La dirección esta formada por un volante unido a un extremo de la columna de dirección. Esta a su vez une por el otro extremo al mecanismo de dirección alojado en su propia caja.
Su misión consiste en dirigir la orientación de las ruedas, para que el vehículo tome la trayectoria deseada. Para ello se utiliza un serie de elementos que transmiten el movimiento desde el volante hasta las ruedas.
1.1_Principio de funcionamiento.
Relación de esfuerzos a transmitir.
El par de giro es el producto de la fuerza por la distancia, en este caso el radio P=F·R. Por tanto las desmultiplicacion esta en función de los diamentros del volante y el piñón de dirección.
Las fuerzas aplicadas y obtenidas son inversamente proporcionales a los radios de giro, ya que el momento de esfuerzo del volante es igual al momento resistente en la caja de dirección.
Relación de tranmision.
Esta determinada por la relación que existe entre el angulo descrito por el volante y el angulo obtenido en las ruedas.
En esta relación, también denominada desmultiplican, influyen fundamentalmente el mecanismo ubicado en la caja de la dirección y el varillaje encargado de transmitir el movimiento a las ruedas.
1.2_Disposición de los elementos sobre el vehículo.
El conjunto de los elementos que interviene en la dirección esta formado por los elementos siguientes:
- Volante.
- Columna de dirección.
- Caja o mecanismo de dirección
- Timonera de mando o brazos de acoplamiento y de mando
- Ruedas
La dirección de cremallera, la cual esta unida mediante las barras de acoplamiento. y en la dirección mediante tornillo sin fin se necesita mas timoneria de mando para establecer las uniones entre las ruedas.
En funcionamiento, cuando el conductor acciona el volante unido a la columna de dirección y se transmite a las ruedas el angulo de giro deseado. La caja de dirección y la relación de palancas realizan la desmultiplicacion de giro y la multiplicación de fuerza necesaria para orientar las ruedas con el mismo esfuerzo del conductor.
Loa brazos de mando y acoplamiento transmiten el movimiento de la caja de dirección a las ruedas.
1.3_Estudio de los órganos constructivos.
Volante.
Esta diseñado con una forma ergonómica con dos o tres brazos con la finalidad de tener mayor facilidad en el manejo y comodidad. Su misión es la de reducir el esfuerzo que el conductor aplica sobre las ruedas. En los vehículos con mayor equipamiento, generalmente esta dotado de tres bazos para incorporar el dispositivo de de seguridad pasiva de protección del vehículo.
Columna de dirección.
Esta constituida por un árbol articulado que une el mecanismo de dirección con el volante
La columna de dirección tiene una gran influencia en la seguridad pasiva. Todos los vehículos están equipados con una columna de dirección retráctil, formada con dos o tres tramos con el fin de colapsarse y no producir daños al conductor en caso de colisión. Estos tramos están unidos mediante juntas cardan y elásticas diseñadas para tal fin.
Caja o mecanismo de dirección.
El movimiento giratorio del volante se transmite a través del árbol y llega a la caja de dirección que transforma el movimiento giratorio en otro rectilíneo transversal al vehiculo.
A través de las barras, articuladas con rotulas, el mecanismo de transmisión alojado en la caja transmite el movimiento transversal a las bielas o brazos de acoplamiento que hacen girar las ruedas al rededor del eje del pivote.
Existen los siguientes tipos de cajas o mecanismos de transmisión:
- Cremallera.
- Cremallera de relación variable
- Tornillo sinfín y sector dentado
- Tornillo sinfín y rodillo
- Tornillo sinfín y dedo
- Tornillo sinfín y tuerca
- Tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes o recirculacion de bolas.
Cremallera.
Este tipo de dirección se caracteriza por su mecanismo desmultiplicador y sencillez de montaje. elimina parte de la timoneria de mando
La dirección de cremallera esta constituida por un barra en la que hay tallada un dentado de cremallera, que se desplaza lateralmente en el interior de un cárter apoyada en unos casquillo de bronce y nailon. Esta accionada por el piñón montado en un extremo del árbol del volante engranando con una cremallera.
Es la mas utilizada en los turismos y sobre todo en los vehículos de tracción delantera por que disminuye notablemente los esfuerzos en el volante, es decir es suave en los giros y tiene rapidez de recuperación, resultando en una dirección estable y segura.
Dirección de cremallera de relación variable.
En las direcciones mecánicas de cremallera con relaciones constantes, se realiza el mismo esfuerzo tanto en maniobras de aparcamiento como en carretera.
Sin embargo en las maniobras de aparcamiento es necesario un dirección con relación de reducción elevada para disminuir el esfuerzo ejercido sobre el volante, los implica un perdida de la sensibilidad de la conducción durante la marcha.
Con una relación de reducción inferior evita la falta de sensibilidad, pero la maniobrabilidad en parado resulta mas difícil.
Estos problemas se resuelven con la adoptacion de la dirección de cremallera de relación variable
La principal característica constructiva de esta dirección es la cremallera la cual dispone de unos dientes con :
- Modulo variable.
- Angulo de presión variable.
Tornillo sinfín.
Es un mecanismo basado en un tornillo sin fin. Puede ser cilíndrico o globoide. Esta unido al árbol del volante para transmitir su movimiento de rotación a un dispositivo de translaticio que que engrana con el mismo, generalmente una sección, una tuerca, un rodillo o un dedo encargados de transmitir el movimiento a la palanca de ataque y estas ase vez a las barras de acoplamiento.
Tornillo sin fin y sector dentado.
Esta formado por un tornillo sin fin cilíndrico, apoyado en sus extremos sobre dos cojinetes de rodillos cónicos. El movimiento se transmite a la palanca de mando a través de un sector dentado cuyos dientes engranan con el tornillo sinfín en toma constante.
Tornillo sin fin y rodillo.
Esta formado por un sin fin globoide apoyado en cojinetes de rodillos cónicos. Un tornillo esta apoyado en el tornillo sin fin, que al girar desplaza lateralmente el rodillo produciendo un movimiento angular en el eje de la palanca de ataque.
Tornillo sin fin y dedo.
Esta formado por un sin fin cilíndrico y un dedo o tetón. Al girar el sinfín el dedo se desplaza sobre las ranuras del sinfín transmitiendo un movimiento oscilante a la palanca de ataque
Tornillo sin fin y tuerca.
Esta formando por un sinfín cilíndrico y una tuerca. Al girar el sinfín produce un desplazamiento longitudinal de la tuerca, este movimiento es transmitido a la palanca de ataque unida a la tuerca.
Tornillo sinfín y tuerca con hilera de bolas.
Este mecanismo consiste en intercalar un hilera de bolas entre el tornillo sinfín y una tuerca. Esta a su vez dispone de una cremallera exterior que transmite el movimiento a un sector dentado, el cual lo transmite a la palanca de ataque.
Tiranteria de dirección.
La tiranteria de dirección esta constituida por un conjunto de elementos que transmiten en movimiento desde el mecanismo de transmisión a las ruedas. Generalmente se utilizan dos sistemas, uno aplicado a la dirección de cremallera y otro aplicado a la dirección de tornillo sin fin.
Palanca de ataque.
También llamada palanca o biela de mando, va incluida a la salida de la caja de dirección mediante un estriado fino. Recibe el movimiento de rotación de la caja de dirección para transmitirlo, en movimiento angular, a la barra de mando.
Barra de mando.
El movimiento direccional se transmite por medio de un barra de mando unida, por un lado, a la palanca de ataque y por 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 de acoplamiento.
Estos elementos transmiten a las ruedas el movimiento obtenido de la caja de la dirección y constituyen el sistema direccional para orientar las mismas.
Este sistema esta 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 angulo de inclinación para que la prolongación de sus ejes coincidan sobre el centro del eje trasero y tienen por misión el desplazamiento lateral de las ruedas directrices.
Barras de acoplamiento.
También se llaman bieletas de dirección. Realizan la unión de las dos ruedas por medio de una o varias barras de acoplamiento, según el sistema empleado. Las barras de acoplamiento realizan la unión entre los dos brazos para que el movimiento de las ruedas sea simultaneo y conjugado, al producirse el desplazamiento lateral de una de ellas.
Están formadas por un tubo de acero en cuyos extremos van montadas las rotulas , cuya unión es hacer elástica la unión entre los brazos de acoplamiento de las ruedas y adaptarlas a las variaciones de longitud producidas por las incidencias del terreno.
Rotulas.
Esta constituida por un muñón cónico en cuyos extremos tiene una unión roscada que permite su desmontaje y por otro lado 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 , ademas de permitir las variaciones de longitud para corregir la convergencia de las ruedas.
2_Geometría de la dirección.
Para determinar la pocicion de las ruedas en movimiento, tanto en linea recta como en curva, todos los organos que afectan a la direccion, suspension, y ruedas deben cumplir unas condiciones geometricas que estasn determinadas por la geomertria de giro y geometria de olas ruedas.
Estas condicones permiten la orientacion de las ruedas delanteras con seguridad y presicion con seguridad para que el vehiculo tome la trayectoria deseadapor el conductor.
La suspension desarrolla el control de dos parametros fundamentales:
- Pocicion de las ruedas con respecto al pavimento.
- Movimientos longitudinales de la rueda.
2.1_Geometria de giro.
Cuando el vehiculo toma una curva, la trayectoria recorrida por cauda una de las ruedas es diferente, por que tienes didtinto radio de curvatura, por tanto la orientacion de cada una de ellas es distinta.
Este efecto director esta dado por las dor ruedas directrices y es evidente que tienen que funcionar de forma simultanea.
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