Dirección de tornillo sin fin y dedo de rodadura

Nos auxiliaremos de la figura 1. Cuando se toma una curva, las ruedas se desplazan por circunferencias de radio diferente, la rueda mas externa circulará por una circunferencia de radio mayor (OA) que la rueda interna (OB), por lo que ambas ruedas, además de girar a velocidades diferentes, deben adquirir un ángulo distinto para adaptarse a la dirección que deben llevar. Si el sistema de accionamiento de las ruedas no cumple este principio, entonces necesariamente se produce el arrastre lateral de ellas con el consiguiente desgaste de la zona de rodamiento, producen además una resistencia adicional al movimiento del vehículo y hacen que se pierda un tanto la seguridad de giro del automóvil.
Para conseguir que cada una de las ruedas delanteras tome la posición adecuad durante un giro se utiliza lo que se llama el trapecio de dirección. Observe la figura 1, notará que del mismo eje de pivote de la rueda salen dos brazos el A-C y el  B-D, ambos están solidarios a la rueda y son los que la hacen pivotar, además hay una barra de acoplamiento C-D que une los extremos de estos brazos, la que junto con el eje de soporte de las ruedas A-B forman el trapecio de dirección mencionado. Esta barra C-D hace que necesariamente si una rueda pivota la otra lo haga también pues están unidas a través de ella.
Concentrémonos ahora en el dibujo de la izquierda de la figura 1, que representa la marcha en línea recta, note que las prolongaciones de los brazos de las ruedas A-C y B-D se cortan en el centro del eje trasero del automóvil es decir están ligeramente inclinados con respecto a la trayectoria del vehículo mientras todas las ruedas marchan de forma paralela, esto hace que el ángulo entre el eje de las ruedas y los brazos o manguetas del trapecio no sea un ángulo recto (ángulo a).

Hay dos formas básicas para el sistema que convierte el giro del volante en movimiento de las ruedas:

1. Con reductor de tornillo sin fin.
2. Con piñón y cremallera.

Con reductor de tornillo sin fin.

En la figura 2 se muestra un esquema que corresponde a uno de los tantos posibles mecanismos utilizables en los automóviles del tipo de tornillo sin fin. Observe que el árbol del volante está acoplado a una caja reductora, la que a través de un mecanismo de tornillo convierte el giro hacia a un lado u otro del volante en el movimiento oscilante de un brazo rígido conocido como brazo Pitman. Esta conversión se hace con una gran reducción mecánica de forma que varias vueltas del volante se traducen en el giro de solo un ángulo en el brazo, esto, de hecho, proporciona que el esfuerzo hecho en el volante se convierta en una fuerza mucho mayor en el brazo.
Finalmente el brazo Pitman se acopla al mecanismo del trapecio para pivotar las ruedas y lograr así dirigir el vehículo.
En el esquema representado en la figura 2 se muestra un sistema apropiado para vehículos con suspensión independiente, observe que la conexión entre labarra transversal y la ruedas se hace a través de unas barras de conexión que pueden pivotar en centros de giro sobre la barra transversal, de este modo las ruedas pueden subir y bajar en las irregularidades del terreno de forma libre sin producir cargas adicionales a la barra transversal. Aunque no ha sido representado así, todos los centros de giro del mecanismo del trapecio son del tipo de bola o rótula, para permitir el movimiento relativo entre las partes en todas direcciones.
En las figuras de la 3 a la 6 se muestran diferentes modos de operación de la caja reductora de tornillo sin fin, esto es:

1. Reductor de tornillo y sector de engrane: La figura 3 se explica por si sola, al girar el tornillo arrastra un sector de engrane que está acoplado al brazo Pitman.
2. Reductor de tornillos y carrete: Funciona exactamente como el anterior, figura 4, pero en este caso el contacto con el tornillo es a través de un carrete que gira libremente sobre un eje. La ventaja de este método con respecto al anterior es que la resistencia por rozamiento es mas baja debido al giro del carrete cuando se mueve el tornillo.
3. Reductor de tuerca y bolas recirculantes: En este caso, figura 5, existe una gran tuerca montada sobre el tornillo, de manera que cuando este gira, la tuerca se desplaza hacia un lado y hacia otro comunicando el movimiento al brazo Pitman a través de un sector de engrane. El espacio entre las roscas de ambas partes, tornillo y tuerca, está relleno de bolas que recirculan a través de un conducto exterior cuando hay movimiento. Este método reduce aun mas la resistencia del mecanismo ya que el contacto es por rodadura pura.
4. Reductor de tornillo y rodillos cónicos: Es otra alternativa que se usa, figura 6, unos rodillos cónicos, y que pueden rotar sobre su eje, son los que trasmiten el movimiento entre el tornillo y el brazo Pitman.

5. En todos los casos, se tiene la posibilidad de regular la holgura entre las superficies en contacto a fin de poder compensar el desgaste que se produce con el uso. Esta regulación se hace con un perno que desplaza axialmente el eje del brazo Pitman, en la figura 6 es fácil darse cuenta que si desplazamos el cuerpo con los rodillos cónicos hacia el tornillo, estos conos se aprietan cada vez mas en la rosca, haciendo desaparecer la holgura entre conos y tornillo. Lo mismo sucede con el reductor de tornillo y carrete, este último si se acerca al tornillo se introducen cada vez mas en la rosca por lo que la holgura se reduce. Para el caso de los que tienen sectores de engranaje, los dientes están elaborados de sección variable es decir mas gruesos en un extremo y mas finos en el otro, de esta forma si se desplaza el eje del sector hacia el tornillo, el grosor del diente en contacto es mayor, queda claro que la holgura se puede hacer desaparecer. Por supuesto, la caja reductora contiene lubricante.