Sistema de Dirección

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“Líder en la Formación Tecnológica Para el Mundo”
REVALIDADO CON R.D. N° 099-2005-ED
Sistema de Dirección
Descripción
La dirección es el conjunto de elementos cuya misión es de orientar las ruedas delanteras para que el vehículo tome la
trayectoria deseada por el conductor. Convierte el movimiento de giro que el conductor da al volante en una desviación
angular de las ruedas directrices. Para ello utiliza una serie de elementos que transmiten el movimiento desde el volante
hasta las ruedas.
1.
Cualidades que debe reunir el sistema de dirección
1) Seguridad
Que depende del diseño del mecanismo, de los materiales
empleados y del correcto mantenimiento.
2) Facilidad de manejo
El volante debe quedar en una posición tal que el
conductor pueda accionarlo desde una postura cómoda y
sin que le provoque fatiga.
3) Suavidad
La resistencia que opone el volante debe ser uniforme en
todo su recorrido. Esta resistencia disminuye al aumentar
la desmultiplicación que existe entre el ángulo girado por
el volante y el correspondiente en las ruedas, y aumenta
con la carga sobre el eje delantero, con la desalineación de
las ruedas, con las presiones de inflado insuficiente y con
un mantenimiento deficiente. Cuando por las
características del vehículo la resistencia puede resultar
excesiva, se recurre al empleo de las direcciones asistidas.
4) Comodidad
Los golpes causados en las ruedas por las irregularidades
de la calzada deben llegar al volante lo más amortiguado
posible.
5) Precisión
Mediante la supresión de toda clase de holguras mecánicas
en el sistema de dirección (especialmente con el empleo
de articulaciones elásticas de goma), el vehículo debe
obedecer a la menor corrección de la dirección.
El vehículo debe mantener la trayectoria recta sin necesidad de efectuar correcciones en la dirección, y a la
salida de las curvas las ruedas tienen que recobrar la posición recta por si solas.
REFERENCIA:
4WS (dirección en las cuatro ruedas)
4WS es la abreviatura de 4 Wheel Steering
(dirección en las 4 ruedas), y consiste en un
dispositivo con el que se cambia la dirección no sólo
de los neumáticos delanteros sino también los
neumáticos traseros.
Cuando se cambia la dirección del vehículo, un
vehículo normal gira sólo los neumáticos delanteros,
pero un vehículo 4WS también gira los neumáticos
traseros de acuerdo con factores tales como el
ángulo de giro del volante de dirección y la
velocidad del vehículo.
A velocidades media y alta, cuando se cambia de
carril, se toma una curva en S, o se gira una esquina,
los neumáticos traseros se mueven ligeramente en
la misma dirección que los neumáticos delanteros para conseguir una conducción estable y sin problemas.
Por otra parte, cuando el vehículo no va a demasiada velocidad, para los giros cerrados, los neumáticos traseros se
dirigen en dirección contraria a los neumáticos delanteros.
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
SISTEMA DE DIRECCIÓN - 1
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2.
Disposición de los elementos de la dirección
1) Volante
Maneja la operación de dirección. Está diseñado con
una forma ergonómica con dos o más brazos, con la
finalidad de obtener mayor facilidad de manejo y
comodidad. Su misión consiste en reducir el esfuerzo
que el conductor aplica a las ruedas.
Ahora los volantes vienen incorporados con
dispositivos de seguridad pasiva de protección del
conductor (airbag).
2) Columna de dirección
La columna de dirección consiste en el eje
principal de dirección, que transmite la
rotación del volante a la caja de dirección,
y el tubo de la columna que fija el eje
principal de dirección a la carrocería.
El extremo superior del eje principal de
dirección está ahusado y estriado, y el
volante de dirección está sujeto por una
tuerca.
La columna de dirección incorpora un
mecanismo de absorción de impactos que
absorbe la fuerza de empuje que, de no ser
así, se aplicaría al conductor en caso de
colisión.
La columna de dirección está sujeta a la
carrocería a través de un soporte de
separación que permite que la columna de
dirección se derrumbe fácilmente en caso
de accidente.
El extremo inferior del eje principal de dirección está conectado al engranaje de dirección, generalmente
mediante una junta flexible o una junta universal para minimizar la transmisión del impacto de la carretera desde
el engranaje de dirección hasta el volante.
Además del mecanismo de absorción del impacto, el eje principal de dirección de algunos vehículos también
podría tener diversos sistemas de control de la dirección: Por ejemplo, mecanismo de bloqueo de la dirección,
mecanismo de dirección inclinable, mecanismo de dirección telescópica.
Mecanismo de absorción de impactos
Descripción
Cuando el vehículo se ve implicado en una colisión, este mecanismo ayuda a evitar que el eje principal de dirección
lesione al conductor de dos formas distintas: rompiéndose en el momento de la colisión (impacto principal); y reduciendo
el impacto secundario que sufre el cuerpo del conductor cuando golpea el volante de dirección debido a la inercia.
Las columnas de dirección con absorción de impactos están clasificadas en los tipos siguientes.
 Tipo soporte de flexión
 Tipo bola
 Tipo silicona pulverizada-caucho precintado
 Tipo engrane
 Tipo fuelle
1.
Funcionamiento del tipo soporte de flexión
1) Estructura
El mecanismo de absorción del impacto consiste en un soporte inferior, un soporte de separación, un eje
intermedio y una placa de absorción del impacto. La columna de dirección está montada en el refuerzo del panel
de instrumentos por medio de un soporte inferior y un soporte de separación.
La columna de dirección y la caja de engranajes de la dirección están conectadas por un eje intermedio.
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
SISTEMA DE DIRECCIÓN - 2
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2) Funcionamiento
Cuando la caja de engranajes de la dirección se
mueve durante una colisión (colisión primaria), el eje
intermedio se contrae, reduciendo así las
posibilidades de que la columna de dirección y el
volante sobresalgan por la cabina.
Cuando se transmite un impacto al volante durante la
colisión (colisión secundaria) el mecanismo de
absorción de impactos y el airbag del conductor
ayudan a absorber dicho impacto.
Además, el soporte de separación y el soporte
inferior se separan, haciendo que toda la columna de
dirección se mueva hacia adelante.
En este momento, la placa de absorción del impacto
se deforma para ayudar a absorber el impacto de la
colisión secundaria.
AVISO:
• Dado que la columna de dirección con absorción de
impactos está construida de forma que absorbe el
impacto en la dirección axial, nunca trate de golpear
con un martillo el eje principal de dirección cuando
extraiga el volante de dirección ya que la fuerza del
golpe podría romper las clavijas del mecanismo de
absorción de impactos. Utilice siempre la SST
diseñada para extraer el volante de dirección de forma segura.
•
Dado que la columna de dirección quedará inservible después de colapsarse, deberá ser sustituida por una
nueva.
Mecanismo de bloqueo de la dirección
1. Introducción
Se trata de un sistema antirrobo que
desactiva el volante de dirección enclavando
el eje principal de dirección al tubo de la
columna cuando se saca la llave del
encendido.
Existen dos tipos de mecanismos de bloqueo
de la dirección.
• Cilindro de la llave de encendido de tipo
pulsador
• Cilindro de la llave de encendido de tipo
botón pulsador
OBSERVACIÓN:
En algunos vehículos con transeje
automático y mecanismo de bloqueo del
cambio, no se incluye mecanismo de bloqueo
de la dirección.
2.
Estructura
En la ilustración se muestra la estructura del
mecanismo de bloqueo de la dirección.
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
SISTEMA DE DIRECCIÓN - 3
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Ajuste de la posición de conducción
Mecanismo de dirección inclinable
1. Descripción
El mecanismo de dirección inclinable permite
seleccionar la posición del volante (en la dirección
vertical) para que se ajuste a la posición de
conducción del conductor.
El mecanismo de dirección inclinable se clasifica en
dos tipos, tipo con punto de apoyo superior y tipo
con punto de apoyo inferior.
A continuación se explica el tipo con punto de apoyo
inferior.
2.
Estructura
El mecanismo de dirección inclinable
consiste en un par de topes de la dirección
inclinable, un perno de bloqueo de la
inclinación, un soporte de separación,
palanca de inclinación,
etc.
3.
Funcionamiento
Los topes de dirección inclinable giran al
mismo tiempo que la palanca de
inclinación.
Cuando la palanca de inclinación está en la
posición de bloqueo, los picos de los topes
de dirección se levantan y los topes
empujan contra el soporte de separación y
el
acoplamiento
de
inclinación,
bloqueando el soporte de separación y el
acoplamiento de inclinación.
Por otra parte, cuando se mueve la
palanca de inclinación hasta la posición
libre, se elimina la diferencia de altura entre los topes de la dirección inclinable, y es posible ajustar la columna de
dirección en la dirección vertical.
Mecanismo telescópico
1. Descripción
El mecanismo de dirección telescópica permite ajustar hacia
adelante y hacia atrás la posición del volante de dirección para que
se ajuste a la postura del conductor.
2.
Estructura
El mecanismo telescópico consiste en un tubo de eje deslizante,
dos bloqueos de cuña, un perno superior, una palanca telescópica,
etc.
3.
Funcionamiento
Los bloqueos de cuña se mueven al mismo tiempo que la palanca
telescópica.
Cundo la palanca telescópica está en la posición de bloqueo, presiona los bloqueos de cuña contra el tubo del eje
deslizante, bloqueándolo.
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
SISTEMA DE DIRECCIÓN - 4
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Por otra parte, cuando la palanca telescópica se mueve hasta la posición liberada, se crea una separación entre los
bloqueos de cuña y el tubo del eje deslizante y es posible ajustar la columna hacia adelante y hacia atrás.
Columna de dirección inclinable y telescópica eléctrica
1. Descripción
Este tipo de columna de dirección ajusta
eléctricamente el mecanismo de inclinación y el
mecanismo telescópico.
Para cada mecanismo se utiliza un motor
accionado por un interruptor.
2. Estructura
La sección del mecanismo de inclinación eléctrica
consiste en un motor de inclinación, un eje de
tornillo sin fin de inclinación, un engranaje de
tornillo sin fin de inclinación y un deslizador.
La sección del mecanismo telescópico eléctrico
consiste en un motor telescópico, un tubo
deslizante, y un tornillo telescópico.
Los interruptores para accionar estos motores se
encuentran en la cubierta de la columna de
dirección.
OBSERVACIÓN:
Si el interruptor automático de inclinación está encendido, cuando se saca la llave del encendido, la columna de
dirección se moverá automáticamente hasta la posición de inclinación más elevada y la posición telescópica se
mueve hasta la posición más corta para que el conductor pueda entrar y salir del vehículo cómodamente.
Además, dado que la ECU guarda en la memoria la posición de la columna leída por el sensor, cuando se vuelve a
introducir la llave de encendido, la columna de dirección regresará a su posición original.
3.
Funcionamiento
(1) Funcionamiento de la inclinación eléctrica
Accionando el interruptor hacia arriba y hacia abajo se acciona el motor de inclinación. El engranaje de tornillo
sin fin de inclinación y el eje de tornillo sin fin de inclinación comienzan a rotar y los deslizadores comienzan a
deslizarse. La columna de dirección ligada al varillaje se inclina hacia arriba o hacia abajo.
(2) Funcionamiento telescópico eléctrico
Accionando el interruptor hacia la derecha o la izquierda se acciona el motor telescópico. El engranaje de tornillo
sin fin telescópico comienza a girar y el tubo deslizante se desliza hacia adelante o hacia atrás.
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
SISTEMA DE DIRECCIÓN - 5
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Disposición del sistema de dirección
En cuanto se describe a la disposición de los mecanismos que componen al sistema de dirección, podemos distinguir dos
casos diferentes:
- Dirección para el eje delantero rígido.
- Dirección para delantero de suspensión independiente.
Cada uno de estos casos tiene su propia disposición de mecanismos.
1.
Disposición de los elementos de la dirección con eje rígido
Al mover el volante el árbol hace mover al tornillo sin fin de la caja de dirección, con lo que el sector dentado hace
oscilar al brazo de mando jalando o empujando a la biela según sea el sentido de giro del volante. La biela a su vez
está articulada en la palanca de ataque o de mando que forma parte de la mangueta o esta rígidamente unida a ella,
con lo que su desplazamiento, al hacer girar la mangueta en el pivote, se transforma en una desviación angular de la
rueda. El giro de la mangueta que recibe el movimiento se transmite a la otra por medio de las palancas o brazos de
acoplamiento y de la barra de acoplamiento.
Las articulaciones de las barras de acoplamiento se realizan por medio de rotulas, similares a las empleadas en la
suspensión.
2.
Disposición de los elementos de la dirección con suspensión delantera independiente
Con la suspensión por ruedas independientes cada una de ellas puede oscilar sin afectar a la otra. Si en este caso se
montara una barra de acoplamiento única como con el eje rígido, los movimientos de una rueda se transmitirían a la
otra rueda a través de la barra. La solución consiste en dividir la barra de acoplamiento en dos o tres tramos,
intercalando entre ellos soportes fijos a la carrocería que impiden las interferencias.
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
SISTEMA DE DIRECCIÓN - 6
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Caja o mecanismo de dirección
Descripción
La caja de dirección tiene dos misiones:
Proporcionar la desmultiplicación necesaria y
transformar el giro del volante en movimiento
oscilante del brazo de mando, que a través de la
biela y de la palanca de ataque se transmitirá a una
de las ruedas delanteras y desde esta, por los
brazos y la barra de acoplamiento, a la otra. Si la
caja de dirección es de cremallera, la misma
cremallera forma parte de la barra de acoplamiento
y mueve por medio de dos tirantes, a los brazos de
la mangueta.
Los engranajes de la caja de dirección no sólo guían
las ruedas delanteras, sino que al mismo tiempo
actúan como engranajes de reducción, reduciendo
el esfuerzo necesario para girar el volante
mediante el aumento del par de salida.
El factor de reducción se denomina relación de engranajes de la dirección y normalmente está entre 18:1 y 20:1.
Un factor más elevado reducirá el esfuerzo de dirección pero hará necesario un mayor giro del volante cuando se tomen
las curvas.
Una condición que debe satisfacer la caja es trabajar sin ningún tipo de holguras para evitar recorridos muertos en el
volante.
La caja de dirección va fijada a la carrocería o al bastidor mediante tornillos.
Los tipos de cajas más utilizados son:
1. Caja de dirección de tornillo sin fin y sector dentado
Muy utilizada en otros tiempos, en la actualidad este tipo de caja d dirección está prácticamente en desuso, consta
de un tornillo sin fin soportado por dos cojinetes cónicos y solidarios al árbol de dirección, engrana con un sector
dentado. El eje del sector dentado gira en el interior de un casquillo, y lleva montado en su extremo mediante un
estriado y tuerca al brazo de mando. La caja que aloja al conjunto va llena de aceite SAE 90 para su engrase.
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2.
Eje de mando
Segmento de dirección o sector dentado
Tornillo sinfín cilíndrico
Eje de la columna de la dirección
Caja de dirección de tornillo y tuerca deslizante
Esta caja está constituida por un husillo de rosca trapecial o cuadrada solidario del árbol de la dirección. En él va
montada una tuerca que tiene forma de dado con tetones en dos caras opuestas. A los tetones se le acopla una
horquilla doble, cuyo eje lleva montado en su extremo el brazo de mando.
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
SISTEMA DE DIRECCIÓN - 7
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Al girar el tornillo la tuerca se desliza sobre él y desplaza la horquilla haciendo girar a su eje, y con él al brazo de
mando.
Este sistema no precisa más ajustes que el de los cojinetes del rodillo, que se logra por un procedimiento similar al
del caso anterior.
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3.
Caja de dirección Sistema Ross de palanca y leva
El tornillo sin fi va montado en el extremo del árbol de la dirección. El elemento deslizante lo constituye un dedo o
leva de forma troncónica para que se adapte al perfil trapecial de la rosca del tornillo. El dedo va roscado y asegurado
con una contratuerca sobre una palanca que es solidaria del eje del brazo de mando.
Al girar el tornillo, el dedo se desplaza guiado por los filetes de la rosca y mueve angularmente la palanca, y con ella,
mediante el eje común, oscila el brazo de mando.
Además de poderse ajustar el pretensado de los cojinetes cónicos, se puede compensar la holgura debido al
desgaste. Para ello, se afloja la contratuerca, se elimina la holgura actuando de la parte roscada del dedo, y se vuelve
a apretar la contratuerca. Estos elementos suelen ser accesibles al quitar una tapa de la caja.
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4.
Elementos deslizantes.
Tuerca de dirección.
Tornillo de dirección.
Eje de la columna de la dirección.
Eje de la biela de mando.
Biela de mando de la dirección.
Carcasa.
Dedo de rodadura.
Tornillo sinfín.
Eje de la biela de mando.
Biela de mando de la dirección.
Caja de dirección de tornillo sin fin y rodillo
El elemento conducido es un rodillo con dos o tres filetes, cuyo vano se adapta al perfil de la rosca del tornillo sin fin.
Va montado en la horquilla por medio de un eje con la interposición de bolas o agujas para disminuir el rozamiento.
El tornillo sin fin es de tipo globoide, tiene menor diámetro en el centro que en los extremos, lo que lo permite
mantener el perfecto acoplamiento de sus filetes con los del rodillo, cuando este efectúa su movimiento de traslación
girando con la horquilla y su eje.
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6.
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
Tornillo sinfín de la dirección.
Eje de la columna de la dirección.
Rodillo de dirección.
Casquillo excéntrico.
Palanca de ajuste para el juego de flancos.
Tornillos de ajuste para el eje de la columna de la dirección.
SISTEMA DE DIRECCIÓN - 8
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5.
Caja de dirección de tornillo y tuerca con bolas circulantes
Esta caja es una variante optimizada de la de tornillo y tuerca ya descrita.
Debido a su robustez es frecuentemente empleada en vehículos todo
terreno y vehículos pesados.
En vez de una rosca convencional, tanto el tornillo como el interior de la
tuerca tienen una ranura helicoidal tallada con gran precisión, cuya sección
tiene forma de media circunferencia. El espacio entre ambas va llena de
bolas, actuando las ranuras como pistas de un cojinete. Con esto se
consigue eliminar el rozamiento entre los filetes de la rosca,
sustituyéndoles por la rodadura de las bolas, que transmiten el
movimiento con menor esfuerzo, ya que el tornillo y la tuerca no tienen
ningún contacto entre sí.
6.
Caja de dirección de tornillo y tuerca con bolas circulantes y sector dentado.
Esta caja también emplea el tornillo sinfín y la tuerca con bolas circulantes, pero el tetón y la horquilla son
reemplazados por una cremallera labrada en una de las caras de la tuerca, y un sector dentado. Al girar el tornillo sin
fin la tuerca se desplaza y su cremallera mueve al sector dentado, en cuyo eje va montado el brazo de mando de la
dirección.
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Sector dentado
Eje de la columna de la dirección
Tubos de retorno de las bolas
Tornillo de dirección
Tuerca de dirección
Eje de la biela de mando
Caja de dirección de cremallera
Este tipo de dirección se caracteriza por su mecanismo desmultiplicador (piñón-cremallera) y su sencillez de montaje.
Elimina parte de la tirantearía de mando.
Está constituida por una barra en la que hay tallada un dentado de cremallera, que se desplaza lateralmente en el
interior de un cárter apoyada en unos casquillos de bronce o baquelita. Esta accionada por el piñón, montado en el
extremo del árbol del volante, engranando con la cremallera.
La cremallera se une directamente a los brazos de acoplamiento de las ruedas a través de dos terminales de
dirección, en cuyo extremo se sitúan las rotulas que, a su vez son regulables para modificar el ángulo de convergencia
y divergencia.
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9.
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
Barra de dirección
Rótula barra de dirección
Guardapolvos
Cremallera
Casquillo de cremallera
Fijación guardapolvos
Taco elástico
Caja de dirección
Sinfín de la dirección
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Cremallera de relación variable
En las direcciones mecánicas de cremallera con
relación constante, se realiza el mismo esfuerzo
sobre el volante tanto en maniobras de
aparcamiento como en carretera.
La principal característica constructiva de esta
dirección es la cremallera, la cual dispone de unos
dientes con:
- Modulo variable
- Ángulo de presión variable
Con estas modificaciones en la cremallera conseguimos hacer menor esfuerzo cuando necesitamos aparcar y una
dirección más firme cuando vamos por carretera.
Varillaje de la dirección
1. Descripción
El varillaje de dirección es una combinación de varillas y brazos que transmiten el movimiento del engranaje de la
dirección a las ruedas delanteras derecha e izquierda.
Cuando el conductor acciona el volante unido a la columna de dirección transmite a las ruedas el ángulo de giro
deseado. La caja de dirección y la relación de palancas realizan la desmultiplicación de giro y la multiplicación de
fuerza necesaria para orientar las ruedas con el mínimo esfuerzo del conductor.
Los brazos de mando y acoplamiento transmiten el movimiento desde la caja de dirección a las ruedas.
2.
Estructura
El varillaje de la dirección consta de las siguientes
piezas:
1. Brazo de mando o palanca de ataque
2. Barra de mando
3. Brazos o palanca de acoplamiento
4. Barra de acoplamiento
5. Manguetas
6. Rotulas
7. abrazaderas
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Brazo de mando o palanca de ataque
Brazo o palanca de ataque, va unida al eje de mando de la caja de dirección mediante un estriado fino, recibe el
movimiento de rotación de la caja para transmitirlo en movimiento angular a la barra de mando.
Barra de mando
El movimiento direccional se transmite por medio de una barra de mando unida por un lado a la palanca de
ataque y, por el otro, a las barras de acoplamiento de la dirección.
En otros sistemas el mecanismo de la dirección ataca directamente a los brazos de acoplamiento de las ruedas,
como ocurre en las direcciones de cremallera.
Brazos o palanca de acoplamiento
Estos elementos transmiten a las ruedas el movimiento obtenido en la caja de la dirección y constituyen el
sistema direccional para orientar las mismas.
Este sistema está formado por unos brazos de acoplamiento montados sobre las manguetas de forma
perpendicular al eje de las ruedas y paralelos al terreno.
Estos brazos llevan un cierto ángulo de inclinación para que la prolongación de sus ejes coincida sobre el centro
del eje trasero y tienen por misión el desplazamiento lateral de las ruedas directrices.
Manguetas
La mangueta es una pieza fabricada con acero o aleaciones que une el buje de la rueda y la rueda a los
elementos de la suspensión, tirantes, trapecios, amortiguador, etc.
La mangueta se diseña teniendo en cuenta las características geométricas del vehículo.
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
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5.
6.
Rotulas
Están constituidas por un muñón cónico en cuyos extremos tiene, por una parte, la unión roscada que permite su
desmontaje y, por otra parte, una bola o esfera alojada en una caja esférica que realiza la unión elástica.
Su misión consiste en realizar la unión elástica entre la caja de dirección y los brazos de acoplamiento de las
ruedas, además de permitir las variaciones de longitud para corregir la convergencia de las ruedas.
Abrazaderas
Son elementos de sujeción, permiten que os terminales de dirección se mantengan fijas para no alterar la
geometría de la dirección.
Servo dirección
Descripción
1. Descripción
Para mejorar el confort durante la
conducción, la mayoría de los automóviles
modernos tienen neumáticos anchos, de baja
presión que aumentan el área de contacto
entre el neumático y la superficie de la
carretera. Como consecuencia, se requiere
mayor esfuerzo de dirección.
Es posible reducir el esfuerzo de conducción
aumentando la relación de engranajes del
engranaje de la dirección. Sin embargo, esto
provocará un mayor movimiento de rotación
del volante cuando el vehículo esté girando,
haciendo imposible tomar curvas cerradas.
Por ello, para mantener la agilidad de la
dirección al tiempo que se reduce el esfuerzo
de dirección, es necesario disponer de algún tipo de mecanismo de asistencia a la dirección. En otras palabras, la
servodirección, que se había utilizado principalmente en vehículos de gran tamaño, pero que ahora se utiliza también
en vehículos de pasajeros.
2.
Tipo de servodirección
Existe la servodirección de tipo hidráulico y de tipo eléctrico.
En la actualidad, en la mayoría de los modelos se utiliza la servodirección hidráulica. Los tres componentes
principales de la servodirección hidráulica son la bomba de paletas, la válvula reguladora y el cilindro mecánico.
3.
Funcionamiento de la servodirección hidráulica
El sistema de servodirección hidráulica utiliza la potencia del motor para accionar la bomba de paletas que genera la
presión hidráulica. Cuando se gira el volante, se activa un circuito de aceite en la válvula reguladora.
A medida que se aplica presión de aceite al pistón mecánico del cilindro mecánico, se reduce la potencia necesaria
para accionar el volante.
Es necesario inspeccionar periódicamente las fugas de líquido de servodirección.
MECÁNICA AUTOMOTRIZ
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Bomba de paletas
1. Descripción
La servodirección es un tipo de dispositivo hidráulico que requiere una presión muy elevada. Utiliza la potencia del
motor para accionar la bomba de paletas utilizada para generar la presión hidráulica. Esta bomba utiliza paletas, de
ahí el nombre de este tipo de servodirección.
REFERENCIA:
EHPS (Servodirección hidráulica eléctrica)
Generalmente, un sistema de servodirección utiliza
la potencia del motor para accionar la bomba de
paletas que genera la presión hidráulica.
EHPS es un sistema de servodirección que utiliza un
motor para generar la presión hidráulica y reducir la
potencia necesaria para accionar el volante.
Dado que este sistema reduce la carga del motor,
mejora también la economía de combustible. La
velocidad de rotación del motor (volumen de
descarga de la bomba) está controlada por la ECU
de acuerdo con datos como el régimen del motor y
el ángulo de giro del volante.
2.
Estructura
(1) Cuerpo de la bomba
La bomba está accionada por la polea de manivela del motor y las correas de transmisión, y envía líquido a
presión a la caja de engranajes. El volumen de descarga de la bomba es proporcional al régimen del motor, pero
la cantidad de líquido que se envía a la caja de engranajes está regulado por una válvula reguladora de flujo, que
envía el exceso de líquido de vuelta al lado de aspiración.
(2) Depósito de reserva
El depósito de reserva suministra el líquido de servodirección.
Está instalado o bien directamente en el cuerpo de la bomba o de forma independiente. Si no está instalado en el
cuerpo de la bomba, estará conectado a él mediante dos manguitos.
Normalmente, la tapa del depósito de reserva tiene un indicador de nivel para facilitar la inspección del nivel del
líquido. Si el líquido del depósito cae por debajo de un nivel estándar, la bomba aspirará aire, causando un
funcionamiento defectuoso.
(3) Válvula reguladora de flujo
La válvula reguladora del flujo controla el volumen de flujo del líquido desde la bomba hasta la caja de
engranajes, manteniendo un flujo constante independientemente de la velocidad de la bomba (rpm).
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3.
Funcionamiento
1) Bomba de paletas
Un rotor gira dentro de un anillo de levas sujeto al
alojamiento de la bomba. En las estrías del rotor
está integrada una placa de paletas. La
circunferencia exterior del rotor es circular, pero
la superficie interior del anillo de levas es oval, de
forma que existe una separación entre el rotor y el
anillo de levas. La placa de paletas divide esta
separación para formar una cámara de líquido.
La placa de paletas está sujeta contra la superficie
interna del anillo de levas por la fuerza centrífuga
y por la presión que ejerce el líquido contra la
parte posterior de la misma, creando un sello, de
forma que la bomba genera presión de líquido, y
se evitan así las fugas de presión entre la placa de
paletas y el anillo de levas.
La capacidad de esta cámara de líquido aumenta o
disminuye a medida que el rotor gira para
accionar la bomba.
En otras palabras, la capacidad de la cámara de
líquido aumenta en el orificio de aspiración de
forma que el líquido del depósito sea aspirado a la
cámara de fluido a través del orificio de
aspiración.
El volumen de la cámara de fluido disminuye en el lado de descarga, y cuando alcanza el valor de cero, el líquido
que previamente se había introducido en la cámara es expulsado por el orificio de descarga. Hay dos orificios de
aspiración y dos orificios de descarga.
Es decir, por cada revolución del rotor, el líquido es aspirado y expulsado dos veces.
2) Válvula reguladora de fluido & bobina reguladora
El volumen de descarga de la bomba de paletas
aumenta proporcionalmente a medida que
aumenta el régimen del motor. La cantidad de
servodirección proporcionada por el pistón
mecánico del cilindro mecánico está
determinada por el volumen de líquido
procedente de la bomba. A medida que
aumenta la velocidad de la bomba, el volumen
de flujo se hace mayor, proporcionando más
servodirección y, en consecuencia, menos
esfuerzo de dirección. Es decir, el esfuerzo de
dirección varía de acuerdo con los cambios en
la velocidad, lo cual es una desventaja desde el punto de vista de la estabilidad de la dirección.
Por ello, es necesario mantener un volumen de corriente de fluidos constante desde la bomba,
independientemente de la velocidad, y ésta es la función de la válvula reguladora de flujo.
Normalmente, cuando el vehículo circula a alta velocidad, hay menos resistencia y, en consecuencia, se requiere
menos esfuerzo de dirección. Por ello, con algunos sistemas de servodirección, se proporciona menos asistencia
a altas velocidades de forma que se pueda obtener un esfuerzo de dirección adecuado.
En resumen, el volumen de flujo desde la bomba hasta la caja de engranajes se reduce durante la conducción a
alta velocidad y hay menos asistencia de la servodirección.
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El volumen de descarga de la bomba aumenta cuando aumenta la velocidad de la bomba, pero se reduce el
volumen de flujo de fluido a la caja de engranajes. Esto se conoce como servodirección detectora de velocidad y
consiste en una válvula reguladora de flujo con una bobina reguladora integrada.
(1) A bajas velocidades
(Velocidad de la bomba: 650 – 1250 rpm)
La presión de descarga de la bomba P1 se
aplica al lado derecho de la válvula reguladora
de flujo y P2 se aplica al lado izquierdo después
de pasar por los orificios.
La diferencia de presión entre P1, y P2 se hace
mayor a medida que aumenta el régimen del
motor.
Cuando la diferencia de presión entre P1 y P2
se sobrepone a la tensión del muelle de la
válvula reguladora de flujo (A), la válvula
reguladora de flujo se mueve hacia la
izquierda. Se abre así un conducto hasta el lado de aspiración de la bomba de forma que el líquido pueda
regresar. De esta forma se mantiene constante el volumen de líquido en la caja de engranajes.
(2) A bajas velocidades
(Velocidad de la bomba: 1250 – 2250 rpm)
La presión de descarga de la bomba P1 se
aplica al lado izquierdo de la bobina
reguladora. Cuando la velocidad de la bomba
está por encima de 1250 rpm, la presión P1 se
sobrepone a la tensión del muelle (B) y hace
que la bobina reguladora se mueva hacia la
derecha, de forma que disminuye el volumen
de líquido que pasa a través de los orificios,
causando un descenso en la presión P2. Por lo
tanto, la diferencia de presión entre P1 y P2
aumenta. De esta forma, la válvula reguladora de flujo se mueve hacia la izquierda de forma que el líquido
regrese al lado de aspiración de la bomba, reduciendo el volumen de líquido en la caja de engranajes. En
otras palabras, cuando la bobina reguladora se mueve hacia la derecha, el volumen de fluido que pasa por
los orificios disminuye.
(3) A bajas velocidades
(Velocidad de la bomba: más de 2250 rpm)
Cuando la velocidad de la bomba excede 2.500
rpm, la bobina reguladora se desplaza
completamente hacia la derecha, cerrando a
medias los orificios.
En este momento, la presión P2 se determina
únicamente por la cantidad de líquido que pasa
por los orificios. De esta forma se mantiene
constante (valor pequeño) el volumen de
líquido en la caja de engranajes.
(4) Válvula de seguridad
La válvula de seguridad está situada en la
válvula reguladora de flujo. Cuando la presión
P2 excede el nivel especificado (cuando se gira
completamente el volante), la válvula de
seguridad se abre para bajar la presión.
Cuando baja la presión P2, la válvula
reguladora de flujo se desplaza a la izquierda y
controla la presión máxima.
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Caja de engranajes
1. Descripción
El pistón del cilindro mecánico está colocado en la
cremallera, y ésta se mueve debido al líquido
presurizado por la bomba de paletas que actúa sobre
el pistón en cualquiera de las dos direcciones. Un
anillo de estanqueidad en el pistón evita las fugas de
presión del líquido. Además, hay un sello de aceite en
ambos lados del cilindro para evitar las fugas externas
del líquido.
El eje de la válvula reguladora está conectado al
volante de dirección. Cuando el volante está en
posición neutra (línea recta hacia adelante), la válvula
reguladora también estará en posición neutra, de
forma que el líquido de la bomba de paletas no actúa
en ninguna de las cámaras, sino que fluye de vuelta
hasta el depósito de reserva. Sin embargo, cuando el
volante de dirección se gira hacia cualquier dirección,
la válvula reguladora cambia el conducto de forma
que el líquido fluya hasta una de las cámaras.
El líquido de la cámara opuesta es expulsado y fluye
de vuelta al depósito de reserva a través de la válvula
reguladora.
En la actualidad, existen tres tipos diferentes de válvulas reguladoras que realizan esta acción de cambio de
conducto; las válvulas de bobina, las válvulas giratorias y las válvulas de charnela. Todos estos tipos tienen una barra
de torsión entre el eje de la válvula reguladora y el piñón, y la válvula reguladora funciona de acuerdo con la cantidad
de torsión aplicada a la barra de torsión.
Nueva PPS
1. Descripción
La nueva PPS (servodirección progresiva) varía el esfuerzo de dirección de acuerdo con la velocidad del vehículo.
El esfuerzo de dirección es más ligero a bajas velocidades y más pesado a altas velocidades.
2.
Funcionamiento
La servodirección progresiva de tipo reacción hidráulica utiliza una barra de torsión más delgada que en la
servodirección ordinaria para reducir el esfuerzo de dirección necesario cuando el vehículo está parado o durante los
trayectos a baja velocidad.
Sin embargo, esto hace que el esfuerzo necesario para la dirección sea demasiado pequeño (es decir, el conductor
nota el volante demasiado "ligero”) cuando aumenta la velocidad del vehículo.
Para evitarlo, el esfuerzo necesario para la dirección se aumenta de la misma forma que con una barra de torsión
más gruesa, mediante la creación de una cámara de reacción hidráulica para suprimir la rotación del eje de la válvula
reguladora (en el alojamiento de la válvula reguladora) a través de cuatro émbolos accionados hidráulicamente.
Cuando la velocidad del vehículo es baja, la presión hidráulica aplicada a la cámara de reacción hidráulica es baja, y es
alta a velocidades del vehículo elevadas.
También aumenta a medida que aumenta la presión hidráulica en el cilindro mecánico como consecuencia del
movimiento del volante.
En la servodirección progresiva de tipo reacción hidráulica, el esfuerzo necesario para la dirección varía de acuerdo
con la velocidad del vehículo y la dirección.
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EPS
1. Descripción
La EPS (Servodirección eléctrica) utiliza un motor
para generar el par de asistencia para el
funcionamiento de la dirección y reducir el esfuerzo
de dirección.
La servodirección hidráulica utiliza la potencia del
motor para generar la presión hidráulica y
conseguir el par de asistencia.
Dado que la EPS utiliza un motor, no requiere la
potencia del motor y mejora la economía del
combustible.
2.
Estructura & funcionamiento
(1) ECU de la EPS
La ECU de la EPS recibe las señales procedentes
de diversos sensores, estima el estado actual
del vehículo, y determina la corriente de
asistencia que debe aplicarse al motor CC.
(2) Sensor del par de apriete
Cuando el conductor mueve el volante, el par
de dirección se aplica al eje de entrada del
sensor del par de apriete a través del eje
principal de dirección.
Los anillos de detección 1 y 2 está colocados en
el eje de entrada (lado del volante) y el anillo
de detección 3 en el eje de salida (lado del
engranaje de la dirección).
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El eje de entrada y el eje de salida están conectados mediante una barra de torsión. Además, los anillos de
detección tienen en su circunferencia exterior espiras de detección sin contacto para formar un circuito de
excitación.
Cuando se genera el par de dirección, la barra de torsión se retuerce, generando una diferencia de fases entre los
anillos de detección 2 y 3. En base a esta diferencia de fases, se envía a la ECU una señal proporcional al par de
entrada.
En base a esta señal, la ECU calcula el par de asistencia del motor para la velocidad del vehículo y acciona el
motor.
(3) Motor CC & mecanismo de reducción
El motor CC consiste en un rotor, un estátor, y un eje del motor.
El mecanismo de reducción consiste en un engranaje de tornillo sin fin y en un engranaje de rueda.
El par que genera el rotor se transmite al mecanismo de reducción. A continuación, este par se transmite al eje
de dirección.
El engranaje de tornillo sin fin está apoyado en los cojinetes para reducir el ruido.
Incluso si el motor CC se rompiera, la rotación del eje principal de dirección y el mecanismo de reducción no
están fijada, por ello es posible mover el volante de dirección.
(4) ECU del ABS
Se emite la señal de velocidad del vehículo a la ECU de la EPS.
(5) ECU del motor
Se emite la señal del régimen del motor a la ECU de la EPS.
(6) Juego de instrumentos
En caso de avería en el sistema, enciende el indicador de advertencia.
(7) Relé
Suministra potencia al motor CC y a la ECU de la EPS.
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Dirección hidrostática
Descripción
Las direcciones hidrostáticas si pueden
encontrarse en diferentes tipos de vehículos
aunque no en automóviles. Es frecuente ver
instalados en tractores, máquinas agrícolas,
como cosechadoras y otras máquinas similares.
La característica fundamental que la define es
que se trata de un tipo diferente de diseño de
dirección en el que, el accionamiento de las
ruedas directrices, no existe ninguna conexiona
mecánica entre el volante y las ruedas. Por lo
tanto, en su constitución básica no tienen
ningún componente mecánico, es decir, que no
tiene nada que ver con las direcciones antes
mencionadas.
Esta dirección hidrostática no se aplica a
vehículos que puedan superar los 50 km/h de
velocidad máxima, por lo que su instalación se
circunscribe a determinados tipos de vehículos
de limitadas prestaciones en donde todas las
maniobras, tan frecuentes como se quiera, se
realizan a muy poca velocidad.
La principal ventaja de la dirección hidrostática
es la flexibilidad de sus conducciones y la
fiabilidad que tienen de poder ser instaladas
lejos de donde se encuentra el volante, por lo
que resulta muy adecuadas para aquellos
vehículos que, por sus especiales características
de trabajo, tienen el puesto de conducción
demasiado alejado del eje directriz.
La aplicación de un sistema de palancas con sus correspondientes juntas cardan podría llegar a complicar la transmisión
del movimiento del volante hasta llegar a la caja de dirección y hacer una dirección de mando y manejo poco segura y
fiable. Este problema queda completamente resuelto con el uso de una dirección hidrostática.
Manejo y funcionamiento del sistema
La performance satisfactoria del sistema de dirección requiere una instalación correctamente diseñada para cada
vehículo y para el tipo y clase de servicio al cual será destinado.
1.
Diseño y funcionamiento
La unidad de dirección está formada por un grupo distribuidor con una válvula servo desplazable axialmente y un
grupo dosificador, del tipo de engranajes internos a lóbulos con movimiento orbital.
2.
Grupo distribuidor - válvula servo
Esta sección contiene una válvula distribuidora tubular accionada mecánicamente y esta sobre el eje de entrada,
siendo del tipo de centro abierto.
La función de la válvula distribuidora consiste en dirigir el flujo a la sección de dosificación y luego al cilindro
actuador.
3.
Grupo dosificador
Consiste de un elemento orbital bidireccional, formado por un rotor satélite y un estator fijo.
El rotor está equipado con alabes obturadores especiales, forzados por elementos elásticos e hidráulicamente, a
realizar un contacto de obturación entre el rotor y el estator a fin de reducir las fugas a través del conjunto de
dosificación.
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La función de este grupo es regular el flujo al cilindro de potencia manteniendo la relación entre el volante y las
ruedas directrices. Cumple además la función adicional de bomba accionada manualmente para permitir el manejo
cuando no funciona la bomba accionada por el motor.
4.
Funcionamiento del rotor en el grupo dosificador
Cada lóbulo del rotor tiene otro opuesto
diametralmente; por consiguiente, si un lóbulo
está en una cavidad, el opuesto está en una
cresta de la forma convexa del estator, opuesta a
la cavidad. Al ser girado el rotor, cada lóbulo, uno
tras otro, es desplazado fuera de su cavidad hacia
la cresta de la forma convexa del estator y esto
fuerza cada lóbulo opuesto, en consecuencia, a
una cavidad.
Dada la interacción entre rotor y estator se
producen 42 ciclos de descarga de fluido en una
revolución del rotor.
Cuando el rotor está en movimiento el líquido fluye siempre de tres cavidades, mientras que en las otras tres entra y
una de las cavidades es inactiva, dado que está en posición de cambio de flujo de salida a flujo de entrada.
Despiece de la cremallera
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Conjunto de la caja de la dirección
Tubo del cilindro
Tapón de la cubierta trasera
Conjunto de la caja trasera
Junta circular del piñón
Conjunto del piñón
Junta tórica
Contratuerca
Tornillo de ajuste
Muelle
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11. Retén
12. Casquillo central
13. Retén de aceite de la cremallera
(interior)
14. Retén de aceite de la cremallera
(exterior)
15. Separador
16. Conjunto de la cubierta del extremo
17. Abrazadera de la funda
18. Funda guardapolvo
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
Banda de la funda
Cremallera
Anillo del separador
Anillo de cierre de la cremallera
Junta tórica
Placa de bloqueo
Casquillo interior
Casquillo exterior
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Alineación de las ruedas
Descripción
El vehículo debe tener el rendimiento adecuado en línea recta para que la conducción sea estable, el rendimiento
correcto de viraje para conducir por las curvas, fuerza de recuperación para regresar a la línea recta, la capacidad de
suavizar el choque que se transmite a la suspensión cuando las ruedas reciben un impacto, etc.
Por ello, las ruedas del vehículo están montadas formando ángulos específicos con el suelo y con suspensiones específicas
para cada circunstancia. Esto se denomina alineación de las ruedas.
La alineación de las ruedas cuenta con los cinco
factores siguientes:
• Ángulo de caída
• Avance del pivote
• Inclinación del eje de dirección (salida del
pivote)
• Base (convergencia y divergencia)
• Radio de giro (ángulo de la rueda, ángulo de
giro)
Si uno de estos elementos es incorrecto, pueden
producirse los siguientes problemas:
• Dirección difícil
• Dirección poco estable
• Recuperación deficiente en las curvas
• Se acorta la duración de los neumáticos
Ángulo de caída
Descripción
Las ruedas delanteras del coche están instaladas
con la parte superior inclinada hacia afuera o hacia
adentro.
Esto se llama "ángulo de caída" y se mide en grados
de inclinación con respecto a la vertical. Cuando la
parte superior de la rueda está inclinada hacia
afuera, se llama “ángulo de caída positivo”. A la
inversa, la inclinación hacia adentro se llama
"ángulo de caída negativo".
En los automóviles antiguos, las ruedas tenían un
ángulo de caída positivo para mejorar la durabilidad
del eje delantero, y para que las ruedas hagan
contacto con la superficie de la carretera formando
ángulo recto para evitar el desgaste desigual del
neumático en carreteras donde la parte central de
la misma está más elevada que los bordes.
En los automóviles modernos, los ejes y la
suspensión son más resistentes que en el pasado y
las superficies de las carreteras son lisas, por lo que no hay necesidad de un ángulo de caída positivo. Como resultado, los
neumáticos se ajustan hacia un ángulo de caída cero (y hay algunos vehículos que tienen un ángulo de caída cero).
De hecho, el ángulo de caída negativo se emplea en la actualidad en los coches de pasajeros para mejorar el rendimiento
en las curvas.
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CONSEJO PARA EL MANTENIMIENTO:
Si las ruedas tienen un ángulo de caída excesivamente positivo o negativo, el desgaste del neumático será desigual.
Si las ruedas tienen un ángulo de caída excesivamente negativo, el neumático se desgastará más rápidamente en la parte
interior, y si el ángulo de caída es demasiado positivo, el desgaste será más rápido en el exterior del neumático.
Ángulo de caída negativo
Cuando se aplica una carga vertical a un neumático
con ángulo de caída, la fuerza se genera en la
dirección horizontal.
Esta fuerza se denomina
"empuje del ángulo de caída" y se ejerce en el
interior del vehículo para el ángulo de caída
negativo y en el exterior del vehículo para el ángulo
de caída positivo.
Al tomar las curvas, dado que el vehículo se inclina
hacia el exterior, el ángulo de caída del neumático
se hace más positivo, se reduce el empuje del
ángulo de caída hacia el interior del vehículo y se reduce la fuerza en las curvas.
El ángulo de caída negativo suprime el ángulo de caída positivo de los neumáticos durante las curvas y ayuda a mantener
una fuerza correcta al girar.
Ángulo de caída durante las curvas
Cuando un vehículo toma una curva, el empuje del ángulo de caída actúa sobre los neumáticos exteriores para reducir la
fuerza en las curvas debido al aumento en el ángulo de caída positivo. La fuerza centrífuga inclina el vehículo durante el
giro debido a la acción de los muelles de suspensión, cambiando el ángulo de caída.
OBSERVACIÓN:
La toma de curvas siempre está acompañada por la fuerza centrífuga, que fuerza al vehículo a girar en un arco mayor que
el que pretende el conductor, a menos que el vehículo pueda generar suficiente contrafuerza, es decir, fuerza centrípeta
para estabilizarlo. La fuerza centrípeta se genera por la deformación y deslizamiento lateral de la banda de rodadura que
se produce debida a la fricción entre el neumático y la superficie de la carretera.
Esto se denomina fuerza en las curvas.
Ángulo de caída cero y positivo
Ángulo de caída cero
La razón principal para adoptar el ángulo de caída cero es que evita el desgaste desigual de los neumáticos. Si las ruedas
tienen un ángulo de caída negativo o positivo, la inclinación de los neumáticos con respecto a la superficie de la carretera
genera una diferencia en los radios de rotación del interior y el exterior del neumático y el desgaste de éste será desigual.
El ángulo de caída cero evita esto.
Ángulo de caída positivo
Las funciones del ángulo de caída positivo son las siguientes:
 Reducción de la carga vertical
En el caso del ángulo de caída cero, la carga del huso se aplica en la dirección F'.
La carga F' aplicada al huso cambia a la carga F aplicada en la dirección de la junta del huso confiriendo el ángulo de
caída positivo.
Por ello, se reduce la carga momentánea aplicada al huso y al pivote de la dirección.
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


Prevención del deslizamiento de la rueda
La carga F ejercida contra la rueda puede dividirse en F1 y F2.
F2 es una fuerza para la dirección del eje del huso y empuja el interior de la rueda.
Esta fuerza impide que la rueda se deslice fuera del huso.
Prevención del ángulo de caída negativo indeseable debido a la carretera
Esto impide que la parte superior de la rueda se incline hacia adentro debido a la deformación de los componentes
de la suspensión y los casquillos provocada por la carga de los pasajeros y el equipaje.
Reducción del esfuerzo de dirección
Esto se explica en detalle en la sección dedicada a la inclinación del eje de dirección.
Avance del pivote y trayectoria del avance del pivote
Descripción
El avance del pivote es la inclinación hacia adelante y hacia atrás del eje de
dirección. El avance del pivote se mide en grados desde el eje de dirección a
la vertical, visto desde un lado.
La inclinación hacia atrás desde la línea vertical se llama “avance positivo del
pivote”, y la inclinación hacia adelante se llama “avance negativo del
pivote”.
La distancia desde la intersección de la línea central del eje de dirección con
el piso, hasta el centro de la zona de contacto entre el neumático y el piso se
llama “pista de avance del pivote”.
El ángulo de avance del pivote afecta a la estabilidad en línea recta y la pista
de avance del pivote afecta a la recuperación de la rueda después de tomar
una curva.
CONSEJO PARA EL MANTENIMIENTO:
Si las ruedas tienen un avance del pivote positivo excesivo, mejorará la
estabilidad en línea recta, pero se hace difícil tomar curvas.
Estabilidad en línea recta y recuperación de la rueda

Estabilidad en línea recta debida al ángulo de avance del pivote
Cuando el eje de dirección gira, durante la toma de curvas, si la rueda tiene un ángulo de avance del pivote, los
neumáticos estarán inclinados con respecto al suelo y se genera un par de subida que trata de alzar el vehículo tal
como se indica en la figura.
Este par de subida funciona como una fuerza de recuperación que trata de volver a colocar el vehículo en la
horizontal y mantiene la estabilidad en línea recta del vehículo.
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
Recuperación de la rueda debida a la pista de avance del pivote
Si las ruedas tienen un ángulo de avance del pivote, el punto de contacto de la línea que se extiende desde el eje de
dirección está avanzado con respecto al centro del contacto entre el neumático y la carretera. Por ello, dado que los
neumáticos son atraídos desde la dirección de avance, la fuerza con que se atraen compensa la fuerza que trata de
desestabilizarlos y mantiene el vehículo en línea recta.
Además, cuando los neumáticos están dirigidos hacia los lados debido a la dirección o a una alteración del recorrido
en línea recta, se generan fuerzas laterales (F2 y F' 2).
Estas fuerzas laterales actúan como fuerzas de rotación alrededor del eje de dirección debido a la pista de avance del
pivote y son fuerzas que tratan de devolver los neumáticos a su posición original (fuerza de recuperación).
En este caso, si la pista de avance del pivote es larga, para una fuerza lateral de la misma magnitud, se ejercerá una
fuerza mayor para girar el volante. Por ello, cuanto más larga sea la pista de avance del pivote, mayor será el
rendimiento en línea recta y la fuerza de recuperación.
Inclinación del eje de dirección
Descripción
El eje alrededor del cual da vueltas la rueda cuando gira hacia la derecha o
hacia la izquierda se llama "eje de dirección".
Este eje se determina trazando una línea imaginaria entre la parte superior
del cojinete de soporte superior del amortiguador y la junta esférica del
brazo de suspensión inferior (en el caso de las suspensiones de tipo
torreta).
La línea está inclinada hacia adentro si se mira desde la parte delantera del
vehículo y esto se llama "inclinación del eje de dirección" (S.A.I) o "ángulo
del pivote central". Este ángulo se mide en grados.
Además, la distancia "L" desde la intersección del eje de dirección con el
suelo y la intersección de la línea central de la rueda con el piso se llama
"descentramiento", "descentramiento del pivote central" o "scrub radius".
Funciones de la inclinación del eje de dirección
1. Reducción del esfuerzo de dirección
Dado que la rueda gira hacia la derecha o hacia la izquierda con el eje de dirección como centro y la desviación como
radio, una desviación grande generará un momento grande alrededor del eje de dirección debido a la resistencia a la
rodadura del neumático, aumentando el esfuerzo de dirección.
Esta desviación puede reducirse para disminuir el esfuerzo de dirección.
Para disminuir la desviación pueden utilizarse cualquiera de los dos métodos siguientes:
(1) Dar a las ruedas un ángulo de caída positivo
(2) Inclinar el eje de dirección.
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2.
Reducción del retroceso y de la tracción hacia un lado
Si la desviación es demasiado grande, la fuerza debida a la conducción y al frenado genera un momento alrededor del
eje de dirección cuya magnitud es proporcional a la desviación.
Además, cualquier bache de la carrera que se transmita a la rueda hará que el volante sufra una sacudida o recule.
Este fenómeno puede mejorarse reduciendo la desviación.
Si existe una diferencia entre los ángulos de inclinación derecho o izquierdo del eje de dirección, generalmente, el
vehículo tirará hacia el lado con menor ángulo (el que tiene mayor desviación).
3.
Mejoría de la estabilidad en línea recta
La inclinación del eje de dirección hace que las ruedas regresen automáticamente a la posición de avance en línea
recta después de completar un giro.
OBSERVACIÓN:
En los coches con motor montado en la parte delantera y tracción en las ruedas delanteras, la desviación suele
mantenerse en un valor pequeño (cero o negativo) para evitar la transmisión al volante de las sacudidas de los
neumáticos generadas durante el frenado o al golpear un obstáculo, y minimizar el momento creado alrededor del
eje de dirección debido a la fuerza motriz en el momento en que se acelera o se pone en marcha rápidamente el
vehículo.
CONSEJO PARA EL MANTENIMIENTO:
Si hubiera una diferencia entre el ángulo de
dirección a la derecha y a la izquierda, también
habrá una diferencia entre los momentos
alrededor del eje de dirección en la derecha y la
izquierda durante el frenado y la fuerza de frenado
será mayor en el lado con menor ángulo de
dirección. Además, cualquier diferencia que exista
entre la desviación derecha e izquierda generará
una diferencia en la fuerza de reacción de
conducción (jalón en el volante) en la derecha y la
izquierda. En cualquier caso, actúa una fuerza que
intenta hacer girar el vehículo.
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Convergencia (ángulo de convergencia, convergencia y divergencia)
Descripción
Ángulo de base (convergencia y divergencia)
La base es la inclinación de la parte
delantera y trasera de la rueda vista desde
la parte superior del vehículo. El ángulo de
instalación de la rueda se llama ángulo de
base. Cuando las partes delanteras de las
ruedas están más próximas entre sí que las
partes traseras, se llama "convergencia". Lo
opuesto se llama "divergencia".
Rodaje del ángulo de base
Convencionalmente, el propósito principal
del ángulo de base ha sido cancelar el
empuje del ángulo de caída generado
cuando se aplica éste. Por ello, el ángulo de
base evita que la parte delantera de la
rueda se abra hacia fuera cuando se aplica
la convergencia para conseguir un ángulo
de caída positivo.
Sin embargo, como resultado del aumento
del ángulo de caída negativo y de un mejor
rendimiento de los neumáticos y de la
suspensión en los últimos años, la
necesidad de anular el empuje del ángulo
de caída ha disminuido. Por ello, el objetivo
principal del ángulo de base ha cambiado para garantizar la estabilidad en línea recta.
Cuando un vehículo sube por una carretera inclinada, la carrocería se inclina hacia un lado. El vehículo siente como si
fuera a realizar un giro en la dirección en la que se inclina la carrocería.
Si la parte delantera de cada rueda gira hacia el interior (convergencia), el vehículo tratará de moverse en la dirección
opuesta a la inclinación de la carrocería.
Como resultado, se mantiene la estabilidad en línea recta.
CONSEJO PARA EL MANTENIMIENTO:
Si la convergencia es excesiva, la fuerza de deslizamiento lateral provoca el desgaste desigual de los neumáticos. Si la
divergencia es excesiva, es difícil mantener la estabilidad en línea recta.
OBSERVACIÓN:
El deslizamiento lateral es la distancia total que los neumáticos izquierdo y derecho se deslizan hacia el lateral mientras el
vehículo está circulando.
Tanto en el caso de la convergencia como del ángulo de caída negativo, el deslizamiento lateral tiene lugar hacia el
exterior.
Radio de giro (ángulo de las ruedas, ángulo de giro)
Descripción
El radio de giro es el ángulo que giran las ruedas delanteras derecha e izquierda cuando el coche toma una curva. Si los
diferentes ángulos de giro derecho e izquierdo son iguales a los centros de giro de las cuatro ruedas, aumenta la
estabilidad de la conducción durante las curvas.
Por ejemplo, el tipo de sistema de dirección en el que las barras de acoplamiento están situadas detrás de los husos, si los
brazos de rótula derecho e izquierdo están montados de forma que están paralelos con respecto a la línea central del
vehículo, los ángulos de dirección derecho e izquierdo serán iguales (α = ß). Cada rueda debería girar alrededor de un
centro diferente (O1 y O2) incluso si tienen el mismo radio (r1= r2), de forma que el deslizamiento lateral se generará en
uno de los neumáticos.
Sin embargo, si los brazos de rótula están inclinados con respecto a la línea central del vehículo, debido a que las ruedas
derecha e izquierda tienen ángulos de giro distintos (α < ß), pueden girar con radios de giro diferentes (r1 > r2) alrededor
del mismo centro (O), de forma que pueda conseguirse el ángulo de dirección correcto.
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CONSEJO PARA EL MANTENIMIENTO:
Si el radio de giro no es correcto, la parte interior o exterior del neumático se deslizará lateralmente durante las curvas y
no será posible dar los giros de forma suave. Esto también genera un desgaste desigual en el neumático que se desliza
lateralmente.
Servicio de alineación de ruedas
Descripción
Generalmente, la inspección frecuente y la corrección del alineamiento de las ruedas no suelen ser necesarias en
condiciones de uso normales. Sin embargo, si los neumáticos se desgastan de forma desigual, si la dirección es inestable,
o si ha sido necesario reparar la suspensión debido a un accidente, es necesario inspeccionar y corregir el alineamiento de
las ruedas.
1.
Generalidades
El alineamiento de las ruedas cubre diversos elementos tales como el ángulo de caída, el avance del pivote, la
inclinación del eje de dirección, etc., y cada uno de ellos está estrechamente ligado a otros elementos. Durante la
inspección y corrección, es necesario considerar todos estos elementos y la relación que existe entre ellos.
2.
Dónde medir y precauciones relacionadas con la manipulación del probador
Recientemente, se han introducido en el mercado un elevado número de nuevos modelos de probadores del
alineamiento. Sin embargo, es necesario tener en cuenta que los probadores de alta precisión pueden ser muy
complejos, y pueden producirse errores sin que usted se dé cuenta. Por ello, el mantenimiento de los probadores
debe realizarse periódicamente para asegurarse de que siempre son dignos de confianza.
Mida siempre el alineamiento de las ruedas con el vehículo aparcado en una zona plana y nivelada. Esto es necesario
porque, independientemente de la precisión de los probadores de alineamiento, no es posible obtener valores
correctos si el lugar donde se toma la medida no está nivelado.
3.
Necesidad de inspeccionar antes de medir el alineamiento de las ruedas
Antes de medir el alineamiento de las ruedas, es necesario inspeccionar cada uno de los factores que pueden afectar
al alineamiento y realizar las correcciones necesarias. Si se ejecutan correctamente estos pasos preparatorios, se
obtendrán los valores correctos. Los valores estándar del alineamiento de las ruedas están determinados por el
fabricante con el vehículo en condiciones “normales”. Por ello, cuando inspeccione el alineamiento de las ruedas, es
necesario que el vehículo esté en condiciones lo más parecidas posibles a las condiciones normales en las que se
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determinaron los valores estándar. (Consulte el manual de reparaciones para obtener los valores estándar).
Elementos que es necesario inspeccionar antes del medir el alineamiento de las ruedas.
•
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•
•
Presión de inflado de los neumáticos (en condiciones estándar)
Desgaste desigual marcado de los neumáticos o diferencia en el tamaño.
Descentramiento del neumático (radial y facial)
Juego de la junta esférica debido al desgaste
Juego de la barra de acoplamiento debido al desgaste
Juego del cojinete de la rueda delantera debido al desgaste
Longitud de los vástagos de torreta derecho e izquierdo
Diferencia entre la batalla izquierda y derecha
Deformación o desgaste de las piezas del varillaje de la dirección
Deformación o desgaste de las piezas relacionadas con la suspensión delantera
Inclinación lateral de la carrocería (distancia libre al suelo del chasis)
Descripción
4. Importancia que tiene el ajustar la distancia libre al
suelo del chasis antes de medir el alineamiento
En un vehículo con suspensión delantera
independiente, los factores de alineamiento de las
ruedas variarán dependiendo de la carga debido a
los cambios en la distancia libre al suelo del chasis.
Por ello es necesario especificar los factores del
alineamiento de las ruedas para la distancia libre
especificada. A menos que se especifique lo
contrario, consulte el manual de reparaciones, etc.
5.
6.
Prueba de conducción
Después de ajustar el eje delantero, la suspensión, la dirección, y/o el alineamiento de las ruedas delanteras, realice
la siguiente prueba en carretera para verificar el resultado de los ajustes:
•
Conducción hacia adelante
(1) El volante debe estar en la posición correcta
(2) El vehículo debería avanzar en línea recta sobre una carretera lisa.
(3) No deberían producirse ondulaciones o sacudidas excesivas.
•
Virajes
El volante debe girar fácilmente en cualquier dirección y, al soltarlo, debe regresar rápida y suavemente a la
posición neutra.
•
Frenado
El volante no debe tirar hacia ningún lado cuando el vehículo avanza en una carretera lisa y uniforme.
•
Inspección de ruidos anormales
No deben oírse ruidos anormales durante la prueba de conducción.
Resultados de las medidas y cómo utilizarlos
Si los valores medidos se desvían de los valores estándar, es necesario realizar ajustes mecánicos o reemplazar
piezas.
Servicio de alineación de ruedas delanteras
Ángulo de convergencia
Para ajustar el ángulo de convergencia, cambie la longitud de las barras de acoplamiento que conectan los brazos de
rótula de la dirección.
1.
En los modelos en los que la barra de acoplamiento está detrás de los husos, al aumentar la longitud de la barra de
acoplamiento se aumenta la convergencia. En los modelos en los que la barra de acoplamiento está delante de los
husos, al aumentar la longitud de la barra de acoplamiento se aumenta la divergencia.
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2.
En los modelos con barra de acoplamiento doble, el ajuste de la convergencia se realiza manteniendo idéntica la
longitud de las barras de acoplamiento derecha e izquierda. Si las longitudes de las barras de acoplamiento derecha e
izquierda son diferentes, incluso un ajuste de la convergencia correcto implicará un ajuste del ángulo de giro
incorrecto.
Ángulo de caída y avance del pivote
Los métodos de ajuste para el ángulo de caída y el avance del pivote dependen del modelo. A continuación se indican los
métodos típicos.
Dado que la convergencia cambia cuando se ajusta el ángulo de caída y/o el avance del pivote, es necesario inspeccionar
siempre la convergencia después de ajustar el ángulo de caída y el avance del pivote.
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1.
Ajuste independiente del ángulo de caída
En algunos modelos, es posible sustituir los pernos del pivote
de la dirección por pernos de ajuste del ángulo de caída. Los
pernos del ángulo de caída tienen un diámetro de espiga más
pequeño, lo que permite el ajuste del ángulo de caída.
Este tipo de ajuste se utiliza en suspensiones del tipo torreta.
2.
Ajuste independiente del avance del pivote
El avance del pivote se ajusta cambiando la distancia “L” entre
el brazo inferior y la barra de torreta utilizando la tuerca o el
separador de la barra de torreta. Este tipo de ajuste se utiliza
en la suspensión del tipo torreta o espoleta doble, en los que
la barra de torreta está situada delante o detrás del brazo
inferior.
3.
Ajuste simultáneo del ángulo de caída y del avance del pivote
(1) Los pernos de montaje del tipo leva
excéntrica están en el extremo
interior del brazo inferior. Girando
este perno se mueve el centro de la
junta esférica inferior para inclinarla
y se ajustan el ángulo de caída y el
avance del pivote.
Este método de ajuste se utiliza en
las suspensiones de tipo torreta o de
tipo espoleta doble.
(2) Girando los pernos de montaje de
tipo leva excéntrica en la parte
delantera y trasera del brazo inferior
se cambia el ángulo de instalación
del brazo inferior y cambia la
posición de la junta esférica inferior.
Este método de ajuste se utiliza en
las suspensiones de tipo torreta o de
tipo espoleta doble.
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(3) El ángulo de montaje del brazo superior, es decir, la posición de la junta esférica superior, cambia al aumentar o
disminuir la cantidad y/o el espesor de los calces.
Este método de ajuste se utiliza en las suspensiones de tipo espoleta doble.
Ejemplo del ajuste del ángulo de caída y del avance de pivote
A continuación se presenta un ejemplo de ajuste del modelo Supra JZA80 (1998).
(Para obtener más detalles, consulte el Manual de reparaciones.)
(1) Mida el ángulo de caída y el avance del pivote.
(2) Tal como se indica en el cuadro, lea la distancia entre el punto marcado y el punto 0.
(3) Ajuste las levas de ajuste delanteras y/o traseras de acuerdo con los valores del cuadro.
Radio de giro (ángulo de la rueda, ángulo de giro)
El tipo con perno de tope tipo rótula puede ser
ajustado, pero el tipo que no tiene este perno no
puede ser ajustado.
OBSERVACIÓN:
En el caso del engranaje de dirección de tipo
piñón y cremallera, el ángulo de la rueda está
determinado típicamente por el punto en el que la
cremallera de dirección hace contacto con el
alojamiento de la cremallera de dirección.
Por consiguiente, generalmente no hay un perno
de rótula. Si las longitudes de las barras de
acoplamiento derecha e izquierda son diferentes,
puede hacer que el ángulo de la rueda sea
incorrecto.
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Alineación de la rueda trasera
Descripción
El alineamiento de la rueda trasera de una suspensión trasera de tipo independiente se consigue ajustando el ángulo de
caída y el ángulo de base. El método de ajuste del ángulo de caída y del ángulo de base varía dependiendo del tipo de
suspensión. Algunos modelos no tienen un mecanismo de ajuste del ángulo de caída.
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