La geometría de dirección de un vehículo industrial es un asunto complicado. Marcha en inercia, cinemática de la dirección, convergencia, inclinación de la rueda e inclinación del pivote garantizan un control permanente sobre las ruedas.
Según el uso que se le vaya a dar, un camión necesita más o menos ejes. Su misión no es únicamente soportar la carga del camión. También son una parte fundamental de la dirección. Generalmente, las ruedas del eje delantero son dirigibles. No obstante, para campos de aplicación más exigentes se necesitan varios ejes dirigibles. Para colocar todas estas ruedas dirigibles —por tanto en cierto modo inestables— de forma segura, se requiere una geometría de ejes extremadamente complicada y una precisa definición de los ángulos.
El objetivo de esta geometría de la suspensión es transmitir a la estructura todas las fuerzas que actúan sobre las ruedas. Entre estas se incluyen, por ejemplo, las fuerzas de dirección de las ruedas o las fuerzas que se generan al acelerar y frenar. Cuando el conductor gira el volante, la geometría de la dirección determina la posición de las ruedas y transfiere las fuerzas entre ruedas y calzada al varillaje de dirección. Para evitar que las ruedas del eje conductor, que no deben colocarse fijas sino móviles, se independicen y tiemblen descontroladamente, prácticamente deben adoptar su posición antes de conectarse a los ejes. Esta posición queda definida con precisión a través de la marcha en inercia, la convergencia, la inclinación de la rueda, la inclinación del pivote y el radio del rodillo de dirección.
La marcha en inercia endereza las ruedas
La marcha en inercia se encarga de que las ruedas permanezcan siempre rectas en la dirección de desplazamiento mientras el vehículo esté en movimiento. Para describir la marcha en inercia, es más sencillo pensar en la posición de las ruedas en un carro de té o de la compra. La rueda está montada de tal forma que el pivote de mangueta quede desplazado hacia atrás con respecto al eje. Su línea central se encuentra con el suelo antes que el centro de la rueda. Por tanto, el eje de la rueda en sí se encuentra detrás del punto de giro de la estructura de la rueda.
Esta construcción prácticamente tira de la rueda. Por eso la rueda marcha en inercia y se ajusta automáticamente a la dirección de la marcha. Este efecto se produce porque en las curvas se genera una fuerza lateral en la rueda que actúa sobre una palanca. El par de retorno que forma siempre endereza la rueda. El ángulo de avance del pivote define la posición de la línea central del eje conductor con respecto al centro de la superficie de apoyo de la rueda. En los vehículos de carga, el ángulo de avance del pivote suele ser de unos tres grados.
La convergencia evita los movimientos nerviosos
La inclinación de las ruedas también es importante para la estabilidad. La convergencia se encarga de que las ruedas no se muevan en el eje sin control. Las ruedas no están paralelas, sino inclinadas hacia adentro en el sentido de la marcha. La convergencia se establece midiendo la diferencia existente entre los bordes de las llantas a la altura del centro de la rueda. La convergencia tiene también otra importante tarea. Al conducir en recto, la resistencia a la rodadura genera una fuerza que presiona la rueda izquierda hacia la izquierda y la rueda derecha hacia la derecha. La convergencia contrarresta esta fuerza e impide que las ruedas se separen. El comportamiento con ruedas motrices delanteras es diferente. Cuando el par actúa sobre ellas, se produce un efecto opuesto: las fuerzas motrices no presionan las ruedas hacia fuera, sino hacia adentro. Por ello, en este caso las ruedas deben estar inclinadas hacia fuera. Esto es lo que se llama divergencia.
Pero las ruedas también pueden adoptar otras posturas en la geometría de dirección. La inclinación de la rueda hace referencia a la posición de la rueda con respecto al plano de la calzada. Su origen se remonta a la construcción de carruajes. Tenía la función de impedir que la rueda se saliera si se soltaba la tuerca. Si las ruedas se inclinan hacia fuera, hablamos de una inclinación positiva; las ruedas con inclinación hacia adentro tienen una inclinación negativa. Una inclinación positiva amortigua los golpes provocados por la calzada sobre los componentes de la dirección, garantiza un desgaste uniforme de los neumáticos y fuerzas de dirección mínimas. Si la inclinación es negativa, las ruedas están inclinadas hacia el interior. Esta posición incrementa las fuerzas de dirección laterales de las ruedas. Normalmente, los vehículos de carga tienen una inclinación positiva con una inclinación de uno a dos grados.
La inclinación del pivote de mangueta determina el radio del rodillo de dirección
La inclinación de los pivotes también ocupa un lugar importante en la interacción de la geometría de ejes. Determina la inclinación del pivote de mangueta contra el plano longitudinal del vehículo. La mayoría de las veces, su ángulo es de unos cinco grados. Junto con la inclinación de la rueda, define el radio del rodillo de dirección. También repercute en la fuerza de dirección necesaria y genera un par de retorno, por lo que se encarga de que las ruedas vuelvan automáticamente a su posición inicial después de una curva. Si faltara este par de retorno, el conductor debería girar el volante después de tomar una curva. Esto complicaría mucho el comportamiento de marcha y restaría velocidad en las curvas. Además de añadir otro peligro: si al salir de la curva no se retomara a tiempo la dirección, el vehículo se saldría de la calzada.