Cajas de cambio

Nombre de la Asignatura: Transmisiones Mecánicas

Nombre del Profesor: Claudio Caro VergaraFecha: octubre del 2012

Caja de cambios

La caja de cambios es el segundo escalón en la cadena de transmisión del giro del motor hasta las ruedas. En la mayoría de los vehículos, se encuentra situada junto al embrague, en el eje de entrada de la caja, engrana el estriado del disco del embrague y el eje de salida se une al árbol de transmisión o al piñón del grupo reductor.

Cajas de cambio

Para que el vehículo inicie su movimiento, se requiere que el motor proporcione la potencia para sacarlo de la inercia. Una vez que el vehículo se encuentra en marcha, se ya no se requiere par, si no velocidad para incrementar el movimiento del automóvil. Esta función que se requiere obtener del motor se logra por medio de la caja de cambios.

Función de la caja de cambios

• Transmitir el giro del motor, permitiendo multiplicar y desmultiplicar las revoluciones del motor, aumentando el par o disminuyéndolo, según la velocidad seleccionada.

• Invertir el sentido de giro para facilitar que el vehículo se desplace marcha atrás.

Las cajas de cambios manuales

La caja de cambio es un conjunto mecánico que se intercala entre el embrague y el diferencial, capaz de transmitir y transformar el par motor, manteniéndolo en un régimen optimo; de tal manera que el vehículo sea capaz de subir y bajar pendientes, para invertir el sentido de giro y adaptar las velocidades según las condiciones de marcha.

Tipos de caja de cambios

Hoy en día, existen en lo vehículos dos caja de cambios difundidas como son:

• Caja de cambios manual o mecánica.

• Caja de cambios automática y/o oleohidráulica.

Caja de cambios mecánica

En las cajas de cambios manuales, el conductor selecciona la velocidad inicialmente y según las necesidades de la marcha, cambia a otras velocidades, todo de forma manual.

Caja de cambios automáticas

En una caja de cambios automática no hay embrague; en su lugar, un convertidor oleohidráulico de par transmite la fuerza del motor a la caja de cambios. En este caso el conductor solo debe seleccionar la posición en la palanca.

En condiciones normales, el conductor selecciona la primera velocidad para arrancar el vehículo y aumenta las velocidades (segunda, tercera, cuarta, etc) buscando el equilibrio entre la potencia que desarrolla el motor y la velocidad que se desea alcanzar.

La caja de cambios permite aprovechar al máximo la potencia del motor, actuando como un reductor de las revoluciones del motor en el caso de primera, y a su vez como multiplicador de estas ultimas en el caso de quinta.

Relación de transmisión

La multiplicación o desmultiplicación de las revoluciones del motor en la caja de cambios se consigue mediante trenes de engranajes engranados entre si.

La relación de transmisión (Rt) que se obtiene entre ruedas dentadas engranadas depende del numero de dientes (z) de la rueda motriz o conductora y del numero de dientes de la rueda conducida.

Rt: z de la rueda conducida

z de la rueda conductora

En un tren de engranajes, la relación de transmisión se puede calcular conociendo las revoluciones de entrada y de salida, es decir la relación de transmisión será igual al numero de revoluciones de entrada en la caja, entre las revoluciones conseguidas en el eje de salida.

Rt : rpm eje de entrada

rpm eje de salida

Configuración de la caja de cambios

La caja de cambios es un conjunto mecánico formado por ejes con ruedas dentadas que giran sobre rodamientos, los ejes se montan paralelamente. Un eje suele tener talladas las ruedas dentadas y en el otro giran libremente.

Las cajas disponen de un mecanismo para enclavar las ruedas que giran libremente llamado “conjunto sincronizador”. El conductor desplaza la palanca de cambio y mediante un sistema de varillas o cables mueve la horquilla y enclava el engranaje que gira loco en su eje, consiguiéndose de este modo las distintas velocidades que disponga la caja.

En las primeras cajas de cambios, los engranajes se desplazaban para engranarse con su pareja y los dientes eran rectos. Con la incorporación de engranajes helicoidales, se desarrollo un sistema que permitía realizar el cambio de relación sin tener que desplazar los engranajes; a este diseño de cajas se le denomina de toma constante sincronizada.

Todos estos elementos van alojados dentro de una carcasa con aceite para lubricar los distintos mecanismos, sellada y hermetizada por medio de retenes para impedir la perdida de aceite.

Engranajes

Es una rueda dentada empleada para transmitir movimiento de una parte de una maquina a otra. Un conjunto de dos o mas engranajes que transmite que transmite movimiento de un eje a otro se denomina tren de engranaje. La principal ventaja con respecto a la polea es que acá no existe resbalamiento.

Tipos de engranajes

Una de las formas de clasificar los engranajes es según su forma del dentado, bajo estas circunstancias encontramos:

• Engranajes rectos • Engranajes helicoidales• Engranajes hipoidales

Engranajes rectos

Este tipo de engranajes mas simple y corriente que existe. Se caracteriza por tener sus dientes de forma paralela al eje de rotación. Son fáciles de construir pero son ruidosos

Engranaje helicoidal

Su diferencia con respecto al los rectos, es que en este tipo el dentado va de forma oblicua al eje de rotación. Una de sus ventajas es que producen menos ruido, mas velocidad, además se pueden cruzar 90°, pero son mas caros de construir y se desgastan mas rápido.

Ejemplos engranajes

Rodamientos

Para permitir el giro de los ejes en sus alojamientos, se montan sobre rodamientos para así disminuir el roce y facilitando el giro. Generalmente en una caja de cambios se encuentran rodamientos de bolas, de rodillos, de aguja.

Retenes

En el interior de una caja de cambios se encuentra aceite. Para evitar que este salga al exterior se coloca un reten, el cual es de caucho sintético sobre una carcasa metálica. Su diámetro interior posee un labio y un muelle con el fin de que este pueda retener el aceite.

Eje primario

También comúnmente llamado eje de entrada. Este elemento recibe el movimiento del motor a través del estriado que posee donde acopla el disco de embrague, además lleva un engranaje fijo en su otro extremo para acoplar con el eje intermedio.

Eje intermediario

Conocido también como intermedio o contraeje. Esta constituido por un engranaje que acopla con el del eje primario y de una serie mas de ruedas dentadas ( generalmente talladas en el mismo eje) que engranaran con las del eje secundario según función de la marcha seleccionada.

Eje secundario

También llamado eje de salida, consta de varios engranajes conducidos (que giran libres en el eje, que solo se vuelven solidarios cuando un sistema de desplazables actúa sobre ellos), que acoplan con los del eje intermediario. Sus dimensiones varían de acuerdo a las marchas que posea el vehículo.

Partes caja de cambio

Primera marcha

Segunda marcha

Tercera marcha

Marcha atrás

Sincronización

Se conoce como sincronización al hecho de que un engranaje activo se conecte a otro que esta desactivo, logrando con esto, que las revoluciones del primero se transfieran al segundo , formándose como si fuera una sola pieza.

Sincronizadores

El sincronizador, es el mecanismo mas característico y especifico de las cajas de cambio. Los sincronizadores se encargan de igualar las velocidades de los ejes, evitando así que rasquen las velocidades al cambiar de marcha.

Las primeras cajas de cambio no incorporaban este dispositivo. Para seleccionar una velocidad, un engranaje se desplazaba y engranaba con su pareja del otro fijo. Las ruedas dentadas tenían que ser de dientes rectos y al engranar una rueda con la otra, si las velocidades entre ejes no eran iguales rascaban.

La incorporación de cajas de cambio con ruedas helicoidales y toma constante, no permite desplazar los engranajes como en la de dentado recto. Un engranaje de la pareja gira loco en su eje y cuando el mecanismo sincronizador actúa sobre el, iguala las velocidades y lo hace solidario.

Funcionamiento del conjunto sincronizador

Se conoce como sincronizador el conjunto mecánico encargado de acoplar las ruedas dentadas, realizando un ensamblaje suave sin que las velocidades rasquen.

El conjunto sincronizador esta formado por el collarin desplazable que es movido por la horquilla de selección desde la palanca selectora de velocidades del puesto de conducción.

El cubo dentado se encuentra anclado al eje por un estriado. Este dispone de seguros y muelles que lo fijan al collarín. Los conos de las ruedas dentadas giran locos en el eje. Una vez engranada la velocidad, el movimiento se transmite por el collarín hacia el eje por el cubo dentado.

Los anillos sincronizadores se encuentran entre el cono del engranaje y el collarín desplazable. Cuando se intenta seleccionar una velocidad, el mecanismo del sincronizador empuja el anillo sincronizador que roza con el cono de la rueda dentada y la frena igualando las velocidades de los dos ejes, lo que permite el engranaje suave del collarín con el estriado de la rueda e introducir de este modo una velocidad en la caja de cambios

Sincronizadores

Son anillos compuestos de bronces, que tienen como función de igualar las velocidades de las piezas a engranar, para así evitar ruidos al pasar las marchas.

En las cajas de cambio manuales, la selección de las velocidades, las realiza el conductor actuando sobre la palanca de cambios.

Esta palanca, a través de su desplazamiento, mueve un mecanismo de varillas, los cuales actúan sobre los desplazables que acoplan las marchas.

Indicador de velocidad

Conmutador de marcha atrás