Actualmente, en la mayoría de los vehículos comerciales se emplea el sistema de dirección piñón y cremallera, donde la cremallera de dirección es parte fundamental para el buen funcionamiento de todo el conjunto de la dirección.
Es un mecanismo, como te describiré más adelante, más sencillo que los empleados anteriormente basados en la caja de engranajes de recirculación de bolas.
Te detallaré en este texto de que se trata este componente, su funcionamiento, para qué se utiliza, sus partes, los tipos de cremallera que existen y sus características.
¿Qué es la cremallera de dirección?
La cremallera de dirección es el componente dentro de un sistema de dirección de piñón y cremallera que se encarga de convertir el movimiento rotatorio dado al volante del vehículo en un movimiento lineal, lo que hará girar sus ruedas a derecha o izquierda.
Este sistema pueda parecer complicado, pero es simplemente un engranaje, en este caso el piñón, unido a una barra dentada, en este caso la cremallera.
Aunque el sistema de piñón y cremallera viene usándose por los fabricantes estadounidenses de automóviles desde hace 50 años aproximadamente, este concepto tiene casi un siglo de antigüedad en otros países.
Si bien los fabricantes estadounidenses tardaron un tiempo en comenzar a fabricar sistemas de dirección de este tipo, temprano se dieron cuenta de lo que las empresas automotrices europeas y japonesas hacías desde hace décadas.
Este diseño de dirección es más sencillo en comparación con el sistema de recirculación de bolas empleado anteriormente, por lo que son más rentables de fabricar.
El sistema de piñón y cremallera de dirección es menos pesado que una caja de engranajes de recirculación de bolas, lo que ayuda a mejora el consumo de combustible por la reducción de peso total del vehículo.
Estos sistemas resultan más livianos porque no necesitan varios componentes que suelen conseguirse en sistemas de dirección convencionales, como los brazos intermedios, los eslabones centrales y los manguitos de barra de dirección.
Su tamaño y peso hacen que el sistema de piñón y cremallera de dirección se adapte mejor a las aplicaciones de tracción delantera, ya que los fabricantes pueden instalarlos justo al lado del tren de transmisión transversal.
¿Cómo funciona la cremallera de dirección?
Para hacer girar las ruedas de derecha a izquierda y viceversa se necesita imprimir un movimiento lineal, el cual es generado por la cremallera de dirección a través de un sistema de engranajes acoplado a ella.
La cremallera de dirección se presenta como una barra dentada. Está conectada al mecanismo de giro del volante mediante un engranaje recto o helicoidal que está fusionado a la columna de dirección.
Un tubo de metal contiene un juego de engranajes y en sus extremos tiene aberturas que permiten que la cremallera se conecte a una varilla axial que a su vez está conectada a los mecanismos de giro de las ruedas.
El piñón que está unido al eje de dirección gira por el movimiento que en conductor imprime al volante, lo que hace que se mueva la cremallera en sentido lineal.
Cuando el conductor gira el volante, el engranaje de la columna mueve la barra según la dirección en la que lo gire. En los bordes de la cremallera se fijan varillas de dirección, que a su vez están conectadas al mecanismo de articulación giratoria de las ruedas.
Muchas cremalleras de dirección modernas están equipadas adicionalmente con un amplificador para facilitar el giro del volante. Gracias a la introducción de dicho mecanismo, ha aumentado la comodidad y la seguridad en los automóviles.
Algunas variaciones de cremallera de dirección están equipadas con un amortiguador que se encuentra entre el cuerpo de la cremallera y las varillas.
El propósito de esta parte es amortiguar las vibraciones provenientes de las ruedas cuando el automóvil se conduce sobre superficies de carretera irregulares.
El conjunto de engranajes de piñón y cremallera tiene dos funciones principales:
- Convertir el movimiento de rotación de la columna de dirección del volante en un movimiento lineal que permita hacer girar de un lado a otro las ruedas del vehículo.
- Reducción de la relación entre el piñón y cremallera, para permitir que el volante gire las ruedas.
En cuanto a este último punto, te hablaré del ratio, que son las vueltas que necesita girar el volante para que las ruedas giren hasta cierto punto.
Ratios de la cremallera de dirección
La mayoría de los automóviles requieren de tres a cuatro vueltas completas del volante para ir desde el extremo derecho al izquierdo, es decir, de un bloqueo de giro a otro.
Como te mencioné anteriormente, el ratio son las vueltas que debe girar el volante para conseguir una posición determinada de giro del vehículo.
Cuando este ratio es más alto significa que se necesitará girar más el volante para que las ruedas giren a una posición, y una relación más baja implica una dirección con respuesta más rápida, es decir, menos vueltas para alcanzar una posición.
Algunos automóviles utilizan un ratio de dirección variable, donde la cremallera tiene un número de dientes por centímetro o paso de diente diferente entre el centro y el extremo de la cremallera.
Esto se hace para que la dirección sea más sensible cuando el volante gira hacia su posición respectiva de bloqueo que en su posición central, haciendo que la maniobrabilidad aumente.
¿Cómo funciona la dirección con cremallera con dirección asistida?
Cuando la cremallera de dirección posee un sistema de dirección asistida, su diseño cambia. En la cremallera hay un cilindro con un pistón en el medio y ambos lados del mismo hay líquido hidráulico.
Cuando se aplica presión al líquido en uno de los lados del pistón, este obliga al pistón a que se mueva, accionando la cremallera y dando asistencia la dirección.
Partes de la cremallera de dirección
Una cremallera y un piñón son dos engranajes que forman un conjunto de engranajes. Estos están colocados en el interior de un tubo de metal.
En cada extremo del tubo hay aberturas por dónde sale la cremallera. También hay un componente llamado barra de acoplamiento que ata los extremos de la cremallera y conecta el brazo de dirección y el eje.
El objetivo de la barra de acoplamiento es transmitir la fuerza del engranaje de cremallera o el eslabón central de la dirección al muñón de la dirección.
Esto se hace cuando la barra de acoplamiento se conecta con el brazo de dirección. Como resultado, el volante puede girar cuando intenta girarlo con las manos.
El piñón es un componente que también contribuye a este proceso. Encontrará el piñón conectado tanto al eje de dirección como a la cremallera. La conexión se realiza en cada extremo del piñón.
Básicamente, el piñón une el eje de dirección y la cremallera. Cuando vaya a girar el volante, esos movimientos de rotación son recibidos por el eje de dirección y luego transmitidos al piñón que está conectado a él.
En la medida que gira el piñón, la cremallera se mueve linealmente, ya que también está conectada a él. Por lo tanto, las rotaciones del volante mueven el piñón y luego la cremallera en ese orden.
En un sistema de dirección asistida, el diseño de la cremallera es un poco diferente. También encontrará un cilindro y un pistón en la cremallera. El pistón y la cremallera están conectados entre sí y cada lado del pistón tiene un puerto o entrada de fluido.
El líquido de la dirección asistida a alta presión ingresa al pistón, por un lado, lo que hace que se mueva con fuerza. Esto hace que el bastidor se mueva después, creando la función de asistencia eléctrica del sistema.
Otros componentes
No puede olvidarse del líquido de la dirección asistida, la bomba de paletas y las mangueras. La bomba de paletas es lo que crea la presión hidráulica necesaria para que el líquido de la dirección asistida haga su función con el pistón y la cremallera.
Las mangueras son las que conducen el líquido de dirección de un componente al siguiente en el sistema de dirección. Y el líquido de dirección es lo que permite que la energía de rotación se transforme en energía lineal.
Tipos de cremalleras de dirección
Los sistemas modernos de dirección asistida hidráulica y electrónica reducen en gran medida el esfuerzo de giro, brindando una mejor sensación en la carretera y un mejor control de la dirección.
Sin dirección asistida, casi todos los vehículos, desde los clásicos de mediados del siglo XX hasta los automóviles más pequeños y compactos de tracción delantera de la actualidad, serían difíciles de manejar.
Durante más de 50 años la dirección asistida hidráulica gobernó las carreteras. Actualmente, los sistemas de dirección asistida, híbridos electrohidráulicos y totalmente eléctricos son comunes.
Dichos sistemas pueden incluso variar la asistencia aplicada al sistema de dirección, dependiendo de las condiciones de manejo.
Cremallera de dirección manual
No poseen asistencia eléctrica, por lo que la dirección es más dura para el conductor al momento de realizar giros cerrados.
Frecuentemente, los conductores entusiastas optan por este tipo de dirección porque es liviana y tiene una repuesta ideal para pistas de carreras.
Cremallera de dirección asistida
La forma óptima de dirección para un vehículo regular es la cremallera de dirección asistida. Estas tienen un componente adicional, la bomba de dirección asistida, que suministrará el líquido hidráulico a alta presión que dará ayuda a la dirección.
Esto hace que el manejo sea significativamente más cómodo para el conductor.
Cremallera de dirección eléctrica
Son similares a los sistemas de dirección asistida hidráulica con la diferencia de que en este caso funcionan eléctricamente.
La asistencia hidráulica que normalmente se obtiene de la bomba de dirección se sustituye en este caso con un motor eléctrico controlado por computadora.
Este es el sistema más novedoso que los fabricantes de automóviles están incorporando a sus modelos, ya que eliminando la bomba de dirección se aumenta el rendimiento de gasolina.
Ventajas de la cremallera de dirección eléctrica asistida
Los sistemas de cremallera de dirección asistida hidráulica requieren mantenimiento, ocupan más espacio y son pesados, en cambio, la cremallera de dirección asistida eléctrica emplea mucho menos piezas.
Utilizando sensores de ángulo y par de dirección, además de un software sofisticado, se ha logrado ajustar la cantidad de asistencia y adicionalmente brinda al conductor la capacidad de sentir la carretera al reproducir las distintas condiciones de manejo.
Adicionalmente, se ahorra un 90 % de potencia del motor empleada para dicho sistema en comparación con el sistema de cremallera de dirección hidráulica.
Como el sistema de cremallera de dirección eléctrica consume mucha menos potencia del motor, la economía de combustible mejora, reduciendo las emisiones por el tubo de escape.
Como se elimina la polea de transmisión y la correa del motor, se reduce el desgaste, prolongando la vida útil del motor y evitando reparaciones costosas.
Conclusión
La cremallera de dirección es un componente vital de la dirección del vehículo, ya que es el responsable de determinar cuántas vueltas del volante son necesarias para dar un giro con el vehículo.
Su funcionamiento correcto es importante para la operación correcta de tu vehículo, conocer sus detalles te brindará un conocimiento importante al respecto.
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