Geometría de la dirección: Ackerman, cotas de dirección y convergencia

Resumen

El texto explica la geometría de la dirección de un vehículo, con el cuadrilátero de Ackerman y el principio que evita el arrastre de las ruedas en las curvas. También describe las cotas de dirección (caída, salida, avance, incluido, conjugadas y convergencia), sus funciones y los síntomas de un mal reglaje del paralelismo.

Puntos clave

El cuadrilátero de Ackerman es un trapecio articulado formado por el eje delantero, dos brazos de acoplamiento y una barra de acoplamiento.
El principio de Ackerman exige que las cuatro ruedas describan circunferencias concéntricas, con un único centro instantáneo de giro.
El ángulo de caída (camber) es el ángulo entre la horizontal y el eje de la mangueta en el plano transversal del vehículo.
El ángulo de salida (kingpin) reduce el esfuerzo de orientación de la rueda y el ángulo de caída necesario.
El ángulo de avance (caster) mantiene la dirección estable y favorece su reversibilidad.
La convergencia (toe) es positiva si las prolongaciones de los ejes longitudinales se cortan por delante y negativa (divergencia) si se cortan por detrás.
Un exceso de divergencia desgasta el borde exterior de los neumáticos, y un exceso de convergencia desgasta el borde interior.

Ponte a prueba

Geometría de la Dirección y Alineación de Ruedas

Geometría de Giro (Principio de Ackerman)

Para lograr que cada una de las ruedas delanteras tome la posición adecuada para que sus ejes de giro corten en el punto O, es necesario disponer de un trapecio articulado llamado cuadrilátero de Ackerman.

Este cuadrilátero está formado por:

El propio eje delantero (AB).
Dos brazos de acoplamiento (AC y BD).
Una barra de acoplamiento (CD).

Para evitar el arrastre de las ruedas al tomar una curva, debe cumplirse el Principio de Ackerman: las trayectorias descritas por las cuatro ruedas del vehículo al describir una curva han de ser circunferencias concéntricas. Es decir, debe haber un solo centro de giro para las cuatro ruedas, denominado centro instantáneo de giro.

Geometría de Ruedas

Para obtener una dirección segura y fácil de manejar, las ruedas tienen que obedecer al volante y su orientación no debe alterarse con las irregularidades del pavimento.

Cotas de Dirección

Las cotas de dirección esenciales son:

Ángulo de Caída.
Ángulo de Salida.
Ángulo de Avance.
Ángulo Incluido.
Cotas Conjugadas.
Convergencia.

1. Ángulo de Caída (Camber)

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

Funciones del Ángulo de Caída:

Compensa la deformación por flexión del tren delantero.
Desplaza el peso del vehículo sobre el eje, 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.

2. Ángulo de Salida (Kingpin Inclination)

Se trata de hacer coincidir el centro de la superficie del neumático con la prolongación del eje del pivote.

Funciones del Ángulo de Salida:

Reducir el esfuerzo para realizar la orientación de la rueda.
Disminuir el ángulo de caída para mejorar el desgaste del neumático.
Favorecer la reversibilidad de la dirección.

3. Ángulo de Avance (Caster)

Ángulo formado por la prolongación del eje del pivote con el eje vertical que pasa por el centro de la rueda.

Funciones del Ángulo de Avance:

Mantener la dirección estable y precisa.
Favorecer la reversibilidad.
Evitar vibraciones en las ruedas y repercusión en la dirección.
El efecto de avance aumenta en las ruedas directrices y disminuye en las motrices.

Convergencia (Toe)

Determina el paralelismo que existe entre los ejes longitudinales de las ruedas, visto el vehículo por arriba y en sentido de marcha normal.

Su función consiste en permitir girar las ruedas de cada eje paralelas entre sí, con el vehículo en marcha, y evitar que las ruedas derrapen.

Tipos de Convergencia:

Convergencia Positiva: Se denomina así cuando la prolongación de los ejes longitudinales de las ruedas se corta por delante.
Convergencia Negativa (Divergencia): Se denomina así cuando la prolongación de los ejes longitudinales de las ruedas se corta por detrás.

Síntomas de un Mal Reglaje de Paralelismo

Un reglaje incorrecto del paralelismo puede manifestarse a través de los siguientes síntomas:

Desgaste anormal y rápido de la cubierta con rebabas en la banda de rodadura.
Un exceso importante de divergencia ocasiona un desgaste en el borde exterior, simétrico en los dos neumáticos.
Un exceso importante de convergencia ocasiona un desgaste en el borde interior, simétrico en los dos neumáticos.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el principio de Ackerman?

Es el principio según el cual las trayectorias de las cuatro ruedas al tomar una curva deben ser circunferencias concéntricas, con un único centro instantáneo de giro. Se consigue mediante el cuadrilátero de Ackerman.

¿Para qué sirve el ángulo de caída?

Compensa la deformación por flexión del tren delantero, desplaza el peso sobre el eje y reduce el empuje lateral sobre los cojinetes. Además evita el desgaste de neumáticos y rodamientos y disminuye el esfuerzo de giro del volante.

¿Qué síntomas indican un mal reglaje de paralelismo?

Un desgaste anormal y rápido de la cubierta con rebabas en la banda de rodadura. Un exceso de divergencia desgasta el borde exterior de los neumáticos y un exceso de convergencia desgasta el borde interior, de forma simétrica en ambos.