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Sistema
de Dirección
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Cotas de reglaje de la dirección
Para que le funcionamiento
de la de dirección resulte adecuado, es preciso que los elementos que
lo forman cumplan unas determinadas condiciones, llamadas cotas de dirección
o geometría de dirección, mediante las cuales, se logra que las
ruedas obedezcan fácilmente al volante de la dirección y no se
altere su orientación por las irregularidades del terreno o al efectuar
una frenada, resultando así la dirección segura y de suave manejo.
También debe retornar a la linea recta y mantenerse en ella al soltar
el volante después de realizar una curva.
Las cotas que determinan la geometría del sistema de dirección
son:
Los nombres con que se han identificado los ángulos son los mas habituales, pero en bibliografía de origen no hispano pueden encontrarse que al avance se le llama Caster, a la salida kin-pin inclination, a la caída Camber, la convergencia Toe-in y la divergencia Toe-aut.
Ángulo de salida
Se llama ángulo de salida al ángulo (As) que forman la prolongación
del eje del pivote, sobre el que gira la rueda para orientarse, con la prolongación
del eje vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda y cuyo vértice
coincide en A´. Este ángulo suele estar comprometido entre 5 y
10º, siendo en la mayoría de los vehículos de 6 a 7º.
Esta disposición del pivote sobre el que se mueve la mangueta reduce
el esfuerzo a realizar para la orientación de la rueda ya que, depende
directamente de la distancia "d" (figura inferior) cuanto menor sea
"d" menor será el esfuerzo a realizar con el volante para orientar
las ruedas. Este esfuerzo será nulo cuando el eje del pivote pase por
el punto "A", centro de la superficie de contacto del neumático
con el suelo. En este caso solo habría que vencer el esfuerzo de resistencia
de rodadura (Fr) correspondiente al ancho del neumático, ya que el par
de giro seria nulo. En la practica "d" no puede ser cero ya que, entonces
la dirección se volvería inestable.
De la inclinación
del eje del pivote resultan fuerzas de retroceso, las cuales, después
del paso de una curva, hacen volver a las ruedas a la posición en linea
recta en sentido de la marcha. Esto es debido a que al orientar la rueda para
tomar una curva, como gira sobre el eje de pivote y éste esta inclinado.
la rueda tiende a hundirse en el suelo, y como no puede hacerlo, es la carrocería
la que se levanta, oponiendose a esto su propio peso, por lo cual, en cuanto
se suelte el volante de la dirección, el peso de la carrocería,
que tiende a bajar, hará volver la rueda a su posición de marcha
en linea recta.
Además el ángulo de salida, minimiza el efecto de las irregularidades
de la carretera en el ensamblaje del conjunto de dirección.
La presión de inflado de los neumáticos tiene una importancia vital en este ángulo, pues con menor presión, el punto "A´" se desplaza mas hacia abajo, aumentando la distancia "d" y, por tanto, el esfuerzo para girar las ruedas.
Ángulo
de caída
Se llama ángulo de caída al ángulo"Ac" que forma
la prolongación del eje de simetría de la rueda con el vertical
que pasa por el centro de apoyo de la rueda.
Este ángulo se consigue dando al eje de la mangueta una cierta inclinación
con respecto a la horizontal. Tiene por objeto desplazar el peso del vehículo
que gravita sobre este eje hacia el interior de la mangueta, disminuyendo así
el empuje lateral de los cojinetes sobre los que se apoya la rueda.
La mangueta
esta sometida a esfuerzos de flexión equivalentes a peso que sobre ella
gravita (P) por su brazo de palanca (d). Con el ángulo de caída
lo que se busca es reducir el brazo de palanca o distancia (d), por ello al
inclinar la rueda, se desplaza el punto de reacción (A) hacia el pivote,
con lo que el brazo de palanca o distancia (d) se reduce y, por tanto, también
se reduce el esfuerzo a que están sometidos los rodamientos de la mangueta.
El valor del ángulo de caída (Ac), que suele estar comprendido
entre treinta minutos y un grado, hace disminuir el ángulo de salida
(As), aunque mantiene se mantiene dentro de unos limites suficientes.
Ángulo
de avance
Se llama ángulo de avance, al ángulo (Aa) que forma la prolongación
del eje del pivote con el eje vertical que pasa por el centro de la rueda y
en el sentido de avance de la misma.
Cuando el empuje del vehículo se realiza desde las ruedas traseras (propulsión),
el eje delantero es arrastrado desde atrás, lo que supone una inestabilidad
en la dirección. Esto se corrige dando al pivote un cierto ángulo
de avance (Aa), de forma que su eje corte a la linea de desplazamiento un poco
por delante del punto (A) de apoyo de la rueda. Con ello aparece una acción
de remolque en la propia rueda que da fijeza a la dirección, haciendo
que el punto (A) de apoyo tienda a estar siempre en linea recta y por detrás
de (B) punto de impulsión.
Al girar la dirección para tomar una curva la rueda se orienta sobre
el punto (B) fijado para el avance: esto hace que el punto (A) se desplace hasta
(A´), creandose un par de fuerzas que tiende a volver a la rueda a su
posición de linea recta ya que, en esta posición, al ser (d =
0), desaparece el par.
De esta forma se consigue dar a la dirección fijeza y estabilidad, ya
que las desviaciones que pueda tomar la rueda por las desigualdades del terreno,
forman este par de fuerzas que la hacen volver a su posición de linea
recta.
El avance debe ser tal, que cumpla la misión encomendada sin perturbar
otras condiciones direccionales. Si este ángulo es grande, el par creado
también lo es, haciendo que las ruedas se orienten violentamente. Si
el ángulo es pequeño o insuficiente, el par de orientación
también lo es, resultando una dirección inestable.
El ángulo de avance suele estar comprendido entre 0 y 4º para vehículos
con motor delantero y de 6 a 12º para vehículos con motor trasero.
Cotas conjugadas
Las cotas de salida y caída hacen que el avance corte a la linea de desplazamiento
por delante y hacia la derecha de punto (A). De ello resulta que, para vehículos
de propulsión trasera, el empuje que se transmite el eje delantero pasa
de éste a la rueda por el pivote, teniendo su punto de tiro en la rueda
sobre el punto (B). Como la resistencia de rodadura actúa sobre su punto
de apoyo (A), resulta un par de fuerzas que tiende a abrir la rueda por delante,
debiendo dar una convergencia a la rueda para corregir esta tendencia.
La convergencia será tanto mayor cuanto mas adelantado y hacia la derecha
se encuentre el punto (B). Esta posición viene determinada por los ángulos
de caída, salida y avance, lo que quiere decir que la convergencia depende
directamente de estas tres cotas.
En vehículos con tracción delantera, la fuerza de empuje está
aplicada al mismo punto de apoyo de la rueda, siendo las ruedas traseras remolcadas
sin ejercer efecto alguno sobre la dirección. No obstante, se les da
un pequeño avance para mantener estable la dirección resultando,
junto a las cotas de salida y caída, una convergencia que pueda ser positiva
o negativa.
Convergencia
La convergencia o paralelismo de las ruedas delanteras es la posición
que ocupan las dos ruedas con respecto al eje longitudinal del vehículo.
Este valor se mide en milímetros y es la diferencia de distancia existente
entre las partes delanteras y traseras de las llantas a la altura de la mangueta;
está entre 1 y 10 mm para vehículos con propulsión y cero
a menos 2 mm para vehículos con tracción.
El ángulo de caída (Ac) y el de salida (As) hace que la rueda
esté inclinada respecto al terreno y que al rodar lo haga sobre la generatriz
de un "cono" lo que implica que las ruedas tienden a abrirse. Para
corregir esto se cierran las ruedas por su parte delantera, con lo que adelanta
el vértice del cono en el sentido de la marcha.
La convergencia también contrarresta el par de orientación que se forma entre el empuje y el rozamiento de la rueda y que tiende a abrirla, siendo esta la razón de que los coches con propulsión tengan mayor convergencia que los de tracción, en efecto: debido al avance y salida, la prolongación del pivote corta al suelo en un punto mas adelantado y hacia el centro que el de apoyo del neumático. Si el coche lleva propulsión, la fuerza de empuje se transmite a la rueda delantera a través del pivote y la de resistencia se aplica en el punto de contacto del neumático, esto origina un par de giro que tiende a abrir las ruedas delanteras, cosa que no ocurre en vehículos con tracción ya que la fuerza se aplica en el punto de contacto.
El ángulo de convergencia (Av) o desviación angular de las ruedas con respecto a la dirección de marcha, se expresa en función de las distancias (A) y (B) y de la cota (h), o bien, del diámetro de la llanta (d). La formula para calcular este ángulo es:
El que el valor de la convergencia pueda ser positivo o negativo (divergencia) depende de los valores que tengan los ángulos de caída, salida y, ademas, de que el vehículo sea de tracción delantera o propulsión trasera. El valor de esta convergencia viene determinado por los valores de las cotas de caída, salida y avance.
La convergencia,
determinada en función del resto de las cotas de dirección, debe
mantenerse dentro de los limites establecidos por el fabricante ya que, cualquier
alteración produce la inestabilidad en la dirección; además
debe ser igual en las dos ruedas.
Una convergencia excesiva, al producir mayor tendencia en la orientación
de las ruedas para seguir la trayectoria en linea recta, produce un desgaste
irregular en los neumáticos que se manifiesta por el desgaste lateral
que se produce en su banda de rodadura.
Una excesiva convergencia respecto a la que nos da el fabricante, provoca un desgaste lateral en la zona exterior de los neumáticos. Una convergencia insuficiente provoca un desgaste lateral en el interior de los neumáticos.
Suspensión
independiente
Las cotas de dirección varían de forma sustancial según
sea el vehículo con dirección montada sobre eje rígido
o sobre suspensión independiente. Excepto el ángulo de salida
que apenas varia los demásángulos varían sensiblemente,
debido al diferente montaje de las ruedas, que se mueven y separan entre sí,
de forma distinta a como lo hacen las montadas sobre eje rígido. Otra
característica a tener en cuenta es el creciente aumento del grosor de
los neumáticos y disminución de la presión de los neumáticos.
Los constructores de automóviles han determinado experimentalmente para
cada caso los valores mas convenientes
Así ocurre que el avance es mucho menor y en bastantes casos negativo,
o sea, que el pivote va hacia atrás en vez de apuntar adelante. La caída
es prácticamente nula (de 3/4º positivo a 1º negativo). La
convergencia aun es positiva en la mayoría de automóviles (de
0 a 6 milímetros, como eje rígido); pero ya algunos la tienen
negativa, o sea, que las ruedas abren hacia delante (divergencia).
Comprobación
Así pues, salvo deformación aparente por largo uso, carga excesiva
o golpe, las cotas que deben comprobarse son: avance, caída, y convergencia,
y precisamente por este orden, pues cada una influye en las siguientes. Si se
tiene cuidado de no dar golpes de refilón a las ruedas contra los bordillos,
piedra grandes, etc., no es fácil que se desregle la dirección
por torceduras del eje o doblado de las bielas y palancas de la dirección,
y, por tanto, el ajuste se limitará casi siempre a la convergencia, la
mas sencilla de medir y corregir. La convergencia al ser una cota resultante
directa de las otras tres cotas (salida, caída y avance), cualquier variación
en cualquiera de ellas produce una desviación en la convergencia. Siendo
esta cota la única fácil de corrección en el vehículo,
para pequeñas desviaciones en la cotas de salida, caída y avance,
en muchos talleres ante la dificultad de corrección en ellas se actúa
corrigiendo la convergencia para compensar el efecto conjugado del conjunto.
Los síntomas que denuncian alteración de las cotas y que aconsejan
revisión especial son los siguientes:
En general, cualquier anomalía en el desgaste de las cubiertas aconseja revisar inmediatamente la alineación de las ruedas.
Radio de giro máximo
La distancia entre pivotes (a) que recibe el nombre de vía y la
longitud e inclinación de los brazos de acoplamiento en función
de la batalla (b) del vehículo, que corresponde a la distancia
entre ejes, determinan una de las características de la dirección,
como es su radio de giro máximo. Este radio viene determinado de forma
que las ruedas puedan girar describiendo un circulo de diámetro cuatro
veces mayor que la batalla del vehículo.
El ángulo de viraje (Avi ) para un determinado radio de giro (R), según
los triángulos rectángulos 0AB y 0CD de la figura inferior, se
obtiene por la función trigonométrica de los ángulos que
forman las ruedas en función de la batalla (b) del vehículo y
del ancho de vía (a).
Teniendo en cuenta que el radio de giro mínimo en los vehículos
suele ser aproximadamente el doble de la batalla o distancia entre ejes: R =
2 b. El ángulo de viraje máximo entre las ruedas es:
Influencia
del estado de los neumáticos en la Dirección
Se ha estudiado, al explicar las cotas de dirección, la gran influencia
de una presión del neumático defectuosa. Un neumático con
presión baja es el peor defecto que puede permitirse en las ruedas, en
cuanto a su economía. Además de desgastarse desigualmente, por
los bordes de la banda de rodadura, según se muestra en la figura inferior,
detalle 1, la destrucción es muy rápida, por la gran deformación
a que está sometida la cubierta que, al rodar, produce tensiones y deformaciones
con roces en los flancos que elevan su temperatura produciendo el corte de los
tejidos que sirven para reforzar la goma.
Una presión excesiva hace que la dirección sea mas suave, pero
aumenta las trepidaciones y aumenta la fatiga en todas las articulaciones, desgastando
la cubierta desigualmente por el centro de la banda de rodadura.
Los defectos en la alineación de las ruedas influyen mucho en el desgaste rápido y desigual de las cubiertas e incluso con la sola observación de una rueda prematuramente desgastada un técnico puede deducir, aproximadamente la cota o cotas que han dado lugar al desgaste anormal.
En líneas generales podemos decir que, excepto el avance que aunque sea excesivo no produce desgaste de los neumáticos, las otras cotas suelen producir los siguientes:
Los desgastes anormales
son siempre producidos por frote de la cubierta con el pavimento y es muy difícil
establecer con exactitud la causa que puede producirlo, pues pueden ser varias
a la vez.
Además de las mencionadas por defecto de las cotas, influyen también,
de una forma muy acusada, el "shimmy", presión de inflado,
deformación del chasis, etc.
Valores reales de las cotas de reglaje de un automóvil de la marca: Renault Laguna II
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