 Mecanismo de dirección
Es cierto que, para un libro sobre la dirección, esta imagen que introduce el capítulo 'Mecanismos de dirección' es un poco inusual. Muestra el eje delantero del VW Transporter T3 de 1979, pero al menos se
acopla a nuestros últimos capítulos que tratan de camiones y furgonetas. Por último, nos ocupamos de los vehículos de tracción delantera y aquí es exactamente donde entra en juego la dirección mostrada.
La tracción delantera siempre tiene ese ángulo extrañamente pronunciado con un volante bastante plano. VW ha intentado hacer que el ángulo del volante sea un poco más parecido al de un automóvil. De ahí
esta desviación adicional en la parte delantera. Sólo entonces se transfiere el movimiento a la cremallera de dirección, que veremos con más detalle porque ahora su uso está muy extendido.
Pero volvamos primero a la cuestión de lo que define realmente un mecanismo de dirección. Podría definirse como una conexión de engranajes que ayuda a transformar un movimiento giratorio en un
movimiento alternativo (rotación -> traslación). Remontémonos brevemente a los inicios, al año 1905, cuando se originó este sistema de dirección de Mercedes. Aquí, la rosca externa de un eje de dirección
situado en el extremo de la columna de dirección está conectada a la rosca interna de una tuerca, que al girar el volante, se mueve hacia arriba o hacia abajo.
La palanca es claramente visible y puede girarse en su cojinete. Está conectada a la tuerca del otro lado de este cojinete y al trapecio de dirección a través de su ojal en el extremo. La desventaja de este
diseño era que no podía ajustarse en caso de desgaste. Por cierto, los engranajes y las conexiones de las palancas implican automáticamente una relación de transmisión. Por lo tanto, se puede determinar
la relación entre el ángulo de giro del volante y el de las ruedas (ángulo de giro).
Digamos que 14 a 1 es una relación de transmisión media para un automóvil. Con un giro del volante (360°), la rueda giraría unos 25° (360° / 14). Con bastante menos de un giro más, se encontraría entonces
en el tope final. Es importante tener en cuenta que se trata de una dirección sin asistencia hidráulica o eléctrica.
Pero, ¿cómo funciona la transmisión? La imagen de arriba muestra uno de los sistemas de dirección más antiguos, que hoy en día sólo se utilizan en máquinas más sencillas en las que la precisión no es
tan importante. Por supuesto, no se trata de un tractor agrícola moderno, sino de uno de casi 50 años de antigüedad o del VW Transporter T1, que se fabricó hasta 1967. Se llama 'Ross' o 'dirección de
dedos'.
La patente probablemente data de 1925 y el nombre procede de la empresa estadounidense que la inventó. El principio es relativamente sencillo. El extremo de la columna de dirección está formado por una
rosca trapezoidal en la que encaja lateralmente un pasador de forma cónica (dedo). Éste no es rígido, sino que está montado sobre cojinetes de rodillos, lo que hace que la dirección sea más suave. Cabe
suponer que los flancos de la rosca trapezoidal están endurecidos para una mayor capacidad de carga.
El tornillo de ajuste es importante, ya que con él se puede ajustar el juego entre el dedo y los flancos de la rosca trapezoidal hasta que un desgaste excesivo indique que hay que sustituir el mecanismo de
dirección, lo que ya no se puede evitar ni siquiera reajustándolo. Por supuesto, dispone de un llenado de aceite, que antes había que cambiar o al menos comprobar durante las inspecciones.
Aquí hay una mirada ligeramente diferente del dedo de dirección. Se puede ver claramente que tiene rodamientos de agujas. El tornillo de ajuste se encuentra en la tapa y, por lo tanto, aquí no es visible. Está
alineado exactamente con el eje superior orientado hacia atrás. En esta imagen también se puede ver el ángulo de ajuste posible, relativamente pequeño, porque de lo contrario el dedo de dirección se saldría
de la rosca trapezoidal en las posiciones finales.
El hilo trapezoidal garantiza mucha estabilidad al transmitir fuerzas elevadas. Esto no se refiere ni siquiera al impacto del volante contra el trapecio de la dirección, sino a los impactos en la dirección que se
producen durante la marcha y que pueden dañar parcialmente el mecanismo de dirección o, por ejemplo, su cojinete axial.
Puede ser una tuerca adecuada conectada al eje de salida o, como en este caso, un segmento (sección parcial) de un tornillo sin fin. Así se llama y tiene la ventaja de que interviene más de un dedo, aunque
a veces la precisión va en detrimento de la facilidad de movimiento.
Esto es más importante en esta versión porque la rosca trapezoidal engrana con un rodillo con un hilo de rosca similar. Observa la conicidad de la rosca trapezoidal en el centro. El movimiento del eje de
dirección se transmite siempre con una cierta relación de transmisión a la suspensión del rodillo.
Aquí está nuevamente el modelo real recortado. En este caso, la columna de dirección viene de arriba. Hace girar el rodillo a través de la rosca trapezoidal adaptada a ella. El rodillo gira en una guía y mueve
el eje de salida con un ángulo de giro mucho menor. Una vez más, la palanca puede verse aquí como parte de la conexión con el trapecio de dirección.
Esta es la última evolución definitiva de este tipo de mecanismo de dirección, que suele encontrarse en camiones, por ejemplo, y ahora con menos frecuencia en automóviles de lujo. Se denomina 'dirección
de bolas recirculantes', lo que muestra claramente el cambio con respecto a las versiones anteriores. La tuerca, que se mueve hacia adelante y hacia atrás al girar la columna de dirección, ahora tiene una
pista de bolas en lugar de rosca. De este modo, la conexión pasa de la fricción por deslizamiento a la fricción por rodadura.
Muchas bolas, no sólo entre el tornillo sinfin y la tuerca de bolas. Para evitar que se salgan por los extremos, estos están unidos entre sí mediante un pequeño tubo. Con el dispositivo lleno de bolas, éstas se
mueven en un sentido u otro en función del sentido de giro del volante. La 'circulación de bolas' es perfecta.
Mecanismo de dirección de recirculación de bolas para 4 a 9 toneladas de carga sobre el eje delantero
Pasemos ahora a la dirección extensamente más utilizada en automóviles y ahora también en furgonetas: la dirección de piñón y cremallera. Se basa en la idea de no utilizar una caja de dirección separada y
transferir los movimientos del volante al trapecio de dirección mediante varillas con rótulas, sino utilizar directamente una parte del trapecio de dirección.
Por supuesto, esto sólo funciona con suspensión independiente. Esto requiere una barra de dirección que antes tenía sólo dos partes y ahora tiene tres. Y es precisamente esta parte central, que de todos
modos forma parte de las masas no suspendidas (véase el libro de chasis), la que ahora se convierte en una barra con dientes, razón por la que se denomina 'cremallera de dirección'. En principio, lo único
que falta es un piñón que esté conectado al volante y engrane con esta cremallera.
La imagen muestra una cremallera con un paso más estrecho a la izquierda y otra con un paso más ancho a la derecha. Esta última da como resultado una relación de transmisión menor, es decir, una
dirección más directa. El principio de las cremalleras se conoce desde hace mucho tiempo, por ejemplo, en el centro de las vías de los ferrocarriles de montaña. Como la pendiente máxima de los trenes se
mide en milésimas de milímetro, necesitan una conexión positiva con las vías cuando circulan cuesta arriba.
En el pasado, la dirección de cremallera sólo era posible para vehículos con una dirección relativamente suave y por lo tanto más directa, ya que su relación de transmisión está limitada por el diseño. Pero
desde la llegada de la dirección asistida, esta limitación desaparece.
Otra característica típica de las cremalleras de dirección mostradas anteriormente es el desplazamiento del engranaje hacia el lado del volante. Por supuesto, esto también requiere una cremallera de
dirección modificada al realizar la conversión para vehículos con volante a la derecha. Sin embargo, también es posible acoplar la cremallera en el centro. Entonces sólo hay que cambiar la conexión del
volante al centro.
Sin embargo, esto requeriría un acceso en un ángulo de 90°. No sólo los dientes de la cremallera pueden estar en ángulo, sino que el eje del piñón también puede encontrarse con ella en ángulo. Si éste es el
caso, este mecanismo de dirección no puede modificarse para el uso de volante a la derecha. En la imagen de arriba también se puede ver una de las juntas cardán que permiten conectar la columna de
dirección rígida con el engranaje de dirección también rígido.
Por cierto, la relación de transmisión desde el centro hasta el tope final no tiene por qué ser siempre la misma. Puedes diseñarse para que sea de forma variable (imagen superior). El resultado es una
dirección relativamente directa alrededor de la posición central sin que las fuerzas de dirección aumenten demasiado al girar bruscamente.
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