Tal vez hayas notado que después de girar y soltar el volante, este se devuelve automáticamente a la posición central. Te sorprenderá descubrir que esta capacidad de retorno del volante no se logra mediante un mecanismo complicado con resortes o válvulas. En cambio, los ingenieros logran que el volante y las ruedas frontales vuelvan a su posición original al proporcionar a las ruedas frontales un ángulo llamado {angulo de pivote}.
En primer lugar, examinemos más de cerca el mecanismo del volante. Es evidente que la rotación del volante se transfiere al mecanismo de cremallera y piñón, que a su vez gira ambas ruedas. Si observas detenidamente, verás que las ruedas giran sobre un eje particular. A este eje se le llama eje de dirección. En la demostración actual, el eje de dirección es perfectamente vertical. Sin embargo, esto no suele ser el caso en la práctica. En realidad, el eje de dirección se inclinará ligeramente hacia la vertical, como se muestra. A esto se le llama ángulo de avance, y obtendrás una imagen clara de este ángulo cuando se vea desde el lado.
Observa cómo funciona este mecanismo de dirección. Al principio, es posible que no notes muchas diferencias en comparación con el mecanismo anterior. Sin embargo, al comprender los conceptos de área de contacto y punto de pivote, notarás una gran diferencia. El área de contacto es el área donde se transfiere la fuerza a las ruedas. Es evidente que la rueda gira alrededor del punto de encuentro del eje de dirección y la carretera. Llamemos a este punto de encuentro el punto de pivote. En el primer mecanismo, el área de contacto está alineada con el punto de pivote. Sin embargo, en el segundo caso, el área de contacto está mucho más atrás del punto de pivote. Para comprender el efecto de esta área de contacto desplazada, estudiemos más a fondo las fuerzas que actúan sobre las ruedas durante el giro.
Supongamos que tu coche está haciendo un giro circular perfecto en un plano nivel. Para hacer este giro, el coche necesita una fuerza centrípeta. En un giro en un plano nivel, esta fuerza centrípeta debe provenir de las fuerzas de fricción en el área de contacto de las ruedas, como se muestra en esta instantánea. Ahora analicemos en detalle qué hace esta fuerza de fricción en las ruedas delanteras. En la geometría real del volante que observamos, vimos que el área de contacto está detrás del punto de encuentro del eje de dirección o del punto de pivote. Si ya no sujetas el volante en esta condición girada, el efecto de la fuerza centrípeta en las ruedas es obvio. Producirá un par de torsión restaurador y las ruedas se realinearán automáticamente hacia el centro. Observémoslo también desde la vista superior para tener una mejor idea. Sin embargo, para la geometría inicial con un ángulo de avance cero, no habrá ningún par de torsión restaurador, ya que la fuerza centrípeta pasa a través del punto de pivote. En resumen, simplemente al proporcionar un ángulo de avance positivo al mecanismo de dirección, los ingenieros lograron obtener el par de torsión restaurador. Rendimos homenaje a las mentes brillantes que visualizaron una idea tan ingeniosa y evitaron la necesidad de un mecanismo complejo.
Está claro a partir de estas discusiones cuán crítico es el ángulo de avance para la estabilidad en línea recta de un vehículo. El ángulo de avance no es ajustable en los coches modernos, pero si durante la operación de alineación de las ruedas se encuentra alguna variación debido al desgaste de las partes conectadas, se debe solucionar el problema. Esperamos que apoyes nuestros servicios educativos en Patreon.com y no te olvides de suscribirte. Gracias.
