1.23. Dirección

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Con la suspensión las ruedas se mantienen en contacto con el suelo en la huella, y para que siga el automóvil la ruta seleccionada por el conductor se dispone de la dirección, la cual se acciona mediante el volante haciendo que ruedas delanteras tomen la dirección indicada.

Ha habido bastantes sistemas para transmitir el movimiento desde el volante a las ruedas directrices, en el automóvil el que se utiliza actualmente es la de cremallera que vamos a explicar en este capítulo.

Elementos de la dirección de cremallera

Tomando como punto de partida el volante, se explican los demás componentes de la dirección hasta las ruedas delanteras, en este automóvil con suspensión delantera independiente por dos brazos paralelos transversales:

Eje o caña que parte desde el volante
En el otro extremo de la caña está el piñón
Este piñón engrana con una barra transversal dentada, que es la que da el nombre a la dirección de cremallera
El conjunto de la cremallera y piñón están en el interior de la caja, lubricados con aceite
En los extremos de la cremallera se colocan las rótulas axiales, como las explicadas en el capítulo 1.21.2 de Suspensión, al estar en línea con el eje de la cremallera se denominan axiales
Estas rótulas axiales articulan con las bieletas
En el lado opuesto de las rótulas axiales las bieletas articulan con el semieje de cada rueda delantera por las rótulas
A cada lado de la caja hay un fuelle de goma entre esta y las bieletas, que se estira o encoje para mantener estanqueidad y que no entre polvo o suciedad
Se ve el movimiento de la suspensión delantera y de la dirección, apreciándose el funcionamiento de la cremallera
En el detalle se ve la dirección de cremallera en planta

En la suspensión delantera independiente de este coche, por dos brazos paralelos, se representan las rótulas de suspensión en la articulación de cada brazo con el semieje de su rueda, estas rótulas actúan tanto al trabajar la suspensión como la dirección.

La rótula de cada bieleta, accionada por el empuje o tiro de la cremallera, incide sobre la articulación en el semieje que hacer girar la rueda.

Las rótulas axiales en los extremos de la cremallera asumen las variaciones angulares entre esta y las bieletas.

Vista en planta dinámica de la dirección de cremallera:

Volante; es accionado por el conductor
Eje o caña; transmite el giro del volante
Juntas en ángulo en la caña; para que incida el eje en la zona correcta de la cremallera
- Esta forma quebrada articulada en las juntas en ángulo permite además evitar que el volante entre en el habitáculo en colisión frontal
Piñón; gira por la caña a la que está acoplado
Cremallera; es la barra dentada trasversal que se desplaza lateralmente a uno y otro lado al girar el piñón
Rótulas axiales; acopladas a los extremos de la cremallera permiten movimientos angulares desde el eje de la cremallera
Bieletas; articulan en las rótulas axiales y continúan hasta los semiejes de las ruedas delanteras
Rótulas; articulan los extremos exteriores de las bieletas con los acoplamientos de los semiejes de ruedas
Fuelles; hacen estancos los acoplamientos entre los lados de la cremallera y las bieletas y su acoplamiento con las rótulas axiales, al ser elásticos los fuelles se estiran y encogen al funcionar la dirección

Como particularidad, las ruedas delanteras al girar no lo hacen en el mismo ángulo, el ángulo de giro de la rueda interior de la curva es mayor que el de la exterior.

Esta diferencia de ángulo entre las ruedas delanteras en curvas, se produce por una razón similar a la que implica la necesidad del diferencial en el eje motriz, delantero en el coche de la imagen con motor transversal.

Características de la dirección

Diámetro de giro

La dirección es para que las ruedas delanteras marquen el camino que ha de seguir el automóvil según las actuaciones del conductor sobre el volante.

Para hacer esta función tiene diferentes características según la utilización prevista del automóvil, empezamos con el diámetro de giro:

Este automóvil va a hacer un giro de 360º y lo repite dos veces; la circunferencia que describe tiene un determinado diámetro que es el que necesita el automóvil para la maniobra
Se suele dar como dato del diámetro o el radio de giro

El diámetro de giro se puede medir entre bordillos, como en este caso, en el que los voladizos aumentan el diámetro, o entre paredes siendo los extremos de la carrocería los que determinan el diámetro de giro.

Número de vueltas de volante entre topes

Este dato se suele dar con el anterior, diámetro o radio de giro, en la descripción técnica del automóvil:

Se gira el volante hacia un lado hasta que hace tope, es la referencia, y a continuación se gira en sentido contrario hasta que hace tope al otro lado, el número de vueltas entre los dos topes es el resultado de esta característica

Cuantas menos vueltas dé el volante la dirección es más directa o rápida, pero exige más esfuerzo.

Con la dirección asistida se puede elegir el número de vueltas sin que repercuta en su dureza.

En los automóviles de calle es normal que este dato esté entre 2,5 y 3 vueltas de volante.

Relación de desmultiplicación

Es otra forma de informar de lo directa o rápida que es la dirección, complementario a la característica anterior, y que es técnico pues no es demostrable prácticamente:

Partiendo con el volante centrado se determina cuantas vueltas debería dar para que las ruedas directrices girasen 360º
Se da este dato así; 16:1, lo que indica que se han de dar 16 vueltas de volante para el giro completo, 360º, de las ruedas directrices
Otros valores utilizados como ejemplos serían 20:1 y 12:1, el primero necesita 20 vueltas y el segundo 12, por lo que es este último más directo y más duro de girar el volante
16:1 es una desmultiplicación media, 20:1 es una desmultiplicación alta con dirección más suave (menos directa) y 12:1 es una desmultiplicación baja (más directa) y más dura
Con la dirección asistida o servodirección, se puede seleccionar la relación de desmultiplicación en función del uso previsto del automóvil, pues se reduce el esfuerzo que ha de hacer el conductor para girar el volante

Hasta la llegada de la dirección asistida, la relación entre el número de vueltas de volante y el ángulo de giro de las ruedas directrices era la forma de adaptar la dureza de manejo del volante, requiriendo bastantes vueltas de volante en automóviles con capacidad de mucha ocupación y equipaje, aun así el giro del volante exigía bastante fuerza.

También influye bastante en la dureza la geometría de suspensión o dirección.

Concepto de dirección asistida

Hacer girar las ruedas delanteras desde el volante supone un esfuerzo para el conductor, que depende del peso sobre estas ruedas y de la geometría de suspensión y dirección:

El concepto de dirección asistida o servodirección consiste en intercalar entre el volante y la caja, en la caña, un sistema que multiplique la fuerza que desarrolla el conductor sobre el volante, requiriendo menos esfuerzo por su parte

Hay diversas tecnologías para hacer la función de dirección asistida, en el resumen repaso de este módulo se presentan.

Resumen de este módulo

La dirección de cremallera

La suspensión de este automóvil que se ve de frente es Mc Pherson y tiene dirección de cremallera:

Se ve la cremallera girando hacia ambos lados y estos son sus componentes; volante, caña con juntas en ángulo, piñón y cremallera en el interior de la caja, rótulas axiales en los extremos de la cremallera que articulan con las bieletas, rótulas que articulan las bieletas con los semiejes de las ruedas, y los fuelles que hacen estancos los extremos de la caja con las rótulas axiales y bieletas

Características

Relacionan la capacidad de giro del automóvil y las vueltas del volante con el ángulo de giro de las ruedas:
- Diámetro de giro (en metros); es el que necesita el automóvil para dar una vuelta completa, entre otros factores depende de la distancia entre los ejes, la batalla
- Número de vueltas de volante entre topes de giro a ambos lados, cuanto menos sean es más directa la dirección y más dura de accionar y a la inversa
- La relación de desmultiplicación indica el número de vueltas de volante que serían necesarias para que las ruedas directrices girasen 360º
- Un valor medio es 16:1 (vueltas de volante : giro de 360º de las ruedas)
- Relaciones mayores favorecen la suavidad de dirección, son menos directas y reducen la agilidad de respuesta, relaciones menores son más directas y rápidas con más dureza

Dirección asistida o servodirección

Hay tres sistemas genéricos para multiplicar la fuerza sobre el volante antes de llegar a la dirección, disminuyendo la que ha de hacer el conductor:

Asistida hidráulica, el motor mueve una bomba de aceite de servodirección que se alimenta desde un depósito específico, utilizando la presión de aceite para ayudar al giro
Asistida electrohidráulica; es un sistema derivado del anterior, pero la bomba de aceite de servodirección, alimentada desde un depósito, es eléctrica en vez de estar movida directamente por el motor
- La bomba eléctrica es alimentada con el motor en marcha por la batería y el alternador
Asistida eléctrica; un motor eléctrico en la caña (en este coche) o sobre la misma cremallera hace la función de asistencia
El motor eléctrico, alimentado por la batería y el alternador, es accionado a través de un calculador electrónico

La dirección asistida es prácticamente un equipo de serie en todos los automóviles.

Se suelen incorporar sistemas de dureza variable con la velocidad, que requieren añadir un calculador electrónico en los sistemas hidráulico y electrohidráulico, la eléctrica ya funciona así.

La tendencia es utilizar la dirección asistida eléctrica por su excelente versatilidad para la incorporación de los sistemas de ayuda a la conducción activos, y la eléctrica que prescinde de conexión entre el volante y la caja de dirección.

Video resumen 1.23. Dirección

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