Dirección de piñón y cremallera: todo lo que necesita saber

Con la dirección de cremallera y piñón, la rotación del piñón provoca un movimiento lineal de la cremallera, que gira las ruedas del vehículo hacia la izquierda o hacia la derecha. Los sistemas de piñón y cremallera son un componente común en los ferrocarriles.

Un sistema de dirección de cremallera y piñón consta de un piñón (un engranaje circular) con una cremallera (un engranaje lineal). El sistema funciona convirtiendo un movimiento giratorio en movimiento lineal. La mayoría de los automóviles, camiones pequeños y SUV vienen equipados con un sistema de piñón y cremallera, en lugar de la dirección de bola recirculante que se encuentra en camiones más grandes, SUV más grandes y otros vehículos pesados.

Piñón y cremallera

Con la dirección de cremallera y piñón, la rotación del piñón provoca un movimiento lineal de la cremallera, que gira las ruedas del vehículo hacia la izquierda o hacia la derecha. Los sistemas de piñón y cremallera son un componente común en los ferrocarriles. Entre los rieles del tren hay bastidores que interactúan con piñones conectados a locomotoras y vagones de tren para ayudar a los trenes a subir pendientes pronunciadas.

Si bien un sistema de piñón y cremallera puede parecer complicado, es simplemente un engranaje conectado a una barra dentada. La barra se fija a un juego de tirantes. Una rejilla generadora es un contorno de rejilla utilizado en el diseño de una herramienta generadora, como una encimera o una cortadora de engranajes, para indicar los detalles y dimensiones de los dientes. Los actuadores lineales simples a menudo consisten en una combinación de piñón y cremallera. La rotación del eje del piñón se acciona manualmente o mediante un motor para crear un movimiento lineal.

Si bien el sistema de dirección de piñón y cremallera ha sido utilizado por los fabricantes de automóviles de EE. UU. Durante menos de 50 años, el concepto tiene casi un siglo en otros países. Se informa que en la década de 1930, BMW produjo la primera caja de cambios de piñón y cremallera. El primer fabricante de automóviles estadounidense en utilizar la dirección de piñón y cremallera en producción fue Ford, que la utilizó para el Mustang II de 1974 y el Pinto de 1974. Si bien AMC adoptó el sistema poco después para el Pacer de 1975, GM y Chrysler no fabricarían automóviles con dirección de piñón y cremallera hasta la década de 1980.

Aunque los fabricantes estadounidenses tardaron algún tiempo en empezar a producir sistemas de dirección de piñón y cremallera, pronto se dieron cuenta de lo que las empresas de automoción europeas y asiáticas habían sabido durante décadas. La dirección de piñón y cremallera es un diseño más sencillo en comparación con el sistema de dirección de bola de recirculación que vino antes. Ese diseño más sencillo hace que los sistemas de dirección de piñón y cremallera sean más rentables de construir.

También se señala que el sistema de dirección de piñón y cremallera pesa menos que una caja de cambios de bolas recirculantes, lo que ayuda a mejorar el rendimiento de la gasolina. Los sistemas de piñón y cremallera son más livianos porque no requieren los brazos tensores, brazos Pitman, eslabones centrales y manguitos de barra de acoplamiento que se encuentran en los sistemas de dirección convencionales. El tamaño y el peso de un sistema de piñón y cremallera lo hacen un mejor ajuste para aplicaciones de tracción delantera porque los fabricantes pueden instalarlo justo al lado de la transmisión transversal. Es más fácil para los fabricantes adaptar las cajas de engranajes de piñón y cremallera para adaptarse a distancias entre ejes y paquetes de manipulación específicos.

Cremallera y piñón: aplicaciones

Si bien la mayoría de los consumidores están familiarizados con los sistemas de piñón y cremallera para coches de dirección y camiones pequeños, las combinaciones de piñón y cremallera tienen otras aplicaciones. Los sistemas de piñón y cremallera no solo se utilizan para ayudar a los trenes a subir pendientes pronunciadas, sino que también proporcionan un mejor control de los frenos, especialmente en condiciones de nieve y hielo. Se afirma que los sistemas de piñón y cremallera son componentes estándar en la mayoría de los salvaescaleras . El mecanismo de piñón y cremallera a menudo funciona con energía hidráulica o eléctrica.

En la década de 1970, Arthur Ernest Bishop inventó el bastidor variable. Combinado con un piñón estándar, su cremallera variable se utilizó para mejorar el manejo del vehículo.

¿Cómo funciona la dirección de piñón y cremallera?

Según en un artículo de Autopartes, la dirección de piñón y cremallera funciona mediante el uso de un sistema de engranajes para traducir el movimiento circular del volante en el movimiento lineal necesario para girar las ruedas. Un tubo de metal aloja el engranaje. El tubo tiene aberturas en cada extremo para permitir que el bastidor se conecte a una varilla axial. El piñón se conecta al eje de dirección para que el engranaje gire y mueva la cremallera cuando gire el volante. Las barras axiales se conectan a un extremo de la barra de dirección, que se une al eje.

El conjunto de engranajes de piñón y cremallera tiene dos funciones principales:

  • Conversión del movimiento de rotación del volante en el movimiento lineal necesario para que giren las ruedas del vehículo.
  • Reducción de marchas, lo que facilita que el volante gire las ruedas.

Relación de dirección de piñón y cremallera

El mismo artículo de Autopartes define la “relación de dirección” como la relación entre cuánto gira el volante y cuánto giran las ruedas. Por ejemplo, si un giro de 360 ​​grados del volante hace que las ruedas de un automóvil giren 20 grados, entonces la relación de dirección de ese automóvil es 18: 1 (360 dividido por 20). Una relación de dirección más alta requiere más vueltas del volante para girar las ruedas. Es deseable una relación de dirección más baja porque indica una dirección más sensible.

Los autos deportivos ligeros tienden a tener una relación de dirección más baja en comparación con los autos y camiones grandes. Gracias a la dirección asistida, todos los vehículos de consumo tienen una relación de dirección mejorada.

Piñón y cremallera de potencia

Se señala que los automóviles con dirección asistida tienen diseños de piñón y cremallera ligeramente diferentes. A lo largo del costado de un bastidor eléctrico hay dos tubos de acero que realizan la función de giro a la izquierda y a la derecha mientras sirven como líneas de presión y retorno. Un cilindro que contiene un pistón con dos puertos de fluido se conecta al bastidor de potencia. El fluido a alta presión mueve el pistón, que luego hace que se mueva la cremallera. Los sistemas eléctricos utilizan una bomba eléctrica.

Problemas comunes de dirección de piñón y cremallera

Debido a que es imposible operar un automóvil sin dirección, es esencial estar atento a cualquier problema para que pueda repararlo lo antes posible. Los problemas comunes de dirección, según lo informado en el artículo, incluyen:

  • Un volante apretado: si parece que su volante es más difícil de girar, esto podría indicar un problema con la cremallera de la dirección o una presión inadecuada en el sistema de dirección asistida. Este problema generalmente se resuelve agregando más líquido de dirección asistida.
  • Fuga de líquido de dirección asistida: si su automóvil tiene una fuga de líquido de dirección asistida, debe repararlo antes de que se sobrecaliente la caja de cambios o se rompan los engranajes.
  • Ruidos de chirrido: un sonido de chirrido generalmente indica una lubricación inadecuada en la caja de cambios de la dirección. Es posible que sea necesario reemplazar la caja de cambios.
  • Aceite quemado: el líquido de la dirección asistida tiene un olor similar al aceite quemado. Si nota este olor mientras conduce, deténgase tan pronto como sea seguro. Es posible que su caja de cambios se sobrecaliente y se incendie.

El sistema de dirección de piñón y cremallera ha llevado a una producción de automóviles más rentable, un mejor rendimiento de la gasolina y un manejo más fácil del vehículo. Sin duda, es un avance revolucionario en la industria automotriz.

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