Circuitos de fluidos y dirección

350 Unidad 9

β α 90° AB
90° CD

a

90° 90°

C βα

Centro intantáneo
de rotación

a Figura 9.20. Unión de las dos ruedas. a Figura 9.21. Trazado recto.

caso práctico inicial Como el ángulo a que forman la mangueta y el brazo de dirección no es recto, al
girar una de las manguetas un ángulo b, la otra girará en un ángulo c distinto, de
Para que el conjunto de dirección forma que la rueda del interior de la curva siempre gira más que la del exterior,
ofrezca un perfecto comporta- para permitir un trazado correcto de curvas de distinto radio.
miento de seguridad activa, es muy
importante el cumplimiento del Para evitar el arrastre de las ruedas al tomar una curva (figura 9.22), debe cum-
principio de Ackerman. plirse el principio de Ackerman: las trayectorias descritas por las cuatro ruedas
del vehículo al describir una curva han ser circunferencias concéntricas. Es de-
bA B cir, debe haber un solo centro de giro para las cuatro ruedas, llamado centro ins-
C c tantáneo de giro (CIG).

D Como el puente trasero es normalmente rígido o compuesto por dos semiejes ali-
neados, el centro de giro del vehículo tiene que estar en la prolongación de este
eje, por tanto, esta exige que el mecanismo de dirección tenga que girar ángulos
desiguales para las ruedas delanteras, siendo siempre mayor el ángulo de la rueda
interior, respecto a la rueda exterior.

2.2. Geometría de ruedas

a Figura 9.22. Trazado en curva. Para obtener una dirección segura y fácil de manejar, las ruedas tienen que obe-
decer al volante y su orientación no debe alterarse con las irregularidades del pa-
caso práctico inicial vimento. Para ello, es necesario que las ruedas cumplan una serie de condiciones
geométricas, denominadas cotas de dirección (figura 9.23).
Las cotas siempre deben de estar
dentro de las tolerancias dadas por Estas son las siguientes:
el fabricante, para conseguir una
dirección segura y fácil de manejar. • Ángulo de caída.

• Ángulo de salida.

• Ángulo de avance.

• Ángulo incluido.

• Cotas conjugadas.

• Convergencia.

La dirección 351
Ángulos
Frontal Vista del vehículo En planta
D Lateral F

B
A

EG

De la rueda A F-G

De la mangueta Caída de rueda o ángulo de caí- Convergencia/
a Figura 9.23. da Divergencia

B E

Inclinación del pivote Avance de pivote o
o ángulo de salida Ángulo de avance

Ángulo de caída saber más

El ángulo de caída es el ángulo comprendido entre la horizontal y el eje de la man- Optimización del rendimiento
gueta en el plano transversal del vehículo. También es llamado inclinación de del neumático
rueda (figura 9.24).
Para lograr un comportamiento
Plano medio vertical óptimo del neumático, el ángulo de
de la rueda caída debe ser nulo o ligeramente
negativo respecto al pavimento. El
ángulo de caída depende exclusi-
vamente de la suspensión y el dise-
ño constructivo de la mangueta.

Caída positiva Caída negativa
a Figura 9.24. Ángulo de caída.

352 Unidad 9

Este ángulo provoca una inclinación idéntica de la parte superior de las ruedas di-
rectrices hacia el exterior del vehículo. El ángulo puede considerarse comprendi-
do entre la vertical y el plano de rueda. Este ángulo hace converger a las dos rue-
das hacia el suelo.
Es un ángulo muy pequeño que está comprendido entre 0° y 2°.
Permite hacer coincidir el eje del pivote con el centro de la superficie de los neu-
máticos sobre el suelo.
El ángulo de caída realiza las funciones siguientes:
• Compensa la deformación por flexión del tren delantero.
• Desplaza el peso del vehículo sobre el eje, que está apoyado la parte interior de

la mangueta, disminuyendo así el empuje lateral de los cojinetes sobre los que
se apoya la rueda (distancia B de la figura 9.25).
• Evita el desgaste de neumáticos y rodamientos.
• Reduce el esfuerzo de giro del volante de dirección.

Ejes de giro

Ángulo Plano paralelo al suelo
de caída
FP
Mangueta

B

+
FP Fuerza perturbadora de la dirección

MS Momento necesario para girar la rueda
alrededor del eje de articulación

Punto de fácil rotura
FP Centro de rotación de la rueda

B MP Momento resistente

Brazo de palanca transversal
a Figura 9.25. Función del ángulo de caída.

Influencia del ángulo de caída
Como se muestra en la figura 9.26, un ángulo de caída fuera de tolerancias
o mal regulado provoca que el vehículo se desvíe en su trayectoria al lado
de mayor ángulo de caída. Por tanto, es necesario corregir la trayectoria con
el volante, la conducción se hace peligrosa y el desgaste de neumáticos es
rápido.

La dirección 353

Una diferencia superior a un grado entre los dos lados origina un desvío de tra-
yectoria que es necesario corregir con el volante, ocasionando un desgaste anor-
mal de los neumáticos.

Ra = Radio de la cara externa
de la banda de rodadura

Rb = Radio de la cara interna
de la banda de rodadura

B = Brazo de palanca transversal

Rb Ra

B

a Figura 9.26. Influencia de ángulo de caída.

Síntomas del ángulo de caída en mal estado
• Desgaste anormal y rápido del neumático.
• La banda de rodadura del neumático está desgastada de forma creciente de un

lado a otro.
• Un exceso de caída negativa provoca el desgaste en la parte interior de la ban-

da de rodadura.
• Un exceso de caída positiva provoca el desgaste en la parte exterior de la ban-

da de rodadura.

Ángulo de salida
También llamado ángulo de pivote, está formado por la prolongación del eje del
pivote, sobre el cual gira la rueda para orientarse, con la prolongación del eje ver-
tical que pasa por el centro de apoyo de la rueda (figura 9.27).

Eje pivote

Vertical

Vertical

a Figura 9.27. Ángulo de salida.

354 Unidad 9

Se trata de hacer coincidir el centro de la superficie del neumático en contacto
con el suelo con la prolongación del eje del pivote (figura 9.28) para obtener las
funciones siguientes:

• Reducir el esfuerzo para realizar la orientación de la rueda.

• Disminuir el ángulo de caída para mejorar el desgaste del neumático, sobre todo
en los vehículos modernos con neumáticos de sección ancha.

• Favorecer la reversibilidad de la dirección.

Inclinación Inclinación
de rueda de pivote

B B Casi nula
a Figura 9.28. Reducción del ángulo de caída mediante el ángulo de salida.

Conviene que los ejes se corten un poco por debajo del punto de contacto con el
suelo para obtener mayor estabilidad de dirección, sobre todo, al circular por irre-
gularidades del pavimento, que tienden a desorientarse.

Influencia del ángulo de salida

El ángulo de salida incide sobre el de caída. Por tanto, tendremos las mismas con-
secuencias y efectos de desgaste en los neumáticos.

Síntomas del ángulo de salida en mal estado

• Desgaste anormal y rápido del neumático.

• La banda de rodadura del neumático está desgastada de forma creciente de un
lado a otro.

• Un exceso de salida provoca una dureza en la dirección y retorno a la línea rec-
ta de forma brusca.

• Una escasa salida provoca reacciones en la dirección ante los esfuerzos latera-
les, dirección más suave y poca reversibilidad de la dirección.

Ángulo de avance
Es el ángulo formado por la prolongación del eje del pivote con el eje vertical que
pasa por el centro de la rueda y en sentido de avance de la misma (figura 9.29).

Cuando el vehículo es de propulsión trasera el empuje, realizado por las ruedas tra-
seras, produce un arrastre del eje delantero, generando una cierta inestabilidad de
dirección. Se corrige dando al pivote una inclinación (ángulo de avance) de tal
forma que su eje corte la línea de desplazamiento un poco por delante del punto
de apoyo de la rueda. Este ángulo está comprendido entre 5 y 10 grados.

La dirección 355

Avance Vertical Vertical
Eje pivote Eje pivote Eje pivote

Vertical Sentido Sentido
de marcha de marcha

Punto en el que Punto de contacto
incide la prolongación de la rueda con el
del eje montante terreno

POSITIVO NEGATIVO

a Figura 9.29. Ángulo de avance. R = Resistencia de la rodadura
S = Fuerza motriz
Cuando el vehículo es de tracción delantera, este fenómeno de arrastre de las rue- Mr= Par resistente
das delanteras no se produce, por tanto, el ángulo de avance es mucho menor. Está
comprendido entre 0 y 3 grados.

El ángulo de avance permite conseguir las funciones siguientes:

• Mantener la dirección estable y precisa, con un efecto direccional o autocen-
trado del vehículo.

• Favorecer la reversibilidad para que las ruedas vuelvan a la línea recta después
de tomar una curva.

• Evitar las vibraciones en las ruedas y la consiguiente repercusión en la dirección.

• El efecto de avance aumenta en las ruedas directrices y disminuye en las rue-
das directrices motrices.

Este ángulo se complementa con el de caída en los virajes (figura 9.30) para rea-
lizar las funciones siguientes:

• Aumenta el ángulo de caída de la rueda exterior en la curva con la suspensión
comprimida.

• Disminuye el ángulo de caída de la rueda interior en la curva con la suspensión
extendida.

AVANCE POSITIVO AVANCE NEGATIVO

Eje Eje
de giro de giro

Sentido de Sentido de
marcha marcha

Mr Mr
RS R
a Figura 9.30. Reacción del avance en marcha ante un giro.

356 Unidad 9

Influencia del ángulo de avance
El ángulo incorrecto o repartido de forma desigual entre ambas ruedas provoca la
desviación del vehículo de su trayectoria hacia el lado donde el avance sea me-
nor (figura 9.31).

Desviación

a Figura 9.31. Efecto de un diferente avance entre las ruedas.

P.I. Síntomas del ángulo de avance en mal estado
(Inclinación
del pivote o salida) • Un ángulo de avance insuficiente provoca poca reversibilidad y dirección poco
estable.
90°
• Un ángulo de avance excesivo provoca una dirección muy reversible y dura e
C.A. inestable en los virajes.
90° (Ángulo
Cotas conjugadas
de caída)
a Figura 9.32. Ángulo incluido. El ángulo comprendido entre el eje del pivote y el eje de la mangueta se denomi-
na ángulo incluido (figura 9.32).

Las cotas conjugadas están formadas por el ángulo incluido y el ángulo de avan-
ce. Aunque estos dos ángulos son independientes para su funcionamiento, gene-
ralmente están sobre una misma pieza. El reglaje de estos dos ángulos entre sí no
se puede hacer.

El conjunto formado por los ángulos de salida y caída junto con el de avance se
denomina cotas conjugadas. Hacen que el eje de prolongación del pivote que de-
termina el avance corte la línea de desplazamiento por delante y a la derecha del
eje vertical de la rueda (figura 9.34).

A Ángulo C βα γ
total
Inclinación Inclinación eje
de rueda de articulación

α. Salida AB BA
β. Caída A´ F
R
γ. Avance
F BA
R. Resistencia de rodadura
Línea de convergencia
F. Fuerza motriz

B A-B. Línea de convergencia
a Figura 9.33. Ángulo incluido.
a Figura 9.34. Cotas conjugadas.

La dirección 357

El ángulo incluido tiene una gran importancia ya que permite: C
• Reducir los efectos de reacción del suelo sobre las ruedas.
• Disminuir el desgaste de las rótulas y rodamientos de la mangueta (figura 9.35). a Figura 9.35. Carga soportada por
• Aplicar los pesos sobre el rodamiento interior del buje. un rodamiento cónico.

Influencia del ángulo incluido

Como se muestra en la figura 9.33 el ángulo incluido determina el radio de giro o
brazo de palanca transversal. El ángulo incluido es la distancia B entre el punto
de corte con el suelo del eje de la rueda A y el eje del pivote C. Según sea este án-
gulo tenemos:
• Radio de giro positivo cuando la intersección de los dos ejes se da por debajo

del suelo.
• Radio de giro negativo cuando la intersección de los ejes se da por encima del

suelo.
El radio negativo se suele dar en vehículos con sistema de frenos en diagonal para
favorecer la estabilidad de la dirección cuando las fuerzas de frenado en el eje de-
lantero y trasero son desiguales.
Este radio determina el esfuerzo a realizar sobre la dirección.

Convergencia
La convergencia determina el paralelismo que existe entre los ejes longitudinales de
las ruedas visto el vehículo por arriba y en sentido de marcha normal (figura 9.36).

a b
Distancia A Llanta 15"
Distancia A Llanta 13"

Distancia B Llanta 13"
Distancia B Llanta 15"

Eje longitudinal rueda Eje longitudinal vehículo Eje longitudinal rueda
a Figura 9.36. Convergencia.

Su función consiste en permitir girar las ruedas de cada eje, paralelas entre sí, con
el vehículo en marcha y evitar que las ruedas derrapen con el consiguiente des-
gaste de neumáticos.

La convergencia se expresa en milímetros por la diferencia entre las distancias ob-
tenidas entre la parte delantera y trasera de las ruedas, tomadas en puntos diame-
tralmente opuestos. Suele estar comprendida entre 0 y 5 mm.

El ángulo de convergencia es la desviación angular respecto a la dirección de marcha.

358 Unidad 9

CONVERGENCIA Se denomina convergencia positiva cuando la prolongación de los ejes longitu-
POSITIVA dinales de las ruedas se cortan por delante (ruedas cerradas) y se expresa con sig-
no positivo (figura 9.37).
Se denomina convergencia negativa o divergencia cuando la prolongación de los
ejes longitudinales de las ruedas se cortan por detrás (ruedas abiertas) y se expre-
sa con signo negativo (figura 9.37).

CONVERGENCIA
NEGATIVA

a Figura 9.37. Convergencia positiva y negativa (divergencia).

Efectos dinámicos de la convergencia

En las ruedas anteriores y posteriores no motrices, durante el rodaje, se produce
una apertura de las ruedas, por tanto, hay que dar un cierre inicial o convergen-
cia (figura 9.38A).

En las ruedas anteriores y posteriores motrices, durante el rodaje se produce un
cierre de las mismas. En este caso hay que dar una apertura inicial o divergencia
(figura 9.38B).

A RUEDAS ANTERIORES MOTRICES B RUEDAS POSTERIORES MOTRICES

RUEDAS ANTERIORES O POSTERIORES MOTRICES RUEDAS ANTERIORES O POSTERIORES NO MOTRICES
Abertura de las ruedas
La rueda tiende
Empuje parcial que se transmite a cerrarse
a las ruedas

Resistencia de la carretera Semiárbol
al avance del vehículo transmisión

a Figura 9.38. Efectos dinámicos de la convergencia.

La dirección 359

Influencia de un mal reglaje de paralelismo caso práctico inicial

Un exceso de divergencia o insuficiente convergencia provoca en la banda de ro- Un mal reglaje de paralelismo oca-
dadura rebabas de fuera hacia dentro, además de un desgaste excesivo en el bor- siona un desgaste irregular y rápi-
de interior (figura 9.39), y un exceso de convergencia o insuficiente divergencia do de los neumáticos.
provoca en la banda de rodadura rebabas de dentro hacia fuera y un desgaste ex-
cesivo en el borde exterior (figura 9.39).

Dentado hacia el interior Dentado hacia el exterior

Desplazamiento Desplazamiento
de la rueda hacia de la rueda hacia
el exterior el interior

EXCESO DE CONVERGENCIA EXCESO DE DIVERGENCIA
O FALTA DE DIVERGENCIA O FALTA DE CONVERGENCIA

a Figura 9.39. Influencia del paralelismo.

Síntomas de un mal reglaje de paralelismo saber más

Desgaste anormal y rápido de la cubierta con rebabas en la banda de rodadura. Reglaje de paralelismo
El reglaje de convergencia o diver-
Aspectos a tener en cuenta: gencia se denomina reglaje de
paralelismo.
• Un exceso importante de divergencia ocasiona un desgaste en el borde interior,
simétrico en los dos neumáticos.

• Un exceso importante de convergencia ocasiona un desgaste en el borde exte-
rior, simétrico en los dos neumáticos.

EJEMPLO

¿Qué cota de dirección favorece la reversibilidad para que la rueda vuelva a línea recta después de un giro?
Solución
El avance.

ACTIVIDADES

6. ¿Por qué es necesaria la existencia del trapecio de Ackerman en el guiado de las ruedas directrices?
7. Enumera los ángulos que intervienen en la geometría de ruedas.
8. ¿Qué significa cotas conjugadas?
9. ¿Cuál es la diferencia entre convergencia y divergencia?
10. Explica los efectos dinámicos de la convergencia.

360 Unidad 9

3. Orientación de las ruedas traseras

Este sistema permite la orientación de las cuatro ruedas. La orientación de las rue-
das traseras se consigue en vehículos equipados con suspensiones multibrazo y
ruedas tiradas mediante eje autodireccional.

La finalidad de estos sistemas es conseguir que los vehículos tengan mayor esta-
bilidad en el trazado de las curvas.

Estos sistemas permiten al vehículo, en el trazado de una curva, poder girar las
ruedas traseras un pequeño ángulo en el mismo sentido de giro que las ruedas de-
lanteras.

Este pequeño giro hace que el vehículo tenga un carácter más sobrevirador para
compensar en parte el carácter subvirador de los vehículos de tracción delantera,
buscando de esta forma la neutralidad.

Todo ello contribuye a una mayor estabilidad en la dirección y por tanto, una ma-
yor seguridad.

Las ruedas traseras pueden ser orientadas de forma pasiva o activa.

saber más 3.1. Forma pasiva

Orientación pasiva En la orientación de forma pasiva se orientan las ruedas del eje trasero debido a
Los sistemas de orientación pasiva las solicitaciones del pavimento sin intervención del conductor. Estas solicita-
utilizados en la actualidad son: las ciones son debidas a la aceleración transversal del vehículo en el trazado de las
suspensiones multibrazo y el eje curvas y a las distintas condiciones de adherencia del suelo.
autodireccional.
Este efecto se consigue mediante los elementos de suspensión. Este sistema baja
a Figura 9.40. Suspensión multi- su rendimiento en condiciones de mala adherencia.
brazo.
Se utiliza en ejes traseros equipados con suspensión independiente multibrazo y
brazos tirados, dando lugar a un eje autodirecciónal.

En la figura 9.40, se muestra una suspensión multibrazo con cuatro o más brazos
en una disposición que permite mantener las ruedas paralelas al eje longitudinal
del vehículo. La deformación (de las articulaciones elásticas) y los movimientos
(pequeños giros) de los brazos producidos por los esfuerzos a que se ve sometida
la suspensión induce ángulos de caída y convergencia en las ruedas consiguiendo
un efecto de orientación directriz en las ruedas traseras, favoreciendo la estabili-
dad, al tomar una curva el vehículo.

El eje autodireccional permite orientar las ruedas traseras de forma conveniente,
pero pasiva, en el trazado de las curvas. Este sistema mantiene la caída de las rue-
das y el ancho de vía del eje, por tanto, la orientación no es de las ruedas, sino del
tren trasero (figura 9.41). Esto se consigue mediante la unión del eje al bastidor
mediante unos soportes elásticos. Cuando el vehículo toma una curva, se defor-
ma la unión elástica de tal forma que todo el eje de suspensión gira un pequeño
ángulo de 1 a 2 grados.

En la figura 9.42, se muestra el funcionamiento. Cuando se aplica una fuerza so-
bre la rueda exterior en una curva, el tren trasero pivota alrededor de un punto
imaginario (C), que es el centro de rotación retrasado respecto a las ruedas que
giran en el sentido deseado proporcionalmente a la velocidad y al ángulo de giro
de las ruedas delanteras. El punto imaginario de rotación del eje se obtiene por la
orientación de los soportes delanteros.

La dirección 361

• La flexibilidad longitudinal y transversal de los soportes delanteros con res-
pecto a los traseros determina esta flexibilidad programada que se obtiene por
la constitución interna de los soportes delanteros.

a. Soportes delanteros
a b. Soportes traseros

c. Punto imaginario
F. Fuerza lateral

a Figura 9.41. Geometría de eje autodireccional. F
c

b
a Figura 9.42. Funcionamiento del eje autodireccional.

En la figura 9.43, se muestra una suspensión de ruedas independientes por brazos
tirados y barras de torsión transversales. En el interior del eje va alojada la barra
estabilizadora. El eje trasero está fijado al bastidor mediante cuatro soportes elás-
ticos. Dos de ellos van colocados en la parte trasera del tren y otros dos en la par-
te delantera.

c Figura 9.43. Eje autodireccional.

Soportes delanteros

Los dos soportes elásticos (figura 9.44) colocados en la parte delantera del tren son
los que tienen el efecto autodireccional en las curvas, además de absorber las vi-
braciones.

La elasticidad de los soportes elásticos delanteros de fijación del eje varía según
sea el sentido de la fuerza a que se vean sometidos. Para conseguir este efecto, el
soporte se compone de una interposición de láminas metálicas colocadas duran-
te la embutición de la goma del taco elástico.

Este taco se comporta de tal forma que es más rígido según se le aplique la fuerza
de deformación en una dirección u otra.

Cuando el vehículo toma una curva, los tacos elásticos delanteros reciben una
fuerza lateral y se deforman, permitiendo que todo el conjunto pueda rotar res-
pecto a un centro por detrás de los cuatro anclajes elásticos y dando al tren un
efecto autodireccional.

362 Unidad 9
Espárragos de unión

Pieza central Armadura exterior
de caucho de chapa ALE*

Tope Armadura interna
Eje de retención de chapa ALE*

Inserto de caucho
Caja interior

Chapa interior de unión eje de chapa ALE*

*Chapa alto límite de elasticidad

a Figura 9.44. Soporte elástico.

saber más Cuando se abandona la curva, cesa la fuerza lateral sobre los tacos, de forma
que vuelven a su posición original situando el tren trasero en su posición ha-
Corrección de curvas bitual.

Los dos soportes elásticos delante- Para variar el comportamiento directriz del eje trasero hay que modificar la geo-
ros, además de su función de fil- metría de los anclajes del eje sobre el bastidor mediante el cambio de láminas me-
tración de vibraciones, tienen la tálicas con las distintas dimensiones y propiedades.
misión de crear el efecto corrector
en las curvas.

saber más 3.2. Forma activa

El tractor Latil En los vehículos con dirección total en las cuatro ruedas, el efecto director del
tren trasero es una respuesta activa independientemente de la adherencia.
La dirección a las cuatro ruedas Este sistema es totalmente independiente y no está acoplado a los elementos
se inicia en 1905 en el tractor de suspensión. Se consigue montando un mecanismo de dirección en el eje
Latil, también es utilizada en trasero. Por tanto, es necesaria la intervención del conductor a través del vo-
algunos vehículos de obras públi- lante, de forma que el giro en las ruedas traseras se produce a la vez que las de-
cas y agrícolas. En turismos es lanteras.
utilizada fundamentalmente por
Honda y Mazda. En la figura 9.45 se muestra un esquema de dirección total formado por una caja
de detección en el tren delantero que transmite el movimiento a la caja de di-
rección del tren trasero mediante un árbol de conexión.

Estos sistemas proporcionan al vehículo una disminución del radio de giro, pero
aumentan la maniobrabilidad a bajas velocidades.

En la figura 9.46 se muestra el funcionamiento de una dirección total. Al girar el
volante, cada eje se comporta de una forma diferente:

• Las ruedas delanteras tienen una relación proporcional entre el giro del volan-
te y el de las ruedas.

La dirección 363

• Las ruedas traseras se giran en paralelo hasta 1,5° que corresponde a un giro del saber más
volante de 127°. A partir de este giro, vuelven progresivamente a la posición
de línea recta 0° lo cual equivale a un giro del volante de 246°. En el caso de Estabilidad en las curvas
maniobrabilidad para un giro del volante superior a 246°, las ruedas empiezan La dirección total a las cuatro rue-
a posicionarse en antiparalelo o contrafase hasta 5,3°. das proporciona más estabilidad
dinámica en las curvas.
Este sistema de orientación de ruedas traseras se utiliza actualmente con gestión
electrónica que, mediante accionadores hidráulicos, permite orientar el tren tra-
sero en función de la velocidad del vehículo, velocidad del volante y ángulo de
giro efectuado. Según estos datos recibidos por la unidad electrónica de control
(calculador), se orientan las ruedas traseras para facilitar la maniobrabilidad a baja
velocidad y una gran estabilidad a alta velocidad.

1 Ángulo de ruedas Ruedas delanteras
30
2 20 127 246 478
10
3 0 Ruedas traseras Ángulo
de volante
1. Caja dirección eje delantero -10
2. Árbol de conexión
3. Caja dirección eje trasero 0 8 15.6 30.3
a Figura 9.45. Dirección total.
0 1.5 0 5.3

a Figura 9.46. Efectos de una dirección total.

EJEMPLO

¿Qué efecto se consigue en un vehículo cuando las ruedas traseras realizan un pequeño giro en el mismo
sentido que las delanteras?

Solución
Efecto sobrevirador.

ACTIVIDADES

11. ¿Qué significa que un sistema de orientación de ruedas sea pasivo o activo?
12. ¿Cómo se consigue orientar de forma pasiva las ruedas del eje trasero?
13. Explica el comportamiento de un eje trasero autodireccional al tomar una curva a gran velocidad.
14. ¿Por qué son diferentes los tacos de anclaje del eje autodireccional?
15. Explica el comportamiento de las ruedas en un vehículo equipado con dirección total.

364 Unidad 9

4. Intervención en la dirección

4.1. Precauciones y mantenimiento

Se recomienda seguir las precauciones indicadas por el fabricante en cada caso y
revisar el nivel de aceite en los sistemas de tornillo sinfín.

a Figura 9.47. Equipo de alinea- 4.2. Comprobaciones
ción.
Alineación de ruedas
La alineación más perfecta es la que considera las cuatro ruedas, regulando tanto
la convergencia anterior como la posterior, respecto al eje central (figura 9.47).
Cuando no existe regulación de convergencia en el eje posterior, se regula la con-
vergencia anterior en función del eje de empuje.

Verificaciones preliminares
Antes de proceder al control de los ángulos del tren, es necesario verificar los
puntos siguientes:
• Neumáticos

– Simetría de los neumáticos al mismo tren en cuanto a:
Dimensiones.
Presiones.
Grado de desgaste.

• Suspensión
– Holgura de articulaciones
– Estado de los cojinetes elásticos.
– Juego de rótulas de suspensión.
– Amortiguadores.
– Simetría de las alturas bajo casco.

• Dirección
– Centrado de la dirección.
– Holgura de la caja de dirección.
– Juego de rótulas de dirección.
– Estado de los fuelles.
– Pérdidas de líquido en caso de dirección asistida.

• Frenos
– Inexistencia de frenos bloqueados en todas las ruedas.

• Ruedas
– El alabeo o excentricidad de las ruedas no debe de exceder de 1,2 milímetros.
– Deformación.
– Golpes de llantas.
– Juego de rodamientos del buje.

La dirección 365

Centrado de la dirección 90°

Se denomina centrado de la dirección a la simetría de los órganos de dirección B = B1 B B1
respecto al eje longitudinal del vehículo (figura 9.48). A = A1
90°
La simetría de los órganos de dirección determina un comportamiento correcto A A1
del vehículo tanto en línea recta como en curva, en aceleración o en frenado, sin
presentar anomalías debidas a estos componentes. a Figura 9.48. Centrado de la di-
rección.
La dirección está centrada cuando los ejes son paralelos entre ellos y ambos per-
pendiculares al eje de simetría del vehículo (90°).

Si la dirección no está centrada, el vehículo tenderá a desviarse de la trayectoria
rectilínea obligando al conductor a actuar sobre la dirección para contrarrestar
esta desviación.

Control del alabeo de las ruedas

Para efectuar un control del alabeo de las ruedas, se debe levantar el vehícu-
lo por su parte delantera mediante un gato móvil hasta despegar las ruedas del
suelo.

Se sitúa a continuación una regla provista de un cursor, paralela al tren delan-
tero.

Se coloca en la rueda un patín provisto de una aguja y se hace girar colocando el
extremo de la aguja sobre la marca cero del cursor.

Deslizar adecuadamente este para después bloquearse sobre la rueda.

Debe realizarse la misma medida en seis puntos equidistantes marcados alrededor
del neumático y verificar el desplazamiento máximo de la aguja en el cursor.

Determinación del punto medio de dirección

Una operación de control y de reglaje del tren delantero necesita poner en pun-
to medio la dirección para evitar los fenómenos de tiro. Los pasos a seguir son:

• Girar la dirección a tope en un sentido.

• Hacer una marca en el punto más alto del círculo del volante.

• Llevar la dirección a tope en el otro sentido contando el número de vueltas y
fracción de vuelta.

• Volver a la mitad de las vueltas contadas. Se obtiene así la posición punto me-
dio de la dirección.

• En esta posición, instalar los aparatos de medida y proceder al control.

Por la concepción geométrica de los trenes delanteros, una modificación de uno
de los ángulos (avance, caída, pivote, paralelismo) tiene repercusiones más o me-
nos importantes sobre el valor de los otros ángulos (siendo el de avance el que tie-
ne mayor influencia).

Por tanto, se debe respetar el orden siguiente:

• Montar los útiles de medida sobre el vehículo respetando las instrucciones del
fabricante.

• Determinar el punto medio de la dirección y bloquear el volante.

• Elevar el vehículo bajo casco.

• Anular el alabeo de llanta.

• Colocar el vehículo sobre plataformas giratorias.

366 Unidad 9

• Montar el útil de bloqueo del freno.
• Mover la suspensión para poner el vehículo a su altura libre.
• Verificar la simetría de las longitudes de las cajas de rótulas con las bieletas de

dirección. (Ejemplo: longitud de las bieletas de dirección, prerreglaje X mm
entre ejes).
• Anotar los valores en las escalas de lectura.
• Los ángulos tienen influencia entre ellos y es necesario respetar un orden de ve-
rificación y reglaje, siguiendo el orden siguiente:
1. Avance.
2. Inclinación del pivote (salida).
3. Caída.
4. Paralelismo.
5. Reglaje de paralelismo.
Ejemplo de hoja de anotación de datos en el reglaje de los trenes rodantes:

Características Dirección mecánica Dirección asistida
Eje delantero
Inclinación de la rueda
Avance del pivote
Inclinación del pivote
Paralelismo
Eje trasero
Inclinación de la rueda
Paralelismo
a Tabla 9.3.

Ajuste de avance y caída

En los vehículos equipados con suspensión independiente, el ajuste de avance y
caída se realiza de la forma siguiente:

• Para ajustar el avance y la caída de las ruedas delanteras, se deberá levantar el
vehículo en una plataforma de elevación.

• Se procede a desmontar la rueda delantera y apoyar el brazo de control de vía
en un gato.

• Las arandelas de ajuste se pueden retirar soltando los tornillos de fijación del
eje del brazo de control de vía. Se recomienda observar la posición de monta-
je de las mismas (figura 9.49).

• Debe determinarse la nueva medida de las arandelas de ajuste, según la gráfica
existente en el manual de reparaciones del fabricante.

La caída se puede ajustar colocando o retirando uniformemente las arandelas de
ajuste soltando previamente los dos tomillos de fijación (el brazo de control se re-
gula transversalmente al sentido de la marcha).

La dirección 367
1
2 3

4 1. Brazo de control de vía superior
2. Eje del brazo de control de vía
5 3. Arandela de ajuste
a Figura 9.49. Ajuste de avance y caída. 4. Tornillos de fijación del eje del

brazo de control de vía
5. Articulación de control superior

Para ajustar el avance, se colocan arandelas de ajustes diferentes en ambos torni-
llos de fijación. De este modo se puede modificar el ángulo que forma el brazo de
control de vía con respecto de la dirección de la marcha, regulándose hacia ade-
lante, o hacia atrás, el punto de guía superior.

En los vehículos equipados con suspensión McPherson el ajuste de avance y caí-
da se realiza de la forma siguiente:

• Los soportes superiores de los amortiguadores del eje delantero son excéntricos.
Como muestra la figura 9.50, girando el soporte del amortiguador es posible
modificar en tres planos el ángulo de inclinación del amortiguador. Al co-
mienzo del ajuste se parte de la posición estándar previamente marcada.

• Si es necesario llevar a cabo una corrección de la caída o el avance, se deberá
levantar el vehículo de forma que el amortiguador quede libre de carga.

• Se procede a desmontar la rueda y retirar las tuercas de fijación del soporte del
amortiguador.

• A continuación, presionar sobre el amortiguador hacia abajo y colocar el so-
porte del amortiguador en la posición deseada (remitiéndose a los datos del fa-
bricante).

• Fijar correctamente el amortiguador y verificar el avance y la caída.

1

2

3 1. Soportes del amortiguador
a Figura 9.50. Soporte del amortiguador. 2. Tornillos de fijación del soporte

del amortiguador
3. Marca de la posición estándar

368 Unidad 9

Ajuste de paralelismo de las ruedas delanteras
• El ajuste del paralelismo de las ruedas delanteras se efectúa alargando o acor-

tando las barras de acoplamiento mediante las roscas de las mismas (figuras
9.51 y 9.52).

Contratuerca

a Figura 9.51. Rótula de dirección.

Parte central de la barra
de acoplamiento

Extremo de la barra
de acoplamiento

a Figura 9.52. Ajuste del paralelismo.

• Si es necesario ajustar el paralelismo, se soltarán las contratuercas de la ba-
rra de acoplamiento, teniendo en cuenta que los extremos de la misma tie-
nen una rosca a derechas en un lado y a izquierdas en el otro, o bien ambas
barras de acoplamiento van dotadas de roscas de paso a derechas (figura
9.53).

Bieletas Tornillo excéntrico
con rótulas para ajuste de la
cota de caída

Tuerca
de fijación

Tuerca Tornillo excéntrico
de fijación para ajuste de la

a Figura 9.53. Bieletas de brazo de control de vía a barra estabilizadora. convergencia

• El paralelismo se ajusta girando la parte central de la barra de acopla-
miento.

• Una vez realizado el ajuste correcto del paralelismo, se apretarán nuevamente
las contratuercas.

La dirección 369

Ángulo de viraje 30 30

Para comprobar el ángulo de viraje se colocan las ruedas delanteras en línea rec- 20 20
ta sobre las platafomas giratorias de cualquier equipo de medida de forma que el
índice de referencia coincida con el cero de la escala. En esta posición, se gira el 10 10
volante hasta que una rueda alcance los 20° en la escala de la plataforma y se
mide la lectura correspondiente a la otra rueda. 0 0
10 10
Esta comprobación debe de realizarse en las dos ruedas, debiendo ser idéntico el 20 20
ángulo interior medido en cada una de ellas (figura 9.54). 30
30
Las desviaciones en el ángulo de viraje cuando las cotas de dirección son correc-
tas se deben a deformaciones en: 30
20 20
• Barras de acoplamiento de las ruedas. 10 10
00
• Brazos de acoplamiento. 10 10
20 20
• Paralelismo incorrecto.
30
• Deformación en el eje trasero.
a Figura 9.54. Comprobación del
• Deformación en el bastidor o la carrocería. ángulo de viraje.
π
π

4.3. Localización de averías

Síntoma Causas posibles
Dirección con aspecto de dureza
– Presión de los neumáticos baja.
El vehículo tiende a perder la línea recta – Falta de engrase en los elementos de la dirección.
– Muelles de suspensión cedidos.
Volante con excesiva holgura – Caídas distintas en las dos ruedas.
Dirección inestable – Excesivo avance en las dos ruedas.
Dirección inestable al pisar el freno – Cotas de dirección en mal estado por algún golpe.
a Tabla 9.4. – Alguna articulación con agarrotamiento.

– Presión de neumáticos descompensada.
– Cubiertas de diferentes tamaños o con gran diferencia de desgaste.
– Exceso o falta de convergencia.
– Algún muelle de suspensión vencido.
– Algún elemento de la suspensión con holgura.
– Caída o avance desiguales.
– Amortiguadores gastados.
– Cotas de dirección en mal estado por algún golpe.

– Caja de dirección con desgaste excesivo.
– Rotura o desgaste de alguna articulación.

– Falta de equilibrado en las ruedas en marcha.
– Falta de avance.
– Presión de inflado de los neumáticos muy baja.
– Holguras en las manguetas u otros elementos de la suspensión.

– Discos, pinzas o canalizaciones de freno defectuosas.
– Pastillas de frenos desgastadas irregularmente.
– Neumáticos con algún plano debido a una fuerte frenada.
– Amortiguadores en mal estado.

370 Unidad 9

ACTIVIDADES FINALES

1. ¿Qué cualidades debe de reunir una dirección?
2. ¿Qué tirantería de mando se emplea en el acoplamiento de ruedas?
3. ¿Qué tipos de mecanismos se emplean en las cajas de dirección?
4. ¿Por qué la dirección de cremallera es la más utilizada en turismos?
5. ¿Cuál es la dirección más empleada en vehículos todoterreno y camiones?
6. Explica las ventajas de la dirección de sinfín y tuerca con bolas circulantes.
7. Explica los tipos de sistemas de orientación de ruedas.
8. ¿Cómo se realiza el orden de verificación de los ángulos de la dirección?
9. ¿Cómo se comprueba el estado de una rótula de dirección?

10. ¿Cuáles son los síntomas de un mal reglaje de convergencia?

La dirección 371

EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS

Resuelve en tu cuaderno o bloc de notas

1. Una dirección de cremallera de relación variable 6. El avance debe ser mayor en un vehículo:
tiene: a) Con tracción delantera.
a) Los dientes tallados en hélice. b) Con propulsión trasera.
b) Los dientes de la cremallera con módulo variable. c) Con tracción 4 ruedas.
c) Las bieletas de la dirección diferentes. d) A elección del usuario.
d) Desplazamientos diferentes a izquierda y derecha.
7. ¿Qué ángulos forman las cotas conjugadas?
2. El centro instantáneo de rotación se encuentra a) Salida, caída y avance.
a) En la prolongación del eje trasero. b) Salida y caída.
b) En la prolongación del eje longitudinal del vehículo. c) Salida, convergencia y avance.
c) En el centro del eje trasero. d) Avance, caída y convergencia.
d) En el centro de gravedad del vehículo.
8. La orientación de las ruedas traseras de forma
3. En una curva a la izquierda, el ángulo que giran activa se consigue
las ruedas delanteras es: a) Mediante los elementos de la suspensión.
a) Igual en las dos. b) De forma automática.
b) Mayor en la derecha porque va por el exterior. c) Por acción de las fuerzas que intervienen en el
c) Mayor en la derecha porque recorre más espacio. movimiento.
d) Mayor el de la rueda izquierda. d) Mediante la transmisión del movimiento desde el
volante a las ruedas.
4. En la geometría del giro se cumple:
a) En línea recta la prolongación de los ejes de los bra- 9. La convergencia o divergencia se regula
zos de acoplamiento se cortan en el centro del eje a) Colocando o quitando arandelas de suplemento.
trasero. b) Alargando o acortando las barras de acopla-
b) Los brazos de acoplamiento tienen la misma lon- miento, mediante roscas.
gitud. c) Alargando o acortando los brazos de acopla-
c) Las dos ruedas giran el mismo ángulo. miento.
d) La cremallera se hace más larga. d) Variando la presión de inflado.

5. El exceso de caída positiva origina 10. El ángulo de salida correcto
a) Reduce el esfuerzo al girar el volante.
a) Mayor desgaste en la parte interior de la banda de b) Disminuye la reversibilidad.
rodadura. c) Aumenta la reacción de las ruedas.
d) Ayuda en la orientación de las ruedas.
b) Mayor desgaste en la parte exterior de la banda de
rodadura.

c) Mayor esfuerzo al girar el volante.

d) Mayor reversibilidad de la dirección.

372 Unidad 9

PRÁCTICA PROFESIONAL

HERRAMIENTAS Comprobar la alineación
de la dirección en un vehículo
• Equipo individual de herramientas
• Máquina de comprobación OBJETIVO

y alineado de direcciones Saber comprobar y corregir la alineación de la dirección en un vehículo, realizando
• Elevador adecuado para direcciones la interpretación correcta de datos, utilizando los útiles adecuados y cumpliendo
las normas de seguridad.
MATERIAL
PRECAUCIONES
• Vehículo (si es posible con reglaje
en los ejes delantero y trasero) • Colocar el vehículo en un elevador adecuado, respetando los puntos de apoyo
indicados por el fabricante.
• Documentación técnica
• Manual de reparación • Prever los riesgos de golpes, cortes, posturas poco ergonómicas y sobreesfuer-
zos que durante la realización de la práctica pueden producirse.

• Utilizar los equipos de protección y seguridad adecuados (zapatos, guantes, etc.).
• Utilizar las herramientas adecuadas y en buen estado.

DESARROLLO a Figura 9.55.

Colocación del vehículo en el elevador adecuado

Colocar el vehículo en el elevador donde tengamos previamente acoplado el
equipo de alineación (véase la figura 9.55).

Antes de realizar ninguna medición, comprobar la presión correcta de los
neumáticos, el estado de la dirección, los componentes de la suspensión y
asegurarse de la ausencia de holguras en ruedas, rodamientos y rótulas.

Preparación del vehículo para medir

Colocar el volante en el punto medio de la cremallera, elevar el vehículo respetan-
do los puntos de apoyo indicados por el fabricante, colocar los platos y los capta-
dores en las cuatro ruedas, con el dispositivo de seguridad (véanse las figuras 9.56
y 9.57). Introducir los datos del vehículo en el ordenador del equipo de alineado.

Control de la alineación

Hacer los alabeos, bajar el coche sobre los platos, comprimir la suspensión de-
lantera y trasera si es necesario, poner las pesas (cuando sea necesario), poner
las ruedas rectas, bloquear el pedal del freno con ayuda del fijapedal, poner el
volante recto en el punto medio de la cremallera, colocar los sensores de nivel
(véase la figura 9.58). Proceder a la lectura del avance (realizando giros).

a Figura 9.56. a Figura 9.57. a Figura 9.58.

La dirección 373

Bloquear el volante (para direcciones asistidas poner el motor en marcha durante el bloqueo) (véase la figura 9.59). Y
analizar las diferentes medidas que presenta el vehículo (véanse las figuras 9.60 y 9.61)

a Figura 9.59. a Figura 9.60. a Figura 9.61.

Definir las nuevas cotas según los datos leídos en el equipo y las cotas facilitadas por el fabricante.

Reglaje de la dirección

Subir el vehículo a la altura que nos permita trabajar más cómodos.

Desbloquear los elementos de reglaje y proceder en el siguiente orden:
• Poner los valores del paralelo a cero.
• Ángulo de caída del eje trasero.
• Paralelo trasero (véase la figura 9.62).
• Ángulo de avance delantero.
• Caída de las ruedas delanteras.
• Paralelo delantero (véanse las figuras 9.63 y 9.64).

Comprobar que los nuevos datos obtenidos se ajustan a los indicados por el fabricante (véase la figura 9.65).

a Figura 9.62. a Figura 9.63.

a Figura 9.64. a Figura 9.65.

374 Unidad 9

MUNDO TÉCNICO

Innovaciones para el automóvil

Todo el mundo es consciente de que cada día se dispone de menos espacio para aparcar, especialmente en
las grandes urbes hay que conformarse con espacios muy pequeños. Las maniobras de aparcamiento se di-
ficultan por culpa de vehículos que no dejan ver bien o parachoques pintados, que no perdonan ningún
error. Los asistentes para aparcar de Bosch facilitan maniobras seguras y cómodas.

Sistema para medir el hueco y aparcar hículo y en relación con las limitaciones del hueco para
automáticamente aparcar (otros vehículos, árboles, arbustos u otros obs-
táculos), el movimiento óptimo del volante para poder
Como líder mundial en el desarrollo de técnica para el aparcar el coche de manera segura. El vehículo será
automóvil, Bosch fomenta innovaciones que aportan aparcado automáticamente en el hueco previsto. Vd.
más seguridad y comodidad al conductor. solo debe acelerar y frenar ligeramente. La ayuda para
aparcar, que está activa durante la maniobra, le avisa
Búsqueda relajada de una plaza de parking por supuesto de manera fiable sobre la distancia res-
tante hasta el obstáculo. Aparcar se convierte en un
Para el conductor muchas veces es difícil calcular si un juego de niños.
hueco ofrece el espacio suficiente para aparcar sin pro-
blemas. El sistema de medición del hueco para aparcar Puede recostarse cómodamente y disfrutar de la ma-
calcula la longitud de un hueco al pasar e informa al niobra de aparcar. Además se reduce el peligro de da-
conductor mediante tres colores: rojo significa que se ños que se pueden producir durante la maniobra. Y
trata de un hueco demasiado pequeño, amarillo un esto le ahorra disgustos y dinero.
hueco estrecho y verde señala un hueco adecuado para
aparcar cómodamente. De esta manera se evitan largas Estreno en el Citroën Picasso
y, muchas veces, infructuosas maniobras de aparcar.
Además, el conductor se puede concentrar mucho me- Bosch trabaja en el desarrollo escalonado de la co-
jor en los vehículos que tiene delante y molestará me- nocida ayuda para aparcar. Ya está disponible en se-
nos a los que le siguen, otro extra en seguridad. rie, el sistema de medición de los huecos para apar-
car para los fabricantes de coches. Esta innovación
Ultrasonido mide huecos tuvo su estreno mundial en el nuevo Citroën Picasso
que se presentó en el marco del Salón del Automóvil
El sistema de medición de huecos para aparcar es una de París.
ampliación de la ya conocida ayuda para aparcar y em-
plea un sensor de ultrasonido adicional, colocado en el Aparcar sin la ayuda de las manos, pronto será
lateral del parachoques, para medir los posibles huecos. realidad

Bosch aparca por Vd Ahora mismo estamos desarrollando el asistente in-
teligente para aparcar para su fabricación en serie.
En un futuro próximo, en cuanto se haya encontrado La maniobra de aparcar se revolucionará y se hará
un hueco adecuado, el asistente inteligente para apar- realidad el deseo de poder aparcar sin esfuerzo y con
car hará la maniobra por Vd. Después de que el con- total seguridad. Un paso más hacia el automóvil per-
ductor haya activado la función pulsando un botón, el fecto, el confort y la seguridad.
sistema calcula en base a la posición del propio ve-

Adaptado de http://www.robert-bosch-espana.es /content/language1/html/734_4803.htm

La dirección 375

EN RESUMEN

LA DIRECCIÓN

VOLANTE COLUMNA CAJA O MECANISMO TIRANTERÍA
DE DIRECCIÓN DE DIRECCIÓN DE LA DIRECCIÓN

ALINEACIÓN Y GEOMETRÍA ORIENTACIÓN
DE LA DIRECCIÓN DE LAS RUEDAS TRASERAS

Geometría Geometría Forma Forma
de giro de ruedas pasiva activa

entra en internet 3. En estas páginas puedes encontrar documentos
de diagnosis y soluciones aportadas por distin-
1. En esta página puedes encontrarás innovaciones y tos profesionales del sector.
nuevas tecnologías sobre sistemas de dirección.
• http://www.zf.com • http://www.autoprofesional.com

2. Busca en estas páginas temas relacionados con • http://www.autoxuga.com
los sistemas de dirección seguridad activa.
• http://www.cesvimap.com
• http://www.centro-zaragoza.com.

376 Unidad 4

10 La dirección asistida

vamos a conocer...

1. Asistencia hidráulica
2. Asistencia variable electromecánica
3. Asistencia variable hidráulica
4. Asistencia sobre las ruedas traseras
5. Intervención en la dirección asistida
PRÁCTICA PROFESIONAL

Montaje, desmontaje y diagnosis
de la dirección asistida electromecánica
MUNDO TÉCNICO
Dirección asistida eléctrica (EPS)

y al finalizar esta unidad...

Analizarás los distintos tipos de direcciones
asistidas y de asistencia variable.
Identificarás los distintos elementos
que intervienen en direcciones asistidas
y de asistencia variable.
Establecerás las diferencias entre los
diferentes sistemas de dirección asistida.
Interpretarás los circuitos hidráulicos,
eléctricos y electrónicos que intervienen
en las direcciones.
Realizarás los procesos de desmontaje,
comprobación, y montaje de elementos
de dirección asistida.

La dirección asistida 377

CASO PRÁCTICO INICIAL

situación de partida • Verifica presión de neumáticos
• Realiza una inspección visual de los elementos de dirección para
Jorge trabaja como profesional autónomo en una empresa dedi-
cada al mantenimiento y reparación de vehículos autopropul- observar:
sados. – Sujeción de la columna.
– Posibles deformaciones de brazos de acoplamiento.
Los trabajos que tiene que realizar implican: – Desgastes y dureza de las rótulas.
• Observa que en el cuadro de abordo no exista ninguna lámpa-
• Mantener, reparar y diagnosticar la dirección asistida. ra encendida o mensaje que indique la causa del posible fallo.
• Interpretar los circuitos hidráulicos, eléctricos y electrónicos que • Verifica la tensión en los bornes del motor eléctrico (accionan-
do el contacto debe ser 12 V).
intervienen en las direcciones asistidas y de asistencia variable. • Mide la intensidad absorbida en funcionamiento, con las rue-
• Realizar los procesos de desmontaje, comprobación y montaje das rectas, y en giro a tope.
• Consulta el manual del fabricante para ver si la lectura es correcta.
de elementos de dirección asistida.
• Verificar el nivel de líquido, presiones y funcionamiento del cir- • Por último, realiza una prueba con equipo de diagnosis:

cuito hidráulico. Verifica la memoria de errores, en caso de existir alguno, efec-
• Utilizar correctamente equipos de comprobación y diag- túa el borrado y si no es posible, procede a reparar o sustituir el
elemento defectuoso o el conjunto de dirección, siguiendo el
nosis. manual de instrucciones del fabricante.
• Cumplir las normas de seguridad y medioambientales para las
Para realizar la sustitución de algún elemento eléctrico desco-
reparaciones y/o mantenimiento de los sistemas de dirección necta la batería para efectuar la reparación. Una vez realizada
asistida. la reparación o sustitución, conecta la batería y efectúa los apren-
dizajes necesarios del captador de par, ángulo de giro y el apren-
Llega a la empresa un vehículo equipado con dirección asistida dizaje del sistema.
electromecánica, el conductor percibe un comportamiento exce-
sivamente duro de la dirección, de tal forma que necesita realizar
mayor esfuerzo en el volante a velocidades bajas y aplicar un gran
esfuerzo en maniobras de aparcamiento.

En caso de dureza excesiva, procede a realizar unas operaciones
preliminares de la forma siguiente:

estudio del caso

Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso
práctico inicial.

1. ¿Qué energía se emplea en una dirección asistida? 4. ¿Cómo funciona la dirección electromecánica de asis-
2. ¿Cómo está compuesta una servodirección? tencia variable?
3. ¿En qué consiste una dirección electromecánica de
5. ¿Qué es una dirección electromecánica de doble
asistencia variable? piñón?

378 Unidad 10

caso práctico inicial 1. Asistencia hidráulica

La energía hidráulica de un fluido a La asistencia hidráulica y eléctrica es la más utilizada en las direcciones, para ello
presión y el movimiento de un se dispone de la dirección mecánica, generalmente de:
motor eléctrico proporcionan la • Cremallera.
asistencia de la dirección. • Tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes.

saber más La asistencia es proporcionada por un circuito hidráulico en el que el líquido está
siempre circulando independientemente del ángulo de las ruedas y la importan-
Servodirección cia de la asistencia.
La dirección asistida también se
denomina servodirección. Este circuito está formado por un depósito, una bomba, una válvula distribuido-
ra, un cilindro o gato de asistencia y una válvula de regulación encargada de man-
saber más tener la presión constante en el circuito. En funcionamiento, al accionar el vo-
lante en un sentido, se transmite el movimiento al piñón, como ocurre en una
Dirección de cremallera dirección normal, pero, además, el movimiento de rotación de la columna de di-
También llamada dirección asistida rección acciona la válvula distribuidora que proporciona líquido a presión a una
de cremallera. Está basada en el cara del pistón y, así, al accionar el volante en el otro sentido, la válvula distri-
empuje que proporciona el fluido buidora proporciona líquido a presión a la otra cara del pistón.
al pistón en ambos lados de la cre-
mallera según el giro a efectuar. 1.1. Dirección de cremallera

La asistencia hidráulica en la cremallera se consigue de dos formas:

• Actuando sobre el propio mecanismo de dirección.

• Actuando sobre la barra de acoplamiento.

El primer caso se utiliza en direcciones de cremallera, donde la propia caja de cre-
mallera constituye el cilindro de asistencia con dos cámaras y la cremallera incorpo-
ra el pistón de doble efecto. Este sistema también es muy utilizado en direcciones de
tornillo sinfín y sector con bolas circulantes donde la caja de dirección constituye el
cilindro y el pistón está unido al tornillo sinfín al que aplica la asistencia.

En el segundo caso, la ayuda es proporcionada por un cilindro o gato de asisten-
cia independiente. El cilindro está unido a la caja de dirección o anclado al bas-
tidor y en su interior se desliza el pistón unido a un eje que transmite la asisten-
cia hidráulica a una barra de acoplamiento (un extremo de la cremallera) o bien
a la barra de mando en el caso de otros tipos de dirección.

La asistencia en la dirección de tornillo sinfín y tuerca con bolas se consigue ac-
tuando sobre el propio mecanismo de dirección, con ayuda de un émbolo y dos
cámaras incorporados en la misma caja de dirección.

Dirección de cremallera asistida sobre el mecanismo
Este sistema se utiliza en direcciones de cremallera, donde la propia caja de cre-
mallera constituye el cilindro de asistencia con dos cámaras y la cremallera in-
corpora el pistón como se muestra en la figura 10.1. En los extremos van coloca-
dos los retenes de estanqueidad para evitar las pérdidas de aceite. Cuando se aplica
un movimiento al volante, la válvula distribuidora proporciona líquido a presión
a una u otra cara del émbolo y, por tanto, proporciona la asistencia desplazando
la cremallera de dirección en uno u otro sentido.

Este sistema también es muy utilizado en direcciones de tornillo sinfín y sector
con bolas circulantes, donde la caja de dirección constituye el cilindro y el pistón
está unido al tornillo sinfín al que aplica la asistencia.

La dirección asistida 379

1

2
5

3

6
A

D

B C

4
7

8a b

a Figura 10.1. Dirección de cremallera asistida sobre el mecanismo.

Principio de funcionamiento caso práctico inicial

Como se muestra en la figura 10.1, la bomba (2) absorbe líquido desde el depósi- Aquí encontrarás los órganos capa-
to (1) y, a través del regulador de caudal (3) incorporado en la bomba, lo envía a ces de proporcionar la asistencia de
la válvula distribuidora (4), accionada por el volante (5) a través del husillo o eje la dirección.
de mando (6), en cuyo extremo se encuentra el piñón (7) que transmite el mo-
vimiento a la cremallera (8).

El distribuidor (4) realiza la función de válvula rotativa de cuatro vías con tres po-
siciones.

Por A llega el líquido a presión procedente de la bomba, la salida B envía el lí-
quido hacia el depósito y las conexiones C y D realizan la unión con cada una de
las cámaras (a y b) del cilindro de asistencia.

Cuando la dirección está en posición de línea recta, la válvula distribuidora per-
mite el paso de líquido por C y por D de forma que la presión es igual en ambas
cámaras (a y b), por tanto, en esta situación no existe asistencia.

Al accionar el volante en cualquier sentido, por ejemplo en un giro a la derecha,
la válvula distribuidora proporciona alimentación por C a la cámara a y a su vez
conecta la otra cámara b con el depósito a través de la canalización B.

De esta forma, la presión en la cámara a es mayor que la existente en la cámara
b, por tanto, la cremallera es asistida en su movimiento hacia la derecha.

Disposición de los elementos de la dirección asistida de cremallera

Como se muestra en la figura 10.2, los elementos que componen la instalación de
servodirección son los siguientes:

• Depósito de aceite.

• Bomba de paletas con válvulas de caudal.

• Tubos de conexión.

• Caja de la servodirección.

380 Unidad 10

La bomba es la encargada de suministrar una presión de alimentación que varía,
aproximadamente, entre un mínimo de 3,5 bares y un máximo de 100 bares.

El líquido que llega desde el depósito a la bomba es enviado después hacia la caja
de la servodirección.

Esta caja, en líneas generales, es muy parecida a una caja de dirección mecáni-
ca. De hecho, funciona mecánicamente por acoplamiento de piñón a la cre-
mallera.

Ejemplo de características constructivas de una dirección asistida.

Características Dirección asistida 3

Piñón de mando 7 dientes 4
Diámetro del volante 370 mm
Número de cardans en la columna 2 12
Recorrido de la cremallera 68 mm 6
Relación de desmultiplicación ener-18
Número de vueltas entre topes 3,1 5
Diámetro de giro entre paredes 10,9
Ángulo de giro rueda interior 34°
Ángulo de giro rueda exterior 30°
Marca de la electrobomba HPI
Capacidad del circuito hidráulico 0,95 L
Tipo de líquido TOTAL FLUIDE ATX
Presión máxima 90 Bares

a Tabla 10.1. Características de la servodirección. Relación de des- a Figura 10.2. Dirección de cremallera asistida.
multiplicación 18/1.

Órganos constructivos de una dirección asistida de cremallera

La parte hidráulica está constituida por:

• Depósito. Está construido de chapa embutida o plástico. En algunos casos va
incorporado sobre la bomba hidráulica, sin embargo, en otros casos va colo-
cado en una parte más elevada que la bomba. Se encuentra lleno de líquido
y alimenta por gravedad a la bomba. En el interior del depósito va colocado
un filtro para retener y eliminar del circuito cualquier impureza que se en-
cuentre en el mismo e impedir que pueda dañar cualquier válvula o elemen-
to del circuito.

Su misión consiste en almacenar una determinada cantidad de líquido para
el funcionamiento correcto del circuito. Además va provisto de una varilla
de nivel, generalmente incorporada en el tapón, que permite el llenado de lí-
quido y la verificación del nivel.

• Bomba. Este sistema generalmente utiliza una bomba de paletas accionada di-
rectamente por el motor mediante una correa multigarganta (figura 10.3).

Su función consiste en suministrar líquido al circuito a una presión compren-
dida entre 3,5 bares, en posición neutra en línea recta y 85 bares, en posición
a tope de recorrido o giros máximos.

La dirección asistida 381

Está formada por un eje de arrastre (1) que recibe el movimiento del motor a tra-
vés de la polea y la correa. En el eje, va colocado el rotor de paletas (3) y la pla-
ca lateral de rotor (5). Este conjunto va alojado en el interior de un cuerpo de
bomba (2) que además incorpora la válvula reguladora (6).

1. Eje de mando 4. Junta de estanqueidad
2. Cuerpo bomba
3. Rotor de aletas 5. Placa lateral del rotor 6

6. Válvula reguladora 5

4 2

3
1
a Figura 10.3. Despiece de la bomba de paletas.

• Regulador de caudal y presión. Como se muestra en la figura 10.4, el regula- saber más
dor de caudal y presión generalmente está incorporado en la propia bomba.
Está constituido por dos válvulas, una para mantener la presión constante y Válvula reguladora
otra de descarga o sobrepresión. Este conjunto está formado por un cuerpo ci- El regulador de caudal y presión
líndrico en el que se aloja un émbolo (1) aplicado contra su asiento por la también se denomina válvula regu-
acción del muelle tarado (2). En el interior del émbolo (1) va colocada una vál- ladora.
vula de descarga de presión formada por una bola (3) y su correspondiente mue-
lle (4).

En funcionamiento, el líquido a presión procedente de la bomba llega por el
conducto E. Por una parte, aplica la presión sobre la superficie de una cara
del pistón (1) y por otra parte llega al estrechamiento de la boca de salida (7)
por el orificio (5) y desde esta abastece a la válvula distribuidora por S. A tra-
vés del conducto (6), que está comunicado con la cara posterior del pistón
(1), el cual incorpora la válvula de descarga (3) que permite la salida del lí-
quido por R hacia el depósito.

Cuando el líquido sobrepasa la presión de regulación capaz de vencer el ta-
rado del muelle (2), desplaza al émbolo (1), descubriendo el orificio R de re-
torno al depósito.

1. Émbolo 2 3R 5E S
41 6 7
2. Muelle tarado
de regulación

3. Válvula de descarga

4. Muelle tarado
de descarga

5. Orificio calibrado
de salida

6. Conducto de descarga

7. Boca de salida

E. Entrada de líquido
a presión

S. Salida hacia la válvula
rotativa

R. Retorno al depósito

a Figura 10.4. Sección del regulador de caudal y presión.

382 Unidad 10

a Figura 10.5. Válvula rotativa. • Válvula distribuidora. Esta válvula es parte integrante del piñón de la direc-
d Figura 10.6. Uniones hidráulicas. ción (figura 10.5). Es la encargada de distribuir el líquido a través del cilindro
de asistencia, en función de los giros del volante.

La barra de torsión está colocada de forma intermedia entre el volante y el pi-
ñón, fijada mediante grupillas por una parte al rotor solidario al volante y, por
otra parte, al distribuidor solidario al piñón de la cremallera.

Se considera el piñón de cremallera fijo porque el apoyo de las ruedas sobre
el suelo dificulta su desplazamiento. Cuando el conductor gira el volante, la
barra se torsiona, ocasionando un decalado angular entre el rotor y el distri-
buidor, es decir, el rotor gira con relación al distribuidor. Este decalado an-
gular tiene como consecuencia la unión o aislamiento del circuito hidráuli-
co. Este decalado entre el rotor y el distribuidor determina la intensidad de
asistencia.

En una maniobra a poca velocidad, la resistencia del suelo es muy importante
y, por tanto, la barra de torsión crea un importante decalado, generando una
gran asistencia.

Al circular por carretera, la barra se retuerce ligeramente porque la resistencia
del suelo es mínima, por tanto, la asistencia generada será menos intensa.

De este modo, gracias a la barra de torsión, la válvula rotativa determina una
asistencia proporcional a la velocidad del vehículo.

En la figura 10.6, se muestra una válvula distribuidora donde se pueden apre-
ciar las correspondientes uniones hidráulicas.

AP R

67 1 1. Cuerpo (fundición) C.I Cámara izquierda
5 cilindro (giro a la
2 2. Piñón de izquierda)
cremallera
4 3 C.D Cámara derecha
C.I C.D 3. Rodamiento cilindro (giro a la
derecha)
4. Segmentos
AP Llegada de líquido
5. Barra de torsión a presión

6. Rotor R Retorno al
depósito
7. Distribuidor
cámara

• Unión mecánica de seguridad. En el conjunto de dirección (figura 10.8) se
muestra la unión de seguridad. En caso de fallo en el circuito hidráulico, el extre-
mo del rotor garantiza la unión mecánica con el piñón después de un giro de 7°,
a la izquierda o a la derecha (figura 10.7).

Barra
de torsión

Sensor p. dirección hacia el cilindro de trabajo,
asistida G250 lado izquierdo

2 Retorno hacia el cilindro de trabajo,
1 de la bomba
de engranajes lado derecho
1. Piñón de cremallera Válvula de
2. Rotor unido a la retención Cilindro

columna de dirección Émbolo de trabajo
a Figura 10.7. Dispositivo de seguri-
dad. Distribuidor giratorio Casquillo de control

a Figura 10.8. Unidad de mando hidráulica.

La dirección asistida 383

• Caja de servodirección. El cilindro asegura la asistencia de la cremallera reci-
biendo por cada lado del pistón una cantidad de líquido, distribuido por la vál-
vula distribuidora.
La caja está constituida, como se muestra en la figura 10.9, por una caja de cre-
mallera solidaria a un cilindro de asistencia (2). En su interior se desplaza un
pistón de doble efecto (1) acoplado a la cremallera.

2

1
a Figura 10.9. Caja servodirección.

• Funcionamiento de la servodirección. La servoasistencia se obtiene enviando
el líquido a presión a una cámara de cilindro hidráulico y vaciando la otra.
La diferencia de presión entre las superficies del pistón determina su desplaza-
miento y, por tanto, el de la cremallera.
La alimentación de una u otra parte de la cámara del cilindro hidráulico se rea-
liza cuando el par aplicado al volante tuerce la barra de torsión. En estas con-
diciones, se ponen en comunicación los orificios del eje de mando con los ori-
ficios de la caja distribuidora en función del sentido de rotación del volante de
dirección (véase la figura 10.10).
Cuando el par aplicado al volante no es suficiente para provocar la torsión de
la barra debido a la baja resistencia de las ruedas, el servomando no interviene
y el conjunto funciona como una dirección mecánica.

Volante

Columna de dirección

Depósito Eje de mando
Bomba
Regulador Válvula distribuidora
de caudal
Rotor
a Figura 10.10. Barra
de
Torsión

Distribución

Piñón Cilindro
Cremallera de

asistencia

384 Unidad 10

• Marcha en línea recta. Como se muestra en la figura 10.11, el líquido proce-
dente de la bomba llega a través del racor (4), entra en la caja distribuidora y
circula en la misma para retornar al depósito por el racor (1).
En línea recta, el eje de mando (A) no está expuesto a la torsión y se encuen-
tra en una posición central o neutra respecto a la caja distribuidora (B), la cual
dirige el líquido procedente de la bomba a través de los orificios (C) directa-
mente al depósito.
El estrechamiento creado por la posición del eje (A) con relación a la caja dis-
tribuidora (B’) determina una presión de alrededor de 3,5 bares en ambas cá-
maras, derecha e izquierda, a través de los orificios (D y E). Este valor depen-
de de la servodirección que incorpore el vehículo.

14

3,5 Bar D C
B
E 3,5 Bar
A

2

3,5 bar 3,5 bar

3

1. Canalización de retorno
2. Cámara de giro a la izquierda
3. Cámara de giro a la derecha
4. Canalización de presión

a Figura 10.11. Marcha en línea recta.

• Giro a la izquierda. Como muestra la figura 10.12, el líquido procedente de la
bomba llega a través del racor (4), entra en la caja distribuidora y es enviado a
la cámara (2) del cilindro hidráulico provocando el desplazamiento del pistón.
Este movimiento del pistón empuja el líquido de la otra cámara (3), descar-
gándolo por la caja distribuidora y enviándolo a través del racor (1) hacia el de-
pósito.

El desplazamiento del pistón en el sentido de la flecha indica el giro a la iz-
quierda de la dirección. El eje de mando (A) gira a la izquierda con relación a
la caja distribuidora (B). Por tanto, dirige el líquido a presión, procedente de
la bomba, a través de los orificios (C) a la cámara derecha (2) a través de los
orificios (C) y, a la vez, pone en comunicación con el retorno el circuito de la
cámara izquierda (3) a través de los orificios (E).

La dirección asistida 385

• Giro a la derecha. Como muestra la figura 10.13, el líquido procedente de la 14
bomba llega a través del racor (4), entra en la caja distribuidora y es enviado a
la cámara (3) del cilindro hidráulico provocando el desplazamiento del pistón.
Este movimiento del pistón empuja el líquido de la cámara (2), descargán-
dolo a través de la caja distribuidora y enviándolo por el racor (1) hacia el
depósito.
El desplazamiento del pistón en el sentido de la fecha indica el giro a la dere-
cha de la dirección. El eje de mando (A) gira a la derecha con relación a la caja
distribuidora (B). Por tanto, dirige el líquido a presión, procedente de la bom-
ba, a través de los orificios (C) a la cámara izquierda por los orificios (E), y a la
vez pone en comunicación con el retorno el circuito de la cámara derecha, a
través de los orificios (D).

14

Envío C Retorno C
de E
E D Envío de presión
presión RReteotronrono B
2
D A
B

A

2

33

a Figura 10.12. Giro a la izquierda. a Figura 10.13. Giro a la derecha.

Dirección de cremallera asistida sobre la barra de acoplamiento

En este caso, la ayuda es proporcionada por un cilindro o gato de asistencia in-
dependiente (figura 10.14). El cilindro está unido a la caja de dirección o an-
clado al bastidor y en su interior se desliza el pistón unido a un eje que transmi-
te la asistencia hidráulica a una barra de acoplamiento de un extremo de la
cremallera.

Este sistema utiliza los mismos elementos que el sistema anterior, pero exis-
ten dos diferencias. La primera es que sustituye el cilindro incorporado en la
cremallera por uno totalmente independiente. La otra es que aunque la vál-
vula distribuidora es muy parecida constructivamente su funcionamiento es
distinto.

386 Unidad 10

1

5 2
3

A 6
D

B C a b
4
7

1. Depósito A. Entrada de aceite a presión
2. Bomba de aceite B. Retorno al depósito
3. Regulador de cuadal C. Conexión de la válvula rotativa
4. Válvula rotativa
5. Volante con la cámara a
6. Columna de dirección D. Conexión de la válvula rotativa

con la cámara b

a Figura 10.14. Dirección asistida sobre la barra de acoplamiento.

El cilindro independiente asegura la asistencia de la cremallera recibiendo por
cada lado del pistón una cantidad de líquido, distribuido por la válvula distribui-
dora (figura 10.15).

Válvula Cilindro
rotativa

E
R

E. Entrada de líquido a presión
R. Retorno al depósito

a Figura 10.15. Unión en la válvula rotativa con el cilindro de asistencia.

La diferencia de presión entre las dos cámaras del cilindro genera el movimiento
del eje de mando y la asistencia de la dirección.
Como muestran las figuras 10.16 y 10.17, la superficie de acción del líquido sobre
la pared izquierda del pistón (cámara 1) es el doble que la superficie de acción so-

La dirección asistida 387

bre la pared derecha (cámara 2). La alimentación de líquido de la cámara 2 está
asegurada por el canal 3 y la válvula distribuidora asegura la distribución del lí-
quido a través del cilindro de asistencia en los giros del volante.

Alimentación Carter Eje de mando S S Superficie de la
de la cámara 1 Cámara 1 Cámara 2 cara izquierda
Canal 3 del émbolo.
Válvula
rotativa S' S' Superficie de la
cara derecha
Alimentación del émbolo.
de la cámara 2
S = 2 S´

a Figura 10.16. Principio de funcionamiento del cilindro de asis- a Figura 10.17. Superficies de contacto del líquido sobre las caras

tencia. del cilindro.

Funcionamiento de la dirección asistida

La asistencia se obtiene en un sentido de giro enviando el líquido a presión a una
cámara de cilindro hidráulico y vaciando la otra.

La asistencia en el otro sentido se obtiene enviando el líquido a presión a las dos
cámaras del cilindro hidráulico.

• Línea recta. Cuando el volante no es solicitado, la barra de torsión man-
tiene al rotor y al distribuidor en posición neutra (figura 10.18).

El líquido suministrado por la bomba a las cámaras del cilindro de asis-
tencia vuelve directamente al depósito. Por tanto, el circuito hidráulico de
mando del cilindro de asistencia se queda sin presión.

• Giro a la derecha. Por la acción del conductor sobre el volante y la resistencia
que las ruedas ofrecen al suelo, la barra de torsión se tuerce y genera un deca-
lado angular entre el rotor y el distribuidor (figura 10.19).

En esta situación, la bomba suministra líquido a la cámara derecha del cilin-
dro. La presión en esta cámara aumenta y la cámara de la izquierda se pone en
comunicación con el depósito y se queda sin presión. Por tanto, el pistón se des-
plaza a la izquierda y el vehículo gira a la derecha.

a Figura 10.18. Línea recta. ba
1

a Figura 10.19. Giro a la derecha.

388 Unidad 10

• Giro a la izquierda. Por la acción del conductor sobre el volante y por la re-
sistencia del suelo a las ruedas, la barra de torsión se tuerce originando un de-
calado angular entre el rotor y el distribuidor (figura 10.20).

En esta situación, las dos cámaras del cilindro se quedan aisladas del depósito
y la presión sube en cada una de las dos cámaras. Como la sección de la cara iz-
quierda del pistón es el doble que la sección de la cara derecha, la fuerza gene-
rada por el líquido a presión sobre la pared izquierda del pistón es el doble que
la ejercida sobre la pared de la derecha y de esta forma el pistón se desplaza a
la derecha y el vehículo gira a la izquierda. El cilindro de asistencia proporcio-
na así la misma ayuda para ambos lados.

b 1a

a Figura 10.20. Giro a la izquierda.

EJEMPLO

En el caso que la bomba suministre una presión de 50 bares, y sabiendo que la superficie S de la cara iz-
quierda es de 8 cm2 y la superficie S’ de la cara derecha es de 4 cm2, calcula la fuerza que es capaz de trans-
mitir el eje (1) unido al émbolo en los casos siguientes:

1. Fuerza aplicada en la cara (a) del émbolo y fuerza aplicada en la cara (b) del émbolo.

Solución

P = 50 bares = 5.000 kPa = 5 · 106 Pa

F1 = P · S’ = 5 · 106 Pa x 4 · 10–4 m2 = 2.000 N
F2 = P · S = 5 · 106 Pa x 8 · 10–4 m2 = 4.000 N

Diferencia de fuerzas

FR = F2 – F1 = 4.000 N – 2.000 N = 2.000 N
Por tanto, el émbolo se desplaza en el sentido de la fuerza de mayor intensidad, desplazando al eje (1) a la derecha.

2. Fuerza aplicada en la cara (a) del émbolo.

F1 = P · S’ = 5 · 106 Pa x 4 · 10–4 m2 = 2.000 N
Como en este caso el émbolo no recibe presión por la cara (b) porque está comunicada con el depósito, el eje
(1) se desplaza a la izquierda.

La dirección asistida 389

Dirección de cremallera asistida con grupo electrobomba saber más

Como se muestra en la figura 10.21, este sistema es parecido al estudiado en el Dirección de cremallera
punto anterior. Está formado por una dirección mecánica de cremallera asistida asistida
hidráulicamente por un grupo electrobomba que proporciona presión para go-
bernar un cilindro hidráulico o bien el gato de asistencia que aplica su fuerza a la La única diferencia es la forma de
barra de acoplamiento. arrastre de la bomba, la cual es
accionada por un motor eléctrico.
Como en el caso anterior, el sistema de asistencia se compone de:

• Un depósito (1) destinado al almacenamiento de aceite. Este puede poseer una
marca indicativa de niveles o bien una varilla incorporada en el tapón. Gene-
ralmente se encuentra en la parte delantera del vehículo.

• Un grupo electrobomba (2) compuesto por un motor eléctrico, una bomba y,
en algunos casos, un depósito.

• Una válvula distribuidora (3) que es accionada a la vez por el volante de di-
rección y por el piñón de cremallera, que permite dirigir el aceite a alta presión
hacia un lado u otro de un pistón, en función del giro del volante.

• Un cilindro de asistencia (4), paralelo a la caja dirección de cremallera de tal
forma que el cilindro de doble efecto constituye la parte fija que está unida a la
caja en el lado de la válvula rotativa o bien anclada sobre el bastidor. El pistón
es la parte móvil, que transmite el movimiento a las barras de acoplamiento.
Está unido al punto de articulación opuesto a la cremallera (5) con la bieleta.

Tubo alta presión Tubo baja presión 5

3

1

4

2
Soporte GEP
(Grupo Electrobomba de Presión)

Soportes
elásticos

a Figura 10.21. Dirección de cremallera asistida con grupo electrobomba.

Grupo electrobomba
El conjunto es totalmente autónomo, de forma que su funcionamiento es inde-
pendiente del motor (figura 10.22). Está constituido por una bomba mecánica
de paletas o engranajes (figura 10.23) arrastrada por un motor eléctrico que gira
alrededor de 10.000 r.p.m. para proporcionar un caudal constante a una presión
correcta.

390 Unidad 10

Retorno Llenado Salida Presión Representación de la
válvula 3 presión evolución de la presión
rotativa entre dientes
1
2

a Figura 10.22. Grupo electrobomba. Transferencia
del fluido

Aspiración

a Figura 10.23. Funcionamiento de la bomba de engranajes.

En la figura 10.24, se muestra el despiece del grupo bomba, que incorpora dos vál-
vulas de regulación de presión: una de limitación de sobrepresión, generalmente
tarada a 90 bares máximo; otra de evacuación de aceite del cilindro en caso de
pérdida de asistencia para extraer el líquido contenido en la cámara del cilindro,
teóricamente a presión.

Chaveta

de Cuerpo Placa
central rígida
bomba Cuerpo
trasero
Apoyo

delantero Piñón

conductor

Anillo Tetón de
elástico centrado

Apoyo Tapón Tornillo
de
plástico
fijación

Arandela

Retén Junta Piñón trasero
estanqueidad tórica
Junta de
Cuerpo conducido
delantero compensación

Árbol conductor Z

BA AB

Zonas de

Baja equilibrado Alta
X presión
presión

a Figura 10.24. Despiece del grupo electrobomba.

La dirección asistida 391

1.2. Dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con bolas saber más
circulantes
Para vehículos grandes
En la figura 10.25, se muestra el conjunto de un sistema de dirección asistida de
tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes, en el cual la presión es proporcio- La dirección asistida de tornillo sin-
nada por una bomba independiente de lóbulos (1). fín y bolas circulantes se caracteri-
za por su suavidad y por la aplica-
Este sistema está formado por una dirección de tornillo sinfín y tuerca con bolas ción de poco esfuerzo en el volan-
circulantes, donde la carcasa (4) aloja a un émbolo (5), que además constituye la te para mover grandes ruedas. Es
tuerca sinfín que engrana por la parte exterior con el sector unido al eje (7). De utilizada en vehículos todo terreno
esta forma, el giro del sinfín (7) es transformado en movimiento axial del pistón y pesados.
(5), que mediante la cremallera arrastra en giro el árbol de salida (7) unido al sec-
tor, y este a la palanca de ataque.

En la parte interior del pistón (5) y en su acoplamiento al sinfín (17) se encuen-
tra la correspondiente pista de bolas circulantes (6) en circuito cerrado en la ro-
tación del sinfín. Las bolas que alcanzan el extremo del acoplamiento entre el
tornillo sinfín y el pistón vuelven nuevamente a introducirse por el otro extremo
a través del tubo circulatorio (18).

El movimiento de rotación del volante a través de la columna de dirección se
transmite al eje de mando (10), que está unido al sinfín (17) mediante la barra de
torsión (19). Esta está rodeada por una camisa o manguito de control (20), con
dos brazos (21) en sus extremos y dos pernos introducidos perpendicularmente en
los pistones-válvula (11 y 12), de forma que, con una ligera rotación del volante,
estos pistones se introducen en sus alojamientos determinando la apertura y cie-
rre de los orificios de paso del aceite, para llegar así a las cámaras (8 y 9) del ci-
lindro de mando.

1. Servobomba 2 12 14
2. Depósito hidráulico 1 11 12
3. Válvulas de regulación de 3 13 20

presión 4 7 6 17 19 10
4. Cuerpo de la caja de la dirección 5 18 21
5. Pistón de reacción 11
6. Eje de tornillo con bolas circulantes 8 9 15 16
7. Eje de sector dentado
8. Cámara izquierda
9. Cámara derecha
10. Extremo del eje
11. Válvula inferior
12. Válvula superior
13. Conducto de llegada del caudal

y la presión
14. Conducto de rebose
15. Conducto de alimentación

a la cámara 9
16. Conducto de alimentación

a la cámara 8
17. Tornillo sinfín
18. Tubo circulatorio
19. Barra de torsión
20. Manguito de control
21. Pernos de accionamiento de

las válvulas

a Figura 10.25. Dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes.

392 Unidad 10

Funcionamiento de la dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con
bolas circulantes

En la figura 10.26, se muestra una dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca
con bolas circulantes con bomba de paletas con depósito incorporado. La bom-
ba (1), accionada por el motor, absorbe líquido hidráulico del depósito incor-
porado, que además posee una válvula de sobrepresión (3) y otra de regulación
(2) que garantizan la presión necesaria independientemente del régimen del
motor.

15 1
9 10

19 8 11 1. Bomba
B 7 2. Válvula de regulación
2 3. Válvula de sobrepresión
14 15 4. Eje de mando
3 5. Barra de torsión
5 6. Sinfín
7. Pistón (válvula
4
16 de accionamiento)
8. Pistón (válvula
6 A 18 17 12 13
de accionamiento)
9. Dispositivo

o caja hidráulica
10 y 11. Conductos de paso
12 y 13. Orificios de paso

a las cámaras A y B
14 y 15. Orificios de retorno

16. Manguito de control
17. Brazo de unión
18. Perno de accionamiento
19. Pistón

a Figura 10.26. Funcionamiento en línea recta de la dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con bolas circulares.

Cuando se gira el volante de la dirección, a través de la columna, se arrastra el ár-
bol de mando (4) y, si el esfuerzo necesario para orientar las ruedas es pequeño e in-
suficiente para torsionar la barra de torsión (5), el sistema funciona como una di-
rección normal. Sin embargo, cuando el esfuerzo supera el tarado de la barra de
torsión, se produce una rotación entre el eje (4) y el sinfín (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 hidráulico
(9). Al recuperar el volante, la barra de torsión (5) provoca el retorno de los pisto-
nes válvula (7 y 8) a la posición neutra, favoreciendo así la reversibilidad del siste-
ma de dirección.

En línea recta (figura 10.26), el líquido que absorbe la bomba actúa sobre los pis-
tones válvula (7 y 8) los cuales se encuentran en posición neutra. En estas con-
diciones, los canales de paso (10 y 11), están abiertos y permiten el paso de líquido
a través de los orificios radiales (12 y 13) y, mediante los orificios (14 y 15), el flu-
jo de líquido retorna al depósito.

La dirección asistida 393

Cuando se inicia un giro del volante en cualquier sentido (figura 10.27), los pis-
tones (7 y 8) son desplazados de su posición de reposo para permitir el paso de lí-
quido hacia una de las cámaras (A o B) en las que se alcanza una presión que des-
plaza el pistón (19) proporcionando la asistencia necesaria. Al mismo tiempo el
líquido contenido en la cámara opuesta retorna al depósito a través de los con-
ductos (15) que destapan los pistones de la válvula (11).

8 11
7

19
B

A 12 13

a Figura 10.27. Funcionamiento en giro de la dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con bo-
las circulantes.

EJEMPLO

¿Cómo funciona el conjunto émbolo-cilindro para conseguir la asistencia hidráulica?
Solución
Se obtiene en un giro enviando el líquido a presión a una cámara de cilindro hidráulico y vaciando la otra.

ACTIVIDADES

1. Dibuja de forma esquemática los elementos y el circuito hidráulico que interviene en la dirección asistida.
2. ¿Qué función realiza la válvula distribuidora?
3. ¿Qué misión cumple la barra de torsión?
4. Explica cómo funciona la unión mecánica de seguridad.
5. Explica la diferencia entre una bomba accionada por correa y un grupo electrobomba.

394 Unidad 10

caso práctico inicial 2. Asistencia variable electromecánica

La dirección electromecánica está En este tipo de direcciones, la asistencia se realiza mediante un motor eléctri-
formada principalmente por un cal- co que transmite el movimiento de ayuda a la columna de dirección o bien a la
culador que gobierna un motor cremallera.
eléctrico para transmitir el movi-
miento de ayuda a la columna de 2.1. Asistencia variable eléctrica sobre la columna
dirección o bien a la cremallera.
Está compuesta por una columna en la que están montados el sensor de esfuerzo
en el volante y el servomotor eléctrico.
En las figuras 10.28 y 10.29, se muestra un esquema del funcionamiento de este
sistema. Cuando el conductor acciona el volante, la unidad de control electróni-
co pone en funcionamiento el motor eléctrico, que acciona el mecanismo de tor-
nillo sinfín sobre la columna de dirección (véase la figura 10.29).

1. Centralita control de 1
la dirección asistida
Sensor de par CALCULADOR Testigo luminoso 2
2. Toma de diagnosis Sensor de velocidad Toma de diagnosis
3. Motor de la dirección
r.p.m. del motor
asistida
4. Sensor de esfuerzo 1. Volante
5. Fusible 2. Columna de
6. Centralita portafusible
dirección
5 3. Servomotor
4 4. Limitador
13
mecánico de par
4 3 5. Piñón
2
6. Cremallera

65

6

a Figura 10.28. Principio de funcionamiento de una dirección con asistencia eléctrica.

caso práctico inicial En funcionamiento, el calculador electrónico utiliza la información proporcio-
nada fundamentalmente por dos sensores: el sensor de par, que determina el es-
La asistencia variable proporciona fuerzo que el conductor aplica sobre el volante, y el sensor de velocidad, que in-
una dirección muy blanda con una forma de la propia velocidad del vehículo. Además se utiliza otro sensor de
gran asistencia para facilitar las régimen del motor.
maniobras a baja velocidad y por un
endurecimiento que aumenta en La asistencia de la dirección se realiza en función de la velocidad del vehículo.
función de la velocidad del vehículo. Cuando aumenta la velocidad, el calculador electrónico desconecta el embrague
del motor eléctrico de forma que la dirección se acciona exclusivamente de ma-
nera manual.

El control electrónico determina cualquier tipo de asistencia variable para adop-
tar la desmultiplicación más apropiada en cualquier situación. Incluso se puede
controlar la alimentación de la dirección a la salida de una curva.

La dirección asistida 395

Mando combinado en c Figura 10.29. Componentes de la
la columna de dirección columna de dirección.

Tubo envolvente
Engranaje sin fin
Unidad de control

Motor para servodirección

Eje de crucetas

Funcionamiento de la dirección asistida eléctrica saber más

Como muestra la figura 10.30, en el eje de salida del servomotor (1) está monta- Dirección asistida eléctrica
do un tornillo sinfín (3) que engrana en una rueda helicoidal (2) acoplada a la La asistencia eléctrica se caracteri-
columna de dirección formada por un eje de entrada (5) y un eje de salida (6). za por su reducción de volumen y
peso. Utiliza un pequeño motor
El eje de entrada (5) está acoplado al volante, que arrastra en rotación la barra eléctrico, gestionado electrónica-
de torsión (4), la cual a su vez transmite el par al eje de salida (6). El eje de en- mente, que proporciona la asisten-
trada y el eje de salida están desfasados por un pequeño ángulo proporcional al cia sobre la columna de dirección.
par aplicado al volante.
b Figura 10.30. Dirección con asis-
El desfase angular se convierte en un movimiento axial del anillo (8) mediante tencia eléctrica.
bolas (7) que se deslizan a través de específicas ranuras internas (8).

El potenciómetro de esfuerzo (10) está montado en la caja externa de la dirección
asistida y se vincula al perno de guía (9) en la ranura externa del anillo (8). De
esta forma el movimiento axial del anillo es proporcional al par aplicado al vo-
lante, para hacer girar angularmente el potenciómetro que proporciona la señal
eléctrica a la centralita electrónica.

11

1 Sec B-B

Sec A-A Sec A-A 10 Sec B-B
8

73

8 264 75 9

9 1. Servomotor 1. Servomotor
6 2. Limitador de par 2. Rueda helicoidal

5 1 3. Tornillo sinfín 3. Tornillo sinfín
4. Rueda helicoidal 4. Barra de torsión

4 5. Dispositivo de medición 5. Eje de entrada

del par en el volante 6. Eje de salida

6. Potenciómetro 7. Rodamiento de bolas

3 7. Conexionado de servomotor 8. Anillo ranurado

8. Conexionado de potenciómetro 9. Perno de mando potenciómetro

2 del sensor de esfuerzo 10. Potenciómetro

9. Columna 11. Limitador mecánico de par

396 Unidad 10

Motor Ventajas de la dirección eléctrica
eléctrico Ocupa menos espacio que el sistema hidráulico, pues solo consta del motor eléc-
trico que se coloca perpendicularmente a la columna de dirección (figura 10.31).
La gestión electrónica del motor eléctrico determina una dirección de relación
variable, capaz de adaptarse a cada situación.

Carcasa

Acoplamiento
de goma

Eje del engranaje de sin fin Sin fin
con rueda dentada
2.2. Dirección asistida electromecánica de doble piñón
a Figura 10.31. Engranaje de sinfín.
La dirección asistida electromecánica está dotada de doble piñón. Se identifica
caso práctico inicial por sus dos piñones, uno de dirección y el otro de accionamiento, con cuya ayu-
da se aplica la asistencia necesaria a la cremallera.
En dirección electromecánica de
doble piñón, la cremallera está Volante
accionada por dos piñones uno
accionado por el conductor y otro Columna
encargado de proporcionar la asis-
tencia.

Motor para Eje de crucetas
dirección asistida
electromecánica

Sensor de par de
dirección

Caja de dirección

Unidad de control
para dirección asistida

b Figura 10.32. Componentes de la dirección asistida electromecánica.

La dirección asistida 397

Como muestra la figura 10.32, está formada por los siguientes elementos:
• Volante de dirección.
• Mando combinado en la columna de dirección con sensor de ángulo de di-

rección.
• Columna de dirección.
• Sensor de par de dirección.
• Caja de la dirección.
• Motor para dirección asistida electromecánica.
• Unidad de control para dirección asistida.
En la figura 10.33 se muestran el despiece de la dirección asistida electromecáni-
ca y sus componentes, que actúan directamente en la caja de la dirección.

Piñón de dirección Sensor de par de dirección

Unidad de control
para dirección asistida

Motor para dirección asistida Engranaje Piñón de
electromecánica sin fin accionamiento

a Figura 10.33. Despiece de la dirección asistida electromecánica.

Una ventaja de la dirección asistida electromecánica, respecto a la asistencia hi-
dráulica, reside sobre todo en la particularidad de renunciar a la presencia del sis-
tema hidráulico.

398 Unidad 10

De ahí se obtienen otras ventajas, como:
• Se suprimen los componentes hidráulicos, como la bomba de aceite, canaliza-

ciones rígidas, flexibles, depósitos de aceite y filtros.
• Se elimina el líquido hidráulico.
• Reducción del espacio requerido.
• Menor sonoridad.
• Reducción del consumo energético.
El conductor obtiene una sensación buena al volante en cualquier situación, bue-
na estabilidad rectilínea, respuesta directa y suave en el manejo de la dirección,
sin reacciones desagradables sobre pavimento irregular.

Estructura del sistema
En la figura 10.34 se muestra la estructura del sistema, formado por los elementos
siguientes:

Unidad de control para ABS

Sensores de régimen
(señal de velocidad)

Sensor de régimen
del motor

Unidad de control Interfaz de diagnosis
para sistema de inyección para bus de datos
directa diésel

Unidad de control Unidad de control
para electrónica de la con unidad indicadora
columna de dirección en el cuadro
de instrumentos
Sensor de ángulo
de dirección Borne 15

CAN
Tracción

Testigo luminoso

Unidad de control para
dirección asistida

Motor para dirección asistida
electromecánica

Sensor de par de dirección

a Figura 10.34. Estructura del sistema.

La dirección asistida 399

Funcionamiento de la dirección asistida electromecánica
de doble piñón

La regulación de la servoasistencia para la dirección se lleva a cabo recurriendo a
una familia de curvas características almacenada en la memoria permanente de
programas de la unidad de control (véase la figura 10.35). Esta memoria abarca
varias familias de características.

v = 0 km/h v = 15 km/h v = 50 km/h

4

Par de servoasistencia [Nm] v = 100 km/h

3
v = 250 km/h

2

1

0 6 Par de dirección
024
[Nm]
a Figura 10.35. Familia de curvas características. 8

Como muestra la figura 10.36, en la dirección asistida electromecánica con do-
ble piñón la fuerza necesaria para el mando de la dirección se realiza mediante el
piñón de dirección y el piñón de accionamiento de la cremallera. El piñón de di-
rección transmite el par de dirección aplicado por el conductor y el piñón de ac-
cionamiento transmite a través de un engranaje de sinfín el par de servoasisten-
cia del motor para la dirección asistida electromecánica.

Sensor de par de dirección Unidad de control Motor eléctrico

Piñón de dirección Cremallera Piñón de accionamiento
Columna de dirección

Sensor de ángulo de dirección

a Figura 10.36. Dirección asistida electromecánica con doble piñón.