¿Alguna vez te has preguntado qué sucede cuando giras el volante de un coche? Normalmente, hay muchos tipos de mecanismos de dirección, como la dirección de bolas recirculantes y la dirección asistida. Probablemente también hayas oído hablar de la dirección de cremallera y piñón.
El sistema de dirección de cremallera y piñón está compuesto por un piñón (engranaje circular) y una cremallera (engranaje lineal). Este sistema convierte el movimiento rotativo en movimiento lineal. En contraste con la dirección de bolas recirculantes, que se encuentra en camiones grandes, SUV y otros vehículos pesados, la mayoría de los coches, camiones pequeños y SUV están equipados con sistemas de dirección de cremallera y piñón.
Historia de la cremallera y piñón
Aunque la dirección de cremallera y piñón es relativamente nueva en la historia del automóvil estadounidense, no es un concepto nuevo. La primera caja de cambios de cremallera y piñón fue desarrollada por BMW en la década de 1930, pero no se vendió en Estados Unidos hasta el MG de 1951, y los primeros modelos estadounidenses en utilizarla fueron el Ford Mustang II y el Pinto de 1974. AMC utilizó la cremallera y piñón en el Pacer a partir de 1975, pero GM y Chrysler no comenzaron a usarla hasta principios de la década de 1980 con los modelos X-body y K-car.
Los fabricantes estadounidenses consideraron la cremallera y piñón como racional porque había sido utilizada durante años por fabricantes europeos y asiáticos, y su diseño era más simple que el de las cajas de dirección de bolas recirculantes, lo que reducía los costes de fabricación. La dirección de cremallera y piñón es mucho más ligera que las cajas de cambios tradicionales, lo que significa un mejor consumo de combustible. En el diseño de cremallera y piñón, no se necesitan brazos de conexión, bielas centrales, manguitos de la barra de acoplamiento ni brazos Pitman. Además, tiene la ventaja de ser más ligero. La cremallera y piñón se monta cerca de la transmisión transversal, lo que facilita su integración en sistemas de tracción delantera. La relación de la caja de cambios también podía ajustarse para cada distancia entre ejes y según la maniobrabilidad y el conjunto de opciones. La caja de cambios de cremallera y piñón también ofrece al conductor una sensación más firme en el volante.
El sistema de cremallera y piñón no solo se utiliza para la dirección de coches y camiones pequeños, sino también para una variedad de otros propósitos. Se ha utilizado no solo para ayudar a los trenes a subir pendientes pronunciadas, sino también para mejorar el control de frenado, especialmente en condiciones de nieve y hielo. Son una característica estándar en la gran mayoría de los elevadores de escaleras. El mecanismo de cremallera y piñón suele accionarse mediante potencia hidráulica o eléctrica.
Arthur Ernest Bishop inventó la cremallera variable en la década de 1970. Su cremallera variable se utilizó junto con un piñón estándar para mejorar la maniobrabilidad del vehículo.
Relación de la cremallera y piñón
Para moverse de tope a tope, la mayoría de los coches requieren entre 3 y 4 vueltas completas del volante (de extremo a extremo derecho). La relación de dirección indica cuánto hay que girar el volante para que las ruedas giren una distancia determinada. Una relación alta significa que hay que girar más el volante para girar las ruedas una cantidad fija, mientras que una relación baja indica una respuesta de dirección más rápida.
Algunos vehículos utilizan dirección de relación variable. En este sistema de dirección de cremallera y piñón, el centro tiene un número diferente de dientes por centímetro (paso de diente) que los extremos. Como resultado, cuando el volante se gira hacia las posiciones de tope, la sensibilidad es mayor que cuando está cerca de la posición central, mejorando la maniobrabilidad del coche.
Existen principalmente dos tipos de sistemas de dirección de cremallera y piñón:
- Salida en los extremos: las barras de acoplamiento se montan en los extremos de la cremallera de dirección a través de rótulas interiores.
- Salida central: se fijan las barras de acoplamiento al centro de la cremallera de dirección con pernos.
Cómo funciona este sistema
La dirección de cremallera y piñón funciona convirtiendo el movimiento rotativo del volante en el movimiento lineal necesario para girar las ruedas a través de un sistema de engranajes. El tren de engranajes está encerrado en un tubo metálico. El tubo tiene aberturas en cada extremo que permiten montar la cremallera a las barras de acoplamiento. El piñón está conectado al eje de dirección, por lo que cuando se gira el volante, el engranaje gira y mueve la cremallera. Las barras de acoplamiento están conectadas a los extremos de las barras, que a su vez se fijan a los muñones.
El conjunto de engranajes de cremallera y piñón tiene dos propósitos:
- Convertir el movimiento rotativo del volante en el movimiento lineal necesario para girar las ruedas del vehículo.
- Proporcionar una reducción de velocidad, facilitando el giro de las ruedas mediante el volante.
Señales de problemas
Dado que la cremallera y piñón es básicamente un mecanismo de engranajes, con el tiempo se desgasta y falla. Como casi cualquier otra pieza de tu coche. Aquí hay algunas señales que los consejos de mantenimiento consideran que deberías vigilar:
Juego excesivo o dirección floja
Al manipular el volante, debería sentirse “firme”, es decir, cuando giras el volante, puedes sentir que las ruedas delanteras giran. Si la cremallera y piñón falla, notarás que el volante comienza a aflojarse o que tiene un juego excesivo. A menudo sentirás que el coche responde lentamente cuando giras el volante. El control del coche también se sentirá más difícil y puede tambalearse a altas velocidades.
En algún momento, también puedes notar puntos muertos. Esto ocurre cuando giras el volante, pero las ruedas delanteras no giran hasta que lo giras a un ángulo específico. Esto sucede porque la cremallera y piñón no están engranando firmemente, lo que significa que cuando giras el volante, la cremallera en realidad no se mueve.
Ruidos al girar
Al girar el volante, tu coche también puede hacer un sonido de clic. Una cremallera y piñón desgastados pueden no estar bien lubricados, lo que hace que choquen entre sí, causando fricción y produciendo ruidos.
Ten en cuenta que estos ruidos podrían provenir de las barras de acoplamiento u otras partes de la suspensión. La diferencia es que si el ruido proviene de una cremallera y piñón defectuosa, lo oirás casi cada vez que gires el volante. Mientras que los ruidos de clic del conjunto de la suspensión suelen ocurrir solo al pasar sobre baches o al girar bruscamente.
Fugas de líquido de dirección asistida
Si tu coche tiene dirección asistida hidráulica, una cremallera y piñón defectuosa puede comenzar a tener fugas de líquido de dirección asistida. Si ves un charco de líquido rojo debajo de tu coche, podría ser una fuga de dirección asistida o de líquido de transmisión. Verifica de dónde proviene la fuga para confirmar si es líquido de dirección asistida o de transmisión.
Ten en cuenta que las fugas de dirección asistida pueden ser causadas por una bomba de dirección asistida defectuosa, un depósito dañado o una manguera con fugas. Puede que no sea tu cremallera y piñón la causa inicial. Además, si tu coche tiene dirección asistida eléctrica, este problema no ocurre porque la dirección eléctrica no requiere líquido para funcionar.
Coste de reemplazo
El coste de reemplazar la cremallera y piñón puede oscilar entre 1.000 y 1.900 dólares, dependiendo de la marca y modelo de tu coche, incluyendo la mano de obra. La cremallera y piñón en sí suele costar entre 700 y 1.500 dólares, y la mano de obra puede ser de hasta 400 dólares. Por ejemplo, la cremallera y piñón de un Toyota Corolla 2015 cuesta 717 dólares, y añadiendo 400 dólares de mano de obra, la factura de reparación sería de 1.117 dólares.
Por supuesto, estas son estimaciones aproximadas y estamos tomando el extremo superior del espectro. El reemplazo de la cremallera y piñón de tu coche podría ser más barato que nuestra estimación. Sin mencionar que los coches de lujo o de alto rendimiento pueden costar más. La buena noticia es que la cremallera y piñón suele durar bastante. Normalmente dura alrededor de 100.000 millas, y puede durar fácilmente más. Por ejemplo, mi Mitsubishi Pajero Sport tiene 120.000 millas y no tiene problemas de dirección.
Con un trabajo de reemplazo tan caro, podrías preguntarte si realmente vale la pena. Antes de dar luz verde a tu mecánico, sería prudente verificar el valor de reventa de tu coche en el mercado de usados. Si el valor de tu coche aún supera significativamente el coste de la reparación, entonces se puede decir que vale la pena.
Por ejemplo, si reemplazar la cremallera y piñón cuesta 1.200 dólares, pero tu coche aún puede venderse por unos 10.000 dólares, entonces la reparación realmente vale la pena. Pero si el valor de reventa de tu coche es de solo unos 3.000 dólares, entonces no vale la pena. ¡Es casi la mitad del valor de tu coche! En ese caso, probablemente sea mejor vender el coche tal como está.
Otra opción es desguazar tu coche. Puedes llevarlo a un desguace o a una empresa de chatarra que pague el valor del metal del coche. O puedes desmontar el coche y vender las piezas y accesorios individualmente. Esta última opción lleva tiempo, pero probablemente obtendrás más dinero por tu coche. En resumen, si el valor de mercado de tu coche no es muy diferente del coste de reparación, no procedas con la reparación.
Conclusión
En resumen, la cremallera y piñón es el corazón del sistema de dirección de tu coche. La cremallera es un engranaje lineal que se conecta a las barras de acoplamiento, que a su vez se conectan a las ruedas delanteras. Mientras que el piñón es un engranaje circular que se sitúa sobre la cremallera y está conectado al volante a través de la columna de dirección.
La cremallera y piñón dura hasta aproximadamente 100.000 millas. Sin embargo, pueden desgastarse, y cuando comienzan a fallar, aparecen síntomas notables. Algunos síntomas incluyen ruidos de clic al girar el volante, fugas de líquido de dirección asistida y un volante flojo con mucho juego. Esto obviamente hace que la dirección y el control del coche sean más difíciles. Por lo tanto, no debes conducir un coche con una cremallera y piñón defectuosa, ya que podría causar un accidente grave.