Instituto Universitario de Tecnología Industrial, I.U.T.I.
Hasta finales de los años 30, los vehículos usaban eje delantero rígido. Con este primitivo sistema consistía en poner pivotes en los extremos del eje, para que las ruedas pudieran girar. Una simple barra sólida se encargaba de transmitir el movimiento del timón a la caja de dirección y de allí a los brazos brazos de dirección dirección (terminales), (terminales), para finalizar finalizar el recorrido recorrido en las ruedas. En los años 40 y 50 se comenzaron a utilizar en los Estados Unidos, sistemas de asistencia de dirección, que sumados a la desmultiplicación logra lograda da,, hací hacían an mu muyy pelig peligro roso so el co cond nduc ucirir un vehícu vehículo lo,, ya que que la dirección quedaba demasiado suave y sensible.
¿Qué es el sistema de dirección?
El siste istema ma de direc irecc ción ión es el res respon ponsabl sable e de co con nvert vertir ir cualquier ier giro del volante en movimien iento de las ruedas delanteras, con precisión y suavidad. En la actualidad, la misión de los actuales sistemas de dirección es reducir el esfuerzo que tiene que hacer el conductor al girar el volante, a través de un sist sistem ema a hidr hidráu áulilico co que que real realiz iza a la mayo mayorr part parte e del del tra trabajo bajo necesario para girar la dirección.
El sistema de dirección direcci ón consiste: a) Volante Volante de dirección. dirección. b) Columna Columna de dirección. dirección. c) Engranaje de dirección. d) Articulación Articulación de dirección. dirección.
a) El volante de dirección
El volante del vehículo se encuentra ubicada en el frontal del conductor, la cual es un manubrio que controla la dirección del vehículo. b) La columna de dirección.
La columna de dirección consiste en el eje principal, que transmite a la rotación del volante de dirección, al engranaje de dirección y un tubo de columna, que monta al eje principal en la carrocería. El tubo columna incluye un mecanismo por el cual se contrae absorbiendo el impacto de la colisión con el conductor, en el caso de que ésta suceda.
c) Engranaje de dirección.
El engranaje de dirección no solamente convierte la rotación del volante de dirección a los movimientos, las cuales cambian la dirección de rodamiento de los neumáticos, sino que también reduce la velocidad del giro del volante de dirección, a fin de aligerar la fuerza de operación de la dirección, incrementando la fuerza de operación y transmitiendo ésta a las ruedas delanteras. d) Articulación de la dirección.
La articulación de dirección transmite la fuerza desde el engranaje articulado de dirección a las ruedas delanteras. Esto consiste de una barra combinada con brazos.
Esquema # 1 Partes principales del sistema de dirección
1. Volante: Este es el componente donde se posan las manos del
conductor, para dirigir la trayectoria del vehículo. 2. Palanca de reglaje: Es la palanca que permite el ajuste de la posición
del volante o timón para obtener la altura desea, según su comodidad, en donde se mueve en forma vertical. 3. Barra de dirección: Une el volante con la caja de dirección,
antiguamente era de una sola pieza, pero en la actualidad se utiliza como mecanismo de protección para el conductor en caso de colisión y está compuesta por partes pequeñas, que se doblan para evitar lesiones. 4. Juntas Universales o terminales de la dirección: Son uniones (tipo
rótula) con cierta elasticidad para absorber las irregularidades del piso, y tiene como función principal unirse con cada una de las ruedas direccionales.
5. Mecanismo de dirección: Son los diferentes tipos de dirección que
se clasifican según su mecanismo de funcionamiento. 6. Guardapolvos: Es la goma que está entre la barra y la rueda, donde es
la transmisión que hace girar éstas, y está ubicado casi tocando la rueda. Si giras hacia un lado la dirección, se puede tocar por dentro y se notarás. Precisamente se llama así, porque evita la entrada de polvo, ya que por dentro se aplica grasa para que éste gire de manera adecuadamente. 7. Biela de mando: Son las pieza ubicadas a la salida de las varillas la
caja de dirección, que se encarga de unir la caja de dirección con la varilla central. Es una parte exclusiva de las direcciones de bolas recirculables.
8. Brazo de acoplamiento: Recibe el movimiento de la palanca
de ataque y lo transmite a la barra de acoplamiento y a las manguetas, así como también hace posible que las ruedas giren al mismo tiempo. En el brazo de acoplamiento está unida solidariamente con la palanca de ataque. 9. Ruedas: Es el neumático en conjunto con el rines que se encuentra
unido con el disco y que tiene la finalidad de girar el vehículo cuando se mueva. 10. Soporte de Suspensión: Es la parte donde está vinculada al componente del sistema de suspensión. 11. Caja de engranaje: Sistema de desmultiplicación que minimiza el esfuerzo del conductor. 12. Rótula: Sirven para unir varios elementos de la dirección y hacen
posible que, aunque estén unidos, y se muevan en el sentido conveniente.
Otros elementos del sistema Pivotes: Están unidos al eje delantero y hace que al girar sobre su eje, y
oriente a las manguetas hacia el lugar deseado. Manguetas: Sujetan la rueda. Eje delantero: Sustenta parte de los elementos de dirección.
Esquema # 2 Elementos del sistema de dirección
Esquema # 3 Otros elementos del sistema de dirección
Esquema # 4 Palanca de reglaje del volante
Cuando se habla de mecanismo de la dirección, se refiere al mecanismo de la caja de dirección y existen diferentes tipos de mecanismo de dirección, pero a pesar de su gran variedad, están basados en dos principales tipos, y éstas se clasifican en los siguientes mecanismos : Mecánica o No asistida.
- Cremallera - Bola Recirculantes. - Tornillo sinfín. Hidráulica o asistida.
- Servodirección coaxial - Servodirección de asistencia variable.
Dirección mecánica con mecanismo de cremallera.
Las rotaciones de un engranaje (piñón) en el extremo del eje principal enganchan con los dientes que son apoyados en una barra redonda (cremallera) cambiando este giro a un movimiento de izquierda o derecha. Estos elementos trabajan inmersos en grasa. Por eso es importante revisar el estado de los cauchos retenedores de este lubricante, para evitar que con su escape produzcan desgastes en los componentes.
Esquema # 5 Mecanismo de dirección de cremallera
Esquema # 6 Mecanismo de dirección de cremallera
Esquema # 7 Mecanismo de dirección de cremallera
Esquema # 8 Diferentes mecanismos de cremallera.
Esquema # 9 Despiece del mecanismo de dirección de cremallera
A) B) C) D) E) F) G) H) I)
Rol retenedor Tornillo sin Fin Carcasa Buje de soporte de cremallera Uniones de rótulas Internas y Externas Botas Tornillo de Tope de Ajuste Resorte de Tope de Ajuste Vaquerita de Tope de Ajuste
Dirección mecánica con mecanismo de tornillo sinfín.
Consiste 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.
Esquema # 10 Despiece del mecanismo de dirección de tornillo sinfín y sector dentado
1. Rodamientos 2. Tapadera 3. Tornillo 4. Tornillo sinfín 5. Tuerca 6. Arandela 7. Tornillo de reglaje 8. Sector dentado 9. Caja de la dirección 10. Retenedores 11. Casquillo 12. Chapa 13. Retenedores 14. Tornillo 15. Brazo de mando 16. Tuerca del eje
Esquema # 11 Mecanismo de dirección de visinfín cilíndrico y tuercas.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Tornillo sinfín cilíndrico. Mecanismo de traslación (tuerca). Eje de mando. Palanca de mando. Barra de acoplamiento. Articulación. Árbol de volante. Carcaza. Horquilla de giro.
Esquema # 12 Mecanismo de dirección de tornillo sinfín globoidal y rodillo.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Tornillo sinfín cilíndrico. Mecanismo de traslación (tuerca). Eje de mando. Palanca de mando. Barra de acoplamiento. Articulación. Árbol de volante. Carcaza. Horquilla de giro.
Esquema # 13 Mecanismo de dirección de tornillo sinfín globoidal y rodillo.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Tornillo sinfín cilíndrico. Mecanismo de traslación (tuerca). Eje de mando. Palanca de mando. Barra de acoplamiento. Articulación. Árbol de volante. Carcaza. Horquilla de giro.
Dirección mecánica con mecanismo de bola recirculantes
El espacio entre el engranaje del extremo delantero del eje principal y el engranaje de sector que engancha con éste, tiene bolas encajadas que reducen la fricción. La fuerza de giro del volante de dirección es transmitida a las ruedas a través de dichas bolas, y todo este sistema es denominado: Mecanismo de bolas recirculantes.
Esquema # 14 Mecanismo de dirección de bola recirculante
Esquema # 15 Mecanismo de dirección de bola recirculante
1. 2. 3. 4. 5.
Brazo Pitman Sector dentado Eje de la dirección Cremallera Engranaje
Esquema # 16 Mecanismo de dirección de bola recirculante
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Columna de dirección Tornillo sin fin y balines Terca deslizante Sector dentado Brazo pitman Tope de ajuste Retenedores y empaques Lubricado por medio de aceite
Dirección hidráulica o asistida
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). En resumen, la diferencia del mecanismo de dirección mecánica e hidráulica, es que la dirección hidráulica utiliza una bomba presurizada que permite un esfuerzo asistido al momento de maniobrar el volante.
Caja de la dirección hidráulica.
La caja de dirección hidráulica tiene la finalidad de aportar un esfuerzo añadido cuando el conductor efectúa una maniobra sobre el volante, permitiendo una menor desmultiplicación en el mecanismo de mando y un volante de menor diámetro, con lo que resulta una dirección más sensible y una conducción más cómoda. Este sistema tiene la función de canalizar a alta presión (60 a 100 bar) procedente de una bomba accionada por el motor, haciéndolo llegar a uno u otro lado del embolo de un cilindro de trabajo, según el sentido de giro del volante.
Esquema # 17 Mecanismo de dirección hidráulica asistida
Esquema # 18 Mecanismo de dirección hidráulica asistida
Esquema # 19 Mecanismo de dirección hidráulica de cremallera
Bomba del sistema de dirección.
Una parte importante de las cajas de dirección hidráulicas es la bomba de asistencia del líquido hidráulico. La bomba de asistencia es la encargada de generar la alta presión del aceite necesaria para el funcionamiento de la caja. El movimiento lo recibe del cigüeñal por medio de las poleas y correas; en ocasiones, una correa única hace girar a la bomba de asistencia, a la bomba de agua y al alternador. El tipo de bomba mas utilizado es el de paletas. Lleva un regulador el cual regula la presión de y caudal a unos 80 bar.
Esquema # 20 Mecanismo de la bomba dirección hidráulica.
-Eje. - Cojinete. - Cuerpo de bomba. - Placa de soporte del eje. - Paletas. - Anillos de estanqueidad. - Estator. - Plato trasero. - Rotor. - Tapa. - Muelle. - Anillo elástico de retención. - Regulador. - Pasadores de posicionamiento. - Anillo elástico de fijación del rotor. - Depósito. - Tapón del depósito con varilla de nivel - Plaquita de imán
Mecanismo de servo-dirección.
Este sistema consiste en un circuito por el que circula aceite impulsado por una bomba. Al accionar el volante, la columna de dirección mueve, solamente, un distribuidor, que por la acción de la bomba, envía el aceite a un cilindro que está fijo al bastidor, dentro del cual un pistón se mueve en un sentido o en otro, dependiendo del lado hacia el que se gire el volante. En su movimiento, el pistón arrastra el brazo de acoplamiento, con lo que acciona todo el sistema mecánico.
Esquema # 21 Mecanismo de dirección hidráulica por cremallera.
Mecanismo de servodirección coaxial
Esta servodirección se caracteriza por llevar el sistema de accionamiento hidráulico (cilindro de doble efecto) independiente del mecanismo desmultiplicador, aplicando el esfuerzo de servo-asistencia. coaxialmente, es decir, en paralelo con el sistema mecánico. La servodirección coaxial puede aplicarse a cualquier tipo de dirección comercial, ya sea del tipo sinfín o de cremallera. El circuito hidráulico esta formado por un (1) depósito y una bomba que suministran aceite a presión a la válvula distribuidora de mando (2). Esta válvula acoplada a la dirección, es accionada al mover el volante y tiene como misión dar paso al aceite a una u otra cara del émbolo del cilindro de doble efecto (3). El cilindro puede ir acoplado en el cuerpo de válvulas o acoplado directamente al sistema direccional de las ruedas (bieletas) como ocurre en las direcciones de cremallera.
Esquema # 22 Mecanismo de dirección hidráulica por cremallera.
Esquema # 23 Mecanismo de dirección hidráulica por cremallera.
Esquema # 24 Elementos del mecanismo de servo-dirección.
Esquema # 25 Despiece del mecanismo de dirección hidráulica por cremallera.
Mecanismo de servodirección de asistencia variable
Este sistema permite adaptar la tasa de asistencia a la velocidad del vehículo, o lo que es lo mismo varia el esfuerzo que hay que hacer sobre el volante dependiendo de la velocidad del vehículo, del valor de fricción, y el esfuerzo rueda-suelo; haciendo variar el esfuerzo existente que hay que realizar en el volante según la velocidad de desplazo. Este sistema de dirección tiene dos fases de funcionamiento: a) Cuando el vehículo esta parado o circulando a muy baja velocidad, la tasa de asistencia tiene que ser mayor para facilitar las maniobras cuando más se requiera. b) Cuando el vehículo aumenta la velocidad, la tasa de asistencia tiene que ir disminuyendo progresivamente, endureciendo la dirección, con el fin de ganar en precisión de conducción y en seguridad.
Esquema # 26 Elementos de un sistema de dirección variable
5. Cilindro hidráulico de 1. Depósito doble efecto 2. Bomba hidráulica 6. Calculador con regulador de 7. Captador de velocidad presión electrónico 3. Válvula distribuidora 8. Captador de velocidad 4. Motor Paso a paso mecánica
9. Enchufe de diagnosis 10. Indicador de fallo 11. Indicador de servicio 12. Toma corriente (+)
Funcionamiento del mecanismo de cremallera
El tornillo sinfín está conectado con la columna de dirección por un juego de cruces, las cuales hacen que gire de derecha a izquierda o viceversa. Este tornillo sinfín esta conectado por medio de unos dientes a la barra de cremallera, cuando el tornillo sinfín gira, la barra de cremallera se desliza de un lado al otro dentro de la carcasa. Esta barra de cremallera esta conectada por medio de un sistema de brazos a la bocina. Este sistema de brazos esta conformado por una rotula interna, una barra de unión y una rotula externa. La rotula interna debe de estar cubierta por una bota para evitar la suciedad dentro de la carcasa, la cual podría dañarse por suciedad acumulada. El tope de ajuste nos ayuda a ajustar a la barra de cremallera con el tornillo sinfín, ya que el desgaste de el tornillo sinfín puede causar que no logren hacer contacto para deslizar la barra de cremallera, causando la perdida parcial o total de la dirección del vehículo. El tornillo de ajuste se debe de empujar en contra de la vaquerita, para que esta logre ajustar el contacto entre la barra y el tornillo sin fin.
Funcionamiento del mecanismo de bolas recirculantes
La función de esta caja es un poco mas complicada por la cantidad de partes que entran en juego, pero básicamente su función es sencilla. El tornillo sinfín está conectado a una columna de dirección, la cual hace girar al tornillo sin fin, cuando este gira, luego hace que los balines se empujen uno al otro hacia arriba o hacia abajo, en donde hacen que la tuerca deslizante también se deslice en ese patrón. Cuando la tuerca se desliza, hace contacto con el sector dentado y este gira de derecha a izquierda, el cual hace girar el brazo pitman. El brazo pitman mueve al sistema de rotulas y brazos, y estos a las bocinas de las llantas. Para ajustar el contacto de la tuerca deslizante y el sector dentado, esta caja tiene un tornillo de ajuste que empuja a el sector dentado contra la tuerca deslizante.
Funcionamiento (estacionado)
del
mecanismo
de
servo-dirección
El ciclo de servo-asistencia de dirección comienza al momento en que el conductor mueve el volante. Como respuesta al par de giro del volante se tuerce una barra de torsión en la caja de dirección. El sensor de par de dirección (situado en la caja de dirección) capta la magnitud de la torsión e informa sobre el par de dirección detectado a la unidad de control de dirección asistida. El sensor de ángulo de dirección, informa sobre el ángulo momentáneo y el sensor de régimen del rotor del motor eléctrico informa sobre la velocidad actual con que se mueve el volante. En función del par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo, el régimen del motor de combustión, el ángulo de dirección, la velocidad de mando de la dirección y las curvas características implementadas en la unidad de control, ésta calcula el par de servo-asistencia necesario para el caso concreto y excita correspondientemente el motor eléctrico. La servo-asistencia a la dirección se realiza a través de un segundo piñón que actúa paralelamente sobre la cremallera. Este piñón es accionado por un motor eléctrico. El motor ataca hacia la cremallera a través de un engranaje de sin fin y un piñón de accionamiento y transmite así la fuerza de asistencia para la dirección.
Esquema # 27 Funcionamiento del mecanismo de servo-dirección de un vehículo AUDI A80
Dirección mecánica con mecanismo de cremallera
Las fallas que pueden ocurrir en la dirección se pueden evitar con chequeo constante de sus partes, también hay que recordar que la dirección es uno de los sistemas más importantes del vehículo, y la perdida total o parcial de este puede producir daños cuantiosos, sin mencionar los daños a personas que pueden llegar a ser mortales. Algunas de las fallas más comunes son: -Desgaste de Rótulas - Ruptura de botas - Anillo de cremallera o buje - Desajuste de cremallera y tornillo sin fin - Desgaste de hules de soporte.
Dirección mecánica con mecanismo de bolas recirculantes
- Desajuste o desgaste de sector dentado. - Fugas en retenedores o respiradero. - Trabamiento de caja por desgaste de balines. - Daño en brazo Pitman. - Sujeción de la caja (Amarre a carrocería)
La dirección de un automóvil puede llegar a fallar si no se hace el mantenimiento necesario a sus partes. Cuando uno recibe un carro, debe revisar las siguientes partes: - El desgaste de las llantas y el juego que se halla en ellas: Con esto se puede de determinar si las rotulas son las que están fallando. - El ruido: se debe prestar toda la atención en el ruido que se puede dar en el mecanismo y en la caja. - La tubería del líquido de la dirección: Se debe revisar la tubería del liquido de dirección si fuese una dirección hidráulica, poniéndole atención a fugas, a las bajas de presiones de la bomba, estado del liquido hidráulico, etc. En caso de desmontar la caja de dirección: Se debe desmontar la caja de dirección, teniendo mucho cuidado con sus partes, revisar que todas sus partes estén en buen estado y si fuera necesario se debe reemplazar por partes nuevas. Se debe de trabajar en un lugar limpio y con orden.
Para un mantenimiento correcto del sistema de dirección, se deberá realizar las siguientes revisiones: 1. Revisar de forma periódica todos los elementos de su sistema: - En la barra de dirección, los elementos que más se deterioran son los extremos de dirección, la cremallera de dirección y los bujes de guía de la barra. - En la columna de dirección, revisar el piñón de dirección. - En el sistema hidráulico para direcciones asistidas deberás comprobar que la presión de la bomba es la correcta y que no se producen fugas en el circuito.
2. Verificar con el vehículo en marcha que los elementos de la dirección (ya sea mecánica o asistida) funcionan correctamente. Ajustar la alineación de la dirección y equilibrar los neumáticos si fuese necesario. 3. La falta de lubricante, mala presión o desgaste excesivo de los neumáticos, el mal estado de los amortiguadores o el desgaste de los propios mecanismos de dirección son elementos que perjudican seriamente al sistema. 4. Si la dirección se vuelve dura, inestable o si hace ruidos extraños, lo mejor es acudir al taller y pedir una revisión completa antes de que los daños sean mayores. En el manual de tu vehículo también vendrán las recomendaciones para el mantenimiento del sistema de dirección.
