Unidad # I: embragues de las maquinas automotrices introduccióN



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PARTES DE LA DIRECCION MECANICA

Timón o volante, eje de dirección, cruces cardanicas, mecanismo de dirección, brazo de control o brazo pitman, brazo de seguimiento, articulaciones de la dirección, cojinetes, palanca intermedia, barra de dirección, sellos, ruedas directrices.


TIPOS DE ARTICULACIONES DE LA DIRECCIÓN DE LAS MAQUINAS AUTOMOTRICES

Los tipos de articulaciones de la dirección más populares son:


Articulación de paralelogramo (más antiguo)

Articulación de piñón de dirección y cremallera (usado en la mayoría de los vehículos nuevos).


ARTICULACION DE PARALELOGRAMO.

Usa dos varillas de articulación, un acoplamiento central o de arrastre. El brazo pitman del engrane de la dirección y el brazo inactivador se conectan sobre los lados opuestos del vehículo. Estos brazos fijan la articulación central a la estructura de los vehículos para que no se vea afectada por los movimientos de la suspensión. Su movimiento hacia los lados está controlado por el brazo pitman y por el brazo inactivador. Las varillas se conectan desde el brazo de la dirección y la articulación central. Tiene un extremo interno y uno externo en la varilla de articulación. Una manga de la varilla de articulación conecta a los extremos y se usa para ajustar la longitud de la varilla de articulación.

Los tornillos de bola del extremo de la varilla de articulación permiten. Un movimiento vertical de la rueda mientras se maneja el vehículo. Las articulaciones en paralelogramo pueden colocarse por detrás o por delante de la suspensión frontal.
ARTICULACION DE PIÑÓN Y CREMALLERA.

Es una modificación de la articulación en paralelogramo. El comportamiento del engrane de cremallera y piñón se monta la estructura del vehículo para que no se mueva. La cremallera dentro del compartimiento se mueve longitudinalmente, igual que el vínculo central de la articulación en paralelogramo. Una varilla de articulación es mantenida por una conexión del tipo de bola sobre cada extremo de la cremallera. En este caso se denomina engrane de piñón y de cremallera de extremo de separación. La articulación está cubierta con un sello, tipo fuelles para evitar la contaminación. Los extremos exteriores de las varillas de articulación se ajustan hacia los extremos de ésta en los brazos de la dirección.


TIPOS DE ENGRANES DE LA DIRECCIÓN DE LAS MAQUINAS AUTOMOTRICES

Los engranes usados en las maquinas automotrices son los siguientes:

Tornillo sin fin y sector de engrane rector (pitman).

Cremallera y piñón.

Tornillo sinfín y rodillo.

Leva y palanca.

Sector dentado y bolas recirculantes.
A continuación se detallan cada uno de los tipos de engranes usados en la dirección de las maquinas automotrices.

ENGRANE DE LA DIRECCIÓN DE BOLAS RECIRCULANTES

En este caso una tuerca esférica con dientes exteriores se coloca sobre el eje del tornillo sin fin. Las roscas entre la tuerca esférica y el tornillo sin fin se hacen como ranuras, las cuales tomarán las bolas de los cojinetes. Cojinetes de ajuste selectivo, muy cercanos al mismo tamaño, se colocan entre la tuerca esférica y el tornillo sin fin. Esto hace que la acción de girado ruede tan libremente como un cojinete de bola. La ranura de las bolas puede cortarse en direcciones de rosca ya sea hacia la izquierda o hacia la directa. Las bolas se alimentan hacia dos cursos separados.

Estos cursos se hacen sobre un ángulo para que las bolas se muevan longitudinalmente a medida que gira el tornillo sin fin. Las bolas van hacia una corredera a medida que salen del extremo de cada ranura. La corredera las dirige a lo largo de la parte exterior de la tuerca esférica y de nuevo hacia la entrada. Este tipo de engrane de la dirección se llama “recirculación del tipo de bola”.

Los dientes del engrane de la tuerca esférica se acoplan con los dientes sobre el sector. El sector es parte de un eje transversal, eje sectorial o eje pitman. Todo el montaje se encierra en un compartimiento atornillado ala estructura del chasis del vehículo. Un brazo pitman conecta al eje pitman o eje transversal a la articulación de la dirección.

Cada extremo del tornillo sin fin está soportado sobre cojinetes de bola. Se usa ajuste de ligadura del cojinete del tornillo sin fin para precargar los soportes a efecto de mantener la oruga de modo seguro dentro de su posición.
ENGRANE DE DIRECCIÓN DE CREMALLERA Y PIÑÓN

Se usa en vehículo de peso ligero su diseño es sencillo ligero y receptivo. Requiere de muy poco espacio y usa pocas partes de articulación. Hay menos puntos de fricción para amortiguar la retroalimentación de la dirección, con lo que el conductor tiene mayor percepción. La retroalimentación de los golpes de la carretera y el esfuerzo de manejo son más grandes en comparación con los engranes de bola recirculantes. Estos engranes se afectan más por los golpes en el manejo que lo engranes de bola recirculante.

El engrane de cremallera y piñón tiene su lugar en la articulación del centro. El compartimiento del engrane se ajusta al miembro de la estructura frontal o carrocería a través de aislantes de tipo hule. Los extremos de la cremallera, sobre una cubierta de hule, se ajustan a las varillas de articulación de extremos de separación con extremos de tipo de bola.

Un piñón controlado por el volante de la dirección, tiene dientes que se acoplan con los dientes de la cremallera. Un cojinete de cremallera o yugo pone una precarga sobre la cremallera directamente a lo largo del piñón.

Algunos engranes de la dirección de cremallera y piñón tienen las varillas de articulación conectadas al centro de la cremallera en lugar de los extremos. Este diseño se denomina cremallera de separación central.

Tienen una cubierta de gran tamaño que cubre la parte central del compartimiento de cremallera y piñón.




ENGRANE DE DIRECCIÓN DE POTENCIA HIDRAULICA

Consiste en un engrane de dirección manual asistido por potencia hidráulica.

El chofer suministra parte del esfuerzo de la conducción.
La unidad de potencia proporcional el resto del esfuerzo. Un menor esfuerzo de manejo por parte del conductor permite que la razón de engranajes de la dirección de potencia sea aproximadamente dos tercios de la razón de engranaje de la dirección manual.

La dirección de potencia, proporciona una respuesta de manejo mucho más rápida que la dirección manual.


La dirección de potencia típica tiene los siguientes componentes: Timón o volante, eje de dirección, cruces cardanicas, bomba, correas, polea, válvula de control, mecanismo de dirección, brazo de control o brazo pitman, brazo de seguimiento, fluido hidráulico de la dirección, tanque con su nivel, articulaciones del a dirección, émbolos de presion y ruedas directrices.
Los mismos tipos de engranes que se usan en la dirección manual se usan también en la dirección de potencia (engranaje tipo bola de recirculación, y engranaje tipo piñón y cremallera).
La bomba es generalmente impulsada por una correa. En algunos motores la bomba está montada alrededor del frente del eje del cigüeñal del motor. Las superficies de presión en la mayoría de los sistemas de dirección de potencia se localizan en el interior del compartimiento del engrane de la dirección. A este tipo de engrane se le llama “tipo integral”.
En algunos casos las superficies de presión se ubican en un cilindro de potencia separado y conectado entre las articulaciones de la dirección y la estructura del vehículo. Estos se denominan engranes de dirección “tipo de articulación o de eslabonamiento”.

El engrane de dirección de potencia tipo cremallera y piñón es el más común.




VALVULA DE CONTROL

Estas se construyen en la parte interior de los engranes de dirección de hidráulica de tipo integral. La dirección de potencia de tipo articulado puede tener la válvula de control construida en el extremo del cilindro de potencia ó puede estar en una unidad separada. La válvula de control en el engrane de dirección de potencia hidráulica de tipo cremallera y piñón se construye dentro del compartimiento de piñón.

Siempre que el motor esté en operación, el fluido se desplaza desde la bomba a través de la válvula de control hacia las superficies de presión y posteriormente regresa al tanque de reserva. La misma presión de fluido está sobre ambas superficies de presión; cuando la rueda del volante no está siendo girada. La válvula de control está centrada para permitir que el fluido se desplace libremente atraves del centro abierto de la válvula. La válvula de control está balanceada entre la fuerza mecánica de entrada proveniente de la rueda del volante y la fuerza hidromecánica de la articulación de la dirección de potencia y de las llantas sobre el camino resistente al movimiento.

Cuando la rueda de la dirección gira a la izquierda su fuerza mecánica mueve la válvula de control hacia la articulación. En esta posición, la válvula de control cierra la salida de presión que va hacia una de las superficies de presión, permitiendo que el fluido de aquí regrese al tanque de reserva. Esto reduce la presión sobre las superficies de giro derecha. El mismo movimiento abre el conducto que va a las otras superficies de presión cilindro de giro izquierdo para que la presión se acumule sobre las superficies de presión de este lado. La presión del fluido ayuda a la fuerza del volante para que se mueva contra la resistencia de la articulación de la dirección. Durante el movimiento de la rueda de dirección, la fuerza mecánica siempre mueve primero la válvula de control. La fuerza de asistencia hidráulica siempre esta tratando de acoplarse con la posición de la válvula de control ayudando a mover la articulación de la dirección. Cuando la rueda del volante alcanza la posición deseada se mantiene uniformemente esto permite que la articulación se a acople entonces la válvula de control se centrará y estos finaliza la asistencias de potencia hidráulica.

La válvula de control tiene un dispositivo de centrado. Cuando la rueda de la dirección no está girando, el dispositivo de centrado mueve la válvula para equilibrar presiones sobre ambas superficies de presión. Esto mantendrá en su lugar la articulación de la dirección.

Si las llantas frontales golpean algún objeto que trate de flexionarlas (un tope), la articulación mueve la válvula de control para oponerse a la fuerza flectora. Esto ayuda a controlar a retroalimentación de la dirección para mantener el control del vehículo.


Tipos de válvulas de control.

Válvula de carrete de deslizamiento y Válvula de carrete rotativos.

La válvula de carrete de deslizamiento se usan en el caso de direcciones de potencia del tipo de articulación. Estas direcciones de potencia esta válvula se localiza entre el brazo pitman y la articulación de la dirección. Las válvulas de deslizamiento en los engranes integrales de la dirección se montan en forma concéntrica al eje del tornillo sin fin o se colocan en paralelo, por fuera del compartimiento del engrane de la dirección.

Cuando se usa válvula de carrete rotativo, se monta en forma concéntrica con el eje de la oruga o alrededor del eje del piñón. En todos los engranes de potencia la operación de la válvula es similar.


CONTROL DE REACCIÓN DE LA DIRECCION

Los engranes de la dirección de potencia están diseñados para proporcionar alguna percepción a efecto de que el conductor pueda sentir la cantidad de esfuerzo que se está ejerciendo sobre el sistema de dirección. Esta percepción del conductor se llama “control de reacción” Las barras de torsión proporcionan percepción al conductor cuando se usan. La válvula de control del tipo activación por palanca y pivote proporciona al conductor una sensación respecto al centrado de los muelles y respecto a la cantidad de presión de fluido que se desarrolla en el sistema de dirección.


SUPERFICIE DE PRESION O EMBOLOS

Es un pistón de doble cara dentro de un cilindro. El cilindro está conectado a la articulación de la dirección y la varilla del pistón esta conectado a la estructura. Ambas conexiones están diseñadas para permitir el movimiento requerido. Los conductos o mangueras de metal se usan para conectar la válvula de deslizamiento de control de carrete al cilindro de potencia.


BOMBA DE LA DIRECCIÓN DE POTENCIA HIDRAULICA

Se usan tres tipos de bombas



Tipo hélice, tipo deslizador y tipo rodillo.

Sus principios de operación y diseño son muy similares. La bomba tiene un rotor impulsados por correa dentro de un anillo de leva con forma elíptica. Este diseño tiene espacios de bombeo sobre cada lado del rotor. Hay hélices deslizadas o rodillos en las ranuras del rotor. Estas se llaman inserciones.

Las placas de presión sobre cada lado del rotor y de la leva se usan para sellar la bomba. Este montaje está en un compartimento que contiene los cojinetes del rotor, sellos y conductos de aceites. Una reserva de aceites rodea o se ajusta al compartimento de la bomba.

En operación, la fuerza centrifuga del rotor lanza las inserciones hacia afuera para que su superficies exterior frote sobre la leva cada deslizados tiene un anillo posterior para mantenerlo contra la leva. Los otros tipos de inserciones se mantienen hacia afuera por la fuerza centrifuga.

Estas son bombas de desplazamiento positivo ósea que cada revolución proporciona la misma cantidad de fluido, independientemente de la velocidad a la que estén girando.

Se necesita la mayor cantidad de potencia cuando se gira el volante sin que el vehículo este moviéndose. Debido a que el motor esta en mínimo en este momento, por tanto la bomba impulsada por este gira lentamente. Por consiguiente la bomba ha sido diseñada para producir alta presión a bajas velocidades de la bomba.

Por otra parte, las velocidades de la bomba son rápidas cuando el vehículo está operando a velocidades de carretera.

En este momento se requiere poca o ninguna potencia de apoyo en la dirección. Se usa una válvula de control de flujo para reducir el alto volumen de la bomba producido a velocidades de carretera.

La válvula de control de la bomba tiene un control de flujo y también limita la presión. La presión debe limitarse para evitar un daño en los sellos y mangueras de la unidad de la dirección de potencia. Una válvula de liberación de presión limita la presión máxima abriendo un conducto entre la salida y la entrada de la bomba. En algunas bombas el regulador de presión es una válvula separada. En la mayoría de las bombas el regulador de presión está construido dentro de la válvula de control de flujo y actúa como una válvula de pivote.
Ventajas e inconvenientes de la servodirección


  • Ventajas:
    1ª.- Reducen el esfuerzo en el volante, con menor fatiga para el conductor, ventaja muy conveniente en los largos recorridos o para las maniobras en ciudad.
    2ª.- Permiten acoplar una dirección más directa; es decir, con una menor reducción con lo que se obtiene una mayor rapidez de giro en las ruedas. Esto resulta especialmente adecuado en los camiones y autocares.
    3ª.- En el caso de reventón del neumático, extraordinariamente grave en las ruedas directrices, estos mecanismos corrigen instantáneamente la dirección, actuando automáticamente sobre las ruedas en sentido contrario al que el neumático reventado haría girar al vehículo.
    4ª No presentan complicaciones en el montaje, son de fácil aplicación a cualquier vehículo y no afectan a la geometría de la dirección.
    5ª.- Permiten realizar las maniobras más delicadas y sensibles que el conductor precise, desde la posición de paro a la máxima velocidad. La capacidad de retorno de las ruedas, al final del viraje, es como la de un vehículo sin servodirección.
    6ª.- En caso de avería en el circuito de asistencia, el conductor puede continuar conduciendo en las mismas condiciones de un vehículo sin servodirección, ya que las ruedas continúan unidas mecánicamente al volante aunque, naturalmente, tenga que realizar mayor esfuerzo en el mismo.

  • Inconvenientes:
    Los inconvenientes de estos mecanismos con respecto a las direcciones simples con prácticamente nulos ya que, debido a su simplicidad y robustez, no requieren un entretenimiento especial y no tienen prácticamente averías. Por tanto los únicos inconvenientes a destacar son:
    1ª.- Un costo más elevado en las reparaciones, ya que requieren mano de obra especializada.
    2ª.- El costo más elevado de este mecanismo y su adaptación inicial en el vehículo, con respecto a la dirección simple.



TIMON DE DIRECCIÓN DE LAS MAQUINAS AUTOMOTRICES

En los vehículos modernos, la columna de la dirección es de forma compleja y consiste de un tubo de acero llamado tubo de la columna de la dirección. La columna de la dirección está diseñada para plegarse en caso de choque del vehículo para proteger al conductor. Algunas columnas de la dirección pueden ladearse y conectarse para colocar el volante en un ángulo conveniente y cómodo para el conductor. Para disminuir la probabilidad de robo, la columna de la dirección tiene un engrane y tuercas de seguridad en la transmisión del vehículo. La columna de la dirección puede transporta el control del eje de la transmisión, encender el switch de señales, el switch de luces de alarma, el reductor de la intensidad de luces frontales, el control de limpia parabrisas y agua, el control de la velocidad , switch encendido y arranque etc.

Los vehículos modernos tienen la columna de la dirección de absorción de energía la cual reduce su longitud por efecto de un impacto.
Tanto en el modelo de la figura inferior como en otros, suele ir "partida" y unidas sus mitades por una junta cardánica, que permite desplazar el volante de la dirección a la posición más adecuada de manejo para el conductor. Desde hace muchos años se montan en la columna dispositivos que permiten ceder al volante (como la junta citada) en caso de choque frontal del vehículo, pues en estos casos hay peligro de incrustarse el volante en el pecho del conductor. Es frecuente utilizar uniones que se rompen al ser sometidas a presión y dispositivos telescópicos o articulaciones angulares que impiden que la presión del impacto se transmita en linea recta a lo largo de la columna.



RELACION DE TRANSMISION DEL MECANISMO DE LA DIRECCION

El engrane de la dirección esta diseñado para girar las ruedas frontales en un ángulo de 600 de tuerca a tuerca; (300 hacia adentro y 300 hacia afuera). El esfuerzo de girado sobre el volante de la dirección se multiplica a través del engrane de la dirección para girar las ruedas frontales.


Si el volante de la dirección requiere de 3 vueltas totales, para girar las ruedas 600 la razón de dirección es de 18:1

1 rotación = 3600 *3= 10800/600= 18: 1


FALLAS QUE SE PRESENTAN EN LA DIRECCION DEL VEHICULO


  1. El vehículo se desvía a un lado.

Causas posibles:

Presión de aire de las llantas incorrectas, brazos de suspensión y bujes dañados, resortes o muelles vencidos y/o rotos, barra estabilizadora y sus bujes en mal estado, llantas de tipo o tamaño diferente, chasis o plataforma pueden están desalineadas, desgaste de rotulas entre otros.




  1. El vehículo zigzaguea

Causas posibles:

Presión de aire de las llantas incorrecta, llantas en mal estado, falta de alineamiento de las llantas, resortes o muelles vencidos o rotos, brazos de suspensión y bujes dañados, barra estabilizadora y sus bujes en mal estado, desajuste de la dirección, desgaste de rotulas entre otros.




  1. El vehículo vibra a altas velocidades

Causas posibles:

Presión de aire de las llantas incorrectas, amortiguadores gastados, llantas desbalanceadas y chasis deformado.




  1. Bamboleo de las ruedas delanteras

Causas posibles:

Presión de aire de las llantas incorrectas, condición de las llantas, resortes o muelles vencidos o rotos, barra estabilizadora, y sus bujes en mal estado, llantas de tipo o tamaño diferente, rodamientos en mal estado, rotulas desgastadas, amortiguadores gastados y ruedas desbalanceadas.




  1. Golpe sordo en una rueda

Causas posibles:

Llanta con una protuberancia y amortiguadores gastados.




  1. Desgaste disparejo de las llantas

Causas posibles:

Presión de aire de las llantas incorrecto, mal estado de las llantas, llanta con protuberancia, falta de alineación, brazos de suspensión y bujes dañados, chasis deformado, rotulas desgastadas, amortiguadores gastados y ruedas desbalanceadas.




  1. Desgaste rápido de las llantas

Causas posibles:

Presión de aire de las llantas incorrecto, mal estado de las llantas, brazos de suspensión y bujes dañados, manejo muy rápido o por malos caminos, amortiguadores gastados y vehículo chocado.




  1. Dirección manual dura

Causas posibles:

Presión de aire de las llantas incorrecto, varillaje de la dirección seco, chasis desalineado, brazos de suspensión y bujes dañados.




  1. Dirección hidráulica dura

Causas posibles:

Banda de la dirección hidráulica patina  por estar floja, bajo nivel de fluido, falla de la bomba.




  1. Vibración del volante

Causas posibles:

Rodamientos sin grasa, rotulas gastadas, tornillos flojos.




  1. Chillido en la dirección hidráulica

Causas posibles:

Correa floja, nivel incorrecto, polea dañada.



UNIDAD IV: LA SUSPENSIÓN DE LAS MAQUINAS AUTOMOTRICES


FUNCIONES:

La suspensión fija las ruedas al vehículo. Cada uno de sus componentes debe estar en buenas condiciones. Esto es esencial tanto por la calidad como para la duración de los ajustes. El deterioro de uno solo de los elementos de la suspensión anula los efectos de un buen efecto de la misma.

Además la suspensión tiene que garantizar lo siguiente: Amortiguar las sacudidas provocadas por las irregularidades del camino y mantener un contacto permanente entre los neumáticos y el camino. Si existiera una suspensión ideal, ésta absor­bería la totalidad de las oscilaciones de las ruedas conservando la banda de rodadura

Suspensión delantera y trasera con ruedas independientes













De los neumáticos continuamente en contacto con el camino; este contacto permanente de los neumáticos permitiría un manejo estable y segu­ro y por otra parte, la absorción de las oscilacio­nes tendría por objeto transmitir lo menos posible de sacudidas a la carrocería con el fin de permitir el confort de los ocupantes y la protección de los elementos del vehículo. Pero actualmente, la tec­nología y los costos no permiten, desgraciadamente alcanzar en forma simultánea estos dos objetivos.

Según el tipo de vehículo, los fabrican­tes prefieren favorecer uno aspecto en detrimento del otro. La suspensión de un automóvil deportivo, por ejemplo, da preferencia a la adherencia de los neumáticos, mientras que la de un auto familiar opta más bien por el amortiguamiento de las sacudidas.

Los diseñadores manipulan normalmente los elementos siguientes para hacer corresponder las reacciones de la suspensión al tipo de automóvil: la categoría de suspensión; la flexibilidad de los resortes; la calibración de los amortiguadores; el diámetro de la barra antibalanceo; las características de los neumáticos originales.

Desde los inicios del automóvil, los fabrican­tes han creado una gran variedad de suspensiones. A pesar de los muchos tipos que existen, todas las suspensiones tienen puntos en común.




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