Sistema de Dirección Automotriz, Estructura Trayectoria y Funciones

En muchos vehículos es de suma importancia, que dentro de sus características más importantes. Se incluya el sistema de dirección , ya que este es el que guía por decirlo así todo el vehículo en su trayectoria.

Existen datos muy curiosos que datan de los carruajes a caballos, como de otras épocas donde era imprescindible el uso del sistema de dirección. Desde los más complejos hasta los más básicos. En este artículo repasaremos el uso y sus componentes del sistema de dirección automotriz.

¿Qué es el Sistema de Dirección Automotriz?

La dirección es el conjunto de órganos que permiten a cualquier vehículo modificar su trayectoria para seguir el rumbo deseado. Una excepción es el caso del ferrocarril. En el que la dirección. Es controlada por medio de raíles y desvíos. La función primaria. De todo sistema de dirección es permitir al conductor. Poder guiar el vehículo hasta su destino.

En los vehículos con ruedas. Al actuar sobre el volante (o manillar). El conductor cambia el ángulo de deriva (ángulo entre el plano de la rueda. Y la trayectoria de la rueda). De la o las ruedas directrices. La fuerza creada entre la carretera. Y el eje de giro hace girar el vehículo.

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Historia del Sistema de Dirección

La historia de la dirección o del sistema de dirección. Comenzó con los vehículos tirados por caballos, especialmente cuando surgieron los primeros vehículos con más de un eje.

Eje de Pivote Central o Rueda de Dirección

La solución obviamente para conseguir un sistema de ruedas orientables. Es conectar sólidamente las ruedas. En los extremos de un eje rígido. Que bien gire libremente sobre un único. Eje de pivote vertical o descanse sobre una rueda de dirección (turntable o fifth wheel en inglés).

El sistema se utilizó históricamente. En los ejes delanteros (e intermedios en su caso). De muchos carruajes de más de un eje. De modo que los caballos podían tirar del carro. Desde los lados en curvas haciendo que el vehículo. Girase sobre su último eje. Llegándose a aplicar incluso a los primeros automóviles. Como el Clement-Panhard.

Vehículo Articulado

Un sistema muy extendido. Cuando el tipo de carruaje lo permitía. Consistía en articular el propio vehículo en dos partes. Cada una de las cuales estaba unida sólidamente. Al eje en el que se apoyaba obteniéndose un comportamiento similar. Al de vehículos con dirección de rueda.

Ruedas Desacopladas o Ejes Rotos

Los sistemas anteriores ofrecían un resultado aceptable. Para orientar las ruedas de un vehículo. Pero no ofrecían respuesta al problema. Que de cara a la estabilidad suponía unir ambas ruedas. Forzándolas a permanecer paralelas. Y girar al mismo número de revoluciones.

El radio de la curva trazado por la rueda interior. Es más cerrado que el ángulo trazado por la exterior. Por lo que si ambas ruedas permanecen paralelas. O giran al mismo número de revoluciones. Necesariamente se arrastrarán perjudicando la estabilidad en curvas. Especialmente en las más cerradas o tomadas a cierta velocidad. Razón por la que los vehículos rápidos. Solían contar con un solo eje.

La idea de separar. El movimiento de los bujes en un eje directriz. No es una preocupación reciente. Ya en vehículos tirados por caballos. Surgieron mecanismos para en primer lugar permitir. Que las ruedas girasen libremente en los extremos del eje. (ruedas desacopladas o "locas"). Y posteriormente mecanismos más o menos complejos. Para evitar el paralelismo de las ruedas. Como el sistema por cadenas del vehículo de vapor de Amedee Bollee.

 Sistema de Dirección

El conjunto de mecanismos que componen el sistema de dirección, tienen la misión de orientar las ruedas delanteras para que el vehículo tome la trayectoria deseada por el conductor.

Para que el conductor no tenga que realizar esfuerzo, en la orientación de las ruedas (a estas ruedas se las llama "directrices"), el vehículo dispone de un mecanismo desmultiplicador, en los casos simples (coches antiguos), o de servomecanismo de asistencia (en los vehículos actuales).

Características que deben reunir todo Sistema Dirección 

Siendo la dirección, uno de los órganos mas importantes en el vehículo, junto con el sistema de frenos, ya que de estos elementos depende la seguridad de las personas. Por consiguiente debe reunir una serie de cualidades que proporcionan al conductor, la seguridad y comodidad necesaria en la conducción. Estas cualidades son las siguientes:

• Seguridad: depende de la fiabilidad del mecanismo, de la calidad de los materiales empleados y del entretenimiento adecuado.
• Suavidad: se consigue con un montaje preciso, una desmultiplicación adecuada y un perfecto engrase.
• La dureza en la conducción hace que ésta sea desagradable, a veces difícil y siempre fatigosa. Puede producirse por colocar unos neumáticos inadecuados o mal inflados, por un "avance" o "salida" exagerados, por carga excesiva sobre las ruedas directrices y por estar el eje o el chasis deformado.
• Precisión: ésta se consigue, haciendo que la dirección no sea muy dura ni muy suave. Si la dirección es muy dura, por un excesivo ataque (mal reglaje) o pequeña desmultiplicación (inadecuada), la conducción se hace fatigosa e imprecisa. Por el contrario, si es muy suave, por causa de una desmultiplicación grande, el conductor no siente la dirección y el vehículo sigue una trayectoria imprecisa.

La falta de Precisión puede ser debida a las siguientes causas:  

- Excesivo juego en los órganos de dirección.
- Por alabeo de las ruedas, que implica una modificación periódica en las cotas de reglaje y que no debe de exceder de 2 a 3 mm.
- Por un desgaste desigual en los neumáticos (falso redondeo), que hace ascender a la mangueta en cada vuelta, modificando por tanto las cotas de reglaje.
- El desequilibrio de las ruedas, que es el principal causante del shimmy, consiste en una serie de movimientos oscilatorios de las ruedas alrededor de su eje, que se transmite a la dirección, produciendo reacciones de vibración en el volante.
- Por la presión inadecuada en los neumáticos. Lo que posiblemtente modifica las cotas de reglaje y que, si no es igual en las dos ruedas, hace que el vehículo se desvíe a un lado.

• Irreversibilidad: consiste en que el volante debe mandar el giro a las pero, por el contrario, las oscilaciones que toman estas, debido a las incidencias del terreno, no deben se transmitidas al volante. Esto se consigue dando a los filetes del sin fin la inclinación adecuada, que debe ser relativamente pequeña.

Trayectorias y Prolongación

Como las trayectorias a recorrer, por la ruedas directrices son distintas, en una curva (la rueda exterior ha de recorrer un camino mas largo por ser mayor su radio de giro, como se ve en la figura inferior). La orientación que debe darse a cada una distinta también (la exterior debe abrirse mas), y para que ambas sigan la trayectoria deseada, debe cumplirse la condición de que todas las ruedas del vehículo, en cualquier momento de su orientación, sigan trayectorias curvas de un mismo centro O (concéntricas).

Situado en la prolongación del eje de las ruedas traseras. Para conseguirlo se disponen los brazos de acoplamiento A y B que mandan la orientación de las ruedas, de manera que en la posición en linea recta, sus prolongaciones se corten en el centro C del puente trasero o muy cerca de este.

Solución 

Esta solución no es totalmente exacta. Sino que existe un cierto error en las trayectorias seguidas por las ruedas si se disponen de la manera reseñada. En la práctica se alteran ligeramente, las dimensiones y ángulos formados por los brazos de acoplamiento, para conseguir trayectorias lo más exactas posibles. La elasticidad de los neumáticos corrige automáticamente, las pequeñas variaciones de trayectoria.

Las ruedas traseras siguen la trayectoria curva, como ya se vio, gracias al diferencial (cuando el vehículo tiene tracción trasera), que permite dar a la exterior mayor numero de vueltas que a la interior; pero como estas ruedas no son orientables y para seguir su trayectoria debe abrirse más la rueda exterior, resulta de ello un cierto resbalamiento en curva, imposible de corregir, que origina una ligera perdida de adherencia, más acusada si el piso está mojado.

Posiblemente puede producirse el derrape en curvas cerradas tomadas a gran velocidad.

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Arquitecturas del Sistema de Dirección

En cuanto se refiere, a las disposiciones de los mecanismos que componen el sistema de dirección. Podemos distinguir dos casos principales: dirección para el eje delantero rígido y dirección para tren delantero de suspensión independiente. Cada uno de estos casos, tiene su propia disposición de mecanismos.

El Sistema de Dirección para eje Delantero Rígido

No se usa actualmente, por lo que haremos una pequeña reseña sobre el sistema.
Se utiliza una barra de acoplamiento única, que va unida a los brazos de la rueda y a la palanca de ataque o palanca de mando.

El Sistema de Dirección, para Tren Delantero de Suspensión Independiente 

Cuando hay una suspensión independiente, para cada rueda delantera, como la separación entre estas varía un poco, al salvar las irregularidades de la carretera, se necesita un sistema de dirección, que no se vea afectada por estas variaciones y mantenga la dirección de las ruedas, siempre en la posición correcta.

Un tipo de dirección es el que utiliza una barra de acoplamiento dividida en tres partes
El engranaje  hace mover transversalmente, el brazo que manda el acoplamiento, a su vez apoyado por la palanca oscilante, en la articulación  sobre el bastidor.

Para transformar el giro del volante, de la dirección en el movimiento a un lado u otro del brazo de mando emplea el mecanismo contenido en la caja de la dirección. Que al mismo tiempo efectúa, una desmultiplicación del giro recibido. Para permitir al conductor orientar las ruedas con un pequeño esfuerzo realizado en el volante de la dirección. Se llama relación de desmultiplicación, la que existe entre los ángulos de giro del volante y los obtenidos en la orientación de las ruedas.

Vuelta Completa (360º)

Si en una vuelta completa del volante de la dirección (360º) se consigue una orientación de 20º en las ruedas. Podemos afirmar que la desmutiplicación es de 360:20 o, lo que es igual 18:1. El valor de esta orientación varia entre 12:1 y 24:1, dependiendo este valor del peso del vehículo que carga sobre las ruedas directrices. 

Existen varios tipos de mecanismos de la dirección, están los de tornillo sin fin y los de cremallera. 

Mecanismos de Dirección 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.

Mecanismo de Dirección de Cremallera

Esta dirección se caracteriza, por la sencillez de su mecanismo desmultiplicador ,y su simplicidad de montaje, al eliminar gran parte de la tirantería direccional.

La cual a su vez va acoplada directamente, sobre los brazos de acoplamiento de las ruedas, y tiene un gran rendimiento mecánico.

Debido a su precisión en el desplazamiento angular de las ruedas se utiliza mucho en vehículos de turismo, sobre todo en los de motor y tracción delantera. Ya que disminuye notablemente los esfuerzos en el volante. Proporciona gran suavidad en los giros y tiene rapidez de recuperación, haciendo que la dirección sea muy estable y segura.

Sistema de Reglaje en el mecanismo de Cremallera 

El reglaje para mantener la holgura correcta. Entre el piñón y la cremallera, se realiza por medio de un dispositivo automático instalado en la caja de dirección y que además sirve de guía a la cremallera.

El sistema consiste, en un casquillo acoplado a la caja de dirección, en cuyo interior se desplaza un empujador y tornillo de reglaje, que rosca en una pletina fija con tornillo al casquillo.

Una vez graduada, la holgura entre el piñón y la cremallera. Este se bloquea la posición por medio de la contratuerca.

Existen varios sistemas de reglaje de la holgura piñón cremallera, pero los principales son los representados en las figuras.

Sistemas de Montaje

Teniendo en cuenta dos aspectos. La situación y disposición del motor en el vehículo, así como los otros órganos del mismo con respecto a la caja de la dirección. Muchos de los fabricantes han adoptado diferentes sistemas de enlace. Entre la cremallera y los brazos de acoplamiento, adaptados a las características del vehículo.

• Sistema lineal: el más sencillo de todos ellos es el adaptado en los vehículos Simca y Renault, que consiste en unir directamente la barra de cremallera a los brazos de las ruedas, a través de las bieletas o barras de acoplamiento. Estas bieletas se unen por un extremo a la cremallera y, por el otro, al brazo de acoplamiento, por medio de unas rótulas ; de esta forma se hace regulable la unión con las ruedas.

Este sistema, completamente lineal. Transmite el movimiento directamente de la cremallera a las ruedas directrices

• Sistema no lineal: La marca Peugeot utiliza un mecanismo, que consiste en unir las ruedas por medio de una barra de acoplamiento, en paralelo con la cremallera, de lo cual resulta un ensamblaje no lineal, sino paralelo rígido y sin desmultiplicación. La barra se desplaza, al mismo tiempo, con la barra de cremallera, ya que ambos elementos van unidos por medio de un pivote de acoplamiento o dedo.

A los extremos de la barra se unen unos pivotes roscados y el guardapolvos que enlazan con las bieletas de acoplamiento a las ruedas.

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Columna de la Dirección

Como en otros, suele ir "partida" y unidas sus mitades por una junta cardánica. Que permite desplazar el volante de la dirección a la posición mas adecuada de manejo para el conductor. Desde hace muchos años se montan en la columna dispositivos que permiten ceder al volante en caso de choque frontal del vehículo. Pues en estos casos hay peligro de incrustarse el volante en el pecho del conductor.

Es frecuente utilizar uniones que se rompen al ser sometidas a presión y dispositivos telescópicos o articulaciones angulares. Que a su vez impiden que la presión del impacto se transmita en linea recta a lo largo de la columna.

Rótulas 

La rótula es el elemento encargado de conectar los diferentes elementos de la suspensión. A las bieletas de mando, permitiéndose el movimiento de sus miembros en planos diferentes. La esfera de la rótula va alojada engrasada en casquillos de acero o plásticos pretensados. Un fuelle estanqueizado evita la perdida de lubricante. La esfera interior, macho normalmente, va fija al brazo de mando o a los de acoplamiento y la externa, hembra, encajada en el macho oscila en ella. Van engrasadas, unas permanentes herméticas que no requieren mantenimiento, otras abiertas que precisan ajuste y engrase periódico.

4 Ruedas Directrices (4RD) 

Para mejorar las capacidad de control de un vehículo de cuatro ruedas. Es fácil comprender las ventajas que proporciona un sistema de dirección a las cuatro ruedas o incluso un sistema con dirección y tracción a todas las ruedas. Básicamente las que se desarrollaron para algunos tractores militares ya en la Primera Guerra Mundial. 

Las cuatro ruedas pueden ser dirigidos en direcciones opuestas. En la misma curva (permitiendo reducir el radio de giro del vehículo) o en la misma dirección (aumentando la capacidad de maniobra de algunos vehículos agrícolas y de mantenimiento hasta el punto de permitir desplazamientos laterales o "en cangrejo"). Por lo que es utilizado desde antiguo en vehículos industriales.

Conclusión

Ahora que conocemos los mecanismos que componen y las características que debe poseer, un sistema de dirección. No podemos cometer errores a la hora de adquirir un vehículo o por le contrario visualizar una falla presente en este tipo de mecanismos. Con esta pequeña pero modesta guía que hemos traído para ti. Esperamos que te haya servido, haya sido de tu completo agrado y de mucho conocimiento.