Mirando hacia el futuro, puede llegar el día en que no necesite conducir su automóvil, lo hará todo por sí mismo . Pero incluso si los vehículos eventualmente vienen sin volante, seguirán requiriendo un sistema de dirección.
Estos sistemas han evolucionado drásticamente en las últimas décadas, y en este artículo, cubriremos los diferentes tipos de sistemas de dirección, sus componentes, métodos de dirección asistida, ángulos de alineación y cómo todo esto funciona en conjunto para mantenerlo apuntando a la dirección correcta.
Conceptos básicos de dirección
En esencia, un sistema de dirección toma la fuerza de rotación creada cuando giras el volante y la convierte en un movimiento giratorio de las ruedas delanteras. Veamos un ejemplo simplificado.
Un kart tiene el sistema de dirección más básico, con un eje apuntando hacia abajo entre las ruedas. Conectados a un pequeño brazo en la parte inferior del eje hay tirantes que van hacia cada rueda. Estas tres sencillas piezas hacen girar los husillos a los que están conectadas las ruedas giratorias.
En su automóvil, el volante está unido a la columna de dirección , que a su vez está unida a un mecanismo de dirección. Este engranaje mueve el brazo pitman, una parte que se conecta al eslabón de arrastre y las varillas de unión, piezas de metal que salen a los ejes, en los que están montadas las ruedas delanteras.
Cuando gira el volante, hace girar un eje dentro de la columna de dirección y, por lo tanto, mueve el mecanismo de dirección . El engranaje es lo que transfiere la rotación de la rueda a un movimiento de lado a lado del varillaje de dirección.
Debido a que las ruedas y los neumáticos están conectados a los ejes, se mueven cuando el varillaje empuja o tira de los ejes hacia adentro y hacia afuera. Las juntas universales se utilizan entre la columna de dirección y la caja de cambios o cremallera, y las juntas de rótula se utilizan entre la caja de cambios o cremallera y el eje. Esto permite que el eje se mueva hacia arriba y hacia abajo, así como también gire a la derecha y a la izquierda, mientras mantiene una alineación y un control de la dirección aceptables.
Ahora veamos más específicamente los diferentes tipos de sistemas de dirección y cómo funcionan.
Dirección de piñón y cremallera
La mayoría de los automóviles y camiones utilizan un sistema de dirección de piñón y cremallera. Este sistema simple pero efectivo consta de una cremallera, una pieza horizontal de metal con dientes en un lado, y un piñón, un engranaje redondo con dientes que se entrelazan con la cremallera, colocados dentro de un tubo.
En el diagrama de la derecha, cuando gira la rueda (1), el eje de dirección (2) gira, al igual que el piñón (3) en el extremo de la misma. Las varillas de unión (4) se unen a cada extremo del bastidor y mueven los ejes y las ruedas (5).
Cuando gira la rueda, el engranaje gira y mueve la cremallera y los tirantes. Los tirantes son varillas metálicas roscadas con rótulas en cada extremo. El extremo recto roscado se atornilla directamente al bastidor, mientras que el extremo con la junta en ángulo recto está unido al eje, lo que permite que el eje gire y se mueva en la dirección deseada.
El diámetro (o número de dientes) del piñón afectará a la dirección de dos formas. Un engranaje pequeño con solo unos pocos dientes hará que sea más fácil girar la rueda, pero reaccionará lentamente, requiriendo más rotaciones para hacer un giro brusco. Un piñón más grande (más dientes) dará un giro rápido y deportivo si tiene los músculos para hacerlo. Los automóviles pesados requieren dirección asistida porque la cantidad de ventaja mecánica que ofrece un sistema de piñón y cremallera se limita al engranaje de menor tamaño que moverá la cremallera sin quitar los dientes.
Piñón y cremallera asistido eléctricamente
La mayoría de los vehículos que utilizan piñón y cremallera también utilizan dirección asistida. En este caso, hay un cilindro y un pistón que están conectados a la cremallera. Los puertos a cada lado del pistón están conectados a las líneas de dirección asistida. Una bomba de dirección asistida suministra fluido presurizado y una válvula giratoria dirige el fluido a cada línea.
Cuando gira la rueda, la válvula giratoria envía más presión a un lado del pistón, brindando asistencia en esa dirección. Esto cambia si gira en la dirección opuesta. La válvula giratoria mantiene la misma presión en el pistón cuando conduce en línea recta. Algunos sistemas pueden variar la cantidad de presión según la fuerza de giro, la velocidad del vehículo, la carga del vehículo y otros factores. El resultado es una fácil maniobrabilidad a baja velocidad en los estacionamientos, combinada con un esfuerzo de giro firme a velocidades de autopista donde el sobreviraje podría ser peligroso.
Dirección de bola de recirculación
Inventado antes de la dirección asistida y utilizado en muchos vehículos más antiguos y camiones grandes, un sistema de dirección de bola de recirculación realiza la misma tarea que el piñón y cremallera, pero de una manera diferente, mediante el uso de un engranaje helicoidal. En lugar de dientes, este tipo de engranaje tiene una especie de espiral que corre a lo largo, como lo vería en un perno.
Con esta configuración, todavía tiene un eje de dirección que gira cuando gira el volante. Pero ahora el eje está conectado al engranaje helicoidal, que se inserta en un bloque de metal con dientes de engranaje en un lado. Los dientes del bloque de metal se engranan junto con un engranaje de sector, un engranaje con dientes en un solo lado. El engranaje del sector está unido a un brazo pitman, una pequeña palanca que gira. Cuando gira el volante, el bloque se mueve y hace girar el brazo pitman, que está unido al varillaje de dirección.
Este enlace consta de tirantes internos y externos que se unen a los ejes. También tendrá un eslabón de arrastre que conecta ambos tirantes laterales, y un brazo loco, otra palanca que soporta el sistema mientras también gira al girar la rueda de lado a lado.
Entre el perno y las huellas en el bloque de metal, hay muchos cojinetes de bolas pequeños. Estos reducen la fricción y también eliminan cualquier holgura que normalmente existe entre un perno y las roscas. Aquí es donde el nombre de «bola de recirculación» ?? viene de.
La dirección asistida también se puede usar con un sistema de dirección de bola de recirculación y funciona de manera muy similar a la de piñón y cremallera. Se aplica líquido de dirección asistida presurizado a un lado del bloque, según en qué dirección gire.
Dirección asistida eléctrica
En una batalla interminable para reducir las emisiones y mejorar el ahorro de combustible, incluso se están optimizando los sistemas de dirección. En este caso, la bomba de dirección asistida está siendo reemplazada por un motor eléctrico mucho más eficiente.
La dirección asistida asistida eléctricamente utiliza un motor eléctrico conectado al conjunto de piñón y cremallera, o directamente al eje de la dirección. Usando varios sensores, una computadora puede detectar la dirección en la que el conductor quiere girar y energizar el motor para ofrecer asistencia solo cuando sea necesario.
Esto elimina una bomba de dirección asistida que roba caballos de fuerza y que el motor hace girar continuamente. Con este estilo de dirección asistida, la sensación y la capacidad de respuesta se pueden ajustar sobre la marcha, proporcionando una cantidad de asistencia de dirección más precisa y adecuada, produciendo una experiencia ideal en cualquier condición de conducción.
Alineación
Con cualquier sistema de dirección, la geometría y la alineación son muy importantes. Sin la alineación adecuada , su vehículo puede girar hacia un lado , no regresar al centro al terminar un giro o incluso girar hacia un lado cuando golpea un bache. Hay tres ángulos de alineación principales: convergencia, inclinación y caster. Se afectan entre sí y juegan un papel importante en el desgaste de los neumáticos y las características de manejo.
Dedo del pie: Imagine que sus dos neumáticos delanteros están frente a usted, de modo que puedan rodar hacia usted. Ahora imagina a alguien girando uno o ambos neumáticos para que rueden ligeramente uno hacia el otro o alejándose el uno del otro. Este es el dedo del pie.
Es el ángulo de alineación más común que requiere ajuste, y se puede ajustar en todos los automóviles. Si no es perfecto, comenzará a notar un desgaste desigual de los neumáticos . También puede sentir que el automóvil se desplaza de lado a lado, sentir que se desplaza hacia un lado, escuchar un chirrido al conducir o tener un volante descentrado.
Camber: Nuevamente, imagina que un neumático está frente a ti, de modo que pueda rodar hacia ti. Ahora imagina que alguien parado al lado de la llanta empuja o tira de la parte superior de la llanta para que se incline verticalmente. Esto es comba.
Camber negativo se refiere a la inclinación hacia adentro de la parte superior del neumático y positivo es la inclinación hacia afuera. Ambos pueden ser causados por cojinetes desgastados, rótulas o ejes doblados que pueden afectar los ángulos de inclinación. Una curvatura incorrecta desgastará los neumáticos, pero no tan rápido como una convergencia incorrecta.
Rueda giratoria: este es el ángulo de su eje de dirección cuando se ve desde el costado del automóvil. Imagínese la horquilla de dirección delantera de una motocicleta, como a la derecha. Apunta hacia adelante en la parte inferior y se inclina hacia atrás en la parte superior. Esto crea un caster positivo, lo que ayuda a aumentar la estabilidad al conducir en línea recta.
Este ángulo no afectará mucho el desgaste de los neumáticos, pero hará que su automóvil se sienta inestable si no se ajusta correctamente. Sin embargo, el caster generalmente no se puede ajustar. Se establece cuando se construye el vehículo y, por lo general, solo cambiará cuando el automóvil esté involucrado en un accidente o con componentes de dirección y suspensión desgastados.
Cómo mantener su sistema de dirección
Los vehículos modernos requieren muy poco mantenimiento en lo que respecta al sistema de dirección. El líquido de la dirección asistida puede requerir inspección o reemplazo de vez en cuando; el manual del propietario proporcionará el intervalo específico.
Algunos autos más antiguos tienen engrasadores en ciertos componentes de la dirección, como los extremos de las varillas de dirección, por lo que mantenerlos lubricados mantendrá una sensación suave en la dirección y extenderá la vida útil de las piezas.
Además, otros vehículos pueden tener componentes de dirección que ya están roscados para engrasadores, pero en su lugar tienen pequeños tapones roscados en las piezas de fábrica. Si cambia estos tapones por engrasadores en su primer servicio y los engrasa en cada cambio de aceite, estas piezas durarán cerca de la vida útil del automóvil.
Es más importante mantenerse al día con su alineación. Debe revisarse y ajustarse si es necesario cada vez que reemplace llantas o si siente un tirón o una deriva. Consulte el manual del propietario para conocer los intervalos de inspección de los componentes de la dirección y la alineación.