CAJAS DE CAMBIOS. TIPO Y FUNCIONAMIENTO
La caja de cambios es un elemento mecánico que transforma el
par motor y las revoluciones desarrolladas por el motor para adaptar la fuerza a las condiciones de conducción
sobre el terreno.
La caja de cambios no actúa sobre la potencia del motor,
está permanece invariable, lo que si hace es actuar sobre el par motor,
aumentando o reduciendo el mismo según las condiciones de terreno.
Las revoluciones y la potencia que en sí desarrolla un motor
no pueden ser atendidas por el mismo motor en sí. En diferentes situaciones es
imprescindible la actuación de la caja de cambios para aumentar o disminuir el
par desarrollado por el motor. Esta situación se ve expresada en la siguiente
ecuación.
Wf = Cm
x n = Cr x n1
Cm par
desarrollado por el motor
Cr par
resistente en las ruedas
n número de
revoluciones en el motor
n1 número de
revoluciones en las ruedas
Si no existiera la caja de cambios el número de revoluciones
del motor (n) se transmitiría íntegramente a la ruedas (n = n1), con lo cual el
par a desarrollar por el motor (Cm) sería igual al par resistente en las ruedas
(Cr).
Según esto si en algún momento el par resistente (Cr)
aumentara, habría que aumentar igualmente la potencia del motor para mantener
la igualdad Cr = Cm. En tal caso, se debería contar con un motor de una
potencia exagerada, capaz de absorber en cualquier circunstancia los diferentes
regímenes de carga que se originan en la ruedas durante un desplazamiento. Es
por esto que cuando aumenta la fuerza resistente, la caja de cambios aumenta el
par sin necesidad que el motor aumente su potencia de forma exagerada.
En el siguiente link, observamos gráficamente el
funcionamiento de una caja de cambios manual (también válido para manual
pilotada en cuanto a mecanismo).
En este otro enlace observamos el funcionamiento en modo
animación de una caja de cambios. En este caso pertenece a una caja de cambios
para propulsión
trasera o de toma constante.
Tipos de cajas de cambio:
Manuales:
necesitan la intervención del conductor en todo momento para cambiar de marcha.
El conductor controla todos los elementos; embrague y caja de cambios.
Automáticas:
No precisan de la intervención del conductor, salvo en un primer momento
inicial para seleccionar si desea ir hacia delante o hacia detrás. Los
vehículos con caja de cambios automática no poseen embrague convencional, sino
que poseen convertidor de par; símil del embrague en las cajas de cambio
manuales. En las cajas de cambio CVT (continua variable) no se dispone ni de
embrague ni de convertidor de par. La caja de cambios CVT posee en su interior
dos embragues multidisco bañados en aceite dentro de la caja de cambios, uno
para su funciona miento en marcha normal
y otro para la marcha atrás. . Si
cualquiera de ellos se hace solidario del eje, se obtendrá el giro de
éste.
. Si cualquiera de
ellos se hace solidario del eje, se obtendrá el giro de éste.
Manuales
pilotadas: estas se confunden con las automáticas. Son cajas de cambio que
funcionan como una manual, pero el embrague y el cambio de marchas son
realizados por elementos actuadores que cambian de marcha. Estas cajas de
cambio tienen un modo manual en el cual el conductor puede actuar sobre el
cambio accionando unas levas en el volante o con un toque hacia arriba o hacia
abajo en la palanca de cambios. Además estas cajas de cambio poseen un modo
automático en el cual el conductor no tiene que intervenir en absolutamente
nada. El sistema de transmisión, mediante sus actuadores, acciona el embrague y
la transmisión de forma totalmente automática.
La diferencia entre manual y automática es por la
construcción interna de la caja de cambios, que como veremos es totalmente
diferente. En cambio una manual pilotada es por dentro exactamente igual que
una manual, pero accionada automáticamente por sus actuadores.
Actualmente, tanto en vehículos industriales como en
turismo, la tendencia está a montar cajas de cambio manual pilotada cuando el
comprador desea un cambio “automático”, esto es debido a que con la gestión
electrónica del cambio y tener características de una caja manual se reduce
mucho el consumo y se optimiza la conducción.
Cajas de cambio manuales.
Cajas de cambio de toma directa (2 ejes):
Son las utilizadas en vehículos de tracción delantera. Su
construcción es simple y compacta, ya que tienen que compartir espacio con el
motor en la parte delantera del vehículo además de alojar el grupo diferencial
en su interior.
Estas cajas de cambio poseen dos ejes, uno por el cual llega
la transmisión del motor, también llamado primario y el secundario, por el
cual, a través de los piñones seleccionados se transmite la fuerza hacia el
grupo cónico diferencial, que a su vez, mediante los palieres lanza la
transmisión mecánica de giro a las ruedas.
El eje primario puede ser fijo o no, al igual que el
secundario que puede ser fijo o no. Hay cajas de cambio que va mitad y mitad,
todo depende de la arquitectura adoptada y del diseño del fabricante. No
obstante, eso no es determinante para el rendimiento, ya que funcionan todas
exactamente igual.
En el dibujo de la
parte superior vemos como llega la transmisión del motor al eje primario, se
transmite al secundario a través de los piñones de la marcha engranada y de
éste al diferencial para trasmitir la fuerza mecánica de giro a las ruedas.
Estas cajas de cambio también se conocen con el nombre de
cajas de cambio de toma constante, ya que posee dos piñones que permanecen
siempre engranados, los cuales transmiten la fuerza al eje intermediario (que
suele ser fijo) y a través de los sincronizadores, situados en el tercer eje,
se engrana la marcha. La fuerza mecánica resultante abandona la caja de cambios
por su parte posterior hacia el grupo diferencial, situado en el eje trasero
del vehículo.
En la imagen de la parte superior observamos representada
una caja de cambios de toma constante. Podemos ver como el primario (color
verde) está engranado continuamente con el rojo (eje intermedio). Los
sintonizadores situados en el tercer eje engranan el piñón correspondiente con
el eje intermediario y a través del eje terciario (amarillo) transmitimos el
movimiento al grupo cónico diferencial.
Esta caja de cambios es de 6 velocidades. La 6 velocidad se
engrana mediante un sincronizador (no representado) que une directamente el
primario con el terciario (sin pasar por el intermediario) transmitiendo
íntegramente las revoluciones del motor al eje terciario y por tanto, al grupo
diferencial.
En la representación gráfica de la parte superior observamos
una caja de cambios de toma constante de 4 velocidades. La cuarta velocidad es
engranada mediante el sincronizador más cercano al embrague que une el eje 1 y
3 de forma directa.
Cajas de cambio automáticas.
En el cambio manual las marchas se engranan intercalando un
juego de piñones pero en un cambio automático esto se consigue de forma
totalmente diferente; con un juego de
planetarios.
Un engranaje planetario consta de tres elementos básicamente:
un engranaje planeta en la parte interior, los satélites (3) que giran
alrededor del planeta y una corona alrededor de los satélites. Con un solo
juego de planetarios logramos hasta 4 velocidades, 3 hacia delante y 1 hacia
atrás.
En la relación más corta la potencia del motor entra por el
planeta y de ahí sale por los satélites.
En la relación intermedia el planeta no gira y el par se
obtiene por la corona entrando la potencia por el satélite.
En la relación más larga la potencia del motor entra por la
corona, y a través de los satélites la potencia sale por el planeta.
En la marcha atrás la potencia entra por el planeta, el
porta-satélite se bloquea (pero los satélites no, actuando de piñón intermedio)
y la corona entonces gira al revés invirtiendo el giro.
Las cajas de cambio automáticas no constan de un solo juego
de planetarios, ya que solo lograríamos 3 velocidades y con relaciones muy
largas si queremos obtener las prestaciones normales de un turismo que posee 5
o 6 velocidades. Las cajas de cambio automáticas poseen 2 o 3 (o incluso más en
las más sofisticadas) juegos de planetarios, con diferentes relaciones entre
uno y otro, que intercalándolos se consiguen cambios automáticos de 6 o más
velocidades .
Este tipo de caja de cambios fue las que primero se montaban
en los vehículos turismos de propulsión trasera (antes de que saliesen al
mercado las cajas pilotadas de doble embrague) y se siguen montando en grandes
berlinas y turismos de alta gama de propulsión trasera enfocados al confort.
Las cajas de cambio que utilizan hoy y día estos turismos poseen hasta 8
velocidades.
Para conseguir intercalar en estas cajas de cambio los
diferentes conjuntos planetarios, la caja posee en su interior una serie de
frenos y embragues que ayuda a frenar o a obligar a girar loco a los diferentes
conjuntos para lograr la relación deseada. En los siguientes videos podemos
hacernos una idea del funcionamiento de estas cajas de cambio y su construcción
interna.
Estas cajas de cambio son completamente diferentes a las
cajas de cambio automáticas mediante planetarios a pesar de ser automáticas.
Estas cajas de cambio están enfocadas para montarse en vehículos automáticos de
tracción delantera, donde el espacio es muy reducido.
Estas cajas de cambio han experimentado un gran auge y una
gran evolución gracias a que son utilizadas actualmente en los vehículos
híbridos de tracción delantera.
Por fuera la caja de cambios CVT es muy similar a una caja
de cambios manual y está ubicada en el mismo sitio, pero hay notables
diferencias.
Para empezar este cambio no lleva convertidor de par, la
potencia del motor pasa directamente al eje primario que la transmite a un solo
planetario, de aquí salen solo dos marchas para adelante y para atrás. También
posee solo dos embragues hidráulicos, uno para la marcha adelante y otro para
la marcha atrás.
El secundario del
planetario y los embragues hacen mover una polea especial la cual porta
una correa de acero que mueve otra polea. En función del número de las r.p.m.
los diámetros de estas poleas van variando consiguiendo infinitas relaciones de
transmisión (hasta un tope lógicamente). En la marcha atrás el sistema emplea
una transmisión fija.
En el siguiente video podemos ver cómo funciona una caja de
cambios CVT de forma gráfica.
El convertidor de
par.
Para más información sobre el convertidor de par accede
desde este enlace hacia el post dedicado exclusivamente a él.
Caja de cambio automática. Funcionamiento.
Funcionamiento de la caja de cambios ZF.
Animaciones de una caja de cambios automática
Cajas de cambio Manual Pilotada.
La característica principal de estas cajas de cambio es que
incorporan un doble eje secundario para ganar rapidez en el cambio y que se
haga de forma prácticamente instantánea. Las que no poseen doble eje secundario
poseen un doble embrague que sincroniza un doble eje primario (dividido en su
interior) que aparentemente es un solo eje primario. En el caso del doble
emfijo. Normalmente el eje secundario es fijo. En las cajas de cambio de doble
secundario el primario es el tren fijo. Normalmente. Si cualquiera de ellos se
hace solidario del eje, se obtendrá el giro de éste.
En este tipo de cambios lo que ocurre es que se engranan dos
marchas a la vez, una par, otra impar y viceversa, haciendo que una transmita
el movimiento al grupo y la otra permanece en espera para ser engranada por el
otro embrague, haciendo que el cambio sea realmente rápido y suave.
En función de nuestra conducción el cambio va sincronizando
las marchas para alcanzar mayor velocidad (aceleración) o bien para reducir
marchas (deceleración, pedal del acelerador totalmente levantado).
Cambio PDK de Porche:
Este cambio es especialmente llamativo por su construcción,
la caja de cambios parece de 3 ejes, pero en su interior se encuentra una caja
de dos ejes con doble embrague que logra unos resultados fantásticos en cuanto
a respuesta del cambio. El diseño es así ya que en la mayoría de los vehículos
porche el motor está ubicado en la parte posterior así como la caja de cambios
y la propulsión es trasera.
Aquí encontramos físicamente la caja de cambios PDK de
Porche. Estos vehículos incorporan el motor en la parte trasera, con propulsión
trasera, es por eso que el grupo va instalado en la misma caja de cambios, en
la parte delantera de la misma para proporcionar tracción a las ruedas
traseras.
En esta imagen
observamos con el eje primario queda dividido en dos secciones (roja y verde)
correspondiente a marchas pares e impares. En el eje primario se engranan
consecutivamente dos marchas, una par y otra impar (la que está engranada con
la que próximamente engranará) intercambiando en el momento del cambio
solamente los embragues y obteniendo el resultado en centésimas de segundo, con
suavidad y continuidad asegurada.
Cambio DSG del grupo VAG.
Esta caja de cambios es similar a la Powershift de Ford con
doble embrague. Uno de los secundarios posee las marchas pares y el otro las
marchas impares con los sincronizadores comandados por válvulas
electrohidráulicas situados en los secundarios. Ambos secundarios poseen un
piñón de ataque que va a parar a la corona, es como una caja de cambios de dos
ejes, pero con el doble de componentes.
Como podemos apreciar en la imagen superior, los dos
secundarios quedan conectados a la corona, pero solo mediante los embragues
dejamos actuar a uno u otro (marcha par o impar) manteniendo dos marchas
engranadas pero solas actúa una. Este cambio es de diseño compacto, como ya se
ha dicho antes, para vehículos de tracción delantera. El diseño como el PDK de
porche se aplica para vehículos de propulsión trasera.
En el siguiente video podemos apreciar de forma rápida el
diseño y construcción de una caja de cambios DSG.
Cambio TCT
del grupo Fiat.
Este cambio es similar al PDK de porche, con doble embrague,
pero con un diseño similar a la caja de cambio DSG. En este caso posee el
primario dividido en dos y los ejes secundarios no son fijos. Es un diseño
alternativo con un sistema alternativo para incorporar un cambio de doble embrague
a vehículos de tracción delantera con un embrague a cada lado del volante
motor. Este sistema permite ahorrar espacio ya que la caja de cambios no es tan
larga como las otras.
Cajas de cambio manuales
El sistema de cambio de marchas manual ha evolucionado
notablemente desde los primeros mecanismos de caja de cambios de marchas Manu
vehículo dispositivos de sincronización hasta las actuales cajas de cambio
sincronizando de dos ejes.. Si cualquiera de ellos se hace solidario del eje,
se obtendrá el giro de éste.
Independientemente de la disposición transversal o
longitudinal y delantera o trasera, las actuales cajas de cambios manuales son
principalmente de dos tipos:
• De tres
ejes: un eje primario recibe el par del motor a través del embrague y lo transmite
a un eje intermediario. Éste a su vez lo transmite a un eje secundario de
salida, coaxial con el eje primario, que acciona el grupo diferencial.
• De dos
ejes: un eje primario recibe el par del motor y lo transmite de forma directa a
uno secundario de salida de par que acciona el grupo diferencial.
En ambos tipos de cajas manuales los piñones utilizados
actualmente en los ejes son de dentado helicoidal, el cual presenta la ventaja
de que la transmisión de par se realiza a través de dos dientes simultáneamente
en lugar de uno como ocurre con el dentado recto tradicional siendo además la
longitud de engrane y la capacidad de carga mayor. Esta mayor suavidad en la
transmisión de esfuerzo entre piñones se traduce en un menor ruido global de la
caja de cambios. En la marcha atrás se pueden utilizar piñones de dentado recto
ya que a pesar de soportar peor la carga su utilización es menor y además
tienen un coste más reducido.
En la actualidad el engrane de las distintas marchas se
realiza mediante dispositivos de sincronización o "sincronizadores"
que igualan la velocidad periférica de los ejes con la velocidad interna de los
piñones de forma que se consiga un perfecto engrane de la marcha sin ruido y
sin peligro de posibles roturas de dentado. Es decir, las ruedas o piñones
están permanentemente engranados entre sí de forma que una gira loca sobre uno
de los ejes que es el que tiene que engranar y la otra es solidaria en su
movimiento al otro eje. El sincronizador tiene, por tanto, la función de un
embrague de fricción progresivo entre el eje y el piñón que gira libremente
sobre él. Los sincronizadores suelen ir dispuestos en cualquiera de los ejes de
forma que el volumen total ocupado por la caja de cambios sea el más reducido
posible . Existen varios tipos de sincronizadores de los cuales destacan:
sincronizadores con cono y esfera de sincronización, sincronizadores con cono y
cerrojo de sincronismo, sincronizadores con anillo elástico, etc.
El accionamiento de los sincronizadores se efectúa mediante
un varillaje de cambio que actúa mediante horquillas sobre los sincronizadores
desplazándolos axialmente a través del eje y embragando en cada momento la
marcha correspondiente. Los dispositivos de accionamiento de las distintas
marchas dependen del tipo de cambio y de la ubicación de la palanca de cambio.
A continuación se van a estudiar los dos tipos de cajas de
cambios. La primera caja de cambios es una caja manual de tres ejes con
disposición longitudinal de un vehículo de propulsión trasera. La segunda, es
una caja manual de dos ejes con disposición transversal, de un vehículo con
tracción delantera con tracción delantera por lo que el grupo
cónico-diferencial va acoplado en la salida de la propia caja de cambios.
La situación de la caja de cambios en el vehículo dependerá
de la colocación del motor y del tipo de transmisión ya sea está delantera o
trasera.
Estas dos disposiciones de la caja de cambios en el vehículo
son las más utilizadas, aunque existe alguna más, como la de motor delantero
longitudinal y tracción a las ruedas delanteras.
Caja de cambios manual de tres ejes.
Este tipo de cajas es el más tradicional de los usados en
los vehículos actuales y tiene la ventaja principal de que al transmitir el par
a través de tres ejes, los esfuerzos en los piñones son menores, por lo que el
diseño de éstos puede realizarse en materiales de calidad media.
En la figura inferior se muestra un corte longitudinal de
una caja de cambios manual de cuatro velocidades dispuesta longitudinalmente.
El par motor se transmite desde el cigüeñal del motor hasta la caja de cambios
a través del embrague (Q). A la salida del embrague va conectado el eje
primario (A) girando ambos de forma solidaria. De forma coaxial al eje
primario, y apoyándose en éste a través de rodamiento de agujas, gira el eje
secundario (M) transmitiendo el par desmultiplicado hacia el grupo cónico
diferencial. La transmisión y desmultiplicación del par se realiza entre ambos
ejes a través del eje intermediario (D).
El eje primario (A) del que forma parte el piñón de arrastre
(B), que engrana en toma constante con el piñón (C) del árbol intermediario
(D), en el que están labrados, además, los piñones (E, F y G), que por ello son
solidarios del árbol intermediario (D). Con estos piñones engranan los piñones
(H, I y J), montados locos sobre el árbol secundario (M), con interposición de
cojinetes de agujas, de manera que giran libremente sobre el eje arrastrados
por los respectivos pares del tren intermediario.
El eje primario recibe movimiento del motor, con
interposición del embrague (Q) y el secundario da movimiento a la transmisión,
diferencial y, por tanto, a las ruedas. Todos los ejes se apoyan en la carcasa
del cambio por medio de cojinetes de bolas, haciéndolo la punta del eje
secundario en el interior del piñón (B) del primario, con interposición de un
cojinete de agujas.
Para transmitir el movimiento que llega desde el primario al
árbol secundario, es necesario hacer solidario de este eje a cualquiera de los
piñones montados locos sobre él. De esta manera, el giro se transmite desde el
primario hasta el tren fijo o intermediario, por medio de los piñones de toma
constante (B y C), obteniéndose el arrastre de los piñones del secundario
engranados con ellos, que giran locos sobre este eje.. Si cualquiera de ellos
se hace solidario del eje, se obtendrá el giro de éste.
La toma de velocidad se consigue por medio de
sincronizadores (O y M), compuestos esencialmente por un conjunto montado en un
estriado sobre el eje secundario, pudiéndose desplazar lateralmente un cierto
recorrido. En este desplazamiento sobre el estriado el sincronizador se acopla
con los piñones que giran locos sobre el árbol secundario.
En la figura inferior se muestra el despiece de una caja de
cambios de engranajes helicoidales, con sincronizadores, similar a la descrita
anteriormente. El eje primario 5 forma en uno de sus extremos el piñón de toma
constante (de dientes helicoidales). Sobre el eje se monta el cojinete de bolas
4, en el que apoya sobre la carcasa de la caja de cambios, mientras que la
punta del eje se aloja en el casquillo de bronce 1, emplazado en el volante
motor.
En el interior del piñón del primario se apoya, a su vez, el
eje secundario 19, con interposición del cojinete de agujas 6. Por su otro
extremo acopla en la carcasa de la caja de cambios por medio del cojinete de
bolas 28. Sobre este eje se montan estriados los cubos sincronizadores, y
"locos" los piñones. Así, el cubo sincronizador 10, perteneciente a
tercera y cuarta velocidades, va estriado sobre el eje secundario, sobre el que
permanece en posición por los anclajes que suponen las arandelas de fijación 9,
13 y 14. En su alojamiento interno se disponen los anillos sincronizadores 7
(uno a cada lado), cuyo dentado engrana en el interior de la corona desplazable
del cubo sincronizador 10. Estos anillos acoplan interiormente, a su vez, en
las superficies cónicas de los piñones del primario por un lado y del
secundario 11 por otro.
Cuando la corona del cubo sincronizador 10 se desplaza
lateralmente a uno u otro lado, se produce el engrane de su estriado interior,
con el dentado de los anillos sincronizadores 7 y, posteriormente, con el piñón
correspondiente en su dentado recto (si se desplaza a la izquierda, con el
piñón del primario y a la derecha con el 11 del secundario). En esta acción, y
antes de lograrse el engrane total, se produce un frotamiento del anillo
sincronizador con el cono del piñón, que iguala las velocidades de ambos ejes,
lo que resulta necesario para conseguir el engrane. Una vez logrado éste, el
movimiento es transmitido desde el piñón al cubo sincronizador y de éste al eje
secundario.
En el secundario se montan locos los piñones 15 (de segunda
velocidad) y 26 (de primera velocidad), con los correspondientes anillos
sincronizadores 17 y cubo sincronizador. Cada uno de los piñones del secundario
engrana en toma constante con su correspondiente par del tren intermediario 20,
quedando acoplados como se ve en la figura superior.
En el tren intermediario se dispone un piñón de dentado
recto, que juntamente con el de reenvío 23 y el formado en el cubo
sincronizador de primera y segunda velocidades, constituyen el dispositivo de
marcha atrás.
Funcionamiento Constituida una caja de cambios como se ha
explicado, las distintas relaciones se obtienen por la combinación de los
diferentes piñones, en consecuencia con sus dimensiones.
En las cajas de cambio de tres ejes, el sistema de
engranajes de doble reducción es el utilizado generalmente en las cajas de
cambio, pues resulta más compacto y presenta la ventaja sustancial de tener
alineados entre si los ejes de entrada y salida. Para la obtención de las
distintas relaciones o velocidades, el conductor acciona una palanca de
cambios, mediante la cual, se produce el desplazamiento de los distintos cubos
de sincronización (sincronizadores), que engranan con los piñones que
transmiten el movimiento.
En esta caja de cambios (figura superior) se produce una
doble reducción cuando los piñones de "toma constante" (B y C) son de
distintas dimensiones (nº de dientes). Por eso para calcular la reducción,
tendremos utilizar la siguiente fórmula para la saber el valor de reducción.
Por ejemplo en 1ª velocidad tendremos:
rt = relación de transmisión
B, C, G, J = nº de dientes de los respectivos piñones
1ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (N) hacia la
derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (I) del eje
secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido
desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniéndose la oportuna
reducción. En esta velocidad se obtiene la máxima reducción de giro, y por ello
la mínima velocidad y el máximo par.
2ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (N) hacia la
izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (J) del eje
secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido
desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniéndose la oportuna
reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el
caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.
3ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (O) hacia la
derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (H) del eje
secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido
desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniéndose la oportuna
reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el
caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.
4ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (O) hacia la
izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente piñón de arrastre o
toma constante (B) del eje primario, que se hace solidario con el eje
secundario, sin intervención del eje intermediario en este caso. Con ello, el
giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior,
obteniéndose una conexión directa sin reducción de velocidad. En esta velocidad
se obtiene una transmisión de giro sin reducción de la velocidad. La velocidad
del motor es igual a la que sale de la caja de cambios, por ello aumenta la
velocidad y el par disminuye.
Marcha atrás (M.A.)
Cuando se selecciona esta velocidad, se produce el
desplazamiento del piñón de reenvió (T), empujado por un manguito. Al moverse
el piñón de reenvió, engrana con otros dos piñones cuya particularidad es que
tienen los dientes rectos en vez de inclinados como los demás piñones de la
caja de cambios. Estos piñones pertenecen a los ejes intermediario y secundario
respectivamente. Con esto se consigue una nueva relación, e invertir el giro
del tren secundario con respecto al primario. La reducción de giro depende de
los piñones situados en el eje intermediario y secundario por que el piñón de
reenvió actúa únicamente como inversor de giro.
La reducción de giro suele ser parecida a la de 1ª velocidad. Hay que
reseñar que el piñón del eje secundario perteneciente a esta velocidad es
solidario al eje, al contrario de lo que ocurre con los restantes de este mismo
eje que son "locos".
En la caja de cambios explicada, se obtienen cuatro
velocidades hacia adelante y una hacia atrás.
Sincronizadores
Las cajas de cambio desde hace muchos años utilizan para
seleccionar las distintas velocidades unos dispositivos llamados:
sincronizadores, cuya constitución hace que un dentado interno ha de engranar
con el piñón loco del eje secundario correspondiente a la velocidad
seleccionada. Para poder hacer el acoplamiento del sincronizador con el piñón
correspondiente, se comprende que es necesario igualar las velocidades del eje
secundario (con el que gira solidario el sincronizador) y del piñón a enclavar,
que es arrastrado por el tren intermediario, que gira a su vez movido por el
motor desde el primario.
Con el vehículo en movimiento, al activar el conductor la
palanca del cambio para seleccionar una nueva relación, se produce de inmediato
el desenclavamiento del piñón correspondiente a la velocidad con que se iba
circulando, quedando la caja en posición de punto muerto. Esta operación es
sencilla de lograr, puesto que solamente se requiere el desplazamiento de la
corona del sincronizador, con el que se produce el desengrane del piñón. Sin
embargo, para lograr un nuevo enclavamiento, resulta imprescindible igualar las
velocidades de las piezas a engranar (piñón loco del secundario y eje), es
decir, sincronizar su movimiento, pues de lo contrario, se producirían golpes
en el dentado, que pueden llegar a ocasionar roturas y ruidos en la maniobra.
Como el eje secundario gira arrastrado por las ruedas en la
posición de punto muerto de la caja, y el piñón loco es arrastrado desde el
motor a través del primario y tren intermediario, para conseguir la
sincronización se hace necesario el desembrague, mediante el cual, el eje
primario queda en libertad sin ser arrastrado por el motor y su giro debido a
la inercia puede ser sincronizado con el del eje secundario. Por esta causa,
las maniobras del cambio de velocidad deben ser realizadas desembragando el
motor, para volver a embragar progresivamente una vez lograda la selección de
la nueva relación deseada.
En la figura inferior tenemos un sincronizador con
"fiador de bola", donde puede verse el dentado exterior o auxiliar
(1) del piñón loco del eje secundario (correspondiente a una velocidad
cualquiera) y el cono macho (2) formado en él. El cubo deslizante (7) va
montado sobre estrías sobre el eje secundario (8), pudiéndose deslizarse en él
un cierto recorrido, limitado por topes adecuados. La superficie externa del
cubo está estriada también y recibe a la corona interna del manguito deslizante
(3), que es mantenida centrada en la posición representada en la figura, por
medio de un fiador de bola y muelle (6).
Para realizar una maniobra de cambio de velocidad, el
conductor lleva la palanca a la posición deseada y, con esta acción, se produce
el desplazamiento del manguito deslizante, que por medio del fiador de bola
(6), desplaza consigo el cubo deslizante (7), cuya superficie cónica interna
empieza a frotar contra el cono del piñón loco que, debido a ello, tiende a
igualar su velocidad de giro con la del cubo sincronizador (que gira solidario
con el eje secundario). Instantes después, al continuar desplazándose el
manguito deslizante venciendo la acción del fiador, se produce el engrane de la
misma con el dentado auxiliar del piñón loco sin ocasionar golpes ni ruidos en
esta operación, dado que las velocidades de ambas piezas ya están
sincronizadas. En estas condiciones, el piñón loco queda solidario del eje
secundario, por lo que al producirse la acción de embragado, será arrastrado
por el giro del motor con la relación seleccionada.
