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Cajas de cambio. Tipos y funcionamiento.

Gearboxes. Types of gearboxes. PDF english version —> click here

La caja de cambios es un elemento mecánico que transforma el par motor y las revoluciones desarrolladas por el motor para adaptar  la fuerza a las condiciones de conducción sobre el terreno.

La caja de cambios no actúa sobre la potencia del motor, está permanece invariable, lo que si hace es actuar sobre el par motor, aumentando o reduciendo el mismo según las condiciones de terreno.

Las revoluciones y la potencia que en sí desarrolla un motor no pueden ser atendidas por el mismo motor en sí. En diferentes situaciones es imprescindible la actuación de la caja de cambios para aumentar o disminuir el par desarrollado por el motor. Esta situación se ve expresada en la siguiente ecuación.

Cm.- par desarrollado por el motor
Cr.- par resistente en las ruedas
n.- número de revoluciones en el motor
n1.- número de revoluciones en las ruedas

Si no existiera la caja de cambios el número de revoluciones del motor (n) se transmitiría íntegramente a la ruedas (n = n1), con lo cual el par a desarrollar por el motor (Cm) sería igual al par resistente en las ruedas (Cr).

Según esto si en algún momento el par resistente (Cr) aumentara, habría que aumentar igualmente la potencia del motor para mantener la igualdad Cr = Cm. En tal caso, se debería contar con un motor de una potencia exagerada, capaz de absorber en cualquier circunstancia los diferentes regímenes de carga que se originan en la ruedas durante un desplazamiento. Es por esto que cuando aumenta la fuerza resistente, la caja de cambios aumenta el par sin necesidad que el motor aumente su potencia de forma exagerada.

En el siguiente link, observamos gráficamente el funcionamiento de una caja de cambios manual (también válido para manual pilotada en cuanto a mecanismo).

En este otro enlace observamos el funcionamiento en modo animación de una caja de cambios. En este caso pertenece a una caja de cambios para propulsión trasera o de toma constánte.

Tipos de cajas de cambio:

-          Manuales: necesitan la intervención del conductor en todo momento para cambiar de marcha. El conductor controla todos los elementos; embrague y caja de cambios.

-          Automáticas: No precisan de la intervención del conductor, salvo en un primer momento inicial para seleccionar si desea ir hacia delante o hacia detrás. Los vehículos con caja de cambios automática no poseen embrague convencional, sino que poseen convertidor de par; símil del embrague en las cajas de cambio manuales. En las cajas de cambio CVT (continua variable) no se dispone ni de embrague ni de convertidor de par. La caja de cambios CVT posee en su interior dos embragues multidisco bañados en aceite dentro de la caja de cambios, uno para su funcionamiento en marcha normal y otro para la marcha  atrás

-          Manuales pilotadas: estas se confunden con las automáticas. Son cajas de cambio que funcionan como una manual, pero el embrague y el cambio de marchas es realizado por elementos actuadores que cambian de marcha. Estas cajas de cambio tienen un modo manual en el cual el conductor puede actuar sobre el cambio accionando unas levas en el volante o con un toque hacia arriba o hacia abajo en la palanca de cambios. Además estas cajas de cambio poseen un modo automático en el cual el conductor no tiene que intervenir en absolutamente nada. El sistema de transmisión, mediante sus actuadores, acciona el embrague y la transmisión de forma totalmente automática.

La diferencia entre manual y automática es por la construcción interna de la caja de cambios, que como veremos es totalmente diferente. En cambio una manual pilotada es por dentro exactamente igual que una manual, pero accionada automáticamente por sus actuadores.

Actualmente, tanto en vehículos industriales como en turismo, la tendencia está a montar cajas de cambio manual pilotada cuando el comprador desea un cambio “automático”, esto es debido a que con la gestión electrónica del cambio y tener características de una caja manual se reduce mucho el consumo y se optimiza la conducción.

Cajas de cambio manuales.

Cajas de cambio de toma directa (2 ejes):

Son las utilizadas en vehículos de tracción delantera. Su construcción es simple y compacta, ya que tienen que compartir espacio con el motor en la parte delantera del vehículo además de alojar el grupo diferencial en su interior.

Estas cajas de cambio poseen dos ejes, uno por el cual llega la transmisión del motor, también llamado primario y el secundario, por el cual, a través de los piñoes seleccionados se transmite la fuerza hacia el grupo cónico diferencial, que a su vez, mediante los palieres lanza la transmisión mecánica de giro a las ruedas.

El eje primario puede ser fijo o no, al igual que el secundario que puede ser fijo o no. Hay cajas de cambio que va mitad y mitad, todo depende de la arquitectura adoptada y del diseño del fabricante. No obstante, eso no es determinante para el rendimiento, ya que funcionan todas exactamente igual.

En el dibujo de la parte superior vemos como llega la transmisión del motor al eje primario, se transmite al secundario a través de los piñoes de la marcha engranada y de éste al diferencial para trasmitir la fuerza mecánica de giro a las ruedas.

Cajas de cambio de toma constante (3 ejes):

Estas cajas de cambio están diseñadas para vehículos de propulsión trasera y poseen 3 ejes, aunque visualmente parece que tengan solamente dos. Se reconocen fácilmente ya que poseen un tamaño muy alargado y voluminoso y se sitúan en la parte central del vehículo, sobre su eje longitudinal. El motor adopta de este modo una configuración longitudinal.

Estas cajas de cambio también se conocen con el nombre de cajas de cambio de toma constante, ya que posee dos piñones que permanecen siempre engranados, los cuales transmiten la fuerza al eje intermediario (que suele ser fijo) y a través de los sincronizadores, situados en el tercer eje, se engrana la marcha. La fuerza mecánica resultante abandona la caja de cambios por su parte posterior hacia el grupo diferencial, situado en el eje trasero del vehículo.

En la imágen de la parte superior observamos representada una caja de cambios de toma constante. Podemos ver como el primario (color verde) está engranado continuamente con el rojo (eje intermedio). Los sinctonizadores situados en eltercer eje engranan el piñón correspondiente con el eje intermediario y a través del eje terciario (amarillo) transmitimos el movimiento al grupo cónico diferencial.

Esta caja de cambios es de 6 velocidades. La 6 velocidad se engrana mediante un sincronizador (no representado) que une directamente el primario con el terciario (sin pasar por el intermediario) transmitiendo íntegramente las revoluciones del motor al eje terciario y por tanto, al grupo diferencial.

En la representación gráfica de la parte superior observamos una caja de cambios de toma constante de 4 velocidades. La cuarta velocidad es engranada mediante el sincronizador más cercano al embrague que une el eje 1 y 3 de forma directa.

Cajas de cambio automáticas.

En el cambio manual las marchas se engranan intercalando un juego de piñones pero en un cambio automático esto se consigue de forma totalmente diferente;  con un juego de planetarios.

Un engranaje planetario consta de tres elementos básicamente: un engranaje planeta en la parte interior, los satélites (3) que giran alrededor del planeta y una corona alrededor de los satélites. Con un solo juego de planetarios logramos hasta 4 velocidades, 3 hacia delante y 1 hacia atrás.

En la relación más corta la potencia del motor entra por el planeta y de ahí sale por los satélites.

En la relación intermedia el planeta no gira y el par se obtiene por la corona entrando la potencia por el satélite.

En la relación más larga la potencia del motor entra por la corona, y a través de los satélites la potencia sale por el planeta.

En la marcha atrás la potencia entra por el planeta, el porta-satélite se bloquea (pero los satélites no, actuando de piñón intermedio) y la corona entonces gira al revés invirtiendo el giro.

Las cajas de cambio automáticas no constan de un solo juego de planetarios, ya que solo lograríamos 3 velocidades y con relaciones muy largas si queremos obtener las prestaciones normales de un turismo que posee 5 o 6 velocidades. Las cajas de cambio automáticas poseen 2 ó 3 (o incluso más en las más sofisticadas) juegos de planetarios, con diferentes relaciones entre uno y otro, que intercalándolos se consiguen cambios automáticos de 6 ó más velocidades.

Este tipo de caja de cambios fue las que primero se montaban en los vehículos turismos de propulsión trasera (antes de que saliesen al mercado las cajas pilotadas de doble embrague) y se siguen montando en grandes berlinas y turismos de alta gama de propulsión trasera enfocados al confort. Las cajas de cambio que utilizan hoy y día estos turismos poseen hasta 8 velocidades.

Para conseguir intercalar en estas cajas de cambio los diferentes conjuntos planetarios, la caja posee en su interior una serie de frenos y embragues que ayuda a frenar o a obligar a girar loco a los diferentes conjuntos para lograr la relación deseada. En los siguientes videos podemos hacernos una idea del funcionamiento de estas cajas de cambio y su construcción interna.

-          Caja de cambios Continua Variable CVT.

Estas cajas de cambio son completamente diferentes a las cajas de cambio automáticas mediante planetarios a pesar de ser automáticas. Estas cajas de cambio están enfocadas para montarse en vehículos automáticos de tracción delantera, donde el espacio es muy reducido.

Estas cajas de cambio han experimentado un gran auge y una gran evolución gracias a que son utilizadas actualmente en los vehículos híbridos de tracción delantera.

Por fuera la caja de cambios CVT es muy similar a una caja de cambios manual y está ubicada en el mismo sitio, pero hay notables diferencias.

Para empezar este cambio no lleva convertidor de par, la potencia del motor pasa directamente al eje primario que la transmite a un solo planetario, de aquí salen solo dos marchas para adelante y para atrás. También posee solo dos embragues hidráulicos, uno para la marcha adelante y otro para la marcha atrás.

El secundario del  planetario y los embragues hacen mover una polea especial la cual porta una correa de acero que mueve otra polea. En función del número de las r.p.m. los diámetros de estas poleas van variando consiguiendo infinitas relaciones de transmisión (hasta un tope lógicamente). En la marcha atrás el sistema emplea una transmisión fija.

En el siguiente video podemos ver como funciona una caja de cambios CVT de forma gráfica.

-          El convertidor de par.

Para más información sobre el convertidor de par accede desde este enlace hacia el post dedicado exclusivamente a él.

Caja de cambio automática. Funcionamiento.

Funcionamiento de la caja de cambios ZF.

Animacines de una caja de cambios automática

Cajas de cambio Manual Pilotada.

La característica principal de estas cajas de cambio es que incorporan un doble eje secundario para ganar rapidez en el cambio y que se haga de forma prácticamente instantánea. Las que no poseen doble eje secundario poseen un doble embrague que sincroniza un doble eje primario (dividido en su interior) que aparentemente es un solo eje primario. En el caso del doble embrague el eje secundario es fijo. En las cajas de cambio de doble secundario el primario es el tren fijo.

En este tipo de cambios lo que ocurre es que se engranan dos marchas a la vez, una par, otra impar y viceversa, haciendo que una transmita el movimiento al grupo y la otra permanece en espera para ser engranada por el otro embrague, haciendo que el cambio sea realmente rápido y suave.

En función de nuestra conducción el cambio va sincronizando las marchas para alcanzar mayor velocidad (aceleración) o bien para reducir marchas (deceleración, pedal del acelerador totalmente levantado).

-          Cambio PDK de Porche:

Este cambio es especialmente llamativo por su construcción, la caja de cambios parece de 3 ejes, pero en su interior se encuentra una caja de dos ejes con doble embrague que logra unos resultados fantásticos en cuanto a respuesta del cambio. El diseño es así ya que en la mayoría de los vehículos porche el motor está ubicado en la parte posterior así como la caja de cambios y la propulsión es trasera.

Aquí encontramos físicamente la caja de cambios PDK de Porche. Estos vehículos incorporan el motor en la parte trasera, con propulsión trasera, es por eso que el grupo va instalado en la misma caja de cambios, en la parte delantera de la misma para proporcionar tracción a las ruedas traseras.

En esta imágen observamos con el eje primario queda dividido en dos secciones (roja y verde) correspondiente a marchas pares e impares. En el eje primario se engranan consecutivamente dos marchas, una par y otra impar (la que está engranada con la que próximamente engranará) intercambiando en el momento del cambio sólamente los embragues y obteniendo el resultado en centésimas de segundo, con suavidad y continuidad asegurada.

-          Cambio DSG del grupo VAG.

Esta caja de cambios es similar a la Powershift de Ford con doble embrague. Uno de los secundarios posee las marchas pares y el otro las marchas impares con los sincronizadores comandados por válvulas electrohidráulicas situados en los secundarios. Ambos secundarios poseen un piñón de ataque que va a parar a la corona, es como una caja de cambios de dos ejes, pero con el doble de componentes.

Como podemos apreciar en la imágen superior, los dos secundarios quedan conectados a la corona, pero solo mediante los embragues dejamos actuar a uno u otro (marcha par o impar) manteniendo dos marchas engranadas pero solo actúa una. Este cambio es de diseño compacto, como ya se ha dicho antes, para vehículos de tracción delantera. El diseño como el PDK de porche se aplica para vehículos de propulsión trasera.

En el siguiente video podemos apreciar de forma rápida el diseño y cosntrucción de una caja de cambios DSG.

-          Cambio TCT del grupo Fiat.

Este cambio es similar al PDK de porche, con doble embrague, pero con un diseño similar a la caja de cambio DSG. En este caso posee el primario dividido en dos y los ejes secundarios no son fijos. Es un diseño alternativo con un sistema alternativo para incorporar un cambio de doble embrague a vehículos de tracción delantera con un embrague a cada lado del volante motor. Este sistema permite ahorrar espacio ya que la caja de cambios no es tan larga como las otras.

En el siguiente vídeo podemos observar visualmente como funciona esta caja de cambios.

El convertidor de par.

 

Torque Converter —> PDF english version. Click here

Es un mecanismo que se utiliza en los cambios automáticos en sustitución del embrague, y realiza la conexión entre la caja de cambios y el motor. En este sistema no existe una unión mecánica entre el cigüeñal y el eje primario de cambio, sino que se aprovecha la fuerza centrífuga que actúa sobre un fluido (aceite) situado en el interior del convertidor.
Consta de tres elementos que forman un anillo cerrado en forma toroidal (como un “donuts”), en cuyo interior está el aceite. Una de las partes es el impulsor o bomba, unido al motor, con forma de disco y unas acanaladuras interiores en forma de aspa para dirigir el aceite. La turbina tiene una forma similar y va unida al
cambio de marchas. En el interior está el reactor o estator, también acoplado al cambio. Cuando el automóvil está parado, las dos mitades principales del convertidor giran independientes. Pero al empezar a acelerar, la corriente de aceite se
hace cada vez más fuerte, hasta el punto de que el impulsor y la turbina (es decir, motor y cambio), giran solidarios, arrastrados por el aceite.

Funcionamiento

- Esquema de funcionamiento
El funcionamiento del convertidor de par se puede asemejar al funcionamiento de dos ventiladores enfrentados uno del otro. El primero se encuentra conectado y encendido, mientras que el otro apagado, el movimiento y la fuerza del aire que golpea las aspas del ventilador apagado hacen que este empiece a impulsarse e intentar mantener la velocidad hasta llegar al punto de igualar la velocidad del otro ventilador.
- Funcionamiento Real
El convertidor se acciona al impulsar el aceite del cárter hacia el impulsor y de este el aceite va hacia las aspas internas de la turbina (rodete conducido), girando en el mismo sentido que el impulsor.
Cuando el aceite sale del impulsor reacciona contra los aspas del estator aumentando la fuerza de giro (par −motor), cuando el aceite choca con la parte frontal de las aspas, antes de que la velocidad sea la misma del impulsor; cuando la velocidad de la turbina se va igualando a la del impulsor la fuerza o par− motor va disminuyendo, mientras que el estator permanece fijo debido al cojinete de un solo sentido que le impide girar en sentido contrario a los rodetes.
Cuando las velocidades del impulsor y la turbina son iguales termina la reacción sobre el estator y éste gira en el mismo sentido que los rodetes, por el motivo que el aceite choca con la parte interna de las aspas, funcionando el conjunto como un embrague hidráulico y con una relación de velocidad y par de 1:1: es decir, el eje conducido unido a la turbina gira a igual velocidad y con la misma fuerza que el eje motor.

- Partes
Al elemento conductor se le llama impulsor o bomba, porque es el que recibe el movimiento del motor, al que está unido, e impulsa el aceite contra el conducido. El elemento conducido se llama turbina, y va acoplada a la caja de cambios.
Pero el convertidor de par incluye un tercer elemento que viene a mejorar las condiciones de funcionamiento en la circulación del aceite, se trata del estator, dentro del estator se encuentra un cojinete de un solo sentido, lo que permite que este solo gire en un determinado sentido. Está montado sobre un mecanismo de rueda libre que le permite desplazarse libremente cuando los elementos del convertidor giran a una velocidad aproximadamente igual.

Geometría de la dirección.

Para determinar la posición de las ruedas en movimiento, tanto en línea recta como en curva, todos los órganos que afectan a la dirección, suspensión y ruedas tienen que cumplir unas condiciones geométricas, que están dterminadas por la geometría de giro y la geometría de ruedas.

Estas condiciones permiten la orientación de las ruedas delanteras con seguirdad y precisión para que el vehículo tome la trayectoria deseada por el conductor.

1.1 GEOMETRÍA DE GIRO.

Cuando el vehículo toma una curva, la trayectoria recorrida por cada una de las ruedas es diferente, porque tienen distinto radio de curvatura. Por tanto, la orientación que hay que dar a cada una de ellas es distinta. Mas concretamente, la rueda interior debe girar más grados que la rueda exterior.

La geometría de giro se consigue dando a los brazos de acoplamiento una inclinación determinada de forma que, cuando el vehículo circula en línea recta, la prolongación de los mismos debe coincidir con el centro del eje trasero.

Para evitar el arrastre de las ruedas a tomar la curva se recurre al principio de Ackerman: Las trayectorias descritas por las cuatro ruedas del vehículo al describir una curva han ser circunferencias concéntricas; es decir, debe haber un único centro de giro para las cuatro ruedas llamado centro instantáneo de giro (CIG).

1.2 GEOMTERÍA DE LAS RUEDAS.

Para obtener una dirección segura y fácil de manejar las ruedas tienen que obedecer las órdendes del conductor, mantener el vehículo estable y no padecer holguras con las irregularidades del terreno. Por tal motivo las ruedas deben cumplir una serie de condiciones geométricas denominadas cotas de dirección.

Éstas son las siguientes.

- Ángulo de caída (rueda).

-Ángulo de salida (mangueta).

-Ángulo de avance (mangueta).

-Ángulo includio (mangueta).

-Cotas conjugadas.

-Convergencia (rueda).

1.2.1 Ángulo de caída (camber).

Es el ángulo comprendido entre la horizontal y el eje de la mangueta en el plano tranversal del vehículo.

Es un ángulo pequeño y está comprendido entre 0º y 2º.

El ángulo de caída favorece:

-Compensa la deformación por flexión del tren delantero.

-Desplaza el peso del vehículo sobre el eje, que está apoyado en la parte interior de la mangueta, disminuyendo así el empuje lateral de los cojinetes sobre los que se apoya la rueda.

-Evita el desgaste de neumáticos y rodamientos.

-Reduce el esfuerzo de giro del volante de dirección.

Cuando el ángulo de caida se encuentra mal reglado:

-Cuando existe una caída fuera de tolerancia hace que el vehículo se desplace hacia el ángulo con mayor caída.

-Provoca un desgaste anormal y rápido del neumático. Por la cara interior si la caída es negativa y por la cara exterior si es positiva.

Un ángulo de caida es negativo cuando la parte superior de las ruedas queda volcada hacia el vehículo y positivo cuando queda volcada hacia la parte exterior del vehículo.

1.2.2 Ángulo de salida (inclinación del pivote / king ping).

También llamado ángulo de pivote está formado por el ángulo que forma la prolongación del eje del pivote sobre el cual la rueda gira para orientarse.

La misión de este ángulo consiste en:

-Reducir el esfuerzo para realizar la orientación de la rueda.

-Disminuir el ángulo de caída para mejorar el desgaste.

-Favorecer la reversibilidad de la dirección.

En caso de que este ángulo se encuentre fuera de sus cotas aparecerían uno o varios de los siguientes inconvenientes:

-Desgaste anoral y rápido del neumático en toda su superficie.

-La banda de rodadura del neumático está desgastada de forma creciente de un lado a otro.

-Un exceso de salida provoca una dureza en la dirección y un retorno muy brusco.

-Un defecto de salida provoca poca reversibilidad en la dirección.

1.2.3 Ángulo de avance (caster).

Es el ángulo formado por la prolongación del eje del pivote con el eje vertical que pasa por el centro de la rueda y en sentido de avance de la misma.

Este ángulo permite:

-Mantener la dirección estable y precisa, con un efecto direcconal o autocentrado 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 reprecusión en la dirección.

-El efecto de avance aumenta en las ruedas directices y disminuye en las ruedas directrices motrices.

-En vehículos de tracción delantera el avance suele estar comprendido en unos 3º.

-Para vehículos de propulsión trasera este ángulo se comprende entre 5 y 10º.

En caso de que los ángulos sean desiguales o estén mal regulados provocaremos que el vehículo muestre poca reversibildiad o excesiva dureza (en defecto y en exceso de ángulo) y que el coche se desvíe hacia el lado que menor avance tenga.

En esta cota, el resultado es positivo cuando, en sentido de marcha, el ángulo sobre sale por la parte delantera, y negativo en caso contrario.

1.2.4 Cotas conjugadas y ángulo incluido.

El ángulo comprendido entre el eje del pivote y el eje de la mangueta. Las cotas conjugadas está formadas por el ángulo incluido y el ángulo de avance. Este ángulo tiene una gran importancia ya que permite reducir los efectos de reacción de las ruedas contra el suelo y diminuir el desgaste de las rótulas y los rodamientos de la mangueta.

1.2.5 Convergencia.

Es el más conocido y el que debe regularse en todos los vehículos.

La convergencia determina el paralelismo existente entre los ejes longitudinales de las ruedas visto el vehículo desde arriba y en sentido normal de la marcha.

Si desde esta vista ya citada, la parte delantera del neumático se sitúa más cercana hacia el vehículo estamos hablando de convergencia positiva. En cambio si la parte delantera sale hacia el exterior estamos hablando de convergencia negativa o divergencia.

La misión de este ángulo es permitir que las ruedas vallan paralelas en cada eje con la marcha.

Los efectos dinámicos de la convergencia son los siguientes:

-En ruedas motrices, el ángulo existente es divergente (-) ya que con la inercia de giro, las ruedas tienden a ponerse rectas.

-En ruedas no motrices, el ángulo es positivo ya que por la inercia tienden a ser divergentes.

-Un exceso de convergencia provocaría desgaste por la cara exterior del neumático.

-Un exceso de divergencia provocaría un desgaste por la cara interior del neumático.

Dirección asistida.

The power steerling in english version by professional automotive. PDF —> click here

 

La ya extendida dirección asistida nos facilita mucho la labor a la hora de girar el volante de nuestro vehículo.

Aquí dejo unos videos explicativos sobre la dirección asistida hidráulica y la dirección asistida eléctrica. Más abajo podéis encontrar apuntes sobre todos los sistemas de dirección asisitida en general.

Dirección asistida hidráulica.

Dirección asistida eléctrica.


La dirección asistida.

CONTENIDOS:

  1. ASISTENCIA HIDRÁULICA.

  2. ASISTENCIA VARIABLE ELECTROMECÁNICA.

  3. ASISTENCIA VARIABLE HIDRÁULICA.

  4. INTERVENCIONES EN EL SISTEMA.

  1. ASISTENCIA HIDRÁULICA.

La dirección asistida consiste en una sistema, hidráulico, electromecánico o electrohidráulico, en el que se le facilita al conductor en control de la dirección del vehículo haciendo que a baja velocidad el conductor tenga que hacer poco esfuerzo y a mayor velocidad permite un control óptimo de la dirección.

La asistencia hidráulica y eléctrica es la más utilizada en las direcciones, para ello se dispone de la dirección mecánica generalmente de:

Cremallera.

Tornillo sinfin.

Tornillo sinfin con bolas circulantes.

La asistencia hidráulica es proporcionada por un circuito hidráulico en el que éste circula independientemente de la asistencia requerida.

1.1.      ASISTENCIA HIDRÁULICA EN CREMALLERA.

Puede darse de dos maneras: Actuando sobre el propio mecanismo de la dirección o bien actuando sobre la barra de acoplamiento.

-         Dirección asistida sobre el mecanismo.

En la propia caja de la cremallera se encuentra el cilindro de asistencia con dos cámaras.

-         Dirección asistida sobre la barra de acoplamiento.

El cilindro de asistencia actúa fuera de la cremallera y se une a la barra de acoplamiento mediante una unión fija exterior.

1.1.2. ÓRGANOS DE LA DIRECCIÓN ASISTIDA DE CREMALLERA.

-         Depósito.

Su misión consiste en almacenar el líquido y recoger el fluido procedente del retorno para ponerlo siempre a disposición de la bomba.

El depósito incorpora válvula de seguridad en el tapón, filtro y visualizador de nivel.

Está hecho de chapa embutida o plástico. Puede ir incorporado en la misma bomba aunque normalmente es externo a la misma.

-         Bomba.

Su misión consiste en lanzar el líquido hidráulico a presión hacia el circuito para garantizar la asistencia. Funciona a nos 80 o 100 bar y se acciona mediante una polea con el giro del motor térmico.

-         Regulador de caudal y presión.

Su misión es mantener la presión del circuito entre 80 y 100 bares para evitar daños en el sistema por sobrepresión.

Este regulador de caudal y presión está generalmente incorporado en la bomba. Consta de dos válvulas: una que mantiene el caudal constante y otra que limita la presión en el circuito en caso de sobrepresión.

Está formada por un émbolo que se aloja en un cuerpo cilíndrico y sobre su asiento mediante la presión de un muelle tarado.

En el interior del émbolo va incorporada una válvula de descarga de presión formada por una bola y su correspondiente muelle tarado.

-         Válvula distribuidora.

Es la encargada de enviar la presión a las cámaras de cilindro de asistencia según se requiera para efectuar la asistencia en el giro.

Posee cuatro orificios, de los cuales, dos de ellos van a cada una de las cámaras del cilindro de asistencia. Oro de ellos es el retorno al depósito y otro de ellos es la entrada de alta presión.

La pieza que une la válvula distribuidora a la columna de la dirección se llama barra de torsión. Esta absorbe algunas oscilaciones y hace que el movimiento de la transmisión sea progresivo.

1.1.3. FUNCIONAMIENTO DE LA SERVODIRECCIÓN.

Distinguimos tres clases de funcionamiento: Línea recta, giro a la izquierda y giro a la derecha.

-         Funcionamiento de la servodirección en línea recta.

El líquido de alta presión llega a través de las canalizaciones por la presión ejercida en la bomba. El volante se encuentra recto y todo el líquido que llega a la bomba es retornado al depósito.

Hacia ambas cámaras del cilindro llega una pequeña presión de unos 3.5 bares en cada cámara para mantener estable la cremallera ante posibles oscilaciones.

-         Funcionamiento de la servodirección en giro a la izquierda.

La válvula distribuidora comunica la cámara izquierda con la alta presión y la derecha con el retorno. Cuando el cilindro deja de avanzar (dejamos de girar o el recorrido del volante está en el tope) la presión aumenta a valores máximos al estar taponada la admisión de alta presión y es entonces cuando la válvula limitadora de presión libera la presión en el circuito evitando daños.

-         Funcionamiento de la servodirección en giro a la derecha.

El funcionamiento se repite pero en sentido inverso al giro a la izquierda.

1.2.      DIRECCIÓN ASISTIDA TORNILLO SINFÍN Y TUERCA CON BOLAS CIRCULANTES.

Utilizado en vehículos industriales el sistema consta de una válvula distribuidora que facilita la asistencia.

Esta asistencia se realiza sobre la bieleta de la dirección o sobre un brazo de acoplamiento.

Cuando giramos el volante y actuamos sobre el tornillo sin fin, la válvula distribuidora introduce líquido hidráulico a presión en la cámara correspondiente y en el roscado del tornillo sinfín haciendo que la tuerca que mueve el dedo de accionamiento y la circulación de las bolas sea mucho más fácil con menos esfuerzo.

  1. ASISTENCIA VARIABLE ELECTROMECÁNICA.

En este tipo de dirección, la asistencia se realiza mediante un motor eléctrico que transmite el movimiento bien a la columna o bien directamente a la cremallera mediante otro piñón de ataque. En este último caso las cremalleras constan de doble dentado. Uno para el piñón de ataque de la dirección que controla el conductor y otro para el piñón accionado por el motor eléctrico de asistencia.

2.1.      FUNCIONAMIENTO DE LA DIRECCIÓN ASISTIDA ELÉCTRICA EN COLUMNA DE DIRECCIÓN.

Está compuesta por una columna en la que están montados el sensor de esfuerzo en el volante y el servomotor eléctrico.

Durante el funcionamiento, la UCE (unidad de control electrónico) recibe los datos del sentido de giro, velocidad de giro del volante, par de giro del volante y velocidad del vehículo. Una vez recibidos estos datos la UCE envía mas o menos intensidad eléctrica al motor en uno u otro sentido para controlar el nivel de asistencia y el sentido de giro para la asistencia.

2.2.      FUNCIONAMIENTO DE DIRECCIÓN ASISTIDA ELÉCTRICA EN CREMALLERA.

El funcionamiento es similar al anterior pero el conjunto del servomotor actúa en otro piñón de ataque. Por su parte la cremallera va modificada en su estructura ya que en este caso dispone de un doble dentado para poder alojar dos piñones.

  1. ASISTENCIA VARIABLE HIDRÁULICA.

Este tipo de dirección emplea un sistema hidráulico de apoyo a la dirección que varía su nivel de asistencia dependiendo de las condiciones.

En la dirección hidráulica de asistencia el circuito trabaja siempre a las mismas presiones.

En la dirección de asistencia variable hidráulica, se varían ciertos valores de posición a lo largo del circuito permitiendo una conducción más cómoda y confortable.

3.1.      ASISTENCIA VARIABLE HIDRÁULICA DE ACCIONAMIENTO MECÁNICO.

Este sistema es básicamente como el sistema hidráulico de dirección asistida con la salvedad de que incorpora un convertidor electrohidráulico, comandado por una unidad electrónica de control que hace que varíe la presión.

El convertidor electrohidráulico funciona de manera que abre o cierra más el circuito de retorno aumentando la resistencia de la dirección según reciba los datos de la unidad electrónica de control.

3.2.      ASISTENCIA VARIABLE ELECTROHIDRÁLUICA.

Este sistema elimina la bomba de paletas accionada mecánicamente para incluir una bomba eléctrica comandada por una unidad de control electrónico. Esta unidad, tras recibir los datos de los sensores externos envía más o menos intensidad al motor eléctrico para variar la asistencia.

  1. INTERVENCIONES Y MANTENIMIENTO.

-         Ruidos extraños al accionar el volante

Puede ser debido a un nivel bajo de líquido. Correa destensada, polea dañada, cojinete dañado, válvula de regulación defectuosa.

-         Dureza excesiva.

Falta de líquido, tuberías taponadas, convertidor electrohidráulico (si lo llevase) dañado, válvula de regulación defectuosa y presencia de aire en el circuito.

-         Falta de asistencia.

Puede deberse a falta de líquido, revisión de posibles fugas, comunicación (rotura de junta de estanqueidad) entre los dos lados del émbolo de asistencia y falta de presión en la bomba.

-         Pérdidas de líquido.

Retenes defectuosos y unión de canalizaciones en mal estado.

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