CIRCUITOS DE FLUIDOS. TEMA 11. DIRECCIÓN MECÁNICA Y GEOMETRÍA DE LOS EJES.

1. LA DIRECCIÓN.

     Todos los vehículos disponen de un mecanismo de guiado y orientación de las ruedas accionado por el conductor. La dirección es el conjunto de componentes y piezas que forman este dispositivo.

• La dirección debe cumplir las normas de seguridad de la normativa 70/31/CEE.

• el conductor no puede perder el tacto con la calzada.
• rapidez de giro de las ruedas con el volante.
• retorno a la posición central del volante, tras una curva.
• desmultiplicación lo más pequeña posible.

• Los componentes mecánicos:
• volante.
• caña o árbol de dirección.
• juntas universales (cardón).
• caja desmultiplicadora.
• bielas de mando.
• rótulas.

• El mecanismo de dirección se diseña y adapta para cada vehículo.

Par = Fv x Rv

Par : par de giro.

Fv = fuerza del volante.

Rv = radio.

• Relación de transmisión de la dirección: es la relación entre el ángulo de giro del volante y el ángulo al que giran las ruedas.

Rt = ángulo girado del volante (α)/ ángulo obtenido en la rueda (β)

A. El volante: es el componente de la dirección que el conductor tiene más carca. Su función es transmitir el giro y el par al árbol de la dirección. En el volante de los vehículos modernos se colocan cada vez más mandos y dispositivos: airbag, claxon equipo de sonido...

fuente: http://www.autohispania.com/volante-deportivo-airbag-340mm-daytona-silberschwarz-p-209728.html

B. Árbol de dirección:  transmite el par de giro desde el volante hasta la caja desmultiplicadora.

fuente: https://albrodpulf1.wordpress.com/2014/09/23/analisis-tecnico-columna-de-direccion/

C. Cajas de dirección desmultiplicadoras: es un engranaje que reduce y transforma el movimiento y recibe del árbol de transmisión.

• dirección con caja de cremallera: es el sistema de dirección más usado en los automóviles pequeños ya que el árbol de la dirección y el volante quedan detrás del eje delantero.

• componentes:

• un piñón helicoidal.
• una barra de mando con un dentado helicoidal que engrana con el piñón del árbol.
• mecanismo de reglaje y retenes de hermeticidad.
• articulaciones.
• guardapolvos o fuelles.

• dirección con tornillos sin fin: dispone de unas barras o tirantes que unen dirección de cremallera, permitiendo estos tirantes realizar el accionamiento y giro de las manguetas de las dos ruedas en vehículos con características mecánicas especiales.

• tipos:

• caja de tornillo y tuerca desplazables.
• caja de tornillo y tuerca con bolas circulares.
• caja de tornillo globoide y rodillo.
• caja de tornillo y sector dentado.

fuente: http://www.racingdirect.es/desmultiplicador-de-direccion

D. Tirantería de mando: transmite el movimiento lineal de la caja de dirección hasta las manguetas de las ruedas. Depende del tipo de caja del vehículo.

• piezas:

• barras de mando.
• bieletas de la dirección.
• manguitos de ajuste.
• palancas angulares.
• rótulas.

• barras de dirección: son barras de acero con una rosca interior en cada extremo. Esta rosca une las rótulas a barras de dirección. Se emplean en las direcciones de tornillo sin fin.
• bieletas de dirección : son barras de mando de las direcciones de cremallera. Transmiten el movimiento de la caja de dirección hasta las rótulas.

fuente: https://sites.google.com/site/direccion1311arnau/home/1-la-direccio/1-1-el-volante/1-4-tiranteria-de-mando

2. DIRECCIONES DE DOBLE EJE.

     Se montan en vehículos industriales generalmente 3 o 4 ejes. Actúa sobre las cuatro ruedas de los dos primeros ejes.

3. GEOMETRÍA DE EJES.

    La correcta geometría de los ejes se consigue cuando as cuatro ruedas recorren circunferencias que tienen un centro común ( centro de rotación). El centro de rotación está en la prolongación del eje trasero.

• cuadrilátero de Ackermann: permite que las ruedas tracen las curvas sin que exista un aumento de arrastre. Con las ruedas en posición recta, la prolongación de la inclinación de los brazos de dirección AD y BC debe cortarse en el centro del eje E.

fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Geometr%C3%ADa_de_Ackermann

• ángulo de empuje: es la bisectriz de la convergencia trasera en relación con el eje longitudinal del vehículo. Este ángulo es positivo cuando las ruedas apuntan hacia la derecha y negativo cuando apuntan hacia la izquierda. Su valor ideal es 0º+- 12'.

fuente: http://www.solokombis.com.ar/articulos%20tecnicos/Articulos_Tecnicos/Alineacion/Alineacion.htm

• set back: es el ángulo formado por la línea longitudinal del vehículo y la perpendicular del eje. Se mide en grados o mm según la distancia entre ejes. Cuando la rueda derecha está detrás de la izquierda el ángulo es positivo. La causa más probable es un golpe en el eje delantero.

• vía y  batalla del vehículo: la vía es la diferencia entre las ruedas del mismo eje central de la rueda y la batalla es la distancia entre ruedas de diferente eje.

4. GEOMETRÍA Y ÁNGULOS EN LAS RUEDAS.

     Las ruedas de dirección no están completamente verticales ni paralelas al eje longitudinal. Giran alrededor de un eje inclinado.

Funciones de la geometría: 

• mejorar la conducción , disminuyendo el desgaste de los neumáticos.
• mejorar la estabilidad del vehículo.
• esfuerzo más suave y progresivo en la dirección.
• facilitar el retorno de la dirección.

• paralelismo, convergencia, divergencia:

• convergencia: paralelismo de las ruedas del mismo eje (grados o mm) . Es la diferencia entre la parte delantera de las llantas y la trasera a la misma altura. Es cero cuando la medida es la misma, son paralelas entre sí.
• convergencia positiva.
• convergencia negativa.

• Objetivos de la convergencia: 
• asegurar que las ruedas giran paralelas.
• compensar las deformaciones ( silentblocks)

• Los vehículos con ruedas traseras motrices: convergencia en el eje delantero.
• Los vehículos con tracción trasera : divergencia en el eje delantero.
• La convergencia en el eje delantero es regulable para todos los modelos, actuando sobre las bieletas de dirección.
• En vehículos con el eje rígido la convergencia es cero y no es regulable. El reglaje incorrecto de la convergencia afecta a la estabilidad y el control del vehículo y al desgaste de los neumáticos.

• ángulo de caída: es la inclinación de la rueda respecto al plano vertical provocada por la inclinación e la mangueta. Se mide en grados.

• un ángulo de caída defectuoso: 
• determina un desgaste irregular.
• una caída excesiva produce un desgaste acentuado en el hombro de la banda de rodadura.

fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/direccion-geometria.htm

• ángulo de salida: se forma con la inclinación del pivote de la dirección (king-pin) con respecto al eje vertical del neumático.

• permite:
• una aproximación al centro de apoyo del neumático a la intersección del eje del pivote con el suelo.
•  determinar la estabilidad en la trayectoria del vehículo.
• reducir el radio de la rodadura sin recurrir a la caída.
• favorecer el retorno de la dirección.

• ángulo incluido: vínculo de ángulo de salida y de caída.

• ángulo de avance: es el que forma el eje de pivote de la mangueta con la vertical (parte lateral). Se mide en grados. Hay positivo y negativo. Se supone positivo cuando está delante de la huella y negativo detrás de ella.

5. ALINEACIÓN DE LA DIRECCIÓN:

     Es el proceso por el que se comprueba que todos los ángulos, cotas y distancias del eje de las ruedas se encuentran dentro de las medidas y tolerancias que indica el fabricante.

• casos:
• cuando el vehículo no tiene un comportamiento estable en la conducción.
• los neumáticos tienen un desgaste rápido e irregular.
• al cambiar componentes de la dirección y suspensión.

• equipos de medición:

• equipos mecánicos: sistemas tradicionales de dirección.
• por hilos.
• rayo de luz.

• equipos electrónicos convencionales: los captadores se comunican entre sí mediante elásticos de goma. La comunicación eléctrica: por cables y radio. Hay que poner un captador en las ruedas y realizar alabeo.

• equipos 3D: son los más sofisticados.

• Alineación: 

1. colocar el vehículo en un elevador de plataforma con rebajes para los platos goniométricos y nivelado o un foso con los platos a nivel.
2. comprobar que el vehículo se encuentra bien de los componentes y conjuntos que puedan afectar a la geometría de las ruedas.