Tecnología de Dirección Vehicular: Componentes, Funcionamiento y Geometría de Ruedas

Sistemas de Dirección en Vehículos: Componentes y Geometría

La Dirección del Vehículo

La dirección es el mecanismo de guiado y orientación de las ruedas, accionado por el conductor. Este sistema debe cumplir con estrictas normas de seguridad a nivel europeo, las cuales regulan el tiempo y la fuerza máxima que se deben aplicar en el volante. Es un sistema de seguridad fundamental que trabaja en conjunto con la suspensión; la acción conjunta de ambos permite que la conducción sea confortable, precisa y segura.

Componentes Mecánicos de la Dirección

• Volante
• Caña o árbol de dirección
• Crucetas
• Caja desmultiplicadora
• Bielas de mando
• Rótulas

En las direcciones sin asistencia, el conductor aplica la fuerza en el volante, la cual, multiplicada por su radio, permite obtener el par de giro en el árbol de transmisión necesario para girar las ruedas.

Relación de Transmisión (Rt)

La relación de transmisión (Rt) se define como el cociente entre el ángulo de giro del volante y el ángulo al que giran las ruedas (Rt = ángulo girado del volante / ángulo obtenido en las ruedas). Al aumentar el radio del volante y aplicar la misma fuerza, se incrementa el par de giro, pero disminuye la relación de transmisión de la dirección.

Caja de Dirección Desmultiplicadora

La caja de dirección desmultiplicadora es un componente clave que reduce y transforma el movimiento que recibe del árbol de transmisión.

Tipos de Cajas de Dirección

Caja de Cremallera

Es el sistema más empleado en coches pequeños. El árbol de dirección y el volante se sitúan por detrás del eje delantero. Es posible ajustar la holgura entre el piñón y la cremallera mediante un semicasquillo que aprieta un muelle tarado. Al apretarlo, aumenta la fuerza del casquillo contra la cremallera, corrigiendo así la holgura.

Caja de Tornillo Sinfín

Este sistema dispone de más componentes que una dirección de cremallera, lo que permite el giro de las manguetas de las dos ruedas en vehículos con eje delantero rígido. Se utiliza en situaciones donde la falta de espacio impide la instalación de una cremallera, como en todoterrenos y furgonetas. Al girar el tornillo sinfín con el árbol de dirección, la tuerca se desplaza y, en su movimiento, transmite el movimiento a un brazo de mando que, a su vez, mueve los brazos de dirección.

Variantes de Tornillo Sinfín

• Tornillo y tuerca desplazable
• Tornillo y tuerca con bolas circulantes
• Tornillo globoide y rodillo
• Tornillo y sector dentado

Tirantería de Mando

La tirantería de mando es el conjunto de elementos que transmite el movimiento lineal de la caja de dirección hasta las manguetas. Los vehículos con dirección de cremallera suelen tener menos componentes en la tirantería que aquellos con caja de tornillo sinfín.

Componentes de la Tirantería

• Barras de Dirección: Fabricadas en acero, con una rosca interior en cada extremo que une las rótulas o las barras de dirección (en sistemas de tornillo sinfín).
• Bieletas de Dirección: Son las barras de mando de las direcciones de cremallera. Transmiten el movimiento de la caja de dirección a las rótulas. Se unen a la barra de cremallera con una rótula de bola que permite su giro y los desplazamientos angulares de la bieleta. En el otro extremo, poseen una rosca para unirlas a la rótula. Girando la bieleta con la rótula montada, se modifica la convergencia y divergencia.
• Manguitos de Ajuste
• Palancas Angulares
• Rótulas

Geometría y Ángulos de las Ruedas

La correcta geometría de las ruedas es crucial para la estabilidad, el desgaste de los neumáticos y la respuesta de la dirección.

Paralelismo, Convergencia y Divergencia

Se refiere al paralelismo entre las ruedas de un mismo eje. Sus objetivos principales son que las ruedas giren paralelas con una convergencia de 0 cuando el vehículo esté circulando, y compensar las deformaciones que se producen en las articulaciones elásticas (silentblocks).

Ángulo de Caída (Camber)

Es la inclinación de la rueda respecto al eje vertical, medida en grados. Puede ser positiva, cero o negativa. Un ángulo de caída negativo, por ejemplo, es común en vehículos de competición para mejorar el agarre en curvas.

Ángulo de Salida

Se forma con la inclinación del pivote de la dirección con respecto al eje vertical del neumático. Permite reducir el radio de rodadura sin recurrir excesivamente a la caída y favorece el retorno de la dirección a la posición recta. El ángulo de salida y el ángulo de caída están unidos por la mangueta y las rótulas, y su suma se denomina ángulo incluido.

Ángulo de Avance (Caster)

Es el ángulo entre el eje de la rueda y el eje de suspensión. Es positivo cuando el eje de giro está delante del centro de la rueda (como en una motocicleta chopper), y negativo cuando está por detrás (como en un carro de supermercado), lo que provoca que la rueda tienda a girar sobre sí misma.