El principio de funcionamiento de la cremallera de dirección asistida.

El principio de funcionamiento de la cremallera de dirección asistida se basa en el efecto a corto plazo de la presión generada por la bomba sobre el cilindro, que desplaza la cremallera en la dirección correcta, ayudando al conductor a dirigir el coche. Por lo tanto, los automóviles con dirección asistida son mucho más cómodos, especialmente cuando se maniobra a baja velocidad o se conduce en condiciones difíciles, porque dicho riel soporta la mayor parte de la carga necesaria para girar la rueda y el conductor solo le da órdenes, sin perder retroalimentación. de la carretera. .

La cremallera de dirección en la industria del transporte de pasajeros ha suplantado durante mucho tiempo a otros tipos de dispositivos similares debido a sus características técnicas, de las que hablamos aquí (Cómo funciona la cremallera de dirección). Pero, a pesar de la simplicidad del diseño, el principio de funcionamiento de la cremallera de dirección con un servomotor hidráulico, es decir, un servomotor hidráulico, sigue siendo incomprensible para la mayoría de los propietarios de automóviles.

Desarrollo de la dirección: una breve descripción

Desde la llegada de los primeros automóviles, la base de la dirección se ha convertido en un reductor de engranajes con una gran relación de transmisión, que hace girar las ruedas delanteras del vehículo de varias maneras. Inicialmente, era una columna con un bípode unido a la parte inferior, por lo que se tuvo que usar una estructura compleja (trapecio) para transferir la fuerza de empuje a los muñones de dirección a los que se atornillaron las ruedas delanteras. Luego inventaron una cremallera, también una caja de cambios, que transmitía la fuerza de giro a la suspensión delantera sin estructuras adicionales, y pronto este tipo de mecanismo de dirección reemplazó a la columna en todas partes.

Pero la principal desventaja que surge del principio de funcionamiento de este dispositivo no pudo superarse. El aumento en la relación de transmisión permitió que el volante, también llamado volante o volante, se girara sin esfuerzo, pero forzó más giros para mover el muñón de la dirección desde la posición extrema derecha a la extrema izquierda o viceversa. La reducción de la relación de transmisión hizo que la dirección fuera más aguda, porque el automóvil reaccionaba con más fuerza incluso a un ligero movimiento del volante, pero conducir un automóvil así requería una gran fuerza física y resistencia.

Se han realizado intentos para solucionar este problema desde principios del siglo XX, y algunos de ellos estaban relacionados con la hidráulica. El término "hidráulica" en sí proviene de la palabra latina hydro (hidro), que significa agua o algún tipo de sustancia líquida comparable en su fluidez al agua. Sin embargo, hasta principios de los años 50 del siglo pasado, todo se limitaba a muestras experimentales que no se podían poner en producción en masa. El gran avance se produjo en 1951 cuando Chrysler presentó la primera dirección asistida (GUR) producida en masa que funcionaba en conjunto con la columna de dirección. Desde entonces, el principio general de funcionamiento de una cremallera o columna de dirección hidráulica se ha mantenido sin cambios.

La primera dirección asistida tenía serias deficiencias:

• fuertemente cargado el motor;
• reforzó el volante solo a velocidades medias o altas;
• a altas velocidades del motor, creaba un exceso de presión (presión) y el conductor perdía contacto con la carretera.

Por lo tanto, un refuerzo hidráulico que funcionaba normalmente apareció solo a la vuelta del XXI, cuando el rastrillo ya se había convertido en el mecanismo de dirección principal.

Cómo funciona un reforzador hidráulico

Para comprender el principio de funcionamiento de la cremallera de dirección hidráulica, es necesario considerar los elementos incluidos en ella y las funciones que realizan:

• bomba
• válvula de reducción de presión;
• tanque de expansión y filtro;
• cilindro (cilindro hidráulico);
• distribuidor.

Cada elemento es parte del servomotor hidráulico, por lo tanto, el correcto funcionamiento de la dirección asistida solo es posible cuando todos los componentes realizan claramente su tarea. Este video muestra el principio general de funcionamiento de dicho sistema.

¿Cómo funciona la dirección asistida de un coche?

Nasso

La tarea de este mecanismo es la circulación constante de fluido (aceite hidráulico, ATP o ATF) a través del sistema de dirección asistida con la creación de una cierta presión suficiente para hacer girar las ruedas. La bomba de dirección asistida está conectada por una correa a la polea del cigüeñal, pero si el automóvil está equipado con un refuerzo hidráulico eléctrico, su funcionamiento lo proporciona un motor eléctrico separado. El rendimiento de la bomba se elige de modo que, incluso en ralentí, asegure la rotación de la máquina, y el exceso de presión que se produce cuando aumenta la velocidad es compensado por la válvula reductora de presión.

La bomba de dirección asistida está hecha de dos tipos:

• lamelar;
• equipo

Bomba de dirección asistida

Independientemente del tipo, la bomba de dirección asistida funciona según el principio de una antigua unidad de propulsión de rueda de vapor. El laminar es más difícil de fabricar, pero con su ayuda puede cambiar el rendimiento y la presión creada por esta unidad debido a la diferente extensión de las placas de la hélice, lo cual es importante en máquinas equipadas con un complejo sistema electrónico de control de dirección asistida. La bomba de engranajes, en cambio, es una bomba de aceite convencional, en la que los dientes del engranaje mueven el fluido hidráulico hacia la salida, y el rendimiento y la presión generada dependen únicamente de la velocidad del motor.

En automóviles con suspensión hidráulica, una bomba garantiza el funcionamiento de ambos sistemas: dirección asistida y suspensión, pero funciona según el mismo principio. Se diferencia del habitual solo en mayor potencia.

Válvula reductora de presión

Esta parte del reforzador hidráulico funciona según el principio de una válvula de derivación, que consta de una bola de bloqueo y un resorte. Durante el funcionamiento, la bomba de dirección asistida crea una circulación de fluido con una determinada presión, ya que su rendimiento es superior al de las mangueras y otros elementos. A medida que aumenta la velocidad del motor, aumenta la presión en el sistema de dirección asistida, actuando a través de la bola en el resorte. La rigidez del resorte se elige para que la válvula se abra a una determinada presión y el diámetro de los canales limite su rendimiento, de modo que el funcionamiento no provoque una caída brusca de la presión. Cuando se abre la válvula, parte del aceite pasa por alto el sistema, lo que estabiliza la presión en el nivel requerido.

Válvula reductora de presión de dirección asistida

A pesar de que la válvula reductora de presión está instalada dentro de la bomba, es un elemento importante del servomotor hidráulico, por lo que está a la par con otros mecanismos. Su mal funcionamiento o funcionamiento incorrecto pone en peligro no solo la dirección asistida, sino también la seguridad del tráfico en la carretera, si la línea de suministro revienta debido a una presión hidráulica excesiva o aparece una fuga, la reacción del automóvil al girar el volante cambiará, y un inexperto persona detrás del volante corre el riesgo de no tratar con la gerencia. Por lo tanto, el dispositivo de cremallera de dirección con servomotor hidráulico implica la máxima confiabilidad tanto de toda la estructura en su conjunto como de cada elemento individual.

Tanque de expansión y filtro

Durante el funcionamiento de la dirección asistida, el fluido hidráulico se ve obligado a circular a través del sistema de dirección asistida y se ve afectado por la presión creada por la bomba, lo que provoca el calentamiento y la expansión del aceite. El vaso de expansión toma en exceso este material, por lo que su volumen en el sistema es siempre el mismo, lo que elimina los golpes de ariete provocados por la dilatación térmica. El calentamiento del ATP y el desgaste de los elementos de fricción provocan la aparición de polvo metálico y otros contaminantes en el aceite. Al entrar en el carrete, que también es un distribuidor, estos desechos obstruyen los orificios, interrumpiendo el funcionamiento de la dirección asistida, lo que afecta negativamente el manejo del vehículo. Para evitar tal desarrollo de eventos, se incorpora un filtro en la dirección asistida, que elimina varios desechos del fluido hidráulico en circulación.

Cilindro

Esta parte del reforzador hidráulico es una tubería, dentro de la cual hay una parte del riel con un pistón hidráulico instalado. Los sellos de aceite se instalan a lo largo de los bordes de la tubería para evitar que el ATP se escape cuando aumenta la presión. Cuando el aceite ingresa a la parte correspondiente del cilindro a través de las tuberías, el pistón se mueve en la dirección opuesta, empujando la cremallera y, a través de ella, actuando sobre las barras de dirección y las manguetas de dirección.

cilindro de dirección asistida

Gracias a este diseño de dirección asistida, las rótulas de dirección comienzan a moverse incluso antes de que el engranaje impulsor mueva la cremallera.

Distribuidor

El principio de funcionamiento de la cremallera de la dirección asistida es suministrar fluido hidráulico brevemente en el momento en que se gira el volante, por lo que la cremallera comenzará a moverse incluso antes de que el conductor haga un esfuerzo serio. Tal suministro a corto plazo, además de drenar el exceso de fluido del cilindro hidráulico, lo proporciona un distribuidor, que a menudo se denomina carrete.

Para comprender el principio de funcionamiento de este dispositivo hidráulico, es necesario no solo considerarlo en una sección, sino también analizar más a fondo su interacción con el resto de los elementos de dirección asistida. Siempre que la posición del volante y los muñones de dirección se correspondan entre sí, el distribuidor, también conocido como carrete, bloquea el flujo de fluido hacia el cilindro desde cualquier lado, por lo que la presión dentro de ambas cavidades es la misma y no afecta la dirección de rotación de las llantas. Cuando el conductor gira el volante, la pequeña relación del reductor de cremallera de dirección no le permite girar rápidamente las ruedas sin aplicar un esfuerzo significativo.

Distribuidor de dirección asistida

La tarea del distribuidor de dirección asistida es suministrar ATP al cilindro hidráulico solo cuando la posición del volante no corresponde a la posición de las ruedas, es decir, cuando el conductor gira el volante, el distribuidor primero dispara y fuerza. el cilindro para actuar sobre las rótulas de suspensión. Tal impacto debería ser a corto plazo y depender de cuánto gire el volante el conductor. Es decir, primero el cilindro hidráulico debe girar las ruedas, y luego el conductor, esta secuencia le permite aplicar un esfuerzo mínimo para girar, pero al mismo tiempo “sentir el camino”.

Cuando el automóvil golpea algún tipo de bache, su rueda delantera, al menos un poco, pero cambia la dirección de rotación, lo que provoca un impacto en el riel. Si tal impacto es lo suficientemente fuerte como para superar la rigidez de la barra de torsión, entonces ocurre un desajuste, lo que significa que una porción de ATF ingresa al lado opuesto del cilindro hidráulico, lo que compensa en gran medida tal sacudida y el volante no volar fuera de las manos del conductor. Al mismo tiempo, siente movimiento a través del volante y comprende que el automóvil ha pasado por un área irregular, lo que le permite responder rápidamente a los cambios en la situación del tráfico.

¿Cómo funciona?

La necesidad de una operación de distribuidor de este tipo fue uno de los problemas que impidieron la producción en masa de servomotores hidráulicos, porque generalmente en un automóvil, el volante y el mecanismo de dirección están conectados por un eje rígido, que no solo transfiere fuerza a los muñones de dirección, sino también proporciona al piloto del coche información sobre la carretera. Para resolver el problema, tuve que cambiar completamente la disposición del eje que conecta el volante y el mecanismo de dirección. Se instaló un distribuidor entre ellos, cuya base es el principio de torsión, es decir, una barra elástica capaz de torcerse.

Cuando el conductor gira el volante, la barra de torsión inicialmente gira levemente, lo que provoca un desajuste entre la posición del volante y las ruedas delanteras. En el momento de tal desajuste, el carrete del distribuidor se abre y el aceite hidráulico ingresa al cilindro, lo que desplaza la cremallera de dirección en la dirección correcta y, por lo tanto, elimina el desajuste. Pero, el rendimiento del carrete del distribuidor es bajo, por lo que el sistema hidráulico no reemplaza por completo los esfuerzos del conductor, lo que significa que cuanto más rápido necesite girar, más tendrá que girar el volante el conductor, lo que proporciona retroalimentación y te permite sentir el coche en la carretera

Dispositivo

Para realizar tal trabajo, es decir, dosificar ATP en el cilindro hidráulico y detener el suministro después de eliminar el desajuste, fue necesario crear un mecanismo hidráulico bastante complejo que funciona de acuerdo con un nuevo principio y consiste en:

• una barra de torsión conectada al engranaje impulsor, que proporciona desajuste al girar el volante;
• el interior del carrete;
• parte exterior del carrete.

Las partes interna y externa del carrete se unen entre sí de manera tan estrecha que no se filtra una gota de líquido entre ellas, además, se perforan agujeros para el suministro y retorno de ATP. El principio de funcionamiento de este diseño es la dosificación precisa del fluido hidráulico suministrado al cilindro. Cuando la posición del timón y la cremallera están coordinadas, las aberturas de suministro y retorno se desplazan entre sí y el líquido a través de ellas no entra ni sale de los cilindros, por lo que este último se llena constantemente y no hay amenaza de aireación. . Cuando el piloto del automóvil gira el volante, la barra de torsión primero gira, las partes exterior e interior del carrete se desplazan entre sí, por lo que se combinan los orificios de suministro en un lado y los orificios de drenaje en el otro. .

Ver también: Amortiguador de cremallera de dirección - propósito y reglas de instalación

Al ingresar al cilindro hidráulico, el aceite presiona el pistón, desplazándolo hacia el borde, este último se desplaza hacia el riel y comienza a moverse incluso antes de que el engranaje impulsor actúe sobre él. A medida que cambia la cremallera, desaparece el desajuste entre las partes exterior e interior del carrete, por lo que el suministro de aceite se detiene gradualmente, y cuando la posición de las ruedas alcanza un equilibrio con la posición del volante, el suministro y la salida de ATP están completamente bloqueados. En este estado, el cilindro, cuyas dos partes están llenas de aceite y forman dos sistemas cerrados, desempeña un papel estabilizador, por lo tanto, al golpear un bache, un impulso notablemente menor llega al volante y el volante no se sale de las manos del conductor.

Es decir, el funcionamiento de la cremallera de dirección hidráulica se basa en los principios del carrete y la barra de torsión: cuando el conductor gira el volante, primero gira un poco la barra de torsión, por lo que se abre el carrete y luego la torsión. barra endereza y cierra el carrete. Es decir, el fluido hidráulico, gracias al distribuidor, ingresa al cilindro hidráulico solo cuando el ángulo de dirección supera el desplazamiento de la cremallera de dirección correspondiente, de modo que el conductor no ejerce un esfuerzo excesivo, pero al mismo tiempo no pierde el contacto con la carretera.

Conclusión

El principio de funcionamiento de la cremallera de dirección asistida se basa en el efecto a corto plazo de la presión generada por la bomba sobre el cilindro, que desplaza la cremallera en la dirección correcta, ayudando al conductor a dirigir el coche. Por lo tanto, los automóviles con dirección asistida son mucho más cómodos, especialmente cuando se maniobra a baja velocidad o se conduce en condiciones difíciles, porque dicho riel soporta la mayor parte de la carga necesaria para girar la rueda y el conductor solo le da órdenes, sin perder retroalimentación. de la carretera. .

Dirección asistida: ¡el dispositivo y el principio de funcionamiento de la dirección asistida en el modelo Lego!