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TECNOLOGIA AUTOMOTRIZ– INGENIERÍA MECÁNICA ME Y M

Dirección Mecánica y Servodirecciones

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA, MECANICA ELECTRICA Y MECATRONICA

ASIGNATURA: “Tecnología Automotriz I”

TRABAJO: Investigación de Dirección Mecánica y Servodirecciones

PRESENTADO POR: Piero Manuel Villantoy Mallma Christiam Henry Gonzales Salas

DOCENTE: Ing°

SECCION: C

FECHA: Jueves, 18 de Abril del 2013

AREQUIPA – PERU ABRIL 2013

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Dirección Mecánica y Servodirecciones

INDICE 1. SISTEMA DE DIRECCION INTRODUCCION 2. COMPOSICION DEL SISTEMA DE DIRECCION 2.2 Clasificación de las rótulas para suspensión 2.2 Características principales de las rótula 3. TIPOS DE SISTEMA DE DIRECCION 3.1 DIRECCION MECANICA 3.1.1 ENGRANAJE DE DIRECCIÓN DE PIÑÓN – CREMALLERA 3.1.2 ENGRANAJE DE DIRECCIÓN DE BOLA RECIRCULANTE 3.1.3 MECANISMO DE DIRECCIÓN DE MOVIMIENTO GIRATORIO 3.1.4 PARTES DE MECANISMOS DE DIRECCIÓN 3.1.5 CONFIGURACION DEL SISTEMA DE DIRECCION 3.2 SERVODIRECCIONES 3.2.1 SISTEMA DE DIRECCIÓN HIDRÁULICA 3.2.2 SISTEMA DE DIRECCIÓN ELECTRO – HIDRÁULICA 3.2.3 DIRECCION ELECTRICA DE ASISTENCIA VARIABLE 4. BIBLIOGRAFIA

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1.

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SISTEMA DE DIRECCION INTRODUCCION

La dirección es el conjunto de mecanismos, mediante los cuales pueden orientarse las ruedas directrices de un vehículo a voluntad del conductor. Es el sistema que permite al conductor de un vehículo dirigirlo sobre la ruta con suficiente exactitud, de acuerdo con la dirección elegida, tanto para seguir cursos curvos, como para evitar a otros vehículos, peatones y objetos estacionarios. Antes que nada tenemos que definir lo que es el sistema de dirección, el mecanismo de dirección en un vehículo se compone de una serie de varillas y engranajes que transfieren el movimiento rotatorio del volante en movimiento lineal de las barras de acoplamiento conectadas a los pivotes de dirección en la mangueta de la rueda. La mangueta de dirección pivotea en las rótulas, en un pasador maestro con bujes o en un cojinete superior axial y rótula. Estos puntos de pivote forman lo que se conoce con el nombre de eje de la dirección, que está inclinado con relación a la vertical

En dirección ha de reunir una serie de cualidades que le permitan ser capaz de ofrecer:



Seguridad activa



Seguridad pasiva



Comodidad



Suavidad



Precisión



Facilidad de manejo



Estabilidad

2. COMPOSICION DEL SISTEMA DE DIRECCION

Fig. 1

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Fig. 2 

Rótulas



Volante



Columna de dirección



Brazo auxiliar de dirección



Eje brazo superior (trapecio)



Barra central de dirección



Brazo pitman



Eje brazo inferior ( trapecio)



Conjunta de barra lateral



Extremo interior de barra de acoplamiento



Extremó exterior de barra de acoplamiento



Cajas de dirección



Mecanismo de dirección o varillaje de dirección, tipo paralelogramo



Tubo de regulación



Engranaje de dirección



Biela de dirección



Servo



Columna de Dirección

La columna de dirección consiste en el eje principal, que transmite a la rotación del volante de dirección, al engranaje de dirección y un tubo de columna, que monta al eje principal en la carrocería. El tubo columna incluye un mecanismo por el cual se contrae absorbiendo el impacto de la colisión con el conductor, en el caso de una caja de dirección. Fig. 3.

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Fig. 3 

La Rótula

Rótula de suspensión: es una junta esférica que permite el movimiento vertical y de rotación de las ruedas directrices de la suspensión delantera. Está compuesta básicamente por casquillos de fricción y de perno encerrados en una carcasa. Fig. 4.

Fig. 4



Brazo de suspensión o de control:

Es el elemento que acopla al resto de los componentes de la suspensión a la carrocería o al chasis del vehículo mediante una junta esférica (rótula o Terminal).



Rótula de carga:

Rótula que soporta la fuerza ejercida por el resorte de suspensión o cualquier otro elemento elástico utilizado para sostener el peso de un vehículo. En una suspensión independiente, es el dispositivo que esté montado en el brazo de suspensión que proporcione la reacción al elemento elástico. La rótula elástica puede trabajar a tensión o compresión según el diseño del sistema de suspensión del vehículo.

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

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Rótula de fricción o seguidora:

Rótula del sistema de suspensión que no soporta cargas verticales, pero ayuda a resistir las cargas horizontales. Siempre está montada en el brazo de suspensión que no reacciona contra el elemento elástico que sostiene al vehículo. En la mayoría de los casos, la rótula de fricción está precargada con un elemento plástico que la capacita para amortiguar la vibración, cargas de choque y facilita la acción giroscópica de la rueda del vehículo.

Fig.5 2.1

Clasificación de las rótulas para suspensión

Fig. 6 2.2

Características Principales de las rótulas Angularidad: Es el desplazamiento total del perno dentro del alojamiento de la rótula en un plano que pasa a través del eje de la rótula. Par de rotación: Es el par necesario para hacer girar el perno sobre su propio eje. Par de abatimiento: Es el par necesario para desplazar el perno durante toda su angularidad. Carga de extracción: Es la fuerza en extracción necesaria para extraer el perno del alojamiento de la carcasa

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

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Engranaje de Dirección

El engranaje de dirección no solamente convierte la rotación del volante de dirección a los movimientos los cuales cambian la dirección de rodamiento de los neumáticos. Este también reduce la velocidad del giro del volante de dirección a fin de aligerar la fuerza de operación de la dirección, incrementando la fuerza de operación y transmitiendola a las ruedas delanteras. Fig. 7.

Fig. 7 3. TIPOS DE SISTEMA DE DIRECCION    

Mecánicos -cremallera Hidráulicos Hidráulico-electrónicos Eléctricos

3.1 DIRECCION MECANICA 3.1.1 ENGRANAJE DE DIRECCIÓN DE PIÑÓN – CREMALLERA Las rotaciones de un engranaje (piñón) en el extremo del eje principal enganchan con los dientes que son apoyados en una barra redonda (cremallera) cambiando este giro a un movimiento de izquierda o derecha. Fig.8, 9 y 10. La dirección de cremallera, coma su nombre indica, está formada por una cremallera dentada sobre la que se engrana un piñón que le transmite el movimiento del volante a través da columna de dirección, transformando ese movimiento rotatorio en movimiento de vaivén.

Fig. 8

Fig. 9

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Fig. 10

3.1.2 ENGRANAJE DE DIRECCIÓN DE BOLA RECIRCULANTE

El espacio entre el engranaje sin fin en el extremo delantero del eje principal y el engranaje de sector que engancha con este, tiene bolas encajadas que reducen la fricción. La fuerza de giro del volante de dirección es transmitida a las ruedas vía estas bolas. La articulación de dirección transmite la fuerza desde el engranaje articulado de dirección a las ruedas delanteras. Esto consiste de una barra combinada con brazos. Fig. 11.

Fig. 11

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3.1.3

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MECANISMO DE DIRECCIÓN DE MOVIMIENTO GIRATORIO.

Se clasifican en:      

Mecanismo de dirección de tornillo y elementos deslizantes. Mecanismo de dirección por bolas circulantes Mecanismo de dirección por tornillo sin fin Mecanismo de dirección por tornillo sin fin y rodillo Mecanismo de dirección por tornillo sin fin y cremallera Mecanismo de dirección por tornillo sin fin y dedo de rodamiento.

3.1.4

PARTES DE MECANISMOS DE DIRECCIÓN



Volante: Permite al conductor orientar las ruedas.



Columna de dirección: Transmite el movimiento del volante a la caja de engranajes.



Caja de engranajes: Sistema de desmultiplicación que minimiza el esfuerzo del conductor.



Brazo de mando: Situado a la salida de la caja de engranajes, manda el movimiento de ésta a los restantes elementos de la dirección.



Biela de dirección: Transmite el movimiento a la palanca de ataque.



Palanca de ataque: Está unida solidariamente con el brazo de acoplamiento.



Brazo de acoplamiento: Recibe el movimiento de la palanca de ataque y lo transmite a la barra de acoplamiento y a las manguetas.



Barra de acoplamiento: Hace posible que las ruedas giren al mismo tiempo.



Pivotes: Están unidos al eje delantero y hace que al girar sobre su eje, ingresa a las manguetas hacia el lugar deseado.



Manguetas: Sujetan la rueda.



Eje delantero: Sustenta parte de los elementos de dirección.



Rótulas: Sirven para unir varios elementos de la dirección y hacen posible que, aunque estén unidos, se muevan en el sentido conveniente.



Brazo de Pitman y del Brazo Auxiliar. Siempre que un vehículo es conducido por las calles de la ciudad o por los accidentados caminos de terracería, el excesivo movimiento en el sistema de dirección y de suspensión pueden causar un inesperado movimiento de los componentes de la dirección esto traerá un mal manejo del vehículo así como el desgaste prematuro de las llantas

3.1.5

CONFIGURACION DEL SISTEMA DE DIRECCION

Los sistemas más conocidos son: a) POR TORNILLO SIN FIN. En cuyo caso la columna de dirección acaba roscada. Si ésta gira al ser accionada por el volante, mueve un engranaje que arrastra al brazo de mando y a todo el sistema Fig. 11.

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Fig. 11

b) POR TORNILLO Y PALANCA. En el que la columna también acaba roscada, y por la parte roscada va a moverse un pivote o palanca al que está unido el brazo de mando accionando así todo el sistema Fig. 12.

Fig. 12

c)

POR CREMALLERA.

En este sistema, la columna acaba en un piñón. Al girar por ser accionado el volante, hace correr una cremallera dentada unida a la barra de acoplamiento, la cual pone en movimiento todo el sistema Fig. 13.

Fig. 13

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3.2 SERVODIRECCIONES La necesidad de conseguir un mayor esfuerzo para realizar el giro de las ruedas delanteras se hace notar especialmente en diferentes situaciones: 

Velocidad reducida



Baja presión de inflado



Ruedas con gran superficie contacto con el suelo



Curvas cerradas

La SERVODIRECCIÓN conocido también como dirección asistida consiste en acoplar a un mecanismo de dirección simple, un circuito de asistencia llamado servo-mando. Este circuito puede ser accionado por el vacío de la admisión o por el proporcionado por una bomba de vacío, la fuerza hidráulica proporcionada por una bomba hidráulica, el aire comprimido proporcionado por un compresor que también sirve para accionar los frenos y también últimamente asistido por un motor eléctrico (dirección eléctrica). Aun asi los sistemas de dirección asistida se clasifican en:   

Hidráulica Electrohidráulica Eléctrica

Estos sistemas reducen el esfuerzo en el volante, la dirección es más directa, son de fácil aplicación y en el caso del reventón de un neumático corrigen instantáneamente la dirección, en contra está el factor que es más caro que la dirección mecánica. El más usado actualmente es el mando hidráulico, aunque los sistemas de dirección con asistencia eléctrica cada vez es más usado. 3.2.1 SISTEMA DE DIRECCIÓN HIDRÁULICA. Este sistema consiste en un circuito por el que circula aceite impulsado por una bomba. Al accionar el volante, la columna de dirección mueve, solamente, un distribuidor, que por la acción de la bomba, envía el aceite a un cilindro que está fijo al bastidor, dentro del cual un pistón se mueve en un sentido o en otro, dependiendo del lado hacia el que se gire el volante. En su movimiento, el pistón arrastra el brazo de acoplamiento, con lo que acciona todo el sistema mecánico Fig. 14.

Fig. 14

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Para un mejor detalle se describe que el circuito hidráulico está constituido por una bomba de presión accionada por el motor del vehículo y cuya misión es enviar aceite de presión al dispositivo de mando o mecanismo integral de la servo dirección. El aceite es aspirado de un depósito que lleva incorporado un filtro para la depuración del aceite. La conducción del aceite a presión entre los tres elementos se realiza a través de tuberías flexibles de alta presión o latiguillos de dirección. El émbolo del dispositivo hidráulico, alojado en el interior del mecanismo de la dirección, actúa al mismo tiempo como amortiguador de las oscilaciones que se pudieran transmitir desde las ruedas a la dirección. Por ejemplo, en caso de reventón de una de las ruedas, la válvula de distribución reacciona automáticamente en sentido inverso al provocado por el reventón, esto permite el control del vehículo con solo sujetar el volante, hasta lograr detenerlo. Existe además un dispositivo hidráulico de reacción de esfuerzos sobre el volante, proporcional al esfuerzo realizado por la dirección, que permite al conductor conocer las reacciones del vehículo en todo momento, haciendo la dirección sensible al mando.

Fig. 15

3.2.2 SISTEMA DE DIRECCIÓN ELECTRO - HIDRÁULICA. La dirección electro-hidráulica o EHPS (Electro-Hydraulic Powered Steering) es una evolución de la dirección hidráulica. En vez de utilizar una bomba hidráulica conectada al motor utiliza un motor eléctrico para mover la bomba hidráulica. Su principal ventaja es que al no estar conectada al motor del vehículo evita los problemas mecánicos asociados a una transmisión por correa. Además reduce el consumo de combustible. En este caso la bomba hidráulica sólo funciona cuando y al ritmo que se necesita para operar la dirección. La alimentación del motor que mueve la bomba se hace a través de la batería. Estas ventajas frente a las hidráulicas ha hecho que las direcciones electro-hidráulicas hayan ido sustiyendo a las hidráulicas progresivamente. El funcionamiento de una dirección electro-hidráulica es similar al de una hidráulica.

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3.2.3 DIRECCION ELECTRICA DE ASISTENCIA VARIABLE. Las direcciones eléctricas o EPS (Electrical Powered Steering) son el tipo más reciente de dirección asistida. Su nombre se debe a que utilizan un motor eléctrico para generar la asistencia en la dirección. Su ventaja frente a las hidráulicas y electro-hidráulicas es que, al no utilizar energía hidráulica son más ligeras y simples al eliminar la instalación y bomba hidráulica. En este tipo de dirección se suprime todo el circuito hidráulico. Todo se constituye por un motor eléctrico que acciona una reductora (corona + tornillo sin fin) que a su vez mueve la cremallera de la dirección. La centralita controla el motor eléctrico y recibe información del estado de la dirección a través de los sensores de la posición del motor eléctrico y del captador +óptico de par/volante, mide la desviación que hay en la barra de torsión entre su parte superior y su parte inferior, y compara el esfuerzo que hace el conductor en mover el volante y la asistencia que proporciona el motor eléctrico. Con esta información más la que recibe a través de la red multiplexada (CANbus), genera una señal en forma de corriente eléctrica que gobierna el motor eléctrico. Tiene captador de par y ángulo del volante que utiliza dos discos. Unos rayos de luz atraviesan las ventanas practicadas en los discos, esto sirve para saber cuánto se ha girado el volante. Principio de funcionamiento Un motor eléctrico produce un par de asistencia en función del esfuerzo ejercido sobre el volante por el conductor. Este par de asistencia es aplicado a las ruedas por intermedio de la cremallera y es modificado permanentemente por las leyes de control, para reducir el esfuerzo de giro del conductor. Las leyes de control de una dirección asistida eléctrica comportan, además de la asistencia principal, un retorno activo del volante, una compensación de la carga que pesa sobre la columna de dirección, denominada también compensación de inercia y una amortiguación comparable a la de una dirección con asistencia hidráulica. Asistencia principal Para calcular el par que el motor eléctrico debe proporcionar, la unidad electrónica de la dirección asistida tiene en cuenta el par ejercido sobre el volante y la velocidad del vehículo, estando estas dos magnitudes físicas medidas respectivamente por el captador de par de giro y el captador de velocidad. Para alimentar el motor eléctrico, el mando de potencia del calculador electrónico produce una corriente eléctrica de asistencia que corresponde al par calculado. De la misma manera, la dirección puede estar muy asistida a baja velocidad para facilitar las maniobras, y netamente más dura a alta velocidad para mantener la trayectoria. Retorno activo Cuando el conductor suelta el volante a la salida de una curva, la dirección asistida eléctrica ejerce un par de retorno, que alinea las ruedas más rápidamente. Este par de retorno, denominado también retorno activo, depende evidentemente del ángulo de giro de las ruedas y de la velocidad del vehículo. El calculador determina el par de retorno (o corriente de retorno) en función del ángulo de giro para una velocidad dada, a menos que se graben un conjunto de valores en su memoria.

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Compensación de inercia A causa de la masa que el motor eléctrico añade a la dirección, ésta es menos ligera. Para compensar la falta de reacción, hace falta girar el volante más rápido suministrando antes corriente eléctrica al motor: es la compensación de inercia. Cuando el conductor gira rápidamente el volante (de 0 a 20 grados) para evitar un obstáculo, la compensación de inercia interviene en función de la velocidad del vehículo y de la velocidad de rotación del motor eléctrico. En la figura inferior se puede ver el esquema eléctrico donde se aprecia la centralita o módulo electrónico, que controla el motor eléctrico y que recibe información del estado de la dirección a través de los sensores de la posición del motor eléctrico y del captador óptico de par/volante que mide la desviación que hay en la barra de torsión entre su parte superior y su parte inferior, este valor compara el esfuerzo que hace el conductor en mover el volante y la asistencia que proporciona el motor eléctrico. La centralita con esta información más la que recibe a través de la red multiplexada (CANbus) y teniendo en cuenta un campo característico que tiene en memoria, genera una señal en forma de corriente eléctrica que es la que gobierna el motor eléctrico.

Fig. 16 Ventajas Principales

 Se eliminan los componentes hidráulicos. 

No es necesario la utilización del líquido hidráulico.



Componentes ocupan menos espacios dentro del automóvil.



Reducción de Ruidos.



Ahorro de energía. La dirección hidráulica para que funcione requiere un caudal volumétrico permanente, la dirección asistida electromecánica solamente consume energía cuando realmente se mueve la dirección. Y se reduce también el consumo de combustible (aprox. 0,2 L cada 100 km).



Se elimina el complejo entubado flexible y cableado.

Desventajas 

Tiene el inconveniente de estar limitado en su aplicación a ciertos vehículos ya que dependiendo del peso del vehículo y del tamaño de las ruedas, este sistema no es válido.

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Existen diferentes equipos de dirección EPS (Electrical Powered Steering ) con diferentes configuraciones y montajes. Por lo general estos equipos trabajan interconectados con la red multiplexada. A continuación podemos ver en la gráfica el esquema de un EPS utilizado en Toyota.

Fig. 17 4. BIBLIOGRAFIA 

MIGUEL DE CASTRO, Sistemas de Dirección Mecánicas Asistidas y Especiales. 2da. ed. Barcelona: GRUPO EDITORIAL CEAC, 2000



HEITNER JOSEPH, Mecánica Automotriz: Principios Y Prácticas 2da. ed. México: Diana, 1982.



ESCUELA DE CAPACITACION TECNICA DEL ESTADO DE GUANAJUATO, presentación powerpoint DIRECCION ASISTIDA ELECTRICAMENTE Y ESP

LINKOGRAFIA 

Wikipedia la enciclopedia libre http://es.wikipedia.org/wiki/Direcci%C3%B3n_asistida 2013-16-04



Dirección Mecánica http://www.buenastareas.com/ensayos/Direccion-mecanica/3628468.html Marzo 2012



Sistemas de suspensión dirección y frenos http://www.monografias.com/trabajos95/sistema-suspension-direccion-y-frenos/sistemasuspension-direccion-y-frenos2.shtml Abril 2013