Sistema de direccion 1

Sistema de Dirección 1
Índice
Temas Página
Información General 3
Sistema de Dirección Hidraulica 5
Bomba de Aceite, Válvula de Control de Presión y Flujo 7
Válvula de Control Hidráulica 9
Principio de Funcionamiento 10
Rev:0 01.01.2007 2 Mundo Mecánica
Automotriz
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Servicio y Mantención 11
Automotriz

Información General
Para controlar la dirección de un automóvil, se necesita un volante de dirección, piñones, varillas y
otros componentes. Debido a la fricción entre los neumáticos delanteros y el piso, especialmente
al estacionar, se requiere esfuerzo para girar el volante de dirección. Para minimizar el esfuerzo
requerido, el volante esta conectado mediante un sistema de engranajes a los componentes que
dirigen los neumáticos delanteros. Los engranajes proveen al conductor una ventaja mecánica,
por que multiplican la fuerza aplicada, pero también aumentan la cantidad de giro que el conductor
debe dar al volante, con el fin de girar las ruedas una cantidad especifica. Para que el vehículo
gire suavemente, cada rueda debe seguir un círculo diferente. Mientras que la rueda interna
describe un círculo con un radio menor, efectivamente describe una curva mas cerrada que la
rueda exterior. Si se dibuja una línea perpendicular a cada rueda. Las líneas se intersectarán el
punto central de giro. La geometría del varillaje de la dirección hace que la rueda interior gire más
que la rueda exterior.
Se utilizan varios tipos de conjuntos de engranajes. El sistema de dirección de piñón y cremallera
es el más común. El conjunto de piñón y cremallera esta inserto en un tubo de metal, con cada
punta de la cremallera sobresaliendo del tubo. Una barra, llamada extremo de acople, esta
conecta con cada extremo de la cremallera. El piñón esta fijo al eje de la dirección. Cuando se gira
el volante de dirección, el piñón gira moviendo la cremallera. El extremo de acople en cada lado
de la cremallera conecta al brazo de dirección. El conjunto de piñón y cremallera convierte el
movimiento rotacional del volante de dirección en el movimiento lineal necesario para girar las
ruedas y provee un efecto de reducción a través de engranajes, haciendo más fácil dirigir las
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ruedas.
El sistema de dirección con recirculación de bolas contiene un tornillo sin fin. El engranaje consta
de dos partes. La primera parte es un bloque de metal con un agujero y con hilo en su interior.
Este bloque tiene dientes de piñón en el lado exterior, que engranan con un engranaje que mueve
el brazo Pitman. El volante de dirección se conecta con una barra con hilo, semejante a un perno,
que se introduce en el orificio del bloque. Cuando el volante de dirección gira, se produce el
movimiento del perno. En lugar de desplazarse en el bloque, como lo haría el perno regular, este
se mantiene fijo, de forma que cuando gira mueve el bloque, el que a su vez mueve el piñón que
direcciona las ruedas.
En lugar de engranar el perno directamente con los hilos del bloque, todos los hilos están llenos
de bolitas de cojinete que circulan a través del engranaje cuando este gira. Las bolitas
efectivamente cumplen dos propósitos: Primero, reducen la fricción y el desgaste del engranaje;
Segundo, reducen los residuos en el engranaje. La acumulación de residuos podría sentirse
cuando se acciona el volante de dirección; sin las bolitas en el engranaje de dirección, los dientes
podrían perder el contacto unos con otros por algún momento, haciendo que la dirección se sienta
floja. En muchos vehículos, toma tres o cuatro vueltas completas del volante de dirección para
hacer que las ruedas giren de tope a tope (desde el extremo izquierdo al extremo derecho). En
vehículos rápidos y pesados, la fuerza necesaria para girar las ruedas puede ser muy grande.
Muchos de esos vehículos utilizan un sistema hidráulico o eléctrico de dirección. Como una
cualidad de seguridad en muchos vehículos modernos, la columna en la que esta montado el
volante de dirección colapsará si el conductor es arrojado contra el volante en caso de colisión.
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Sistema de Dirección Hidráulica
El sistema de dirección asistida del tipo cremallera y piñón, consiste en una válvula de control y un
servo cilindro. Junto con la bomba de dirección asistida, el depósito del líquido de la dirección, las
mangueras de presión y retorno son los componentes principales del sistema. La dirección
asistida usa la presión hidráulica para reducir el esfuerzo de la dirección. Facilitando al conductor
la operación del volante de dirección. El esfuerzo de la dirección es generalmente de 20N a 39N.
En adición a esto, el sistema de dirección asistida ofrece gran estabilidad durante la conducción y
prevención de golpes desde las irregularidades de la superficie del camino, que de otra manera
serian transmitidas al volante de dirección. El líquido de la dirección hidráulica es bombeado
desde la bomba de dirección a la válvula de control, donde el líquido es dirigido al lado derecho o
izquierdo del servo cilindro, dependiendo de la dirección en que se gire el volante. Esta válvula de
control se conoce como la Válvula Hidráulica de Control. El líquido de dirección dentro del cilindro
actúa sobre el pistón de la cremallera (2), suministrando de esa manera asistencia a la cremallera
y al piñón de la dirección. Los componentes mecánicos del engranaje de dirección son lubricados
con una grasa de alta viscosidad y están sellados del circuito hidráulico y otras partes del sistema
mediante sellos y retenes de goma. Algunos sistemas incorporan consideraciones especiales para
reducir el esfuerzo durante la operación a baja velocidad e incrementar el esfuerzo de la dirección
durante la operación a alta velocidad. Estos sistemas se conocen como Sistema Electrónico de
Dirección Asistida (EPS).
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El cuerpo de la válvula hidráulica de control, que esta acoplado al cuerpo del engranaje de la
dirección, tiene cuatro conexiones para el flujo del líquido de la dirección: Suministro al servo
desde la bomba de dirección (A), retorno del líquido de dirección al depósito (B), al servo cilindro
cuando gira a la derecha o desde el servo cilindro cuando gira a la izquierda (C) y al servo cilindro
cuando gira a la izquierda o desde el servo cilindro cuando gira a la derecha (D). El cilindro es
parte del cuerpo del engranaje de la dirección. La cremallera (1) esta equipada con un pistón (2)
completamente sellado. Para el flujo del líquido de la dirección hidráulica hacia y desde la válvula
de control hay conexiones al servo cilindro, una a cada lado del pistón. Cuando se gira a la
derecha, el líquido de dirección es conducido a la sección del lado derecho del servo cilindro. El
pistón y la cremallera son forzados a la izquierda y el líquido de la dirección es descargado desde
la sección izquierda del servo cilindro. El sello de goma en el lado izquierdo se expande al mismo
tiempo que el del lado derecho se comprime. El movimiento de la cremallera es transmitido
mediante articulaciones de rotula interiores (3), pistas de la barra y, extremos y pistas de la barras
exteriores a los brazos de dirección del conjunto giratorio de la dirección. Ambos articulaciones de
rotulas interiores y los extremos de la dirección están lubricados de por vida y auto-ajustados, de
forma que no es necesario ni es posible la lubricación o ajustes posteriores.
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Bomba de Aceite, Válvula de Control de Presión y Flujo
Bomba de aceite
La potencia hidráulica para la dirección es suministrada por una bomba rotatoria de paletas. Esta
bomba es conducida por el motor del vehículo mediante una correa y una polea. El elemento de
bombeo esta compuesto por un rotor con un cierto número de ranuras y una paleta en cada
ranura, un anillo de bombeo y dos placas a cada extremo con orificios de entrada y salida del
líquido de dirección. Debido al perfil ovalado del anillo de bombeo, el volumen entre las paletas
aumenta y disminuye dos veces durante cada revolución del motor. Los orificios de entrada
conducen a las áreas en las que el volumen aumenta y los orificios de salida conducen a aquellas
en las que el volumen disminuye, produciendo de esa manera el efecto de bombeo. Aparte de ser
forzadas hacia afuera por la fuerza cientrífuga, las paletas también son presionadas contra el
anillo de la bomba mediante la presión del líquido. El líquido es dirigido a las ranuras dentro de las
paletas.
Válvula de Control de Presión y Flujo
El propósito de la válvula de control es regular el flujo desde la bomba de forma que este
permanezca constante, sin importar las rpm del motor o de la bomba. La válvula de control esta
situada en un costado de la bomba, directamente conectada al flujo de aceite (A). En el pasaje de
salida (B) de la bomba, se ubica una restricción desde la cual hay una conexión (1) que conduce
al otro extremo de la válvula y que contiene un resorte (2). Cuando no actúa, la válvula esta
presionada contra el lado de la salida. Cuando la presión es alta, una válvula de sobre flujo (3)
contenida en la válvula de control, es accionada por la presión del líquido de dirección, el que
vence la tensión del resorte de la válvula de control. Para que opere la válvula de control, una
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cierta cantidad de líquido de dirección debe circular continuamente entre (A) y (C), aunque esto no
ocurre cuando el volante de dirección esta a tope en un extremo.
Dirección y estacionamiento a baja velocidad del motor: La presión producida por la bomba es
levemente reducida sobre la restricción de la salida de la bomba. La presión reducida es
conducida al lado presionado por el resorte de la válvula de control, en este caso hay una
diferencia de presión menor entre ambos lados de la válvula. Esto se debe a la baja velocidad de
la bomba, sin embargo, esta diferencia de presión no es suficiente para accionar la válvula.
Dirección con alta velocidad del motor (bomba en el modo de control de flujo): El flujo del líquido
de la dirección aumenta con el incremento de las rpm del motor y debido a la restricción en la
salida de la bomba, la velocidad del flujo también aumenta. Esto reduce la presión en el pasaje de
conexión, resultando en una menor presión en el lado cargado con el resorte de la válvula, y con
ello menor presión que en el lado de salida de la válvula. La válvula por lo tanto sobrepasa la
presión del resorte, abriendo un orificio del lado de succión de la bomba y permitiendo la
recirculación de una cierta cantidad de fluido, de forma que el flujo desde la bomba se mantiene a
una relación constante, prescindiendo de las rpm del motor/bomba.
Volante de dirección girado hasta el tope: La velocidad de la bomba en este caso es normalmente
baja. Cuando el volante de dirección es girado hacia el tope. La válvula de control del engranaje
de dirección se cierra. El flujo del líquido desde la bomba será entonces 0. La alta presión
resultante es dirigida a través del pasaje de conexión al lado de la válvula de control presionada
por el resorte. La presión abre la válvula de sobre flujo y permite al fluido pasar al lado de entrada
de la bomba. La diferencia de presión sobre la válvula de control la fuerza a moverse contra el
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resorte y entonces abre el orificio para la recirculación total del flujo de suministrado desde la
bomba. La presión máxima se mantiene durante el tiempo en que la válvula de control permanece
cerrada.
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Válvula de Control Hidráulica
Válvula de Control Hidráulica
La válvula de control hidráulica esta compuesta por una válvula de carrete (1), un manguito (2),
una barra de torsión (3) y un piñón (4). El eje intermedio de la columna de la dirección esta
conectado a la válvula mediante una junta universal. La barra de torsión esta conectada al
extremo superior de la válvula mediante un pasador (5). El otro extremo de la barra de torsión esta
conectado a presión en el piñón. El manguito esta conectado al piñón por un pasador (6) y sigue
exactamente la rotación del piñón. Existe también una conexión a prueba de fallas entre la válvula
de carrete y el piñón, necesaria para mantener la capacidad de dirección en caso de rotura de la
barra de torsión. El manguito tiene tres ranuras radiales (7), el líquido de la dirección es bombeado
a la ranura central. Cuando el volante de dirección esta en posición recta. La válvula de control
esta abierta y el líquido fluye a través de la válvula y vuelve al depósito de la dirección mediante
una cámara en el manguito. El extremo superior del piñón esta montado en un cojinete de agujas
mientras que el extremo inferior esta montado en un cojinete de bolas. Un vástago accionado por
un resorte presiona la cremallera contra el piñón. Cuando el volante de dirección gira, el
movimiento es transferido mediante la barra de torsión al piñón. Como la barra de torsión es de
alguna manera elástica, habra una diferencia entre el grado de rotación de la válvula de carrete
(que sigue la rotación del eje intermedio) y el manguito que esta fijo al piñón. Como resultado, el
líquido no puede fluir a través de la válvula de control hacia el depósito del líquido de la dirección
directamente. En su lugar se abren conductos de suministro y retorno al servo cilindro.
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Principio de Funcionammiento
En posición recta hacia delante, el líquido presurizado es suministrado a través del puerto “a” y al
lado derecho (puerto “b”) y a la izquierda (puerto “c”) del servo cilindro. La presión es igual en
ambos lados del servo cilindro, y el líquido es drenado a través del puerto “d”, el que retorna hacia
el depósito de reserva. Cuando gira a la izquierda, el líquido de dirección es bombeado al lado
izquierdo del servo cilindro a través de la ranura radial superior (puerto “b”) del manguito. Al mismo
tiempo, el lado izquierdo del servo cilindro se vacía a través de la ranura radial inferior (puerto “c”)
del manguito. El líquido de dirección es conducido a través de la válvula a la cámara superior de la
válvula de carrete y retorna al depósito de reserva de la dirección. Cuando se gira a la izquierda,
el proceso se invierte. Durante el tiempo en que la barra de torsión esta accionada, el líquido de
dirección presiona sobre la cremallera de manera que se consigue el efecto de servo. La
diferencia entre la válvula de carrete y el manguito se reduce cuando el líquido de dirección
acciona la cremallera en la misma dirección que el piñón. Cuando ya no hay diferencia, la válvula
abre el pasaje de retorno al depósito de reserva del líquido de la dirección. Algo del líquido de
dirección circula continuamente en la válvula excepto cuando el volante de dirección es girado
hasta la posición extrema. Esto hace posible que la válvula de control en la bomba de dirección
funcione, mientras que la circulación enfría el líquido de la dirección.
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Servicio y Mantención
Revisión de juego libre del volante de dirección:
Arrancar el motor con el volante de dirección en posición centrada. Medir el juego mientras se gira
el volante hacia la derecha e izquierda. Las especificaciones están dadas en el Manual de
Servicio. Si el juego excede el valor normal, debe revisarse la conexión entre el eje de dirección y
los terminales.
Revisión del retorno del volante de dirección:
La fuerza necesaria para girar el volante y el retorno del volante debe ser la misma para giros
moderados y cerrados. Cuando el volante de dirección se gira en 90° y se mantiene fijo en esa
posición por un par de segundos mientras el vehículo es conducido entre 20~30 km/hr (12~19
mph), el volante de dirección debe volver al menos 20° desde esa posición cuando es liberado. Si
el volante se gira en forma muy rápida, la dirección puede tornarse difícil por un momento. Este
no corresponde a un mal funcionamiento debido a que la potencia de la bomba disminuye
momentáneamente.
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Revisión del nivel del líquido de la dirección hidráulica:
Posicionar el vehículo en una superficie plana y nivelada y arrancar el motor. Con el vehículo
estacionado, girar el volante de dirección en forma contínua varias veces para que el líquido eleve
su temperatura de 50~60°C. Con el motor en ralentí, girar el volante completamente en sentido del
reloj y en sentido contrario varias veces. Asegurarse que el líquido en el depósito de reserva no
tenga espuma ni este turbio. Detener el motor y comprobar si hay alguna diferencia en el nivel del
líquido entre la condición de motor detenido y funcionando. Si el nivel del líquido varia 5mm (0.2
pulgadas) o más, purgar el sistema. Si el nivel del líquido aumenta repentinamente después de
detener el motor, se necesita una purga exhaustiva. Una purga incompleta producirá un ruido en la
bomba y ruido en la válvula de control de flujo, y conducirá a un desgaste prematuro.
Reemplazo del líquido de la dirección:
Levantar las ruedas delanteras y soportarlas con un gato. Desconectar la manguera de retorno
desde el depósito de reserva y poner un tapón en el depósito. Conectar una manguera de vinilo a
la manguera de retorno y drenar el líquido en un contenedor. Retirar el fusible de la bomba de
combustible, arrancar el motor y esperar hasta que el motor se detenga. Luego mientras se opera
el arranque del motor intermitentemente, girar el volante de dirección completamente a la derecha
y a la izquierda varias veces para drenar el fluido. Conectar las mangueras de retorno y luego
llenar el depósito de reserva con el líquido especificado.
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Purga del aire:
Retirar el fusible de la bomba de combustible, luego arrancar el motor y esperar hasta que el
motor se detenga. Luego, mientras se opera el arranque del motor intermitentemente (por 15~20
segundos), girar el volante de dirección completamente a la izquierda y a la derecha cinco o seis
veces. Durante la purga del aire, rellenar el fluido de manera que el nivel nunca baje más allá de
la posición inferior del filtro. Si la purga de aire se efectúa mientras el motor funciona en ralentí,
existe el riesgo que el aire provoque espuma en el fluido. Asegurarse de efectuar la purga
solamente mientras se gira el motor. Reinstalar el fusible de la bomba de combustible, y arrancar
el motor (mantener en ralentí). Girar el volante de dirección a la izquierda y derecha hasta que ya
no haya burbujas en el depósito de reservas del fluido. No mantener el volante girado a tope en
cualquier lado por más de 10 segundos. Verificar que el fluido no esta lechoso y que el nivel este
en la posición especificada en el indicador de nivel. Verificar que haya un pequeño cambio en el
nivel de la superficie del líquido cuando se gira el volante a la derecha y a la izquierda. Si la
superficie del líquido cambia considerablemente, debe repetirse la operación de purga de aire. Si
el nivel del fluido se eleva repentinamente cuando se detiene el motor esto indica que todavía hay
aire en el sistema. Si hay aire en el sistema se oirá un ruido metálico en la bomba y la válvula de
control puede producir ruidos inusuales. El aire en el sistema acortará la vida útil de la bomba y
otros componentes.
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