Tipus, disseny i principi de funcionament del mecanisme de direcció

El canvi de la direcció del moviment del cotxe es fa girant les rodes directrius mitjançant el volant. Tanmateix, entre aquest i les rodes hi ha un dispositiu que converteix la força de les mans del conductor i la seva direcció per aplicar directament la força als braços oscil·lants. S'anomena comunament mecanisme de direcció.

Quina és la finalitat del mecanisme de direcció?

En l'esquema general de direcció, el mecanisme realitza les tasques següents:

• converteix la rotació de l'eix d'entrada al qual està connectada la columna de direcció en rotació de translació per a les barres d'enllaç de direcció;
• coordina la força que el conductor pot crear amb la força requerida a les palanques connectades als artells de direcció del xassís, utilitzant una transmissió mecànica amb una determinada relació de transmissió disponible en el disseny;
• en la majoria dels casos, garanteix el funcionament conjunt amb la direcció assistida;
• protegeix les mans del conductor dels impactes inversos de les irregularitats de la carretera.

Amb un cert grau de precisió, aquest dispositiu es pot considerar una caixa de canvis, com s'anomena sovint.

Tipus de mecanismes de direcció

Hi ha tres dissenys de caixa de canvis més populars:

• corró de cuc;
• cremallera;
• tipus "rosca de bola".

Cadascun d'ells té els seus propis avantatges i àrees d'ús.

Mecanisme tipus corró de cuc

Aquest tipus s'utilitzava àmpliament en el passat en tots els cotxes, però ara té un ús limitat a causa de molts desavantatges en comparació amb altres esquemes.

El principi de funcionament d'una caixa d'engranatges sense fi és rodar un corró d'engranatges sectorials amb una roda de cuc en espiral a l'eix de la columna de direcció. L'eix d'entrada de la caixa d'engranatges està fet d'una sola peça amb un molet sense fi de radi variable, i per a la connexió amb l'eix de la columna està equipat amb un connector estriat o de falca. El sector dentat del corró es troba a l'eix de sortida del bípode, amb l'ajuda del qual la caixa de canvis es connecta a les barres d'enllaç de direcció.

Tota l'estructura es col·loca en una carcassa rígida, també anomenada cárter a causa de la presència de lubricant. Normalment és un oli de transmissió líquida. Les sortides de l'eix del cárter estan segellades amb segells d'oli. El càrter està cargolat al bastidor o a la mampara del motor de la carrosseria.

La rotació de l'eix d'entrada a la caixa de canvis es transforma en una rotació de translació rotacional de l'extrem de la bola del bípode. També s'hi adjunten barres per a les rodes i palanques trapezoïdals addicionals.

El mecanisme és capaç de transmetre forces importants i és bastant compacte a grans relacions d'engranatge. Però, al mateix temps, és difícil organitzar el control amb una reacció mínima i una fricció baixa. D'aquí l'àmbit d'aplicació: camions i SUV, la majoria de disseny conservador.

Bastidors de direcció

El mecanisme més utilitzat per als turismes. La direcció de cremallera i pinyó funciona amb molta més precisió, proporciona una bona retroalimentació i s'adapta bé al cotxe.

El mecanisme de cremallera i pinyó consta de:

• carcasses amb fixació a la mampara del cos;
• una cremallera dentada recolzada sobre coixinets;
• engranatge d'accionament connectat a l'eix d'entrada;
• un mecanisme d'empenta que garanteix un espai mínim entre l'engranatge i la cremallera.

Els connectors mecànics de sortida del bastidor estan connectats a les articulacions de bola de les barres de direcció, que funcionen a través de les puntes directament amb els braços oscil·lants. Aquest disseny és més lleuger i més compacte que l'enllaç de direcció d'una caixa de canvis de cuc. D'aquí ve el control d'alta precisió. A més, el joc del pinyó és molt més precís i estable que la complexa forma de corró i cuc. I l'augment de la retroalimentació al volant es compensa amb amplificadors i amortidors moderns.

Cargol de rosca de bola

Aquesta caixa d'engranatges és similar a una caixa de canvis de cuc, però s'hi introdueixen elements importants en forma de secció de cremallera amb un sector d'engranatges, movent-se al llarg del cargol de l'eix d'entrada a través de boles metàl·liques circulants. El sector del bastidor està connectat a les dents de l'eix del bípode.

Mitjançant l'ús d'un bastidor curt, que en realitat és una femella amb boles al llarg del fil, la fricció es redueix significativament sota càrregues elevades. I això és precisament el que es va convertir en el factor determinant a l'hora d'utilitzar el mecanisme en camions pesants i altres vehicles similars. Al mateix temps, es mantenen la precisió i els espais lliures mínims, per la qual cosa aquestes mateixes caixes de canvis han trobat ús en grans turismes premium.

Buits i fricció en els mecanismes de direcció

Totes les caixes de canvi requereixen ajustos periòdics en diferents graus. A causa del desgast, els buits de les articulacions dels engranatges canvien i apareix el joc al volant, dins del qual el cotxe és incontrolable.

Els engranatges de cuc es regulen movent el sector de l'engranatge en una direcció perpendicular a l'eix d'entrada. És difícil assegurar la preservació de l'espai lliure en tots els angles de gir del volant, ja que el desgast es produeix a diferents ritmes en la direcció de moviment que s'utilitza amb freqüència i més rarament quan es gira en diferents angles. Aquest és un problema comú en tots els mecanismes; els bastidors també es desgasten de manera desigual. Si hi ha un desgast greu, les peces s'han de substituir, en cas contrari, quan el volant gira, la bretxa es convertirà en una interferència amb un augment de la fricció, que no és menys perillós.