Dirección - Albergue de alojamientos de la UVa · PDF fileEl mecanismo de accionamiento...

Dirección

p 1 E.I.I. Valladolid / José A. López Septiembre 2013

Dirección

Dirección


Dirección

Introducción y propiedades

Ángulos de rueda

Mecanismos de mando

- Recirculación de bolas

- Piñón - cremallera

El mecanismo de accionamiento

- Relación teórica de los ángulos de dirección

- Trapecio de Ackerman

- Curva de error

Par de dureza de la dirección

- Relación de desmultiplicación

Dirección asistida

- Dirección asistida hidráulica

- Dirección asistida eléctrica

Steer by wire

Dirección


» Precisión. Aptitud a situar el vehículo en la trayectoria con la exactitud

necesaria

» Dureza - suavidad. Esfuerzo en el volante que tiene que hacer el conductor

para accionar las ruedas, tanto aparcando como en movimiento

» Rapidez. Número de vueltas del volante

» Progresividad en función del ángulo del volante

» Autoalineación. Capacidad que tienen las ruedas directrices de recuperar la

alineación recta.

» Estabilidad. Ausencia de abaniqueo y vibraciones en volante.

» Irreversibilidad. Los esfuerzos en las ruedas deben transmitirse al volante

muy amortiguados.

» Compatibilidad con la suspensión. Minimizar el efecto sobre la dirección de

los movimientos de la suspensión y de las ruedas

Propiedades de la dirección

Dirección


Rueda, suspensión y dirección

Dirección


Angulos de rueda - ángulo de salida

i Angulo de salida (i) o de inclinación del pivote de la mangueta.

Reduce el esfuerzo de giro de la dirección

El brazo de par es menor

Favorece la autoalineación, “llamada gravitatoria”.

contribuye a mantener o llevar a las ruedas a la

alineación recta.

Este efecto tiende a endurecer la dirección

Favorece la irreversibilidad de la dirección

(transmisión de los esfuerzos de la rueda al

volante)

Rango de valores orientativo: 3-10º

Dirección


Angulos de rueda - ángulo de caída

Angulo de caída de la rueda (). Es positivo cuando la parte superior de la rueda

se inclina hacia el exterior del automóvil, y negativo cuando se inclina hacia el

interior.

Hace que las ruedas tiendan a desviarse de la

alineación recta:

Si la caída es positiva las ruedas tienden a

abrirse, y si es negativa a cerrarse

La caída excesiva produce desgaste asimétrico

de los neumáticos

Si es positiva por el borde exterior, y si es

negativa por el interior

Ocasiona un deslizamiento lateral que origina una

fuerza lateral

La caída debe estar compensada por la

convergencia


Ángulo de caída positivo

Dirección


Angulos de rueda - convergencia y divergencia

Angulo de convergencia o divergencia de la rueda (A-B, se expresa en mm).

La convergencia hace que las ruedas tienden a

cerrarse al avanzar

La divergencia hace que las ruedas tienden a

abrirse al avanzar

Las fuerzas longitudinales crean un par respecto

a las articulaciones de la suspensión y modifican

la orientación de las ruedas

La convergencia debe compensar los efectos de

las fuerzas longitudinales y del ángulo de caída

La convergencia excesiva produce desgaste de

los neumáticos por el borde exterior

La divergencia excesiva produce desgaste de los

neumáticos por el borde interior

Rango de valores orientativo: 0-4 mm

A

B

Convergencia B > A

Divergencia A > B

Dirección


Angulos de rueda - convergencia y divergencia

Rueda delantera motriz

Divergencia

Caída negativa

Fmotriz

Rueda delantera sólo directriz

Convergencia

Caída positiva

Rrodadura

Dirección


Angulos de rueda - ángulo de avance

Angulo de avance (β) es la inclinación longitudinal del eje del pivote de la mangueta.

Facilita el que la dirección recupere la alineación

recta (autoalineación)

Es el mismo ángulo que tienen las bicicletas, los

carritos móviles, rueda delantera aviones …

Favorece la estabilidad de la dirección

Si es excesivo puede provocar oscilaciones de la

rueda y vibraciones en el volante

Si es demasiado bajo reduce la estabilidad

direccional a velocidades elevadas

Tiene una “contrallamada gravitatoria”, que se

opone a la llamada gravitatoria del ángulo de

salida

Si el ángulo de avance es excesivo y el de salida

muy pequeño se puede producir, a baja velocidad,

“el enrollamiento” de la dirección


Ángulo de avance

positivo

β

Dirección


Angulos de rueda - ángulo de avance

B

A

Y

B A

Mz

En recta

El pivote (eje de giro de la rueda) corta al plano

de la calzada (B) por delante del centro del área

de contacto (A)

Al tomar una curva

Al estar B por delante de A, y generarse en el

área de contacto una fuerza lateral, se produce

un par que tiende a devolver a la rueda a la

alineación recta

Rrodadura

B A

Mz

Al perder la alineación recta

Al estar B por delante de A, y tener la rueda una

resistencia a la rodadura, se produce un par que

tiende a devolver a la rueda a la alineación recta

Dirección


Eje de giro independiente para cada rueda

d

F

d

F

Dirección


Elementos principales de la dirección manual

Dirección


Mecanismos de dirección

Mecanismos con salida rotativa

Tornillo sinfín y sector dentado

Tornillo sinfín y tuerca

Tornillo sinfín y tuerca por cremallera

Tornillo sinfín y rodillo

Palanca y leva

Recirculación de bolas

Mecanismos con salida lineal

Piñón - cremallera

Dirección


Recirculación de bolas

Tornillo sinfín y tuerca con bolas recirculantes

Dirección


Piñón - cremallera

1. Fuelle protector 5. Palier 9. Empujador

2. Piñón 6. Rotula 10. Resorte

3. Carter 7. Biela 11. Tuerca

4. Cremallera

Dirección


Relación teórica de los ángulos de dirección

tδcotgδcotg o i (1)

A B

C D

CdG

R

o

o

i

i

t

ℓ

I

Dirección


Efecto de la deriva

CdG R

o

i

Dirección


El trapecio de Ackerman

Rb

t

Valores orientativos

- alrededor de 70º

- Rb sobre 200-300 mm

Dirección


Curva de error

Representación gráfica de la

formula de las cotangentes

A B

D C

E t/2

t

ℓ

i

A B

D C

E

i1 or1 o1 (o

r- o)21

i2 or2 o2 (o

r- o)22

i3 o

r3 o3 (o

r- o)23

… … … …

Cálculo numérico del error Curva de error

i o

Dirección


Giro máximo de rueda (i +o) con un trapecio de Ackerman

t

o

i

Ltr

A B

ob

2

b

22

btr δcosRt2RtRL

b

2

btr

2

b

2

oRt2

RLRtδcos

btr

ob

RL

)sen(δRψsen

ψsen

R

)sen(δ

RL b

o

btr

o

i = -

(2)

Dirección


Par de dureza

dαξ2

1dS 2

dαξ2

1pμdSpμdf 2

rr

dαξ3

pμdfξ

3

2dT 3r

El ángulo de salida hace que se

produzca una rodadura al girar Par estático respecto al centro de la huella (=0)

W - Peso soportado por la rueda

Pr - Presión constante sobre el área de

contacto

- Coeficiente de rozamiento combinado

Considera el efecto de la rodadura

f - Fuerza de rozamiento

T - Par de dureza

π2

0

3r dαξ3

pμT

y

x

d

O

i

O O’

Dirección


Par de dureza

π2r3

pμdαr

3

pμdαξ

3

pμT 3r

π2

0

π2

0

3r3r

WkμT

La integral sobre 2 no se anula, ya

que se integra el momento de las

fuerzas de rozamiento respecto a O

y

x O

Para integrar se necesita conocer la forma del

área de contacto. Se hace la hipótesis de que es

circular con área equivalente a la huella real

Wrμ3

2T Teniendo en cuenta que W = pr.S = pr..r2, se llega a:

Siendo k el radio de giro de la rueda (k = 2r/3)

k depende del tamaño del área de contacto, y por o tanto del neumático

Par estático respecto al centro de la huella (=0)

Dirección


Par de dureza

22 ρkWμT

iii

cos

)sen(γr)cos(γρρ cs

Par estático respecto al centro de giro (O’)

y

x O O’

k

i

C

D O’ O

s

rc

Cálculo de (suponiendo nulo el ángulo de avance)

Td - Par de dureza de la dirección

T - Par de dureza de una rueda

- Coeficiente de rozamiento

combinado

Considera el efecto de la rodadura

W - Peso soportado por la rueda

k - Radio de giro de la rueda

- Distancia EO

22

d ρkWμ2T

(3)

(4)

(5)

Dirección


Par de dureza

neumáticos

¿De qué es función rozamiento combinado ()?

- Del coeficiente de fricción neumático -

calzada

- De la distancia , que a su vez depende

del ángulo de salida (i)

- Del neumático

Td

22

d ρkWμ2T

¿De qué es función el par de dureza (Td)?

- De la carga sobre las ruedas directrices

- Del coeficiente de rozamiento combinado

- Del ángulo de salida (i)

- Del neumático

- → Td

- =f( ) → → Td

22

d ρkWμ2T

Dirección


Relación de desmultiplicación de la dirección (rd)

mtimoneríadvd ηrrTT

mdvd ηrTT

Expresión con brazo de Pittman

rtimonería = (longitud del brazo de Pittman)/(longitud del brazo de dirección)

io

vd

δδ

δr

Td - Par de dureza de la dirección

Tv - Par en el volante

rd - Relación de desmultiplicación (caja de dirección)

m - Rendimiento mecánico de la dirección

mv

dd

ηT

Tr

Es la relación entre el ángulo de rotación del volante y el ángulo de rotación de las ruedas.

Relación de pares

rd es un compromiso entre el

- par en el volante

- número de vueltas del volante

(6)

(8)

(7)

Dirección


Par en función del ángulo del volante

Angulo del volante (º)

Par en el volante (daNm)

720º 720º

35

35

retorno

retorno

giro del volante

giro del volante

Dirección


http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=8XzkiH5ZHe4

Angulos de rueda

http://www.youtube.com/watch?v=WHzoWYppNIA

Videos

http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=8XzkiH5ZHe4




Dirección - Albergue de alojamientos de la UVa · PDF fileEl mecanismo de accionamiento...

Documents

Transcript of Dirección - Albergue de alojamientos de la UVa · PDF fileEl mecanismo de accionamiento...