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DIRECCIN SISTEMAS DE TRASLACIN
DIRECCIN ASISTIDA
La direccin asistida es un sistema mediante el cual se reduce la
fuerza (par de giro) que ha de efectuar el conductor sobre el
volante de un vehculo para accionar la direccin.
Los tipos de direccin asistida que se pueden encontrar, son:
Hidrulica Asistencia variable
- Electro-hidrulica - Elctrica o Electro-mecnica
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Ventajas e inconvenientes de la direccin asistida Ventajas:
Reducen el esfuerzo en el volante, con menor fatiga para el
conductor, ventaja muy conveniente en los largos recorridos o para
las maniobras en ciudad.
Permiten acoplar una direccin ms directa; es decir, con una
menor reduccin con lo que se obtiene una mayor rapidez de giro en
las ruedas. Esto resulta especialmente adecuado en los
camiones.
En el caso de reventn del neumtico, extraordinariamente grave en
las ruedas directrices, estos mecanismos corrigen instantneamente
la direccin, actuando automticamente sobre las ruedas en sentido
contrario al que el neumtico reventado hara girar al vehculo.
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No presentan complicaciones en el montaje, son de fcil aplicacin
a cualquier vehculo y no afectan a la geometra de la direccin.
Permiten realizar las maniobras ms delicadas y sensibles que el
conductor precise, desde la posicin de paro a la mxima velocidad.
La capacidad de retorno de las ruedas, al final del viraje, es como
la de un vehculo sin direccin asistida.
En caso de avera en el circuito de asistencia, el conductor
puede continuar conduciendo en las mismas condiciones de un vehculo
sin asistencia, ya que las ruedas continan unidas mecnicamente al
volante aunque, naturalmente, tenga que realizar mayor esfuerzo en
el mismo.
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Inconvenientes:
Los inconvenientes de estos mecanismos con respecto a las
direcciones simples con prcticamente nulos ya que, debido a su
simplicidad y robustez, no requieren un mantenimiento muy
especial.
Por tanto los nicos inconvenientes a destacar son:
Un costo ms elevado en las reparaciones, ya que requieren mano
de obra especializada.
El costo ms elevado de este mecanismo y su adaptacin inicial en
el vehculo, con respecto a la direccin simple
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Generalidades de funcionamiento de las direcciones
asistidas:
Cuando se giran las ruedas para cambiar la direccin del vehculo
aparece una fuerza sobre el neumtico que tiende a alinear la
direccin de la rueda con la del vehculo. Esta fuerza se debe
principalmente a la resistencia del neumtico a ser deformado y la
posicin adelantada del centro de presiones respecto al centro de la
rueda.
La funcin de la direccin asistida es ayudar al conductor a
vencer esta fuerza. De esta forma la fuerza que deba de hacer el
conductor ms la que aplica la direccin sern iguales a la fuerza de
auto alineamiento de la rueda
La fuerza de auto alineamiento o resistencia que haga la rueda
depender del vehculo y la velocidad. A menor velocidad mayor
resistencia.
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Una de las ventajas que aportan las direcciones
electro-hidrulicas o elctricas, es que al estar controladas
electrnicamente se puede generar una asistencia variable en funcin
de la velocidad. De esta forma se hace la conduccin ms cmoda.
A velocidades bajas se necesitan pares mayores para girar las
ruedas, si la direccin genera ms asistencia, el conductor debe
aplicar menos fuerza sobre el volante, lo que resulta en un
esfuerzo menor por parte del conductor.
Por contra a velocidades mayores donde el par a aplicar es
pequeo, la direccin apenas ayudar al conductor y ser ste el que
deba hacer el esfuerzo. En este caso, si la direccin aplicara gran
parte del esfuerzo necesario para girar las ruedas, el conductor
debera aplicar una mnima parte, dando una sensacin de
inseguridad.
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Este ltimo punto es un criterio subjetivo, ya que no todos los
conductores tienen las mismas preferencias. Ser por tanto el
fabricante del vehculo el que deba elegir el nivel o cantidad de
asistencia que se dar en cada momento en funcin de su criterio.
Niveles de asistencia bajos obligarn al conductor a un mayor
esfuerzo, generalmente resultando en una conduccin ms incmoda o
cansada.
Niveles de asistencia mayores obligarn al conductor a esfuerzos
menores, pero conlleva una direccin ms sensible a los movimientos
del conductor.
Esta es una crtica que generalmente se aplica a las direcciones
elctricas, lo que se suele llamar falta de tacto o que transmite
poca informacin.
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Otra de las ventajas del control electrnico, es que se puede
variar el nivel de asistencia no slo en funcin de la velocidad,
sino tambin de la situacin, por ejemplo diferentes programas para
conduccin en ciudad o carretera. Adems permite implementar
funciones auxiliares como la ayuda al conductor a volver a la
posicin central.
ASISTENCIA HIDRULICA
Las direcciones hidrulicas fueron uno de los primeros modelos de
direccin asistida que se utilizaron. Son las ms habituales en toda
clase de vehculos aunque estn siendo sustituidas por las
electro-hidrulicas y elctricas. De forma que apenas se montan en
los nuevos modelos.
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La direccin hidrulica utiliza energa hidrulica para generar la
asistencia; para ello utiliza una bomba hidrulica conectada al
motor, es decir recibe movimiento del motor mediante una banda.
Depsito
Est construido de chapa embutida o plstico. En algunos casos va
incorporado sobre la bomba hidrulica, sin embargo, en otros casos
va colocado en una parte ms elevada que la bomba. Se encuentra
lleno de lquido y alimenta por gravedad a la bomba.
En el interior del depsito va colocado un filtro para retener y
eliminar del circuito cualquier impureza que se encuentre en el
mismo e impedir que pueda daar cualquier vlvula o elemento del
circuito. Su misin consiste en almacenar una determinada cantidad
de lquido para el funcionamiento
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correcto del circuito. Adems va provisto de una varilla de
nivel, generalmente incorporada en el tapn, que permite el llenado
de lquido y la verificacin del nivel.
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Bomba de presin
La bomba es la encargada de suministrar lquido al circuito a una
presin comprendida entre 3,5 bares, en posicin neutra en lnea recta
y 85 bares, en posicin a tope de recorrido o giros mximos. La bomba
est formada por un eje de arrastre (1) que recibe el movimiento del
motor a travs de la polea y la correa. En el eje, va colocado el
rotor ranurado de paletas (3) y la placa lateral de rotor (5). Este
conjunto va alojado en el interior de un cuerpo de bomba (2) que
adems incorpora la vlvula reguladora (6).
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En las ranuras del rotor estn ubicadas las paletas, que en el
giro de ste se adaptan a las paredes por la accin de la fuerza
centrfuga, formndose las cmaras de impulsin entre cada dos paletas,
aspirando el lquido por el conducto de entrada para impulsarlo
hacia el de salida.
En algunas disposiciones, para mejorar la estanqueidad se
dispone de taladros internos que permiten aplicar la presin de
salida a la zona interna de acoplamiento de las paletas al rotor, a
las que empuja contra la superficie de la carcasa.
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En algunos diseos, este tipo de bomba dispone de doble entrada y
salida, con esta disposicin se equilibran los esfuerzos laterales
del rotor, que ahora gira mejor centrado en la carcasa y se atena
el desgaste de ambos.
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Regulador de caudal y presin
El tipo de bomba de paletas que proporciona un caudal progresivo
de aceite hasta alcanzar las 1000 r.p.m. y luego se mantiene
prcticamente constante a cualquier rgimen de funcionamiento por
medio de unos limitadores de caudal y presin situados en el
interior de la misma.
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El limitador o regulador de caudal est formado por una vlvula de
pistn (1) y un resorte tarado (2), intercalados entre la salida de
la cmara de presin y el difusor de la bomba; hace retornar el
caudal sobrante al circuito de entrada. El limitador de caudal
permite de 5l/min a 6 l/min.
El limitador de presin est formado por una vlvula de asiento
cnico o una esfera (3) y un resorte tarado (4), que comunica la
salida de aceite con la parte anterior del difusor. El limitador de
presin permite una presin de 60 a 70 bares.
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1. Direccin de cremallera asistida sobre el mecanismo
Este sistema se utiliza en direcciones de cremallera, donde la
propia caja de cremallera constituye el cilindro de asistencia con
dos cmaras y la cremallera incorpora el pistn. En los extremos van
colocados los retenes de estanqueidad para evitar las prdidas de
aceite. Cuando se aplica un movimiento al volante, una vlvula
distribuidora proporciona lquido a presin a una u otra cara del
mbolo y, por tanto, proporciona la asistencia desplazando la
cremallera de direccin en uno u otro sentido.
Principio de funcionamiento:
La bomba (2) absorbe lquido desde el depsito (1) y, a travs del
regulador de caudal (3) incorporado en la bomba, lo enva a la
vlvula distribuidora (4), que es accionada por el volante (5) a
travs del husillo o eje de mando (6), en cuyo extremo se encuentra
el pin (7) que transmite el movimiento a la cremallera (8).
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El distribuidor (4) realiza la funcin de vlvula rotativa de
cuatro vas con tres posiciones. Por A llega el lquido a presin
procedente de la bomba, la salida B enva el lquido hacia el depsito
y las conexiones C y D realizan la unin con cada una de las cmaras
(a y b) del cilindro de asistencia.
Cuando la direccin est en posicin de lnea recta, la vlvula
distribuidora permite el paso de lquido por C y por D de forma que
la presin es igual en ambas cmaras (a y b), por tanto, en esta
situacin no existe asistencia.
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Al accionar el volante en cualquier sentido, por ejemplo en un
giro a la derecha, la vlvula distribuidora proporciona alimentacin
por C a la cmara a y a su vez conecta la otra cmara b con el
depsito a travs de la canalizacin B. De esta forma, la presin en la
cmara a es mayor que la existente en la cmara b, por tanto, la
cremallera es asistida en su movimiento hacia la derecha.
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ELEMENTOS CONSTITUTIVOS:
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Vlvula distribuidora o vlvula rotativa
Esta vlvula es parte integrante del pin de la direccin. Es la
encargada de distribuir el lquido a travs del cilindro de
asistencia, en funcin de los giros del volante.
Una barra de torsin est colocada de forma intermedia entre el
volante y el pin, fijada mediante estrias por una parte al rotor
solidario al volante y, por otra parte, al distribuidor solidario
al pin de la cremallera.
Se considera el pin de cremallera fijo porque el apoyo de las
ruedas sobre el suelo dificulta su desplazamiento. Cuando el
conductor gira el volante,
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la barra se torsiona, ocasionando un decalado angular entre el
rotor y el distribuidor, es decir, el rotor gira con relacin al
distribuidor. Este decalado angular tiene como consecuencia la unin
o aislamiento del circuito hidrulico. Este decalado entre el rotor
y el distribuidor determina la intensidad de asistencia.
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En una maniobra a poca velocidad, la resistencia del suelo es
muy importante y, por tanto, la barra de torsin crea un importante
decalado, generando una gran asistencia.
Al circular por carretera, la barra se retuerce ligeramente
porque la resistencia del suelo es mnima, por tanto, la asistencia
generada ser menos intensa.
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Unin mecnica de seguridad
En caso de fallo en el circuito hidrulico, el extremo del rotor
garantiza la unin mecnica con el pin despus de un giro de 7, a la
izquierda o a la derecha.
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Caja de servodireccin
El cilindro asegura la asistencia de la cremallera recibiendo
por cada lado del pistn una cantidad de lquido, distribuido por la
vlvula distribuidora.
La caja est constituida, por una caja de cremallera solidaria a
un cilindro de asistencia (2). En su interior se desplaza un pistn
de doble efecto (1) acoplado a la cremallera.
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Funcionamiento:
La asistencia se obtiene enviando el lquido a presin a una cmara
de cilindro hidrulico y vaciando la otra.
La diferencia de presin entre las superficies del pistn
determina su desplazamiento y, por tanto, el de la cremallera.
La alimentacin de una u otra parte de la cmara del cilindro
hidrulico se realiza cuando el par aplicado al volante tuerce la
barra de torsin. En estas condiciones, se ponen en comunicacin los
orificios del eje de mando con los orificios de la caja
distribuidora en funcin del sentido de rotacin del volante de
direccin.
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Cuando el par aplicado al volante no es suficiente para provocar
la torsin de la barra debido a la baja resistencia de las ruedas,
el servomando no interviene y el conjunto funciona como una
direccin mecnica.
Marcha en lnea recta
El lquido procedente de la bomba llega a travs del racor (4),
entra en la caja distribuidora y circula en la misma para retornar
al depsito por el racor (1).
En lnea recta, el eje de mando (A) no est expuesto a la torsin y
se encuentra en una posicin central o neutra respecto a la caja
distribuidora (B), la cual dirige el lquido procedente de la bomba
a travs de los orificios (C) directamente al depsito.
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El estrechamiento creado por la posicin del eje (A) con relacin
a la caja distribuidora (B) determina una presin de alrededor de
3,5 bares en ambas cmaras, derecha e izquierda, a travs de los
orificios (D y E). Este valor depende de la servodireccin que
incorpore el vehculo.
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Giro a la izquierda
El lquido procedente de la bomba llega a travs del racor (4),
entra en la caja distribuidora y es enviado a la cmara (2) del
cilindro hidrulico provocando el desplazamiento del pistn. Este
movimiento del pistn empuja el lquido de la otra cmara (3),
descargndolo por la caja distribuidora y envindolo a travs del
racor (1) hacia el depsito. El desplazamiento del pistn en el
sentido de la flecha indica el giro a la izquierda de la
direccin.
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El eje de mando (A) gira a la izquierda con relacin a la caja
distribuidora (B). Por tanto, dirige el lquido a presin, procedente
de la bomba, a travs de los orificios (C) a la cmara derecha (2) a
travs de los orificios (C) y, a la vez, pone en comunicacin con el
retorno el circuito de la cmara izquierda (3) a travs de los
orificios (E).
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Giro a la derecha
El lquido procedente de la bomba llega a travs del racor (4),
entra en la caja distribuidora y es enviado a la cmara (3) del
cilindro hidrulico provocando el desplazamiento del pistn.
Este movimiento del pistn empuja el lquido de la cmara (2),
descargndolo a travs de la caja distribuidora y envindolo por el
racor (1) hacia el depsito.
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El desplazamiento del pistn en el sentido de la fecha indica el
giro a la derecha de la direccin. El eje de mando (A) gira a la
derecha con relacin a la caja distribuidora (B). Por tanto, dirige
el lquido a presin, procedente de la bomba, a travs de los
orificios (C) a la cmara izquierda por los orificios (E), y a la
vez pone en comunicacin con el retorno el circuito de la cmara
derecha, a travs de los orificios.
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2. Direccin de cremallera asistida sobre la barra de
acoplamiento
En este caso, la ayuda es proporcionada por un cilindro de
asistencia independiente. El cilindro est unido a la caja de
direccin o anclado al bastidor y en su interior se desliza el pistn
unido a un eje que transmite la asistencia hidrulica a una barra de
acoplamiento de un extremo de la cremallera.
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Este sistema utiliza los mismos elementos que el sistema
anterior, pero existen dos diferencias. La primera es que sustituye
el cilindro incorporado en la cremallera por uno totalmente
independiente. La otra es que aunque la vlvula distribuidora es muy
parecida constructivamente su funcionamiento es distinto.
El cilindro independiente asegura la asistencia de la cremallera
recibiendo por cada lado del pistn una cantidad de lquido,
distribuido por la vlvula distribuidora. La diferencia de presin
entre las dos cmaras del cilindro genera el movimiento del eje de
mando y la asistencia de la direccin.
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La superficie de accin del lquido sobre la pared izquierda del
pistn (cmara 1) es el doble que la superficie de accin sobre la
pared derecha (cmara 2). La alimentacin de lquido de la cmara 2 est
asegurada por el canal 3 y la vlvula distribuidora asegura la
distribucin del lquido a travs del cilindro de asistencia en los
giros del volante
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Funcionamiento:
La asistencia se obtiene en un sentido de giro enviando el
lquido a presin a una cmara de cilindro hidrulico y vaciando la
otra.
La asistencia en el otro sentido se obtiene enviando el lquido a
presin a las dos cmaras del cilindro hidrulico.
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Lnea recta:
Cuando el volante no es solicitado, la barra de torsin mantiene
al rotor y al distribuidor en posicin neutra. El lquido
suministrado por la bomba a las cmaras del cilindro de asistencia
vuelve directamente al depsito. Por tanto, el circuito hidrulico de
mando del cilindro de asistencia se queda sin presin.
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Giro a la derecha:
Por la accin del conductor sobre el volante y la resistencia que
las ruedas ofrecen al suelo, la barra de torsin se tuerce y genera
un decalado angular entre el rotor y el distribuidor.
En esta situacin, la bomba suministra lquido a la cmara derecha
del cilindro. La presin en esta cmara aumenta y la cmara de la
izquierda se pone en comunicacin con el depsito y se queda sin
presin. Por tanto, el pistn se desplaza a la izquierda y el vehculo
gira a la derecha.
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Giro a la izquierda
Por la accin del conductor sobre el volante y por la resistencia
del suelo a las ruedas, la barra de torsin se tuerce originando un
decalado angular entre el rotor y el distribuidor.
En esta situacin, las dos cmaras del cilindro se quedan aisladas
del depsito y la presin sube en cada una de las dos cmaras.
Como la seccin de la cara izquierda del pistn es el doble que la
seccin de la cara derecha, la fuerza generada por el lquido a
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presin sobre la pared izquierda del pistn es el doble que la
ejercida sobre la pared de la derecha y de esta forma el pistn se
desplaza a la derecha y el vehculo gira a la izquierda. El cilindro
de asistencia proporciona as la misma ayuda para ambos lados.
3. Direccin de cremallera asistida con grupo electrobomba
Este sistema est formado por una direccin mecnica de cremallera
asistida hidrulicamente por un grupo electrobomba que proporciona
presin para gobernar un cilindro hidrulico de asistencia que aplica
su fuerza a la barra de acoplamiento.
El sistema de asistencia se compone de:
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Un depsito (1) destinado al almacenamiento de aceite. Este puede
poseer una marca indicativa de niveles o bien una varilla
incorporada en el tapn. Generalmente se encuentra en la parte
delantera del vehculo.
Un grupo electrobomba (2) compuesto por un motor elctrico, una
bomba y, en algunos casos, un depsito.
Una vlvula distribuidora (3) que es accionada a la vez por el
volante de direccin y por el pin de cremallera, que permite dirigir
el aceite a alta presin hacia un lado u otro de un pistn, en funcin
del giro del volante.
Un cilindro de asistencia (4), paralelo a la caja direccin de
cremallera de tal forma que el cilindro de doble efecto constituye
la parte fija que est unida a la caja en el lado de la vlvula
rotativa o bien anclada sobre el bastidor. El pistn es la parte
mvil, que transmite el movimiento a las barras de acoplamiento. Est
unido al punto de articulacin opuesto a la cremallera (5) con la
bieleta
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Grupo electrobomba
El conjunto es totalmente autnomo, de forma que su
funcionamiento es independiente del motor de combustin. Est
constituido por una bomba mecnica de paletas o engranajes
arrastrada por un motor elctrico que gira alrededor de 10.000
r.p.m. para proporcionar un caudal constante a una presin
correcta
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La bomba incorpora dos vlvulas de regulacin de presin: una de
limitacin de sobrepresin, generalmente tarada a 90 bares mximo;
otra de evacuacin de aceite del cilindro en caso de prdida de
asistencia para extraer el lquido contenido en la cmara del
cilindro, tericamente a presin.
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4. Direccin con Caja asistida, de tipo bolas circulantes
En el conjunto de un sistema de direccin asistida de tornillo
sinfn y tuerca con bolas circulantes, la presin es proporcionada
por una bomba independiente de lbulos (1).
Este sistema est formado por una direccin de tornillo sinfn y
tuerca con bolas circulantes, donde la carcasa (4) aloja a un mbolo
(5), que adems constituye la tuerca sinfn que engrana por la parte
exterior con el sector unido al eje (7). De esta forma, el giro del
sinfn (7) es transformado en movimiento axial del pistn (5), que
mediante la cremallera arrastra en giro el rbol de salida (7) unido
al sector, y este a la palanca de ataque.
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En la parte interior del pistn (5) y en su acoplamiento al sinfn
(17) se encuentra la correspondiente pista de bolas circulantes (6)
en circuito cerrado en la rotacin del sinfn. Las bolas que alcanzan
el extremo del acoplamiento entre el tornillo sinfn y el pistn
vuelven nuevamente a introducirse por el otro extremo a travs del
tubo circulatorio (18).
El movimiento de rotacin del volante a traves de la columna de
direccin se transmite al eje de mando (10), que est unido al sin
fin (17) mediante la barra de torsin (19). Esta rodeada por una
camisa o manguito de control (20), con dos brazos (21) en sus
extremos y dos pernos introducidos perpendicular mente en los
pistones-vlvula (11 y 12), de forma que, con una ligera rotacin del
volante, estos pistones se introducen en sus alojamientos
determinando la apertura y cierre de los orificios de paso del
aceite, para llegar as a las cmaras (8 y 9) del cilindro de
mando.
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Funcionamiento:
La bomba (1) es accionada por el motor, absorbe lquido hidrulico
del depsito incorporado, que adems posee una vlvula de sobrepresin
(3) y otra de regulacin (2) que garantizan la presin necesaria
independientemente del rgimen del motor.
En lnea recta: El lquido que absorbe la bomba acta sobre los
pistones vlvula (7 y 8) los cuales se encuentran en posicin neutra.
En estas condiciones, los canales de paso (10 y 11), estn abiertos
y permiten el paso de lquido a travs de los orificios radiales (12
y 13) y, mediante los orificios (14 y 15), el flujo de lquido
retorna al depsito.
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Giro del volante: Cuando se gira el volante de la direccin, a
travs de la columna, se arrastra el rbol de mando (4) y, si el
esfuerzo necesario para orientar las ruedas es pequeo e
insuficiente para torsionar la barra de torsin (5), el sistema
funciona como una direccin normal. Sin embargo, cuando el esfuerzo
supera el tarado de la barra de torsin, se produce una rotacin
entre el eje (4) y el sinfn (6), capaz de hacer girar el manguito
de control (16) con dos brazos en sus extremos (17) y dos pernos
(18), necesarios para el accionamiento de los pistones (7 y 8) del
dispositivo hidrulico (9). Al recuperar el volante, la barra de
torsin (5) provoca el retorno de los pistones vlvula (7 y 8) a la
posicin neutra, favoreciendo as la reversibilidad del sistema de
direccin.
Cuando se inicia un giro del volante en cualquier sentido, los
pistones (7 y 8) son desplazados de su posicin de reposo para
permitir el paso de lquido hacia una de las cmaras (A o B) en las
que se alcanza una
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presin que des plaza el pistn (19) proporcionando la asistencia
necesaria. Al mismo tiempo el lquido contenido en la cmara opuesta
retorna al depsito a travs de los conductos (15) que destapan los
pistones de la vlvula (11).