universidad internacional del ecuador ......agradezco a mis padres por haberme dado la oportunidad...
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UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN MECÁNICA AUTOMOTRIZ
TEMA:
ESTUDIO DE LA VARIACIÓN EFECTIVA DE LOS ÁNGULOS DE DIRECCIÓN
DE LAS RUEDAS DEL VEHÍCULO
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN MECÁNICA AUTOMOTRIZ
AUTOR:
LUNA VERDEZOTO WILSON JHOSEPH
GUAYAQUIL, AGOSTO 2017
ii
UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN MECÁNICA AUTOMOTRIZ
CERTIFICADO
MSc. Jorge Valdivieso I.
CERTIFICA:
Que el trabajo titulado “ESTUDIO DE LA VARIACIÓN EFECTIVA DE LOS
ÁNGULOS DE DIRECCIÓN DE LAS RUEDAS DEL VEHÍCULO”, realizado por
el estudiante: WILSON JHOSEPH LUNA VERDEZOTO, ha sido guiado y
revisado periódicamente y cumple las normas estatutarias por la Universidad
Internacional del Ecuador, en el Reglamento de Estudiantes.
Debido a que constituye un trabajo de excelente contenido científico que
coadyuvará a la aplicación de conocimientos y al desarrollo profesional, SI
recomiendo su publicación. El mencionado trabajo consta de UN empastado y
Autoriza al señor: Wilson Jhoseph Luna Verdezoto, que lo entregue a biblioteca
de la Facultad, en su calidad de custodia de recursos y materiales
bibliográficos.
iii
UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN MECÁNICA AUTOMOTRIZ
DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD
Yo, Wilson Jhoseph Luna Verdezoto
DECLARO QUE:
La investigación de cátedra denominada: “ESTUDIO DE LA VARIACIÓN
EFECTIVA DE LOS ÁNGULOS DE DIRECCIÓN DE LAS RUEDAS DEL
VEHÍCULO” ha sido desarrollado con base a una investigación exhaustiva,
respetando derechos intelectuales de terceros, cuyas fuentes se incorporan en
la bibliografía.
Consecuentemente este trabajo es de mi autoría, apoyados en la guía
constante de mi docente.
En virtud de esta declaración, me responsabilizo del contenido, veracidad y
alcance científico para la Facultad de Ingeniería en Mecánica Automotriz
Guayaquil, Agosto del 2017
iv
UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN MECÁNICA AUTOMOTRIZ
AUTORIZACIÓN
Yo, Wilson Jhoseph Luna Verdezoto
Autorizo a la Universidad Internacional del Ecuador, la publicación en la
biblioteca virtual de la Institución, de la investigación de cátedra: “ESTUDIO DE
LA VARIACIÓN EFECTIVA DE LOS ÁNGULOS DE DIRECCIÓN DE LAS
RUEDAS DEL VEHÍCULO”, cuyo contenido, ideas y criterios son de mi
exclusiva responsabilidad y autoría.
Guayaquil, Agosto del 2017
v
AGRADECIMIENTO
Agradezco a mis padres por haberme dado la oportunidad de llegar a ser un
profesional y a mi señora por el apoyo incondicional que me ha brindado.
También agradezco a la Universidad Internacional del Ecuador, al director
Edwin Puente y al Máster Jorge Valdivieso director de tesis.
vi
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mis padres que con mucho esfuerzo han logrado que
culmine está carrera con éxito, también a mi señora y mis hijos que son el pilar
fundamental de mi familia.
vii
RESUMEN
Geometría de dirección es la relación entre la posición de las ruedas y la
carrocería o el chasis de un coche. Más específicamente, todos los vehículos
salen de fábrica con unos reglajes en el conjunto dirección-suspensión
delantera para conseguir que aquella cumpla su función de la mejor manera: las
ruedas, deben guiar al vehículo por donde le mandamos, a través del volante, si
lo soltamos y circulamos en línea recta, el vehículo debe tender a seguir en
línea recta, al trazar las curvas, el comportamiento del automóvil debe ser
noble.
La dirección debe darnos una sensación de aplomo y seguridad al conducir
en cualquier circunstancia. Pues bien, esto se consigue con lo que se denomina
cotas o geometría de la dirección del vehículo: ángulo de avance, que
proporciona fijeza y seguridad en la dirección; los ángulos de caída y salida,
que se ajustan para hacer más suave el mando de la dirección y además
favorecer el retorno de la rueda a su posición recta tras un giro; la
convergencia, por la que las ruedas, vistas desde arriba, aparecen más juntas
por la parte delantera y compensa la tendencia abrirse de las ruedas en los
coches de tracción trasera, y la divergencia, por la que las ruedas, vistas desde
arriba, aparecen más separadas por la parte delantera, ajuste para coches de
tracción delantera cuyas ruedas tractoras tienden a converger.
Todos estos parámetros originales y de fábrica, sin embargo, a lo largo del
tiempo y en función de los kilómetros recorridos, cambian ligeramente porque
tanto los muelles de la suspensión como los apoyos de la misma y de la barra
estabilizadora están ligeramente variados con respecto a cuando el coche era
nuevo. Esto significa que, en el trabajo de mantenimiento, a lo largo de la vida
del vehículo, se deben ir modificando estos valores con relación al desgaste del
vehículo.
viii
ABSTRACT
Steering geometry is the relationship between the position of the
wheels and the vehicle frame or chassis. More specifically, every vehicle leaves
the factory with a regulated front steering-suspension system to achieve its
function fulfillment in the best way. The wheels must guide the vehicle in the
direction chosen by the driver, through the steering wheel. If we release it and
drive it in a straight line, the vehicle must maintain the same tendency; however,
when driving around curves the vehicle’s behavior must be noble.
The steering must provide a feeling of confidence and safety when driving
in any circumstance. This is achieved with what can be called levels or vehicle
steering geometry: the trajectory angle that provides stability and safety in the
steering; the falling and exit angles which are adjusted to make steering more
manageable and to favor the return of the wheels to their original straight
position after a turn; the convergence, by which the front wheels seen from the
top seem more closer together in the front and compensates for the tendency to
open shown in the wheels of rear-wheel-drive vehicles; and the divergence by
which the wheels, seen from the top seem more separated in the front part
serves for vehicles of front-wheel-drive whose wheels tend to converge.
Consequently, all the original factory settings, throughout time and in
function of the mileage, suffer slight changes as the suspension springs as well
as its supports and the stabilizing bar have changed from the time the vehicle
was brand new. This means that maintenance work throughout the vehicle’s life
span must be modifying these values in direct relationship to the vehicle wear.
ix
ÍNDICE
CERTIFICADO ................................................................................................................... ii
DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD ...................................................................... iii
AUTORIZACIÓN ............................................................................................................... iv
AGRADECIMIENTO .......................................................................................................... v
DEDICATORIA .................................................................................................................. vi
RESUMEN ....................................................................................................................... vii
ABSTRACT ......................................................................................................................viii
ÍNDICE .............................................................................................................................. ix
ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................... xii
ÍNDICE DE CUADROS ................................................................................................... xiv
CAPÍTULO I ....................................................................................................................... 1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................... 1
1.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA .......................................................................................... 1
1.2. UBICACIÓN DEL PROBLEMA .......................................................................................... 1
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ..................................................................................... 2
1.3.1. Objetivo general ......................................................................................................... 2
1.3.2. Objetivos específicos .................................................................................................. 2
1.4. JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................................... 2
CAPÍTULO II ...................................................................................................................... 5
MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 5
2.1. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN ............................................................. 5
2.1.1. DIRECCIONES MECÁNICAS .............................................................................................. 6
2.1.2. DIRECCIONES DE TORNILLO SINFÍN Y RODILLO ............................................................... 7
x
2.1.3. DIRECCIONES DE CREMALLERA ................................................................................. 9
2.1.4. DIRECCIONES CON ASISTENCIA HIDRÁULICA ........................................................... 11
2.1.5. DIRECCIONES HIDRÁULICAS DE BOLAS CIRCULANTES Y TUERCA ............................. 14
2.1.6. DIRECCIONES HIDRÁULICAS DE CREMALLERA ......................................................... 16
2.1.7. DIRECCIONES HIDRÁULICAS SEMI-INTEGRALES ....................................................... 17
2.1.8. DIRECCIONES HIDRÁULICAS SEMI-INTEGRALES DE DOBLE CIRCUITO ...................... 20
2.1.9. DIRECCIONES HIDROSTÁTICAS ................................................................................. 21
2.2. GEOMETRÍA DE LA DIRECCIÓN .................................................................................... 22
2.3. GEOMETRÍA DE GIRO................................................................................................... 24
2.4. GEOMETRIA DE LAS RUEDAS ....................................................................................... 26
1.4.1. ÁNGULO DE CAÍDA (CAMBER) ................................................................................. 27
1.4.2. ÁNGULO DE SALIDA DEL PIVOTE .............................................................................. 29
1.4.3. ÁNGULO INCLUIDO .................................................................................................. 32
1.4.4. ÁNGULO DE AVANCE (Caster) .................................................................................. 33
1.4.5. COTAS CONJUGADAS ............................................................................................... 35
1.4.6. CONVERGENCIA ....................................................................................................... 36
1.4.7. ÁNGULO DE EMPUJE ............................................................................................... 40
1.4.8. RADIO DE VIRAJE ..................................................................................................... 41
1.5. DIRECCIÓN Y BALANCEO.............................................................................................. 42
CAPÍTULO III ................................................................................................................... 44
DIAGNÓSTICO DE AVERÍAS.......................................................................................... 44
3.1. DIAGNÓSTICO DE AVERÍAS DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN............................................. 44
3.2. ALINEACIÓN DE TRENES .............................................................................................. 53
3.3. ANÁLISIS DE FALLAS PARA CADA ÁNGULO EFECTIVO DE LAS RUEDAS ......................... 58
3.3.1. SÍNTOMAS DEL ÁNGULO DE CAÍDA EN MAL ESTADO .......................................... 58
3.3.2. SÍNTOMAS DE ÁNGULO DE SALIDA EN MAL ESTADO ........................................... 59
3.3.3. SÍNTOMAS DE ÁNGULO INCLUIDO EN MAL ESTADO ............................................ 59
3.3.4. SÍNTOMAS DEL ÁNGULO DE AVANCE EN MAL ESTADO........................................ 60
3.3.5. SÍNTOMAS DE UN ÁNGULO DE CONVERGENCIA EN MAL ESTADO ...................... 61
3.4. PROCESO DE ALINEACIÓN ........................................................................................... 62
3.4.1. OPERACIONES DE CONTROL ................................................................................ 62
3.4.2. MEDICIÓN DE LOS ÁNGULOS ............................................................................... 63
3.4.3. OPERACIONES DE CORRECCIÓN .......................................................................... 64
3.5. RESUMEN DE ÁNGULOS .............................................................................................. 65
xi
CAPITULO IV ................................................................................................................... 66
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................. 66
CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 66
RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 68
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 69
xii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ubicación geográfica de la Universidad Internacional del Ecuador ................................ 1
Figura 2. Diferentes configuraciones del sistema de dirección ...................................................... 5
Figura 3. Dirección de tornillo sinfín y rodillo para automóviles turismo ...................................... 7
Figura 4. Automóvil deportivo con dirección de tornillo sinfín-rodillo .......................................... 8
Figura 5. Dirección de tornillo sinfín y rodillo de 3 dientes............................................................ 9
Figura 6. Dirección de cremallera con accionamiento lateral y barra de dirección en los extremos
.................................................................................................................................................... 10
Figura 7. Dirección de cremallera con accionamiento lateral y barras de actuadas desde el
centro .......................................................................................................................................... 11
Figura 8. Ejemplo de montaje de una dirección de cremallera, con columna de dirección de
seguridad de dos articulaciones .................................................................................................. 11
Figura 9. Dirección hidráulica de bolas circulantes y tuerca ........................................................ 14
Figura 10. Esquema de funcionamiento de una dirección hidráulica de bolas circulantes y tuerca
con bomba de paletas acoplada, válvula de distribución de la dirección en posición neutral .... 15
Figura 11. Dirección asistida de cremallera con válvula en émbolos rotativos; accionamiento
lateral .......................................................................................................................................... 16
Figura 12. Esquema de funcionamiento de la dirección hidráulica de cremallera con bomba de
paletas y depósito de aceite, con accionamiento lateral de la cremallera .................................. 17
Figura 13. Dirección de cremallera con válvula de corredera rotativa, salida desde el centro .... 17
Figura 14. Camión de obra con dirección hidráulica semi-integral y cilindros ............................. 18
Figura 15. Dirección hidráulica semi-integral .............................................................................. 20
Figura 16. Dirección hidráulica de doble circuito ........................................................................ 21
Figura 17. Ejemplo de instalación de la dirección hidráulica de doble circuito ........................... 21
Figura 18. Ejemplo de instalación de una dirección hidrostática ................................................. 22
Figura 19. Dirección hidrostática con arandela de mando .......................................................... 22
Figura 20. Geometría de dirección .............................................................................................. 23
Figura 21. Geometría de giro....................................................................................................... 24
Figura 22. Ángulo de caída (camber) ........................................................................................... 27
Figura 23. Ángulo de caída positiva y ángulo de caída negativa .................................................. 28
Figura 24. Ángulo de caída positiva ............................................................................................. 28
xiii
Figura 25. Pivote, eje sobre el cual gira la rueda ......................................................................... 29
Figura 26. Ángulo de salida ......................................................................................................... 30
Figura 27. Esfuerzo resistente RxC............................................................................................... 31
Figura 28. Ángulo de salida del pivote ......................................................................................... 32
Figura 29. Ángulo incluido ........................................................................................................... 33
Figura 30. Ángulo de avance (Caster) .......................................................................................... 34
Figura 31. Función del ángulo de avance, mantener dirección estable ....................................... 34
Figura 32. Cotas conjugadas ........................................................................................................ 35
Figura 33. Radio de rodadura positivo y negativo ....................................................................... 36
Figura 34. "Cono" que se forma como prolongación de la mangueta ......................................... 37
Figura 35. Convergencia o paralelismo de las ruedas .................................................................. 38
Figura 36. Convergencia de las ruedas en un vehículo con suspensión independiente............... 38
Figura 37. Tipos de convergencia ................................................................................................ 39
Figura 38. Ángulo de empuje ...................................................................................................... 40
Figura 39. Resumen de ángulos................................................................................................... 65
xiv
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 1. Síntomas del ángulo de caída en mal estado .............................................................. 59
Cuadro 2. Síntomas de ángulo de salida en mal estado .............................................................. 59
Cuadro 3. Síntomas de ángulo incluido en mal estado ................................................................ 60
Cuadro 4. Síntomas del ángulo de avance en mal estado ........................................................... 61
1
Figura 1. Ubicación geográfica de la Universidad Internacional del Ecuador
Fuente: Google Maps
CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
El problema se basa en el estudio de la variación efectiva de los ángulos
de dirección de un vehículo de forma que nos permita identificar el
comportamiento de dicho sistema durante su funcionamiento y bajo diferentes
condiciones, además podremos identificar cómo se generan dichos ángulos y
su importancia en el correcto funcionamiento de las ruedas.
La información y datos recopilados servirán como base de conocimiento
para que los estudiantes obtengan mayores destrezas en el estudio del
comportamiento del sistema de dirección enfocado a la variación efectiva de los
ángulos de las ruedas. El trabajo es un sustento del proceso académico de
formación obtenido dentro del centro de estudio, además de ser indispensable
para el reconocimiento académico de la institución.
1.2. UBICACIÓN DEL PROBLEMA
El trabajo se desarrollará en la ciudad de Guayaquil, en la Facultad de
Ingeniería de Mecánica Automotriz de la Universidad Internacional del Ecuador,
extensión Guayaquil. Av. Raúl Gómez Lince (Av. Las Aguas) y calle 15vª.
2
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.3.1. Objetivo general
Elaborar un análisis completo y detallado del funcionamiento del sistema
de dirección enfocado a la variación de ángulos de las ruedas, en el que se
podrá evaluar la importancia y los beneficios que representa tener los ángulos
adecuados en las ruedas del vehículo, así como su comportamiento bajo
diferentes condiciones de trabajo.
1.3.2. Objetivos específicos
Analizar la importancia de los ángulos efectivos en las ruedas del vehículo.
Describir los ángulos necesarios que propician el correcto control de la dirección
de un vehículo.
Identificar la forma y los métodos de análisis para cada ángulo efectivo de las
ruedas.
Demostrar los mecanismos utilizados para variar los ángulos de las ruedas, de
tal manera que se adapten a las necesidades de conducción.
1.4. JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
3
El diseño del sistema de dirección tiene una influencia fundamental en el
comportamiento de la respuesta direccional del vehículo. La función principal
del sistema de dirección es dirigir las ruedas delanteras como respuesta de las
acciones del conductor con el fin de proporcionar el completo control direccional
del vehículo. Sin embargo, los ángulos verdaderos conseguidos en la dirección
son modificados por la geometría del sistema de suspensión, la geometría y las
reacciones del mismo sistema de dirección. Estos fenómenos se examinarán en
esta sección primero como un análisis general del sistema de dirección y
después considerando las influencias de la tracción delantera.
Pero esta no es la única función que debe cumplir, las exigencias de confort
y seguridad aumentan constantemente, esto representa exigencias muy
severas para la dirección de los vehículos. Al sistema de dirección se le
demanda un máximo de maniobrabilidad, pequeño esfuerzo de accionamiento,
construcción reducida y debe contribuir a mejorar la seguridad de conducción.
Por otra parte, existen reglamentos de obligado cumplimiento para conseguir
más seguridad en el tráfico, que en particular establecen condiciones
concernientes a la dirección, que influyen decisivamente en su configuración.
La base teórica del trabajo se fundamenta en la investigación de temas
relacionados al sistema, debido que muchos de los lectores del mismo
desconocerán de términos ligados a la mecánica automotriz y es con ellos que
se debe de trabajar para profundizar la investigación.
La metodología utilizada está basada en investigaciones científicas, de
donde se toma un respaldo de información cualitativa y cuantitativa, puesto que
el desarrollo del proyecto está enfocado al análisis teórico y numérico de la
variación de los ángulos efectivos de las ruedas de dirección.
El estudio del funcionamiento del sistema de dirección, a partir de los
ángulos de dirección de las ruedas ayudará a evaluar la importancia del mismo,
4
puesto que es necesario conocer el comportamiento de ruedas bajo cualquier
exigencia de forma gráfica para posteriormente tener una referencia y poder
identificar alguna anomalía derivada de un ángulo incorrecto en las ruedas.
La información detallada en el presente trabajo está constituida en base a
libros, artículos científicos y demás documentación donde se trate acerca de
ángulos de las ruedas y su relevancia sobre el sistema de dirección.
5
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN
El sistema de dirección de los diferentes vehículos varía ampliamente su
diseño, pero funcionalmente son similares, la figura 2 ilustra algunos de ellos.
Los elementos que componen el sistema permiten transformar el giro del
volante, que acciona el conductor, en un desplazamiento lineal que varía la
orientación de las ruedas directrices.
Las ruedas directrices, por tanto, están conectadas mediante barras, ejes,
juntas universales y aisladores de vibraciones a la "caja de la dirección", que es
donde el desplazamiento lineal se transforma en giro, o viceversa, y a través de
ella a la columna de la dirección y al volante solidario a ella.
Figura 2. Diferentes configuraciones del sistema de dirección Elaborado por: Wilson Luna
6
El tipo y forma de la caja de dirección varía en función del tipo de vehículo;
podemos encontrar así diversas configuraciones similares según estemos
hablando de turismos pequeños, grandes, furgones o furgonetas, camiones
ligeros, camiones pesados, y máquinas especiales.
La primera misión de la caja de dirección es transformar el giro del volante
en un desplazamiento de las barras de dirección, pero además debe
proporcionar una reducción del ángulo girado por las ruedas respecto al
volante, con dos objetivos fundamentales: que el par con que se actúe el
volante sea reducido, y una variación de ángulo girado en el volante debe
corresponder a una variación mucho menor del ángulo girado por la rueda para
lograr un buen control de la trayectoria del vehículo.
La clasificación habitual de los sistemas de dirección se refiere
fundamentalmente a la configuración de la caja de dirección:
.
2.1.1. DIRECCIONES MECÁNICAS
Las direcciones mecánicas son habituales en los vehículos cuyo peso sobre
el eje directriz es bastante bajo, de tal manera que el par de accionamiento en
7
el volante no sea elevado. Actualmente las configuraciones más habituales de
la caja de dirección son: dirección de tornillo sinfín y rodillo y dirección de
cremallera.
2.1.2. DIRECCIONES DE TORNILLO SINFÍN Y RODILLO
Las propiedades especiales de estas direcciones son suavidad, gran ángulo
de giro y pequeñas dimensiones exteriores, que supone pequeño volumen de
ocupación en el vehículo.
No tienen en absoluto ningún juego en la conducción en línea recta. Esto
puede mantenerse durante largo tiempo, a través de un simple ajuste del eje del
rodillo de dirección y de los cojinetes del sinfín y es condición previa para la
obtención de las mejores cualidades en la conducción.
Se pueden encontrar diferentes construcciones de direcciones por tornillo
sinfín y rodillo, que básicamente son el número de dientes del rodillo, en función
de la carga sobre el eje directriz.
Figura 3. Dirección de tornillo sinfín y rodillo para automóviles turismo Elaborado por: Wilson Luna
8
En el diseño de la figura 4 se puede observar que el sinfín se une al volante
por medio de la columna de la dirección mediante un husillo soldado, o por
medio de articulaciones y un husillo superior.
Figura 4. Automóvil deportivo con dirección de tornillo sinfín-rodillo Elaborado por: Wilson Luna
El sinfín va guiado en la carcasa por medio de rodamientos, entre sus
dientes giran los flancos del rodillo dentado que asienta sobre un brazo (en
forma de horquilla) del eje del rodillo y también lleva cojinetes (fig. 3). Las
fuerzas axiales que actúan sobre el rodillo de dirección son absorbidas los
apoyos del eje del rodillo. Este eje es guiado en la carcasa y en su tapa por
medio de cojinetes.
El apoyo de esta pieza en la tapa de la carcasa lo efectúa un pivote que lleva
el dispositivo de ajuste incorporado. Desde el exterior se puede acceder
fácilmente al tornillo de ajuste para corregir las eventuales holguras que
pudiesen presentarse.
A través de una dirección de tornillo sinfín se obtiene una conducción libre de
golpes, buena reversibilidad y poco desgaste. Para absorber los golpes
procedentes de la biela de salida hacia la dirección, las direcciones de tornillo
sinfín y rodillo pueden equiparse con un seguro de contra choque; de tal forma
que el conductor no note los golpes.
9
Figura 5. Dirección de tornillo sinfín y rodillo de 3 dientes Elaborado por: Wilson Luna
2.1.3. DIRECCIONES DE CREMALLERA
Este tipo de dirección se monta en automóviles de turismo, de carreras,
deportivos, así como camiones ligeros. Las características particulares de esta
construcción son un fuerte retorno, una relación muy directa y la forma plana.
La unión entre la caja de dirección y las ruedas directrices exige pocas piezas.
Las configuraciones habituales son dos, que la cremallera lleve acoplada en
cada uno de sus extremos (derecho e izquierdo) (fig. 6), o partiendo desde el
centro de la dirección (fig. 7), una barra que se conecta a los brazos de
acoplamiento de las ruedas. El accionamiento de la cremallera puede estar
situado lateralmente o en el centro de la dirección.
10
Figura 6. Dirección de cremallera con accionamiento lateral y barra de dirección en los extremos Elaborado por: Wilson Luna
El diseño habitual de este tipo de dirección se puede observar en las figuras
5 y 6. El piñón de ataque va guiado en la carcasa de la dirección por cojinetes.
Su dentado es helicoidal. Un acoplamiento de discos o articulación hace la
unión del husillo de la dirección con el extremo del piñón de ataque que
sobresale de la carcasa. La cremallera es guiada en uno o dos casquillos
elásticos y empujada contra el piñón por medio de una pieza de presión. La
disposición de la pieza de presión asegura constantemente que engranen sin
juego el piñón y la cremallera.
El giro del volante se transmite al piñón de ataque por medio del husillo de la
dirección. Al girar el dentado del piñón sobre la cremallera se produce un
movimiento axial de la cremallera y de las barras de la dirección y por tanto un
giro en las ruedas directrices.
11
Figura 7. Dirección de cremallera con accionamiento lateral y barras de actuadas desde el centro Elaborado por: Wilson Luna
Figura 8. Ejemplo de montaje de una dirección de cremallera, con columna de dirección de seguridad de dos articulaciones
Elaborado por: Wilson Luna
2.1.4. DIRECCIONES CON ASISTENCIA HIDRÁULICA
La tendencia a una mayor seguridad en el tráfico, siendo este cada vez más
denso, y las condiciones de aplicación extremas han contribuido al desarrollo de
12
direcciones con asistencia hidráulica. La exigencia de la normativa, que limita el
esfuerzo máximo sobre el volante, y la necesidad de realizar esfuerzos más
humanos en el puesto de conducción; implican la necesidad de asistir las
instalaciones de dirección a partir de una determinada carga sobre el eje
directriz.
La mejor solución resultó ser acompañar la caja de dirección mecánica de
elementos que garantizasen una asistencia hidráulica. Una bomba, accionada
por el motor, suministra el aceite a presión necesario para girar el volante. La
válvula de mando distribuye, al conducir, el aceite a presión a la cámara
correspondiente del cilindro de trabajo, en contra de la fuerza procedente de las
ruedas.
La fuerza que se produce de esa forma ayuda el movimiento de rotación del
volante, descargando al conductor de la gran parte de la fuerza normalmente
necesaria durante la conducción. En caso de golpes procedentes de la
carretera a las ruedas directrices, se evita, además, al formarse rápidamente en
la dirección hidráulica una presión, que al conductor se le escape de las manos
el volante.
La caja de la dirección mecánica que existe en la dirección asistida garantiza
la maniobrabilidad en la mayoría de los vehículos, incluso en caso de fallo de la
asistencia hidráulica (por ejemplo, al remolcar). En todo caso y según la
normativa existente, el esfuerzo en el volante no debe ser superior a 600 N.
Para vehículos que precisen de mayor esfuerzo para ser conducidos, debido a
mayores cargas sobre el eje directriz o a la disposición de varios ejes
directrices, se suele realizar un montaje de dirección con doble circuito, con una
bomba adicional cuyo accionamiento sólo depende del giro de las ruedas.
Actualmente las direcciones con asistencia hidráulica se montan en
automóviles turismo mediano, pesados y cada vez más en utilitarios y
pequeños, en deportivos y por supuesto en vehículos comerciales donde las
13
cargas sobre el eje directriz son más elevadas. Es decir, en todo tipo de
vehículos.
La carga máxima admisible, la disposición del eje directriz, así como las
condiciones de aplicación de un vehículo son decisivas para la determinación
de la asistencia hidráulica. Por eso tiene que estar garantizado, que, al montar
una dirección con asistencia hidráulica, estén correctamente dimensionados los
elementos de la transmisión (barra de mando, barra de acoplamiento, brazo de
acoplamiento de las ruedas) y el soporte de la misma, para poder transmitir las
fuerzas para mover las ruedas, sin ningún tipo de daño. Como ejemplo, puede
mencionarse que en vehículos con una carga admisible sobre el eje directriz de
4.000 kg. (que corresponde aproximadamente a un peso total del vehículo de
11’5 t.), pueden presentarse esfuerzos en la barra de mando de hasta 40.000 N,
cuando una rueda pase sobre un obstáculo a aproximadamente 10 km/h y con
la dirección torcida.
Una de las dificultades o inconvenientes de las direcciones con asistencia
hidráulica es la pérdida de la sensación de contacto con la carretera, que
dificulta la conducción, a alta velocidad, sobre todo, al no haber
correspondencia entre el esfuerzo en el volante y en las ruedas. Uno de los
dispositivos de mejorar este comportamiento es la reacción hidráulica. Cuando
una dirección con asistencia hidráulica está equipada con reacción hidráulica, el
aceite a alta presión es conducido, al mover el volante, a una superficie de un
émbolo que dificulta el desplazamiento de la válvula de distribución de su
posición neutral.
Los esfuerzos en el volante aumentan proporcionalmente con la presión de
aceite de tal forma que el conductor puede sentir el esfuerzo para mover la
dirección, aunque de una manera reducida, y mantener la sensación de
contacto con la carretera. Con este dispositivo se aumentan intencionadamente
los esfuerzos en el volante.
14
Otro inconveniente es la posibilidad de deteriorar el eje y varillaje de la
dirección al llegar a tope el ángulo girado. En efecto, en este caso se puede
producir un golpe sobre los elementos mecánicos poco deseable, debido a la
presión hidráulica.
Para evitarlo, algunos sistemas de dirección con asistencia disponen de una
limitación hidráulica, dispositivo cuya construcción varía según el tipo de
configuración, pero en toda su misión es reducir la presión en el cilindro de tal
manera que el par hidráulico sea también reducido al llegar al tope en las
ruedas.
2.1.5. DIRECCIONES HIDRÁULICAS DE BOLAS CIRCULANTES Y TUERCA
Las direcciones hidráulicas de bolas circulantes y tuerca para automóviles
turismo son de pequeñas dimensiones de montaje (Fig. 8). Su diseño asegura
un control exacto de la válvula de distribución; un pequeño movimiento del
volante pone ya en funcionamiento la asistencia hidráulica.
Figura 9. Dirección hidráulica de bolas circulantes y tuerca Elaborado por: Wilson Luna
15
En la carcasa de la dirección hidráulica de bolas circulantes y tuerca se
encuentran reunidos la válvula de distribución, el cilindro de trabajo, así como
una caja completa de dirección mecánica. La carcasa de la dirección es al
mismo tiempo cilindro para el émbolo, que ejecuta un movimiento axial al girar
el husillo de la dirección. Su dentado engrana con el rodillo del eje de la
dirección haciéndolo girar. La unión suave y sin holgura, entre émbolo y sinfín
unido al volante se produce por medio de una cadena de bolas circulantes.
Figura 10. Esquema de funcionamiento de una dirección hidráulica de bolas circulantes y tuerca con bomba de paletas acoplada, válvula de distribución de la dirección en posición neutral
Elaborado por: Wilson Luna
La cabeza del sinfín aloja dos émbolos de válvulas perpendiculares al eje del
sinfín, que giran al mover el volante, junto con el sinfín y el husillo, dentro de la
carcasa de la dirección (válvula de émbolos rotativos).
Los émbolos de válvula están unidos al husillo de la dirección sin holgura.
Otra unión entre sinfín y husillo se produce a través del montaje de una varilla
16
de torsión. Esta varilla es taladrada y remachada junto con el sinfín y el husillo
de la dirección. Con esta disposición se consigue que al transmitir un par al
sinfín o al husillo, se produzca una torsión relativa entre ambas piezas. Con ello,
los émbolos de válvula se desplazan y sólo dejan pasar el aceite a uno de los
dos lados del cilindro de trabajo, produciéndose así una ayuda al movimiento de
giro del husillo o se opone a un golpe procedente de la calzada.
2.1.6. DIRECCIONES HIDRÁULICAS DE CREMALLERA
Las direcciones hidráulicas de cremallera se montan sobre todo en los
automóviles de turismo, automóviles deportivos y confortables. Pero también
son apropiadas para camiones y autobuses pequeños. El accionamiento de la
cremallera puede estar situado en un lateral o en el centro de la caja de
dirección, para así poder montar también columnas de dirección de seguridad.
Figura 11. Dirección asistida de cremallera con válvula en émbolos rotativos; accionamiento lateral Elaborado por: Wilson Luna
Igualmente es posible acoplar las barras de acoplamiento en los extremos,
derecho e izquierdo, de la cremallera o en el centro por medio de un aislador de
vibraciones (silentbloc), cuando lo exija la cinemática de la dirección. Una
dirección especialmente corta en su construcción permite el accionamiento
central de las barras de acoplamiento a un lado de la cremallera. En la figura 11
se puede ver la vista seccionada de una dirección hidráulica de cremallera.
17
En estas direcciones se emplean las mismas válvulas de mando que en las
direcciones hidráulicas de bolas circulantes y tuerca.
Figura 12. Esquema de funcionamiento de la dirección hidráulica de cremallera con bomba de paletas y depósito de aceite, con accionamiento lateral de la cremallera
Elaborado por: Wilson Luna
Pero también pueden equiparse con válvulas de corredera rotativa. Estas
válvulas proporcionan recorridos extremadamente cortos de apertura y cierre, y
tiene un diseño más económico.
Figura 13. Dirección de cremallera con válvula de corredera rotativa, salida desde el centro Elaborado por: Wilson Luna
2.1.7. DIRECCIONES HIDRÁULICAS SEMI-INTEGRALES
18
Las direcciones hidráulicas semi-integrales se emplean cuando la barra de
mando, debido a su longitud o su acodado, no puede transmitir las fuerzas de
conducción precisa. En ese caso, el esfuerzo adicional obtenido
hidráulicamente se transmite directamente a las ruedas mediante cilindros
hidráulicos.
Otra posible aplicación de este tipo de direcciones se da en vehículos
especiales que, debido a su gran carga sobre el eje directriz, exigen fuerzas
muy grandes para su conducción, y en los cuales el volumen hidráulico de
trabajo necesario es superior al que podría incorporarse en el cilindro de trabajo
de una dirección integral de forma económicamente viable. Su campo de
aplicación comienza con cargas sobre el eje directriz de aproximadamente 8 t.,
si se trata de ejes directrices cuyo esfuerzo se transmite directamente al pivote
del eje.
Figura 14. Camión de obra con dirección hidráulica semi-integral y cilindros Elaborado por: Wilson Luna
En este tipo de direcciones hidráulicas sólo la caja de dirección y la válvula
de mando se encuentran unidas. Los cilindros de trabajo están unidos a la
19
válvula de mando por tuberías flexibles. Los cilindros generalmente se fijan en
el eje y los brazos de acoplamiento a las ruedas.
La dirección hidráulica semi-integral comprende una caja completa de
dirección, en la que la fuerza del husillo de la dirección es transmitida a la
tuerca de dirección por medio de una rosca con bolas circulantes pasando de
aquella al eje del sector a través de un dentado. Al girar el sinfín, la tuerca de la
dirección es desplazada hacia arriba y hacia abajo, haciendo girar al eje del
sector. La válvula de mando se encuentra sobre el mismo centro que el del
husillo de dirección y acoplada a la carcasa de dirección. Las conexiones de las
tuberías de presión y retorno, así como la de los cilindros de trabajo se válvula.
La válvula de mando está montada sobre el husillo del sinfín con el que se
desplaza axialmente en ambos sentidos.
De esta forma las ranuras de mando se desplazan, por lo que el aceite a
presión procedente de la bomba es impulsado hacia un lado del cilindro de
trabajo. Al soltar el volante, la válvula vuelve a su posición neutral bajo efecto de
muelles; el retorno queda así asegurado.
20
Figura 15. Dirección hidráulica semi-integral Elaborado por: Wilson Luna
2.1.8. DIRECCIONES HIDRÁULICAS SEMI-INTEGRALES DE DOBLE
CIRCUITO
Los vehículos más pesados y especiales, con cargas muy pesadas sobre el
eje directriz, no pueden ser conducidos ya, en caso de fallo de la asistencia
hidráulica, con las fuerzas de accionamiento prescritas por el legislador. Para
estos casos se utilizan las direcciones hidráulicas de doble circuito, de tipo
semi-integral, con dos válvulas de mando independientes para la distribución
del aceite a presión en dos circuitos totalmente independientes. Los vehículos
equipados con este sistema también pueden conducirse completamente en
caso de pérdida de presión de aceite, por ejemplo, por rotura de una tubería
flexible en uno de los circuitos de dirección. Generalmente un circuito es
alimentado por una bomba accionada por el motor, mientras que en el otro la
bomba suele estar accionada por el movimiento de las ruedas del vehículo.
21
Figura 16. Dirección hidráulica de doble circuito Elaborado por: Wilson Luna
Figura 17. Ejemplo de instalación de la dirección hidráulica de doble circuito Elaborado por: Wilson Luna
2.1.9. DIRECCIONES HIDROSTÁTICAS
Las direcciones hidrostáticas son aquellas en las cuales no existe ninguna
unión mecánica entre el volante y las ruedas directrices. El empleo de una
dirección hidrostática sólo es posible en vehículos lentos cuya velocidad
22
máxima no sobrepase los 50 km/h. Su instalación es también ventajosa en
vehículos donde la unión mecánica entre dirección y ruedas directrices sólo
puede realizarse a costa de grandes dificultades.
Figura 18. Ejemplo de instalación de una dirección hidrostática Elaborado por: Wilson Luna
Figura 19. Dirección hidrostática con arandela de mando Elaborado por: Wilson Luna
2.2. GEOMETRÍA DE LA DIRECCIÓN
La geometría de la dirección es el conjunto de parámetros, cotas y ángulos,
que definen el posicionamiento de los elementos del sistema de dirección y del
23
eje delantero y trasero, con respecto a la carrocería y al terreno. Todos estos
parámetros tienen unos objetivos prioritarios:
- Estabilidad en carretera.
- Facilidad de conducción.
- Evitar la fatiga mecánica.
- Disminuir el consumo de combustible.
- Prolongar la vida de los neumáticos.
El objetivo final es, en definitiva, que la conducción de un automóvil sea
cómoda, estable y segura. La suspensión, la dirección y los diferentes ángulos,
son los componentes básicos de la geometría de un vehículo.
Para conseguir una dirección óptima, el tren delantero debe cumplir una
serie de medidas angulares que se denominan cotas de dirección y la relación
existente entre las mismas geometrías de dirección.
Figura 20. Geometría de dirección
Elaborado por: Wilson Luna
24
2.3. GEOMETRÍA DE GIRO
La característica constructiva de los órganos que comandan la dirección
debe responder a la necesidad de eliminar el frotamiento de las ruedas sobre el
piso, que se produce cuando la trayectoria seguida por ellas no coincide con la
impuesta por el sistema de dirección.
Figura 21. Geometría de giro Elaborado por: Wilson Luna
Para que se verifique esta condición fundamental es necesario que las
cuatro ruedas del vehículo se orienten en curva de manera que describan
circunferencias de radios con el mismo centro (centro instantáneo de rotación).
El principio de Ackerman indica que las ruedas de un vehículo deben
describir círculos concéntricos al seguir éste una trayectoria curvilínea, es decir,
debe tener el mismo centro instantánea de velocidad angular. De no seguir este
principio el vehículo tendería a deslizarse lo que se traduciría en un desgaste
excesivo y en la pérdida de la adherencia de los neumáticos.
25
Los términos Dirección de Ackerman o Geometría de Ackerman (o
simplemente Ackerman) son frecuentemente usados para denotar la geometría
exacta de las ruedas delanteras según la figura 21.
La traslación lateral generada por la caja de dirección es conducida
mediante barras a los brazos de los bujes de las ruedas. La geometría de
mecanismo normalmente no es un paralelogramo (que giraría el mismo ángulo
ambas ruedas), sino un trapezoide muy aproximado a la geometría de
“Ackerman” que
hace girar un ángulo mayor a la rueda interior que a la exterior
Figura 22. Geometría trapezoidal del paralelogramo de dirección Elaborado por: Wilson Luna
Un Ackerman perfecto es difícil de conseguir mediante diseños prácticos de
las barras, pero es muy aproximada la solución mediante un trapezoide
mostrado en la figura 22. Cuando las ruedas giran a derecha o a izquierda, la
asimetría en la geometría causa que la rueda interior gire un ángulo mayor que
la exterior.
Cuando la dirección se diseña con las barras de acoplamiento por detrás de
los centros de las ruedas, como se muestra, las rótulas de los brazos de
26
dirección quedan por dentro de los ejes de las manguetas permitiendo buenas
holguras con las ruedas. Si el diseño de la dirección es con las barras de
acoplamiento por delante del eje delantero, las rótulas deben estar por fuera de
los ejes de las manguetas para acercarse a la geometría de Ackerman.
Las posibles interferencias con las ruedas pueden impedir un buen diseño
de Ackerman. Un adecuado diseño de la geometría de Ackerman es función de
la batalla y de la vía del eje delantero. Los métodos de diseño son sencillos y se
encuentran en la literatura. El grado de consecución de la geometría de
Ackerman en un vehículo tiene una pequeña influencia en el comportamiento
direccional a alta velocidad, pero influye en el par de auto alineamiento en las
maniobras a baja velocidad. Con la geometría de Ackerman, el par de
resistencia al giro tiende a aumentar con el ángulo de giro, proporcionando así
al conductor una sensación natural de realimentación a través del sistema de
dirección.
Sin embargo, con una dirección paralela (Ackerman cero), este par crece
inicialmente con el ángulo, pero puede llegar a disminuir, e incluso ser negativo
(tendiendo a dirigir el vehículo hacia el interior de la curva) para ángulos
suficientemente grandes.
2.4. GEOMETRIA DE LAS RUEDAS
La denominación de “geometría de trenes” se refiere a la situación
geométrica que toman los componentes de los trenes para situar las ruedas
sobre el suelo de la manera más conveniente para lograr un rodamiento estable
del vehículo.
La geometría de los trenes de rodaje comprende varios ángulos y
parámetros, llamados cotas de la dirección:
27
ANGULO DE CAIDA
ANGULO DE SALIDA DEL PIVOTE
ANGULO DE AVANCE
CONVERGENCIA
1.4.1. ÁNGULO DE CAÍDA (CAMBER)
El ángulo de caída es el ángulo comprendido entre el eje de simetría de la
rueda y la vertical que pasa por el centro de contacto de la rueda con el suelo.
También es llamado inclinación de rueda o Camber. Es un ángulo muy
pequeño que está comprendido entre 0º y 2º.
Figura 22. Ángulo de caída (camber) Elaborado por: Wilson Luna
Este ángulo de caída puede ser positivo, es decir, la parte baja de la rueda
se acerca al vehículo, o negativo, si la parte baja de la rueda se aleja del
vehículo.
28
Figura 23. Ángulo de caída positiva y ángulo de caída negativa Elaborado por: Wilson Luna
Desplaza el peso del vehículo sobre el eje, que está apoyado la parte inferior
de la mangueta, disminuyendo así el empuje lateral de los cojinetes sobre los
que se apoya la rueda (distancia B).
Figura 24. Ángulo de caída positiva
Elaborado por: Wilson Luna
Una disposición “irregular” de la inclinación del neumático implica
lógicamente un desgaste mayor en ciertos puntos. Cuando nuestro neumático
presenta un mayor desgaste en un punto, frente a un desgaste más uniforme en
el resto de la banda de rodadura, en otras muchas variables, puede deberse a
29
un mal alineado, donde entre otros muchos puntos, se mide el camber del
neumático.
Evita el desgaste de neumáticos y rodamientos. Reduce el esfuerzo de giro
del volante de dirección. Cabe destacar que el ángulo de caída es variable con
el movimiento de la suspensión, tendiendo generalmente a disminuir al
comprimir el amortiguador. Otro aspecto reseñable es que los efectos del
ángulo de caída se harán más notables al aumentar el ancho de los
neumáticos. Valores reales, podrían estar entre menos 0 grados y 30 segundos
y más 1 grado 30 segundos.
1.4.2. ÁNGULO DE SALIDA DEL PIVOTE
Figura 25. Pivote, eje sobre el cual gira la rueda
Elaborado por: Wilson Luna
30
El ángulo de salida es aquel que está comprendido entre el pivote y la
perpendicular al suelo (mirando el coche de frente). Si el pivote A sobre el que
gira la rueda para orientarse resultase perpendicular al suelo (ángulo 0º), sería
preciso un esfuerzo capaz de vencer el esfuerzo resistente R x C. Cuanto más
corto sea la separación C, menor será el esfuerzo necesario para vencer este
par resistente.
Figura 26. Ángulo de salida Elaborado por: Wilson Luna
31
Figura 27. Esfuerzo resistente RxC
Elaborado por: Wilson Luna
Para anular el brazo resistente, bastará con que la prolongación del pivote
pase por la superficie de contacto del neumático sobre el suelo. Para ello, es
necesario, darle al pivote la inclinación adecuada para que forme un cierto
ángulo con la prolongación del eje vertical, lo que constituye una de las cotas de
la dirección, denominada Salida del pivote ó King Pin.
32
Figura 28. Ángulo de salida del pivote
Elaborado por: Wilson Luna
Su función es reducir el esfuerzo para realizar la orientación de las ruedas.
Disminuir el ángulo de caída para mejorar el desgaste del neumático. Favorecer
la reversibilidad de la dirección después de un viraje. Favorecer el auto
centrado de la dirección.
1.4.3. ÁNGULO INCLUIDO
El ángulo de inclinación de la rueda, también llamado ángulo incluido,
depende de los valores de los ángulos de caída y salida, determinándose estos
por el constructor del vehículo de manera que el ángulo de inclinación de la
rueda sea el más adecuado para conseguir un posicionamiento correcto del
neumático con el suelo.
El ángulo incluido está formado por la suma de los ángulos de caída y salida.
Es decir, la distancia B comprendida entre el punto de corte con el suelo del eje
33
de rueda y el eje del pivote. Esta distancia se conoce como radio de rodadura o
radio de pivotamiento.
Figura 29. Ángulo incluido
Elaborado por: Wilson Luna
1.4.4. ÁNGULO DE AVANCE (Caster)
Es el ángulo formado por la prolongación del eje pivote con la vertical que
pasa por el centro de la rueda (visto el vehículo de lado) y en sentido de marcha
de la misma.
Este ángulo está comprendido entre 5º y 10º en vehículos con propulsión
trasera, y en vehículos de tracción delantera entre 0º y 3º.
34
Figura 30. Ángulo de avance (Caster)
Elaborado por: Wilson Luna
Su función mantener la dirección estable y precisa, con un efecto direccional
o auto centrado 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.
Figura 31. Función del ángulo de avance, mantener dirección estable
Elaborado por: Wilson Luna
35
1.4.5. COTAS CONJUGADAS
Es el conjunto formado por los ángulos de Salida y Caída junto con el de
Avance. Determinan el punto de incidencia del pivote con respecto a la
superficie de contacto del neumático con el suelo.
Salida
Caída
Avance
R resistencia de rodadura
F fuerza motriz
A-B Líneas de convergencia
Figura 32. Cotas conjugadas Elaborado por: Wilson Luna
36
Las fuerzas de aceleración y frenado se transmitirán al suelo a través del
punto del neumático con el mismo, que corresponde con el centro de la huella.
Figura 33. Radio de rodadura positivo y negativo
Elaborado por: Wilson Luna
1.4.6. CONVERGENCIA
La convergencia o paralelismo de las ruedas delanteras es la posición que
ocupan las dos ruedas con respecto al eje longitudinal del vehículo. Este valor
se mide en milímetros y es la diferencia de distancia existente entre las partes
delanteras y traseras de las llantas a la altura de la mangueta; está entre 1 y 10
mm para vehículos con propulsión y cero a menos 2 mm para vehículos con
tracción.
El ángulo de caída (Ac) y el de salida (As) hace que la rueda esté inclinada
respecto al terreno y que al rodar lo haga sobre la generatriz de un "cono" lo
que implica que las ruedas tienden a abrirse. Para corregir esto se cierran las
ruedas por su parte delantera, con lo que adelanta el vértice del cono en el
sentido de la marcha.
37
Figura 34. "Cono" que se forma como prolongación de la mangueta
Elaborado por: Wilson Luna
La convergencia también contrarresta el par de orientación que se forma
entre el empuje y el rozamiento de la rueda y que tiende a abrirla, siendo esta la
razón de que los coches con propulsión tengan mayor convergencia que los de
tracción, en efecto: debido al avance y salida, la prolongación del pivote corta al
suelo en un punto más adelantado y hacia el centro que el de apoyo del
neumático.
Si el coche lleva propulsión, la fuerza de empuje se transmite a la rueda
delantera a través del pivote y la de resistencia se aplica en el punto de
contacto del neumático, esto origina un par de giro que tiende a abrir las ruedas
delanteras, cosa que no ocurre en vehículos con tracción ya que la fuerza se
aplica en el punto de contacto.
38
Figura 35. Convergencia o paralelismo de las ruedas Elaborado por: Wilson Luna
El que el valor de la convergencia pueda ser positivo o negativo
(divergencia) depende de los valores que tengan los ángulos de caída, salida y,
además, de que el vehículo sea de tracción delantera o propulsión trasera. El
valor de esta convergencia viene determinado por los valores de las cotas de
caída, salida y avance.
Figura 36. Convergencia de las ruedas en un vehículo con suspensión independiente Elaborado por: Wilson Luna
39
Figura 37. Tipos de convergencia Elaborado por: Wilson Luna
La convergencia, determinada en función del resto de las cotas de dirección,
debe mantenerse dentro de los límites establecidos por el fabricante ya que,
cualquier alteración produce la inestabilidad en la dirección; además debe ser
igual en las dos ruedas.
Una convergencia excesiva, al producir mayor tendencia en la orientación de
las ruedas para seguir la trayectoria en línea recta, produce un desgaste
irregular en los neumáticos que se manifiesta por el desgaste lateral que se
produce en su banda de rodadura.
En los vehículos con propulsión trasera, la resistencia a la rodadura de las
ruedas delanteras crea un par que tiende a abrir ambas ruedas, para
compensar este efecto, se contrarresta con un ángulo de convergencia positivo.
En el caso de vehículos con tracción delantera, el problema es distinto, el
esfuerzo de tracción de las ruedas produce un par que actúa en sentido
contrario que en el caso anterior, es decir tendiendo a cerrar las ruedas en vez
de abrirlas, por consiguiente, para compensar esta tendencia será necesario
dar a las ruedas un ángulo de convergencia negativo (divergencia).
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Una excesiva convergencia respecto a la que nos da el fabricante provoca
un desgaste lateral en la zona exterior de los neumáticos. Una convergencia
insuficiente provoca un desgaste lateral en el interior de los neumáticos
1.4.7. ÁNGULO DE EMPUJE
Se denomina así al ángulo que forma la perpendicular al eje trasero con
respecto al eje longitudinal o eje geométrico del vehículo. Este ángulo debe ser
igual a cero, es decir, el eje de empuje debe coincidir con el eje longitudinal del
vehículo, pues en caso contrario, las ruedas traseras describirán trayectorias
diferentes de las delanteras en la marcha en línea recta, con el consiguiente tiro
lateral del vehículo, que deberá corregir el conductor mediante el volante de la
dirección, a costa de un frotamiento de los neumáticos con el suelo que acelera
su desgaste y lo produce de forma irregular.
Figura 38. Ángulo de empuje Elaborado por: Wilson Luna
El tren trasero de un vehículo tiene una gran importancia sobre la estabilidad
de marcha en carretera. Debe estar centrado y simétrico con respecto al tren
delantero, como se ha mencionado. Por otra parte, las ruedas traseras están
dotadas de cotas de dirección como la convergencia y el ángulo incluido, que
determinan un posicionamiento correcto de las ruedas sobre el suelo.
41
1.4.8. RADIO DE VIRAJE
El radio de giro es el nombre que se le da a la capacidad que tiene un
vehículo para rotar las llantas que poseen la dirección. Entre más consiga torcer
sus llantas hacia los lados, dará las vueltas más cerradas y en menos espacio,
lo que significa que el radio de giro es mayor.
La maniobrabilidad mucho depende de este aspecto. Un vehículo tiene dos
radios de giro:
1) Radio de giro de rueda: se refiere al recorrido que dan las llantas durante
una vuelta.
2) Radio de giro de pared: se refiere a la vuelta total que da el vehículo a todo
su ancho.
La evaluación de estas dos medidas es fundamental para determinar el radio
de giro de un auto comercial. El espacio promedio que éste necesita para dar
una vuelta en “U” (radio de giro) es de seis metros. Un auto grande puede llegar
a necesitar hasta 13 metros para lograr esta maniobra, mientras que algunos
autos compactos lo pueden obtener en tan sólo 4.6 metros.
Entre menos espacio necesite el vehículo para cambiar de dirección, se
facilitan algunas maniobras, como estacionarse, dar vueltas en “U”, salir
rápidamente de algún congestionamiento, esquivar fácilmente baches, etc.
El radio de giro depende de varios factores y algunas piezas del vehículo,
como distancia entre los ejes, tamaño de brazos de dirección, ancho de llantas,
entre otros. Es decir que mientras el auto sea más grande, pesado y use llantas
más anchas, el radio de giro será peor.
42
1.5. DIRECCIÓN Y BALANCEO
Alinear y balancear un vehículo es fundamental para su vida útil. El balanceo
es la forma de contrapesar mediante pequeños pesos, normalmente de plomo,
la falta de peso en un neumático en conjunto con la llanta (aro) para evitar
problemas de golpeteo y el tan molesto movimiento del volante y las vibraciones
en velocidades superiores a los 80 km/h. Mientras que la alineación es un
proceso realizado con máquinas complejas que miden los ángulos de pisada de
una cubierta para que el personal capacitado pueda corregir y llevarlo a los
valores de fábrica del vehículo.
Los especialistas aconsejan realizar esta tarea cada 10.000 kilómetros y
cada vez que se realice alguna modificación en la suspensión. Caso contrario
se produce un mal desgaste del neumático, un andar dificultoso que también
puede traer aparejado la rotura de bujes y otras partes vitales de la suspensión.
Otro factor a tener en cuenta es el inflado de los neumáticos que es lo que
permite absorber los golpes ocasionados por el mal estado del pavimento. El
inflado es fundamental porque actualmente los neumáticos vienen sin cámara, y
por problemas de esfuerzo del talón del neumático sobre la llanta estas se
separan y van perdiendo el aire gradualmente, También puede ser
consecuencia de un clavo pinchado en la cubierta y al no tener cámara tarda en
desinflarse, pero pierde el aire necesario.
Por todo esto es importante revisar la presión de los neumáticos al menos
una vez al mes. La presión adecuada está indicada en el manual del vehículo,
escrita a los lados de las cubiertas o en un adhesivo en el marco de la puerta
del conductor. El vehículo debe llevarse para una alineación cuando tiende a
girar a uno de los lados cuando circula en una superficie plana y derecha, si ha
sufrido un golpe o si ha circulado por un camino exigente. Un mal balanceo está
indicado por una vibración que aparece cuando circula a cierta velocidad, pero
se esfuma cuando va más lento o más rápido. Una falla en suspensión
43
ocasiona el desgaste prematuro de los neumáticos por lo que se recomienda
revisarlo en forma periódica.
44
CAPÍTULO III
DIAGNÓSTICO DE AVERÍAS
3.1. DIAGNÓSTICO DE AVERÍAS DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN
Siendo este sistema de vital importancia para la marcha del vehículo, es
necesario que todos los elementos que lo componen estén en las debidas
condiciones para procurar la mayor seguridad de marcha.
El funcionamiento irregular de la dirección se debe a la alteración de sus
cotas de reglaje (inclinación de rueda, avance y convergencia), por lo que es
necesaria su comprobación.
El diagnóstico de averías se efectúa realizando las correspondientes
pruebas del vehículo en carretera. No obstante, antes de ello deberán
comprobarse los neumáticos, pues sabido que ejercen una gran influencia
sobre el sistema de dirección y muchas causas de anormalidades son debidas
a ellos.
Por los síntomas observados durante la prueba, pueden deducirse las
posibles averías y, en consecuencia, las reparaciones a realizar. Los síntomas
encontrados pueden ser:
Vibraciones en las ruedas anteriores, que pueden ser debidas a las
siguientes causas:
a) Ruedas desequilibradas, en cuyo caso será necesario proceder a su
equilibrio.
45
b) Huelgo en los cojinetes del cubo de la rueda, lo que deberá
comprobarse levantándolas del suelo e intentando moverlas tirando y
empujando de puntos diametralmente opuestos.
c) Huelgo excesivo en las palancas, articulaciones, rotula, etc., del tren
delantero, lo que deberá comprobarse efectuando una revisión del
sistema, como más adelante se detallará.
d) Holgura excesiva en el mecanismo demultiplicador, lo que se
comprobará haciendo girar el volante en uno y otro sentido, hasta
obtener el inicio de orientación de las ruedas con el vehículo parado. Un
movimiento del volante de más de 100, sin que se produzca orientación
de las ruedas, supone una holgura excesiva. Se corrige efectuando el
correspondiente reglaje del mecanismo.
e) Tornillos de sujeción de la caja de dirección flojos, lo que se corrige
dándoles el correspondiente par de apriete.
f) Mala regulación de las cotas de reglaje de la dirección, en cuyo caso es
necesario proceder a la operación de alineado de trenes, que se realiza
en máquinas especiales, como más adelante se detallará.
Rumorosidad al accionar el volante de la dirección, que puede ser
debida a alguna de las siguientes causas:
a) Falla de engrase de la caja de la dirección, lo que deberá
comprobarse retirando el tapón de llenado correspondiente y
reponiendo el aceite que fuera necesario hasta completar el nivel.
46
b) Falta de engrase en cojinetes del pivote o en rótulas, lo que se corrige
efectuando el correspondiente engrase o la sustitución de las rótulas.
c) Cojinetes, rótulas o brazos de suspensión parcialmente agarrotados
por falta de engrase, en cuyo caso es necesario su desmontaje y
limpieza antes de proceder al nuevo engrase.
d) Articulaciones elásticas en mal estado, lo que puede comprobarse
intentando desplazarlas de su posición para ver si existen holguras o
se producen ruidos.
e) Ballestas o muelles de suspensión rotos, en cuyo caso es necesario
sustituirlos.
Dureza de la dirección, que se pone de manifiesto en marcha lenta o
maniobras, cuyas causas pueden ser las siguientes:
a) Falta de engrase en la caja de la dirección, que se corrige aportando
la cantidad de aceite necesaria.
b) Mala regulación del acoplamiento entre el sinfín y el sector, o el piñón
y la cremallera, lo que se corrige efectuando el correspondiente
reglaje.
c) Deformaciones de los brazos de suspensión debido a golpes, en cuyo
caso es necesario cambiar las piezas defectuosas.
d) Incorrecta alineación de la dirección, que puede corregirse mediante
la operación de alineado. Generalmente el defecto será debido a un
avance excesivo.
47
e) Ballestas o muelles rotos o cedidos, lo que altera las cotas de la
dirección y, por tanto, se hace necesaria la sustitución. En el caso de
barras de torsión, deberá efectuarse el reglaje de alturas.
Holgura en el volante de la dirección, que puede ser debida a:
a) Rótulas desgastadas o flojas, lo que deberá ser constatado
intentando forzarlas de su posición.
b) Fijaciones de la caja de la dirección defectuosas, lo que deberá ser
corregido apretándolas convenientemente.
c) Conjunto desmultiplicado desgastado, en cuyo caso se hará
necesaria la sustitución.
Chillido de los neumáticos en las curvas, que puede ser debido a:
a) Defecto en algunas de las cotas de la dirección, lo que deberá
comprobarse mediante la operación de alineado.
b) Deformaciones en los brazos de suspensión que provocan anomalías
en las cotas de la dirección. Los brazos defectuosos deben ser
sustituidos.
El vehículo no sigue la trayectoria recta, ni se endereza al salir de las
curvas, dando como resultado un andar vagabundo, lo que puede ser
debido a:
48
a) Falta de avance o inclinación de la rueda, que deberá comprobarse y
corregir en caso necesario en el alineador de dirección.
b) Holgura en los cojinetes de las ruedas anteriores, lo que debe ser
constatado de la manera ya reseñada.
c) Palancas de accionamiento o caja de dirección flojas en sus uniones,
lo que deberá ser comprobado en la forma consabida.
d) Holgura excesiva entre el sinfín y el sector, o bien entre el piñón y la
cremallera, en cuyo caso deberá efectuarse el correspondiente
reglaje.
Al soltar el volante de la dirección, el vehículo se va hacia un lado
de la carretera, lo que puede ser debido a las siguientes causas:
a) Mala regulación de la convergencia, que deberá comprobarse en el
alineador de dirección.
b) Avance o inclinación de ruedas desiguales en las ruedas delanteras,
en cuyo caso es necesaria la operación de alineado.
c) Amortiguador en mal estado, que implica la sustitución del mismo.
d) Ballestas, muelles o barras de torsión flojos o rotos, en cuyo caso
quedan modificadas las cotas de la dirección y es necesario el
cambio de la pieza defectuosa.
e) Brazos de suspensión deformados por golpes, que implica el cambio
de los mismos.
49
f) Presión de inflado desigual en las ruedas de un mismo eje, que se
corrige dando la correspondiente presión.
El desgaste irregular de los neumáticos puede ser debido a una sola causa,
o a varias conjuntamente y, por ello, se requiere una cierta practica para
diagnosticar la avería a que corresponde el desgaste.
a) El neumático está más desgastado por la parte central de su banda
de rodadura y por igual a lo largo de ella: el defecto es una elevada
presión de inflado.
b) Mayor desgaste en los laterales, a todo lo largo de la banda de
rodadura: el defecto es una baja presión de inflado del neumático.
c) Excesivo desgaste en un punto de la banda de rodadura asemejando
a una mancha: el defecto es falta de equilibrado de la rueda.
d) Excesivo desgaste que va en forma de franja de un lateral a otro de la
banda de rodadura, a lo largo de toda ella: el defecto es debido a
excentricidad de la llanta o a que la cubierta no se colocó en buena
posición.
e) Desgaste irregular en diversos puntos a lo largo de toda la banda de
rodadura: el defecto se debe a desequilibrio de la rueda o cojinetes
de la mangueta en mal estado.
f) Mayor desgaste a lo largo de todo el lateral de la banda de rodadura
correspondiente a la parte interior de la rueda: el defecto es una
inclinación de la rueda negativa. Si el desgaste es igual, pero en el
lado exterior, el defecto es un exceso de inclinación de la rueda.
50
g) Desgaste a corros pequeños a lo largo de un lado de la banda de
rodadura: el defecto es debido a que una rueda tiene mayor ángulo
de inclinación que la otra.
h) Desgaste del neumático en forma de cardado del caucho: el defecto
es debido a una convergencia o divergencia incorrecta.
i) Desgaste más pronunciado en el centro de la banda de rodadura, en
toda su longitud, asemejando un surco: el defecto es una
convergencia excesiva.
j) Manchas de desgaste excesivo irregularmente repartidas a lo largo
de la banda de rodadura, que van de uno a otro lado de su ancho: el
defecto es un avance excesivo.
k) Mayor desgaste en una rueda que en la otra, irregularmente repartido
a lo largo y ancho de la banda de rodadura: el defecto es debido al
mayor avance en una de las ruedas.
Por cuanto a los vehículos dotados de dirección asistida, pueden
encontrarse los siguientes síntomas:
Rumorosidad anormal: en este aspecto es preciso resaltar que la bomba
no es totalmente silenciosa, produciendo algún ruido cuando el vehículo
esta estacionado con el motor en marcha, especialmente con las ruedas
giradas a tope. Una rumorosidad excesiva puede ser debida a las
siguientes causas:
a) Nivel de líquido bajo en el depósito, lo que se corrige reponiendo el
necesario.
51
b) Correa de accionamiento de la bomba destensada, en cuyo caso
deberá procederse al tensado de la misma.
c) Polea de la bomba floja en sus fijaciones o dañada, lo que implica el
reapretado de la misma o la sustitución, según los casos.
d) Válvula de regulación del flujo defectuosa, que deberá ser
comprobada como más adelante se detalla.
e) Cojinetes de polea de bomba desgastados, lo que se comprueba
verificando su holgura y sustituyéndolos en caso necesario.
Dirección dura en maniobra: que puede ser debido a:
a) Correa de bomba destensada, que deberá ser tensada.
b) Manguitos o tuberías obstruidos, que se comprueba cómo se detalla
más adelante y que deben ser limpiados o sustituidos.
c) Nivel de líquido bajo, que deberá reponerse.
d) Presencia de aire en el sistema hidráulico, que deberá ser purgado.
e) Presión de líquido baja, que deberá ser comprobada como más
adelante se detalla.
Dirección desequilibrada: con tiro lateral del vehículo hacia uno de los
lados, que puede ser debido a las siguientes causas:
52
a) Desgaste irregular de neumáticos o presión incorrecta, que se corrige
con la sustitución de los mismos o puesta en presión.
b) Geometría de la dirección incorrecta, que deberá verificarse con la
operación de alineado.
c) Tubería del líquido dañada u obstruida, que debe ser limpiada.
Fugas de líquido, que pueden ser debidas a las siguientes causas:
a) Retén defectuoso en la válvula de control, que deberá ser sustituido.
b) Conexiones de tubos defectuosas, que deberán apretarse o sustituir.
c) Retén de pistón defectuoso, que deberán cambiarse.
d) Rotura de carcasa, en cuyo caso deberá desmontársela dirección
para efectuar la reparación correspondiente.
Falta de asistencia, que puede ser debida a las siguientes causas:
a) Falta de aceite en el sistema, que deberá reponerse.
b) Falta de presión en la bomba, que deberá ser verificada.
c) Comunicación entre ambos lados del embolo de asistencia, que se
constatará y reparará.
d) Obstrucciones o roturas de conducciones, que deberán ser limpiadas
o sustituidas.
53
3.2. ALINEACIÓN DE TRENES
La verificación de los ángulos de ambos trenes de un vehículo se realiza por
medio de un equipo alineador de dirección, como el representado en la fig. 39
sobre el que se posiciona el vehículo, de manera que las ruedas quedan
situadas sobre las plataformas giratorias 2, a una cierta distancia (d) de la
pantalla 1 colocada frente al vehículo, bien centrado sobre ella.
Figura 39. Plataformas del equipo alineador de dirección Elaborado por: Wilson Luna
Completan el equipo unos proyectores que se fijan a ambas ruedas del
mismo tren (figura 40) por medio de un trípode que se acopla en la llanta en los
puntos 2 y 4, variables en longitud por la corredera 3, que es bloqueas por la
palanca 1, girándola 900 como indica la figura. Una vez fijado el trípode, el
proyector debe quedar alineado con el eje de la rueda, tal como se muestra en
la figura (vista lateral)
54
Figura 40. Proyectores que se fijan en las ruedas por medio de trípodes Elaborado por: Wilson Luna
Otros alineadores de dirección, como el representado en la figura 41 realizan
las mediciones por transmisión de rayos infrarrojos. Las ruedas se sitúan sobre
platos giratorios electrónicos conectados al ordenador y sobre ellas se
posicionan convenientemente los captadores, que transmiten por vía de rayos
infrarrojos las señales de medición al ordenador.
Figura 41. Alineadores de dirección
Elaborado por: Wilson Luna
55
Cualquiera que sea el tipo de alineador, la medición y el control de ángulos
será directa, mientras que la de otros se obtendrá basándose en reglas
trigonométricas.
La medida del ángulo de caída es inmediatamente, colocando el captador
paralelo a la llanta, leyendo posteriormente la indicación. El ángulo de caída se
puede comprobar de forma rápida por medio de una escuadra, como muestra la
figura 42, midiendo seguidamente la distancia de la rueda a la escuadra en los
puntos señalados.
Figura 42. Ángulo de caída medida por una escuadra Elaborado por: Wilson Luna
El ángulo de avance no se puede medir directamente, ya que es imposible
montar un sensor sobre un eje imaginario. Para obtenerlo nos basamos en que
la variación de la caída que se produce al orientar las ruedas está relacionada
con el ángulo de avance.
Esto se conoce como medida del avance por diferencias de caída. La figura
43 muestra gráficamente este proceso en el que la medición se realiza en dos
posiciones de giro distintas (1 y 2), a partir de las cuales se determina el ángulo
de avance por diferencia entre las dos medidas.
56
Para que la medida sea correcta, es preciso que los giros hacia adentro y
hacia fuera de las ruedas sean simétricos y debe efectuarse individualmente
para cada rueda. Los alineadores informatizados proporcionan indicaciones en
pantalla durante la medición para controlar los ángulos de giro de la dirección.
De manera similar se realiza la medida del ángulo de salida, teniendo en
cuenta que debe tomarse en un plano a 900 del correspondiente a la medida del
avance.
Figura 43. Ángulo de avance
Elaborado por: Wilson Luna
La convergencia puede ser medida en grados o en milímetros, siendo lo más
frecuente esto último. En general, los alineadores utilizan una técnica de
medición consistente en tomar como referencia las caras laterales de las dos
llantas (delantera y trasera) de un mismo costado del vehículo fig. 44,
comparando la posición de la cara exterior de las mismas con un plano paralelo
al eje longitudinal del vehículo.
57
Figura 44. Comprobación de la convergencia
Elaborado por: Wilson Luna
El método más sencillo de comprobación de la convergencia es la medición
directa de la distancia entre dos puntos diametralmente opuestos entre las dos
ruedas de un mismo eje, como es conocido.
En cualquier caso, el procedimiento a seguir para efectuar las mediciones
difiere según el modelo de alineador; pero en general, una vez ajustado se
obtiene directamente el ángulo de inclinación de rueda, proyectado sobre la
correspondiente escala de la pantalla, mientras que la convergencia se lee en
una rueda, teniendo la otra alineada en posición cero.
El avance suele medirse girando el volante de la dirección 200 en un sentido
para poner a cero el proyector, y después otros 200 en sentido contrario para
efectuar la lectura. En otros alineadores pueden medirse directamente los
ángulos de caída y salida, que en su conjunto forman el ángulo de inclinación
de la rueda, como es sabido.
El ángulo de viraje de las ruedas se mide generalmente sobre las
plataformas giratorias sobre las que descansan y, generalmente, para un giro
de la rueda exterior de 200 debe obtenerse un ángulo de orientación de 230 en la
58
rueda interior. En cualquier caso, la diferencia de los ángulos de orientación de
las ruedas ha de ser igual para cualquier sentido de giro del volante.
Si no es así, existen deformaciones en los brazos de acoplamiento, que
deberán sustituirse.
Es relativamente frecuente encontrar en los manuales de especificación de
los vehículos, denominaciones particulares de los distintos ángulos de trenes;
pero en general vienen acompañadas de los correspondientes dibujos, por lo
cual resulta sencillo de entender cuál es cada uno de los ángulos que se
pretende medir.
3.3. ANÁLISIS DE FALLAS PARA CADA ÁNGULO EFECTIVO DE LAS
RUEDAS
3.3.1. SÍNTOMAS DEL ÁNGULO DE CAÍDA EN MAL ESTADO
Un ángulo de caída importante produce un desgaste desigual en la banda de
rodadura de la cubierta y un mal comportamiento del vehículo. -Sobre la
cubierta:
Al pasar la mano por la banda de rodadura, ésta se presenta lisa y sin rebabas,
apreciándose un desgaste creciente de un borde a otro.
-Sobre el vehículo:
59
Cuadro 1. Síntomas del ángulo de caída en mal estado Elaborado por: Wilson Luna
3.3.2. SÍNTOMAS DE ÁNGULO DE SALIDA EN MAL ESTADO
Una variación en el ángulo de salida generalmente ocasiona un ángulo de
caída defectuoso.
-Sobre la cubierta: Idéntico que la caída, ya que la salida repercute
directamente sobre ella.
-Sobre el vehículo:
Cuadro 2. Síntomas de ángulo de salida en mal estado Elaborado por: Wilson Luna
3.3.3. SÍNTOMAS DE ÁNGULO INCLUIDO EN MAL ESTADO
60
Cuadro 3. Síntomas de ángulo incluido en mal estado Elaborado por: Wilson Luna
1. El ángulo de caída y el incluido están fuera de tolerancias, pero el de salida
es
correcto.
Diagnosis: Mangueta Falseada Horizontalmente.
(Doblada, rodamiento)
2. El ángulo de salida y caída están fuera de cotas, pero el ángulo incluido es
correcto.
Diagnosis: Mangueta correcta, eje vencido verticalmente
(Silentbloc inferior, trapecio doblado)
3.3.4. SÍNTOMAS DEL ÁNGULO DE AVANCE EN MAL ESTADO
• Una modificación del valor del ángulo de avance, se traduce automáticamente
en un desreglaje del calado de la cremallera.
•Sobre la cubierta: Ningún desgaste característico.
61
•Sobre el vehículo:
Cuadro 4. Síntomas del ángulo de avance en mal estado Elaborado por: Wilson Luna
3.3.5. SÍNTOMAS DE UN ÁNGULO DE CONVERGENCIA EN MAL ESTADO
•Sobre la cubierta: La convergencia trae como consecuencia un desgaste
anormal rápido del neumático.
Pasando la mano transversalmente sobre el centro de la banda de rodadura
del neumático, esta presenta unas rebabas fácilmente apreciables:
62
Figura 45. Síntomas de un ángulo de convergencia en mal estado Elaborado por: Wilson Luna
3.4. PROCESO DE ALINEACIÓN
El proceso de alineación consta de una serie de pasos que deben efectuarse
siguiendo un orden para optimizarlo y conseguir resultados satisfactorios.
3.4.1. OPERACIONES DE CONTROL
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Figura 46. Operaciones de control Elaborado por: Wilson Luna
3.4.2. MEDICIÓN DE LOS ÁNGULOS
Figura 47. Medición de los ángulos Elaborado por: Wilson Luna
64
3.4.3. OPERACIONES DE CORRECCIÓN
Figura 48. Operaciones de control Elaborado por: Wilson Luna
Nota antes de pasar al paso dos, es conveniente hacer una corrección
provisional del paralelismo del tren delantero si estuviera fuera de las cotas del
fabricante.
65
3.5. RESUMEN DE ÁNGULOS
Figura 49. Resumen de ángulos Elaborado por: Wilson Luna
66
CAPITULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
Determinamos que el regular los ángulos de las ruedas y la dirección, tiene
el propósito de balancear todas las fuerzas de fricción, gravedad, fuerza
centrífuga e impulso. Por eso, todos los componentes de la suspensión y del
sistema de dirección deben ser ajustados de acuerdo con especificaciones
prescritas. Una correcta alineación logrará que el vehículo se desplace
suavemente, mantenga el agarre apropiado, buena estabilidad en línea recta o
en curva y las llantas tengan la máxima duración.
Con el ángulo incluido podremos saber con las especificaciones si existen
torceduras o defectos en el brazo de dirección.
Con el ángulo de avance se consigue dar a la dirección fijeza y estabilidad
ya que las deviaciones que pueda tomar la rueda, por las desigualdades del
terreno, forman este par de fuerzas que la hacen volver a su posición de línea
recta.
Gracias al ángulo de salida se reduce el esfuerzo a realizar la orientación de
la rueda, hacen volver a las ruedas a la posición en línea recta en sentido de la
marcha y minimiza el efecto de las irregularidades de las carreteras.
Gracias a la convergencia se logra corregir la apertura de las ruedas y se
genera un cono, contrarresta el par de orientación que se forma entre el empuje
y el rozamiento de la rueda y que tiende a abrirla.
67
Se concluye que gracias al trapecio de Ackerman los ejes de las ruedas se
cortan con el centro instantáneo de rotación haciendo que el vehículo gire
correctamente.
68
RECOMENDACIONES
Se recomienda tener las llantas balanceadas y el vehículo alineado, para
mejorar el desempeño del vehículo, aumentar la durabilidad de la llanta y la
seguridad a sus ocupantes.
Se deben balancear las llantas para evitar la vibración y causar la fatiga al
conductor. La alineación reduce el desgaste de las llantas, la suspensión y la
dirección del vehículo. El costo de mantener llantas balanceadas y debidamente
alineadas se compensa ampliamente con un mayor kilometraje sin problemas,
un mejor desempeño del vehículo, comodidad y seguridad del conductor y
acompañantes. Se deben re-balancearse a la primera señal de vibración o
zigzagueo, y por lo menos una vez al año, sin excepción.
Se debe verificar el ángulo de salida ya que si éste no está bien existirá una
dureza en la dirección y reversibilidad excesiva.
Se recomienda verificar mediante las especificaciones del vehículo el ángulo
incluido que si este es diferente el brazo de dirección está en mal estado y se
deberá reemplazar.
Se recomienda verificar el ángulo de avance para evitar reversibilidad
defectuosa, desbalanceo e inestabilidad del vehículo.
Verificar la convergencia ya que, si esta está mal, provoca un desgaste
lateral en la zona exterior de los neumáticos. Una convergencia insuficiente
provoca un desgaste lateral en el interior de los neumáticos.
69
BIBLIOGRAFÍA
Técnicas del automóvil, Chasis, octava edición – tercera reimpresión 2012, J.M.
Alonso.
Técnicas del Automóvil, Chasis, séptima edición – segunda reimpresión 2002,
Thomson – Paraninfo.
www.aficionadosalamecanica.net/direccion-geometria.htm
https://es.slideshare.net/efrain1-9/sistema-de-direccion
http://umh1796.edu.umh.es/wp-content/uploads/sites/272/2013/02/sistema-de-
direccion-texto1.pdf
http://www.aficionadosalamecanica.net/direccion.htmdspace.espoch.edu.ec/bitst
ream/123456789/2284/1/65T00041.pdf
http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/5092/1/TESPEL0875.pdffile:///C:/
Users/SONY/Downloads/Geometria_direccional%20(1).pdf
http://hola-mecanicaautomotriz.blogspot.com/2012/01/el-sistema-de-direccion-
del-automovil.html
https://es.scribd.com/doc/52768030/S15-Sistema-de-direccion
70
ANEXOS
71
ANEXO 1.
REVISIÓN DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN
Objetivos
Revisar las rótulas, elementos de la dirección y tuberías siguiendo las
recomendaciones del fabricante.
Medidas de seguridad generales
Siempre que se realice un trabajo en el taller, se debe usar equipamiento y
ropa apropiadas que se adecuen a las medidas de seguridad obligatorias
dispuestas por la ley.
Estos son, entre otros, algunos de los elementos que se deben utilizar:
Ropa de trabajo: mono y calzado con refuerzos metálicos.
Protección de los ojos: gafas de seguridad y mascaras.
Protección para los oídos: tapones y orejeras para los oídos.
Protección para las manos: guantes de goma y crema protectora.
Equipamiento de protección pulmonar: máscaras y mascarillas de protección
respiratoria.
Asegúrate de tener acceso a los manuales de taller sobre el vehículo con el
que estás trabajando.
Comprueba de que los fuelles o juntas de goma instaladas en los
componentes de la dirección están en buen estado, de forma que no permitan
la entrada de suciedad.
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1. Revisar las rótulas de la dirección
2. Revisar los terminales de resorte de la dirección.
73
3. Revisar el desgaste de las rótulas
74
4. Inspeccionar las protecciones de goma de las rótulas
5. Revisar el buje de brazo libre
75
6. Revisar la unidad de piñón y cremallera
76
7. Revisar un posible desgaste excesivo de la caja de dirección
8. Revisar las tuberías de la servodirección
77
INTERPRETACION DE DAÑOS EN EL REPORTE DE ALINEACIÓN
78
Paso 1: comprobar que la hoja de alineación presente los datos del vehículo
que se está alineando de igual manera revisar que se encuentre seleccionada
la parte delantera del vehículo.
Paso 2: Ubicar en la hoja de alineación cual es el ángulo caster, camber y
convergencia
Ángulo Caster se identifica por el dibujo que se encuentra visto de la parte
lateral.
En la imagen se observa a la izquierda el margen de tolerancia en la parte
central y en color verde, de lo cual, se exhibe un ángulo fuera de tolerancia (en
color rojo) dicho ángulo corresponde al neumático delantero izquierdo y en la
imagen de la derecha se observa que los ángulos se encuentran dentro de
tolerancia (en color verde) los cuales corresponden al neumático delantero
derecho.
Ángulo camber se identifica por el dibujo que se encuentra en la parte media
visto de la parte anterior del vehículo.
79
En la imagen se observa a la izquierda el margen de tolerancia en color
verde, lo que indica un ángulo dentro de tolerancia, dichos ángulo corresponde
al neumático delantero izquierdo y en la imagen de la derecha se observa que
los ángulos se encuentran dentro de tolerancia (en color verde) los cuales
corresponden al neumático delantero derecho, generalmente la corrección del
ángulo de genera mediante la tornillería colocada en la base inferior del
amortiguador ( va a depender del tipo de suspensión).
Ángulo convergencia o TOE se identifica por el dibujo ya que se presentan
las dos ruedas y es visto desde la parte superior del vehículo.
En la imagen se observa a la izquierda el margen de tolerancia en color
verde, lo que indica un ángulo dentro de tolerancia, dichos ángulo corresponde
al neumático delantero izquierdo y en la imagen de la derecha se observa que
los ángulos se encuentran dentro de tolerancia (en color verde) los cuales
corresponden al neumático delantero derecho generalmente la corrección del
80
ángulo de genera mediante la tornillería colocada en las terminales de dirección
(bieletas).
La mayor parte de las hojas de alineación muestran los datos máximos y
mínimos dentro de los cuales tiene que encontrarse para estar dentro de los
valores permitidos por cada fabricante, como por ejemplo, el ángulo de avance
“Caster” que pertenece a la rueda izquierda presenta un avance “Caster” en
color rojo y cuyo valor es de 3.0º y el máximo permitido es de 2.8º lo que
significa que esta rueda se encuentra más adelantada.