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Un diseño típico de dirección de cremallera y piñón, muestra cómo la cremallera actúa directamente sobre los brazos de dirección de las rueda.

El sistema de dirección convierte la rotación del volante en un movimiento giratorio de las ruedas, de tal manera que la llanta da un gran giro para mover las ruedas por un tramo corto.

El sistema permite que el conductor utilice sólo fuerza liviana para conducir un auto pesado. El disco del volante de unos 38 centímetros (15 pulgadas) de diámetro girando cuatro veces desde la izquiera hacia la derecha recorre casi 5 metros (16 pies), mientras que el borde de la rueda se mueve poco más de 30 centímetros (12 pulgadas). Si el conductor girara directamente la rueda, él o ella tendría que empujar casi 16 veces más fuerte.

El esfuerzo de dirección pasa a las ruedas a través de un sistema de articulaciones pivotantes. Estas están diseñadas para permitir que las ruedas se muevan hacia arriba y abajo con la suspensión sin cambiar el ángulo de dirección.

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También aseguran que en las curvas, la rueda delantera interior (que tiene que viajar alrededor de una curva más angosta que la exterior) se incline considerablemente más.

Las juntas deben estar ajustadas con mucha precisión, ya que incluso un poco de holgura puede hacer que la dirección sea peligrosa e inexacta.

Hay dos sistemas de dirección de uso común: la de piñón y cremallera y la de caja de dirección.

En autos grandes, cualquier sistema puede ser asistido para reducir aún más el esfuerzo necesario para moverlo, especialmente cuando el auto se mueve con lentitud.

Sistema de cremallera y piñón

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Engranaje de cremallera y piñón

El piñón se engrana estrechamente con la cremallera, de modo que no haya holgura en los engranajes. Esto facilita una dirección muy precisa.

En la base de la columna de dirección hay un pequeño piñón (engranaje dentado) en el interior de una carcasa. Sus dientes engranan con una fila recta de dientes en una cremallera (una barra larga transversal).

El giro del piñón hace que la cremallera se mueva de lado a lado. Los extremos de la cremallera están acoplados a las ruedas por barras de acoplamiento.

Este sistema es sencillo ya que pocas piezas móviles se desgastan o desplazan, por lo que su acción es precisa.

Una junta universal en la columna de dirección, permite que ésta se conecte con la cremallera sin necesidad que el volante se incline hacia los lados con dificultad.

Sistema de caja de dirección

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En la base de la columna de dirección hay un tornillo sin fin dentro de una caja. Este tornillo es un cilindro roscado, igual que un tornillo corto. Imagine convertir un perno que sostiene una tuerca en este tornillo, la tuerca se movería a lo largo del perno. De la misma manera, girando el tornillo sin fin se mueve cualquier cosa que esté sobre su rosca.

Dependiendo del diseño, la pieza móvil puede ser un sector (como una parte de una rueda de engranaje), una clavija, un rodillo conectado a una horquilla o a una tuerca grande.

En una dirección de sin fin y clavija el sin fin mueve el brazo de mando por medio de una clavija conectada a una horquilla.

El sistema de tuercas tiene una serie de bolas funcionando dentro de la rosca, entre el tornillo sin fin y la tuerca. A medida que las tuercas se mueven, las bolas ruedan hacia un tubo que las lleva de nuevo al comienzo. Esto se llama un sistema de recirculación de bolas.

El tornillo mueve al brazo de mando que se encuentra unido por una barra de acoplamiento a una caja de dirección, que a su vez mueve a la rueda delantera más cercana.

En la dirección de recirculación de bolas, la rosca entre el sin fin y la tuerca se llena con bolas.

La barra central llega hasta el otro lado del auto, donde se conecta a la otra rueda delantera por otro barra de acoplamiento y la caja de dirección. Un brazo tensor sostiene el otro extremo del nivel de la barra central. Los diseños de brazos pueden variar.

El sistema de caja de dirección tiene muchas piezas móviles y es menos preciso que el sistema de cremallera, debido a que hay más espacio para el desgaste y el desplazamiento.

Dirección asistida

En un auto pesado, la dirección es pesada o bien se encuentra inconvenientemente mal engranada. El volante requiere muchas vueltas de tope a tope.

Los engranaje pesados pueden ser un problema al estacionar en espacios reducidos, aunque la dirección asistida supera el problema. El motor acciona una bomba que suministra aceite a alta presión hacia la cremallera o la caja de dirección.

Las válvulas en la caja o cremallera de dirección se abren cada vez que el conductor gira el volante, permitiendo el ingreso de aceite al cilindro. El aceite permite que funcione un pistón, el cual ayuda a empujar la caja o cremallera en la dirección apropiada.

Tan pronto como el conductor deja de girar la rueda, la válvula se cierra y la acción de empuje del pistón se detiene.

La energía sólo ayuda a la dirección (el volante sigue conectado a las ruedas de forma habitual).

Por lo tanto si la energía falla, el conductor podrá seguir conduciendo aunque la dirección se volverá mucho más pesada.

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