Caja de cambios de coche

Todo sobre las cajas de cambios

En la caja de cambios están los engranajes dentados que permiten seleccionar la velocidad apropiada: una marcha corta para acelerar o una larga para circular a velocidad constante.

El motor del automóvil tiene que desarrollar una gran potencia para hacer girar las ruedas. Incluso cuando el motor marcha en vacío, el cigüeñal gira aproximadamente a 600 revoluciones por minuto. Éste es aproximadamente el ritmo que debe alcanzar la velocidad de ralentí. Pero cuando el automóvil se mueve lentamente, las ruedas deben girar en un ritmo mucho menor.

Si ha intentado alguna vez arrancar con una marcha muy larga, se habrá dado cuenta de la poca potencia que desarrolla el motor cuando gira a muy pocas revoluciones. El objeto de la caja de cambios es proporcionar una gama de velocidades a las ruedas al tiempo que mantiene las revoluciones del motor a un nivel razonable. Y el cometido de la transmisión final es transformar la salida de la caja de cambios en movimiento de las ruedas.

La caja de cambios y el grupo final reducen la velocidad del motor a proporciones manejables en dos etapas. Primero, la del motor, esto es la rotación del cigüeñal, es transferida a través del embrague a la caja de cambios. Esto permite al conductor elegir la marcha apropiada, la mayoría de las cajas tienen cuatro o cinco, para acomodar la velocidad de conducción a las necesidades de la ruta. Esta velocidad será nuevamente reducida antes de llegar a las ruedas motrices.

La caja de cambios y el grupo final además de reducir la velocidad de conducción afectan a la fuerza o par. Cuanto más baja sea la marcha, más alto será el par. Con una marcha corta las ruedas giran lentamente, pero tiene una gran potencia. Con una marcha larga, tienen poca potencia aun cuando giren a la misma velocidad.

El conductor elige una marcha corta para arrancar, cuando se necesita mucha fuerza pero poca velocidad para hacer girar las ruedas motrices. Una vez en movimiento, el conductor puede cambiar a una velocidad más larga, con lo cual se obtiene menos par pero mayor velocidad. Lo último en este concepto es el overdrive o supermarcha, lo cual es en efecto una marcha muy larga que sólo puede ser utilizada cuando el automóvil se está moviendo a alta velocidad.

Sería muy cómodo que se pudiese pasar de la velocidad más baja a la más alta. Pero muchos motores sólo pueden trabajan bien dentro de una gama limitada de revoluciones. Así pues, se necesitan velocidades intermedias, dos o más, para mantener el motor dentro de esta gama, independientemente de la velocidad a que vaya el automóvil. Las velocidades intermedias son imprescindibles para acelerar. También permiten reducir una o dos marchas cuando se desee incrementar el par para subir cuestas sin perder velocidad.

Engranajes y velocidades

En la caja de cambios y el grupo final las velocidades consisten en parejas de gruesas ruedas dentadas o piñones interconectados. Uno de los piñones, el piñón conducido, es frecuentemente menor que el otro y tiene menos dientes. Cuando el movimiento pasa desde un piñón pequeño a otro mayor, la velocidad del motor se reduce automáticamente. Por ejemplo, si el piñón menor tiene 12 dientes y el mayor 24, la tracción quedará reducida a la mitad.

El modo en que los piñones reducen la velocidad del motor es fácil de entender; lo que ya no es tan fácil es por qué afectan al par motor. El mejor modo de comprenderlo es pensar en los engranajes como si fueran palancas: el piñón mayor será una palanca grande y el menor una palanca pequeña.

Transferir la conducción desde un piñón pequeño hasta uno mayor, como se hace cuando se selecciona una marcha corta, incrementa grandemente el efecto de palanca, y por ende el par.

Cuanto mayor sea la diferencia de tamaño entre los dos engranajes, mayor será la reducción de velocidad y el incremento de palanca. Así, las marchas cortas tienen una velocidad de entrada pequeña y una alta velocidad de salida. En las marchas largas, los dos engranajes están más próximos a la misma medida.

La caja de cambios

En la mayoría de las cajas de cambios modernas para automóviles, los cuatro o cinco pares de engranajes de las marchas hacia adelante van montados sobre dos ejes paralelos, el eje motor y el contra eje intermediario o tren fijo. Un tercer eje, llamado eje marcha atrás, lleva el piñón de la marcha atrás.

La potencia se transmite a la caja de cambios desde el embrague vía el eje primario. Este eje parece una continuación del eje motor, pero de hecho están ligeramente separados. Cerca del extremo del eje primario hay un pequeño engranajes que entra en contacto con otro ligeramente mayor sobre el eje del tren fijo. El movimiento pasa desde el eje primario hasta el del tren fijo a través de este par de engranajes, y, debido a que hay una ligera reducción en la velocidad conducida, esta conexión en la velocidad conducida, esta conexión se conoce como reducción primaria.

Cada uno de los cuatro o cinco engranajes sobre el eje motor está en contacto en todo momento con sus vecinos sobre el tren fijo, así este tipo de cajas de cambio se denominan a menudo de contacto constante. Como el tren fijo es conducido por el eje primario, todos sus piñones conducen las ruedas dentadas del eje motor.

Los piñones del eje motor no están fijados al eje, sino que giran libremente. Sólo cuando el conductor selecciona una marcha determinada se fija el piñón correspondiente sobre el eje motor. Una vez el piñón esté en esta posición, el eje motor girará y transmitirá el movimiento de un piñón a otro.

El piñón se fija en el eje motor por medio de un collar deslizante o desplazable unido al eje motor. En una caja de cambios hay normalmente dos desplazables sobre el eje motor, uno entre las ruedas dentadas para la primera y segunda marcha, y otro entre las ruedas para la tercera y cuarta.

Cuando el automóvil está en punto muerto, estos desplazables permanecen entre los piñones. Cuando el conductor mueve la palanca de mando para seleccionar una marcha, un desplazable se desliza hacia el correspondiente piñón y el dentado de la cara del desplazable engrana con los dientes de la cara del piñón, uniéndolos firmemente. Esta interconexión dentada es conocida como acoplamiento de garras.

A menos que el eje motor y el del tren fijo estén girando exactamente a la misma velocidad, el acoplamiento de garras no encajará con suavidad y cada vez que intente cambiar de velocidad oirá un característico sonido agudo. Para evitar este problema, los automóviles llevan incorporados los sincronizadores (algunos modelos antiguos no tienen sincronizada la primera velocidad).

El sincronizado se realiza en dos etapas. El primer tiempo trabaja de forma parecida a la fricción del embrague. Un anillo cónico dentado situado en un lateral del engranaje en el eje motor engrana con un cono dentado del desplazable. La fricción de ambos conos hace que la velocidad del engranaje aumente o disminuya para igualar la del desplazable.

Entonces, un casquillo exterior del collar de desliza hacia delante sobre los dientes del piñón. Las ranuras del interior del casquillo se acoplan con los dientes del piñón. Puesto que las ranuras ya están acopladas con los dientes del desplazable, ambas mitades del acoplamiento quedan unidas, de modo que la tracción se transmite suave y regularmente.

El sistema de sincronizado trabaja perfectamente siempre que el conductor acciones la palanca de cambio con la lentitud suficiente para que las velocidades del piñón y el desplazable se igualen. Los automóviles modernos incluyen un anillo de interdicción en el sincronizado que evita que los dientes engranen hasta que las velocidades estén sincronizadas.

Cambio de marchas

El conductor mueve las varillas selectoras unidas a la palanca de cambios. En una caja de cambios de cuatro marchas hay normalmente tres varillas, una para la primera y segunda marcha, otro para la tercera y cuarta, y otra para la marcha atrás.

Cuando el conductor selecciona una velocidad, la varilla del selector se desliza hacia adelante o hacia atrás. Unida a la varilla del selector hay una horquilla que actúa sobre el desplazable del eje motor. Al tiempo que la varilla del selector se desliza, la horquilla hace que se deslice el desplazable y la marcha queda puesta.


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