de alguacuten cuerpo extrantildeo que impide el cierre de las vaacutelvulas

La direccioacuten no retorna- Reglaje defectuoso de la vaacutelvula de retencioacuten- Vaacutelvula de descarga obstruida

8 ALINEACIOacuteN DE LA DIRECCIOacuteN Cuando se detecte un anormal comportamiento de la direccioacuten del vehiacuteculo (vibraciones inestabilidad etc) o cuando se produzca un desgaste irregular de los neumaacuteticos deberaacute procederse a la operacioacuten de alineado de trenes para lo cual existen maacutequinas apropiadas cuyo manejo no difiere mucho unas de otras y con las cuales puede determinarse si las cotas de la direccioacuten son las adecuadas La variacioacuten de las mismas se realiza quitando o poniendo arandelas en diversos puntos o mediante tirantes regulables

Antes de comenzar a medir los distintos aacutengulos de los trenes de un vehiacuteculo es preciso realizar una verificacioacuten de los sistemas de direccioacuten y suspensioacuten atendiendo a los siguientes puntos

1) Presioacuten de inflado estado y dimensiones de los neumaacuteticos2) Alabeo y alineacioacuten de las llantas3) Estado y apriete de articulaciones de los brazos de suspensioacuten4) Estado y apriete de las juntas elaacutesticas de la direccioacuten5) Estado de las ballestas los amortiguadores y los muelles de suspensioacuten6) Posibles holguras de los rodamientos de buje de rueda7) Simetriacutea de alturas bajo casco

CUALQUIER ANOMALIacuteA ENCONTRADA DEBERAacute SER SUBSANADA ANTES

DE EFECTUAR CUALQUIER MEDICIOacuteN O CORRECCIOacuteN

Ejercicios sobre direcciones 1 Si giro una vuelta completa el volante y el vehiacuteculo tiene una relacioacuten de desmultiplicacioacuten en la direccioacuten de 20 1 iquestqueacute aacutengulo han girado las ruedas

2 Si he de tomar una curva con un automoacutevil que tiene un volante de 02 metros de radio el radio del tornillo sinfiacuten es de 5 cm y la fuerza necesaria en las ruedas es de 10 kgf iquestqueacute fuerza necesito aplicar en la periferia del volante

3 Un vehiacuteculo que tiene de batalla 2750 mm y de ancho de viacutea 1800 mm Se dispone a tomar una curva a la izquierda de 40 metros de radio iquestQueacute aacutengulo giraraacute la rueda delantera derecha

4 Si el vehiacuteculo anterior gira a tope la direccioacuten y comienza a hacer ciacuterculos (sin producir deslizamientos) iquestcuaacutentos grados giraraacute cada rueda (Nota tomar R= 2 x b)

La conduccioacuten de un vehiacuteculo solamente es posible si el conductor puede orientar la marcha del mismo a traveacutes del movimiento preciso y armoacutenico de las ruedas directrices Son eacutestas las que determinan la trayectoria de todo el vehiacuteculo y hacen posible que eacuteste pueda moverse en la direccioacuten requerida pudiendo seguir la sinuosa liacutenea de la carretera o camino Para realizar este trabajo se precisa mover lateralmente y con la maacutexima precisioacuten las ruedas directrices generalmente las delanteras de manera que se orienten en el mismo sentido de la curva o del camino que el conductor crea necesario y este trabajo se encomienda a una serie de mecanismos que en su conjunto reciben el nombre de direccioacuten

En la siguiente figura se representan los elementos que componen un tipo de direccioacuten convencional los cuales se describen brevemente para comprender su funcionamiento

Volante








Centros de giro no coincidentes



La seguridad depende de la fiabilidad del mecanismo de los materiales empleados y del entretenimiento efectuado La suavidad se consigue con un montaje preciso una desmultiplicacioacuten adecuada y un perfecto engrase La dureza en la conduccioacuten hace que eacutesta sea desagradable a veces difiacutecil y siempre fatigosa La dureza o suavidad variacutea por colocar unos neumaacuteticos inadecuados o mal inflados por un aacutengulo de avance o salida exagerados por carga excesiva sobre las ruedas directrices o por estar el chasis deformado La precisioacuten se consigue haciendo que la direccioacuten no sea muy dura ni muy suave Si la direccioacuten es muy dura la conduccioacuten se hace fatigosa e imprecisa si por el contrario es muy suave el conductor no siente la direccioacuten y el vehiacuteculo sigue una trayectoria erraacutetica La falta de precisioacuten puede ser debida a un excesivo juego en los oacuterganos de la direccioacuten por alabeo en las ruedas por un desgaste desigual en los neumaacuteticos por un desequilibrio en las ruedas o por presioacuten inadecuada al modificarse las cotas de reglaje La irreversibilidad consiste en que el volante debe mandar el giro a las ruedas pero por el contrario las oscilaciones que toman eacutestas debido a las irregularidades del terreno no deben ser transimitidas al volante Esto se consigue dando a los filetes del sin fin la inclinacioacuten adecuada que debe ser relativamente pequentildea

3 CONSTITUCIOacuteN Y FUNCIONAMIENTO En la siguiente figura se representan los elementos que componen un tipo de

direccioacuten convencional los cuales se describen brevemente para comprender su funcionamiento

El volante de la direccioacuten transmite el movimiento a la columna de la direccioacuten que es un eje que a su vez transmite el movimiento giratorio a la caja de la direccioacuten De eacutesta sale el brazo de direccioacuten que tiene forma de L y va unido por medio de una roacutetula a la barra de direccioacuten Eacutesta por su extremo se une a la palanca doble que es otra pieza en forma de L cuyo punto de giro es el eje de la mangueta de una de las ruedas directrices En el otro extremo de la palanca doble va unida la barra transversal que por su otro extremo se une a la palanca de la otra rueda directriz teniendo su eje de giro sobre la mangueta Al girar el volante en uno u otro sentido el sinfiacuten de la columna de la direccioacuten desplaza al elemento que lleva engranado el cual hace girar al brazo de direccioacuten Eacuteste

Cremallera

Volante

Centros de


Volante











Cremallera

Volante

Centros de


Volante











Cremallera

Volante

Centros de


Volante











Centros de


Volante











Centros de


Volante











Centros de


Volante











Centros de


Volante











Centros de


Volante











Centros de


Volante











Centros de


Volante











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TEMA 8. ESTUDIO DE LA DIRECCIÓN - efamoratalaz.com · Según el sistema de mando: - Tornillo sin fin - Cremallera - Dirección hidráulica - Dirección neumática A continuación