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COMO TRABAJA LA DIRECCIÓN DE PIÑON Y CREMALLERA
Por Don Chaikin
Aunque el conductor no piense en ello mientras conduce, cada vez que el auto cambia de dirección se desarrolla una compleja serie de eventos. Con cada movimiento o giro del volante, considerables obstáculos deben ser vencidos solamente para conseguir que el vehículo cambie de dirección.
Dado el peso de un automóvil, su momento y el agarre de los neumáticos al pavimento, esto es un gran logro. Al girar el volante de dirección también se mueven varios engranajes, varillas y articulaciones del sistema de dirección para conseguir que las ruedas delanteras reaccionen y respondan instantáneamente.
 
Engranajes de piñón y cremallera disminuyen la acción del volante de 18 a 1
Engranajes de piñón y cremallera disminuyen la acción del volante de 18 a 1
Varios sistemas de dirección han sido usados por los fabricantes de vehículos desde los inicios del automovilismo, incluyendo la de tornillo sin fin y sector, tornillo sin fin y tuerca, y la recirculante de tuerca de bolillas usada en los automóviles grandes y camiones.
El sistema elegido actualmente es el de piñón y cremallera. Como la dirección de piñón y cremallera tiene relativamente pocas piezas comparada con otros sistemas, este sistema es más ligero y compacto que los otros, y éstas son dos características deseables en los autos compactos de ahora con tracción delantera.
Y esta misma simplicidad de su diseño tiene como resultado una acción directa del volante de dirección sobre las ruedas delanteras, haciendo que sea el sistema de piñón y cremallera la elección en muchos autos deportivos. A diferencia del sistema recirculante de tuerca de bolillas, la dirección de piñón y cremallera inherentemente tiene muy baja fricción y ofrece una sensación muy precisa.

Las conexiones

En el eje o columna de la dirección, en el extremo opuesto del volante, dentro de la caja de la dirección hay un pequeño engranaje llamado engranaje de piñón. Cada movimiento del volante produce un movimiento igualmente simultáneo en el piñón. Los dientes de engranaje del piñón coinciden con las ranuras de engranajes de la columna de dirección, llamada la cremallera, en el interior de la caja que ambos comparten. Esta caja se extiende a lo ancho desde un lado del automóvil hasta el otro, entre las ruedas delanteras.
La cremallera es básicamente un engranaje grande que ha sido cortado y aplanado, en lugar de ser redondo como otros engranajes. Mientras el piñón y la barra de dirección están montados de forma tal que puedan sólo rotar, la cremallera está libre para deslizarse de un lado a otro dentro de la caja. Cada vez que se mueve el volante de dirección, el piñón rota contra la cremallera, forzándola a que se mueva hacia un lado u otro.
La cremallera está conectada a las ruedas delanteras con varillas metálicas, llamadas barras o tirantes de acoplamiento, que sobresalen por los extremos de la caja de la dirección. Los extremos de los tirantes de acoplamiento están diseñados para permitir que éstos se muevan hacia arriba y abajo con las ruedas delanteras cada vez que estas golpean resaltos o hace girar el volante de dirección, la cremallera se mueve halando un tirante y empujando al otro. El resultado es que las ruedas delanteras giran, haciéndole cambiar de dirección al auto.

La fuerza

Con una acción tan simple y directa desde el volante hasta las ruedas delanteras para cambiar la dirección del auto, se requiere una gran cantidad de fuerza para mover el volante. Es por esta razón que los modelos subcompactos con tracción delantera ofrecen sistemas de dirección de piñón y cremallera asistidos con activación motriz.
La fuerza para ayudar al cambio de dirección proviene de una bomba, que recibe su mando del motor, con. fluido a presión dentro de la caja de dirección.
Los sellos alrededor de la cremallera, dentro de la caja, crean una cámara que separa los dos lados de la caja. Estas cámaras están conectadas a la bomba y una con la otra por medio de conductos.
Cuando se gira el volante de dirección, la válvula de carrete dirige el fluido a una u otra cámara en la caja de la dirección, para empujar la cremallera y ayudarla a moverse. La válvula de carrete siente la cantidad de fuerza aplicada a la columna de dirección, así que a medida que sea mayor la fuerza aplicada al volante, también es mayor la presión hidráulica que es enviada a la cremallera.
A medida que cesa el esfuerzo de la dirección, la válvula de carrete se cierra lo suficiente, para sólo mantener la presión debida. Una pequeña barra de torsión en la válvula determina la cantidad de esfuerzo que es requerido.
Algunos vehículos tienen sistemas que controlan la cantidad de presión, y por lo tanto el nivel de esfuerzo para poder asistir la dirección, basándose en la velocidad del vehículo. De esta forma, el volante puede ser mucho más ligero en maniobras como la de estacionar, mientras todavía ofrece una buena sensación de respuesta cuando se conduce a alta velocidad.
 
El refuerzo de la presión hidráulica es utilizado para disminuir el esfuerzo en la dirección, como puede observar en la foto de arriba
El refuerzo de la presión hidráulica es utilizado para disminuir el esfuerzo en la dirección, como puede observar en la foto de arriba

Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 45 - Enero 1992 - Número 1

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Idea original de Mi Mecánica Popular por: Ricardo Cabrera Oettinghaus