Cajas de cambio manuales

La caja de cambios es un conjunto mecánico que se intercala entre el embrague y el diferencial, capaz de transmitir y transformar el par, manteniendo el motor en un régimen de funcionamiento optimo; de manera que el vehículo sea capaz de subir y bajar pendientes, parar e invertir el sentido de giro de las ruedas.

Misión: es permitir al conductor seleccionar la velocidad apropiada según las necesidades de conducción y realizar el cambio en el momento que sea necesario. Permitir invertir el giro de salida del motor y realizar la marcha atrás. Seleccionar la velocidad buscando el equilibrio entre la potencia del motor y la velocidad a alcanzar.

Graficas de velocidad

La grafica representa las velocidades en Km/h que puede alcanzar en marcha cada vehículo a unas revoluciones del motor.La línea 1 representa el régimen en el par máximo del motor (126Nm) y la línea 2 la potencia a régimen máximo del motor. La zona de máximo rendimiento esta representada con las líneas discontinuas, es decir entre la línea de par máximo (3300 rpm) y potencia máxima (5700).

Las máximas prestaciones (alta potencia) se obtiene a altas revoluciones.El momento ideal de cambio de marcha, se encuentra en la zona de par máximo.

Configuración de la caja de cambios

La caja de cambios esta formada por dos ejes con ruedas dentadas que giran sobre rodamientos, los ejes van montados paralelamente. Las ruedas dentadas pueden ir talladas sobre el eje o bien girar locas sobre él, estas ruedas locas disponen de un dispositivo para enclavarlas al eje cuando el conductor acciona la palanca y por medio de unas varillas y unas horquillas desplazamos el dispositivo que los enclava, el sincronizador.

En las primaras cajas de cambio los piñones se desplazaban para engranarse con su pareja, los dientes de los piñones eran rectos.

Todos los elementos van alojados dentro de una carcasa con aceite para lubricar los componentes, esta va sellada y hermetizada.

Cajas de cambio para tracción delantera

Las cajas de cambio para tracción delantera montan el diferencial y el grupo reductor en el mismo conjunto.Estas cajas pueden disponer de dos o tres ejes un primario que recibe el giro del motor y uno o dos ejes secundarios que transmiten el giro al grupo reductor y diferencial.Todas las ruedas dentadas se encuentran engranadas entre sí, menos la marcha atrás; formando pares de engranajes que dan lugar a diferentes relaciones de transmisión.

Funcionamiento de la caja de cambios : el conductor desde el habitáculo acciona una palanca que mediante un mecanismo acciona un sincronizador que fija un piñón o rueda dentada al eje. Se transmite el giro de un eje al otro y se produce una relación de transmisión que depende del nº de dientes de los piñones.

Punto muerto: ninguna rueda dentada esta enclavada al eje y los piñones giran libres;Z2 ,Z4 ,Z5 ,Z7 ,Z9.En las velocidades 1 y 2 los piñones giran locos en el eje secundario.

Primera velocidad: el piñón del eje primario Z1 esta tallado en el eje, mientras que el piñón conducido Z2 del eje secundario gira loco. Al seleccionar la 1ª, se desplaza el collarín del sincronizador y el piñón Z2se enclava al eje.

Segunda velocidad: se libera el piñón Z2 y se enclava el piñón Z4 en el eje secundario. Se transmite el giro entre Z3 y Z4

En las velocidades 3,4 y 5 los piñones giran locos en el eje primario.

Tercera velocidad: Se desenclava el piñón Z4 de segunda velocidad y se desplaza otro sincronizador que enclava el piñón Z5

al eje y conduce al piñón Z6 que esta en el eje secundario.

Cuarta velocidad: se desenclava el piñón Z5 de tercera y se enclava el piñón Z7 de cuarta transmitiendo el movimiento al piñón Z8 del secundario.

Quinta velocidad: se desenclava el piñón Z7

de cuarta y por medio de otro sincronizador enclavamos el piñón Z9 de quinta transmitiendo el movimiento al piñón Z10 del secundario.

Marcha atrás: la caja esta en punto muerto, y se desplaza el piñón inversor Z15 engranando el piñón Z11

del primario y el Z12 del secundario.

Cajas de cambio con dos ejes secundarios: es tipo de cajas disponen de un eje primario con piñones solidarios y dos árboles secundarios de toma constante, sobre los que están los piñones que giran locos con sus sincronizadores. La transmisión de giro y par se produce al actuar un sincronizador y enclavar un piñón.

Cajas de cambio para propulsión trasera y tracción total

En este tipo de cajas el motor suele ir montado en posición longitudinal. La caja forma un conjunto independiente que acopla en su salida un árbol de transmisión en los de tracción trasera o la caja de transferencia en los de tracción total. El giro entra y sale en la misma dirección por lo que es necesario montar un eje intermediario.

El eje primario es el más corto de los ejes, solamente se encarga de transmitir el movimiento al eje intermediario.

El eje intermediario dispone de piñones que actúan de conductores en las relaciones de transmisión, están fijos y mecanizados en el eje.

En el eje secundario se encuentras los piñones que giran locos, los sincronizadores y el piñón de marcha atrás.

Elementos constituyentes de la caja de cambios

Ruedas dentadas: estas forman parejas de ruedas dentadas engranadas entre sí (toma constante).

Dentado recto: los dientes están tallados paralelos al eje de la rueda. Características: son ruidosos, solo existen un punto de apoyo y generan esfuerzos tangenciales.

Dentado helicoidal: los dientes están tallados en forma de hélice. Características: funcionamiento suave y silencios, generan esfuerzos axiales, hay dos puntos de apoyo.

Rodamientos: permiten el giro de los ejes en sus alojamientos (gira la pista interior). Reducen el rozamiento y el desgaste.

Carga estática: carga máxima que se soporta en reposo sin deteriorarse. Carga dinámica: máxima carga que se soporta en movimiento sin deteriorarse. Retenes: su misión es evitar pérdidas entre unión de ejes y rodamientos. Los retenes se fabrican con caucho sintético sobre una carcasa metálica que configura el diámetro exterior. El diámetro interior se forma por medio d un muelle y un labio anular de goma. Algunos tienen sentido de montaje y de giro.Sincronizadores: es el mecanismo que se encarga de igualar las velocidades de los piñones y sus ejes, evitando así que rasquen las velocidades al cambiar de marcha.

Funcionamiento y constitución: el sincronizador esta formado por la corona que es movida por la horquilla. El cubo dentado que esta anclado al eje por un estriado, este dispone de una bolas fiadoras y muelles que fijan la corona; los conos de las ruedas dentadas helicoidales giran locos con el eje.Los anillos sincronizadores se encuentran entre el cono del piñón y la corona. Fiadores del sincronizador; chavetas, bolas o muelles.

Cuando se quiere meter una velocidad el mecanismo del sincronizador empuja al anillo rozante que roza con el cono de la rueda y la frena, igualando las velocidades de los dos ejes, lo que permite el engranaje suave de la

corona con el estriado de la rueda y así quedando introducida una marcha.

Mecanismos de posicionamiento: en las cajas manuales la selección de las velocidades con sus relaciones de transmisión se realiza por el conductor del vehículo desde el puesto de conducción mediante la palanca. Esta palanca a través de su movimiento desplaza un mecanismo de varillas, y estas varillas están ancladas a las horquillas que acoplan en los collarines de los sincronizadores; por lo tanto el movimiento de la palanca provoca un movimiento de la varilla y su horquilla y por consiguiente del sincronizador.Mecanismo de enclavamiento: la varilla, una vez desacoplada queda enclavada por medio de unas bolas y muelles que impiden que se salga la velocidad. La presión del muelle sobre el fiador impide que la varilla se desplace por las vibraciones de la caja. Mecanismo de interbloqueo: este mecanismo tiene la misión de que una vez metida una velocidad otra pueda engranarse, ya que si esto ocurriera la caja se bloquearía o rompería. Para evitarlo se interponen bolas entre las varillas; al desplazarse una varilla para que entre una velocidad, la holgura de la bola en la ranura de la varilla permite su desplazamiento, y a su vez deja enclavadas el resto de varillas impidiendo su movimiento.

Síntoma Causa Revisar o sustituirRuidos extraños Holgura de los

engranajes. Rodamientos

desgastados Anillos rozantes

desgastados. Falta de aceite.

Comprobar engranajes.

Revisar rodamientos y elementos sometidos a degaste.

Verificar nivel de aceite.

Rascan todas las velocidades al seleccionarlas

Embrague en mal estado o mal regulado.

Dispositivo de selección defectuoso o mal reglado.

Revisar embrague y sistema de accionamiento.

Comprobar mecanismo de selección de la caja.

Rasca una velocidad Sincronizador de la velocidad desgastado

Cambiar el sincronizador

Se sale una velocidad Muelle fiador roto o desgastado.

Ranura de varilla desgastada.

Holgura entre corona y horquilla.

Verificar muelle, ranura de la varilla y la holgura entre horquilla y corona.

Dureza en la selección de velocidades

Suciedad en el cambio. Varillas en mal estado. Desgaste en horquillas y

cubos de sincronizador.

Limpiar el cambio y verificar varillas y horquillas.

Las principales operaciones de mantenimiento sobre una caja de cambios es la sustitución del aceite y el control de su nivel. El aceite empleado suele ser de una viscosidad que oscila entre SAE 60 y SAE 90.