Caja de cambios by Frank Kija

CAJA DE CAMBIOS 2014

CAJA DE CAMBIOS

CAJA DE CAMBIOS 2014

AÑO DE LA PROMOCIÓN DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO CLIMÁTICO

APRENDIZ:

ADER MELGAREJO HUAMAN Quispe damas

INSTRUCTOR:

JOSE LUIS ROMERO

SEMESTRE:

TEMA:

CAJA DE CAMBIOS

AÑO:

2014

CAJA DE CAMBIOS 2014

Dedicatoria “Este trabajo se lo dedico principalmente a Dios, y a todas aquellas personas que forman parte de mi familia y que hoy en día me ofrecen las mejores intenciones con su apoyo”

CAJA DE CAMBIOS 2014

Índice I.

HISTORIA Y ANTECEDENTES

II.

RESEÑA HISTÓRICA DE LOS CAMBIOS DE VELOCIDADES

III.

CAJA DE CAMBIOS

III.I.

CAJAS DE CAMBIOS MANUALES

III.II.

CAJA DE CAMBIOS MANUAL DE TRES EJES DISPUESTA LONGITUDINALMENTE

III.III.

CAJA DE CAMBIOS MANUAL DE DOS EJES DISPUESTA TRANSVERSALMENTE

III.IV.

DESPIECE DE UNA CAJA DE CAMBIOS

III.V.

CAJAS DE CAMBIO AUTOMÁTICAS.

III.VI.

CAJA DE CAMBIOS CONTINUA VARIABLE CVT

III.VII.

CAJAS DE CAMBIO MANUAL PILOTADA

III.VII.I. CAMBIO PDK DE PORCHE III.VII.II. CAMBIO DSG DEL GRUPO VAG IV.

ELEMENTOS AUXILIARES IV.I. IV.II. IV.III. IV.IV.

EL EMBRAGUE CONJUNTO DE PLATO PRESOR Y TAPA DE EMBRAGUE COJINETE DE DESEMBRAGUE EL MANDO DE CAMBIO

CAJA DE CAMBIOS 2014 IV.V.

SINCRONIZADORES

IV.VI.

ELEMENTOS QUE COMPONEN LA TRANSMISIÓN

FUNCIONAMIENTO DE LA CAJA DE CAMBIOS DE 5 MARCHAS

VI.

FUNCIONAMIENTO DE LA CAJA DE CAMBIOS DE VELOCIDADES

VII.

CÁLCULO DE LAS RELACIONES DE CAMBIO

VIII.

SELECCIÓN DE MARCHA ATRÁS

IX.

CAJA DE CAMBIOS PARA MOTOR TRANSVERSAL

FORMAS DE TRANSMITIR Y SELECCIONAR LAS VELOCIDADES

XI.

MANDO PARA UNA CAJA DE CINCO VELOCIDADES

XII.

COMANDO DE LA LÍNEA NEUTRAL Y DE VELOCIDADES

XIII.

CABLES DE MANDO EN LA CAJA DE CAMBIOS

XIV.

SELECCIÓN DE LAS VELOCIDADES EN LA CAJA

XV.

SELECCIÓN EN LOS COLLARINES DE LA CAJA DE CAMBIOS

XVI.

CAJA DE CAMBIOS PARA TRACCIÓN POSTERIOR

XVII.

SELECCIÓN DE LAS VELOCIDADES AL SELECCIONAR LOS EJES DE MANDO

XVIII.

CAJA DE CAMBIOS DE MÁS VELOCIDADES

XIX.

FUNCIONAMIENTO DE UNA CAJA DE VELOCIDADES TIPO ESTÁNDAR

XX.

MANTENIMIENTO Y AVERÍAS

XXI.

CONCLUSIONES

XXII.

GLOSARIO

CAJA DE CAMBIOS 2014 XXIII.

BIBLIOGRAFÍA

INTRODUCCIÓN

CAJA DE CAMBIOS 2014 Cuando se arranca un automóvil, y se desea poner en movimiento, es necesario hacer funcionar la caja de velocidades para transmitir la fuerza del motor hacia las ruedas. El tren motriz o caja de velocidades tipo estándar, es un mecanismo muy completo y que brinda la posibilidad de hacer mover un automóvil a distintas velocidades. Una transmisión manual o estándar, es una caja que no puede alterar la velocidad por sí sola, sino que el conductor debe hacerlo. Por lo tanto, se diferencia de una caja automática, en que ésta si puede cambiar por sí sola. La caja de cambios es un mecanismo situado como elemento de transmisión entre el motor y las ruedas, (y más concretamente entre la transmisión y el embrague), cuya función es la de “adecuar el par del motor a la resistencia que presenta el vehículo bajo ciertas condiciones de marcha”, variando la relación entre el número de revoluciones del motor y el de las ruedas motrices del vehículo, e incluso invirtiendo el sentido de giro de las mismas cuando sea necesario. Se comporta por tanto, como un “transformador de velocidad” y un “convertidor mecánico de par”. Las características de una caja de velocidades es que contienen engranes, que no son más que ruedas con dientes a lo largo de toda su circunferencia, y que en su conjunto componen un tren de engranes, que tiene la capacidad de multiplicar el par entregado por el motor. Esta fuerza crea una potencia, que es la que se transmite hacia las ruedas. Las diversas marchas aprovechan la potencia según su relación de transmisión, la cual está en función del número de dientes del engrane; y que está diseñada para romper el estado de reposo del vehículo, haciendo trabajar las ruedas en contra de la resistencia del terreno. Estas relaciones de transmisión nos dicen la capacidad de trabajo que puede realizar el automóvil y el mejor aprovechamiento del par entregado por el motor y el combustible que se consume. Para que se tenga una idea más clara de lo que son las transmisiones, cómo funcionan y cuál es la mejor opción, se presentaran algunos datos, para tener un mayor conocimiento del tema cuando se escuche la frase “manual”.

I. Historia y antecedentes

CAJA DE CAMBIOS 2014 Todas las máquinas requieren de una fuerza motriz. En la antigüedad ésta venía de animales, seres humanos o los elementos, como el viento o corrientes de agua. Hoy en día uno de los problemas principales de la Ingeniería Mecánica es la transmisión de movimiento, entre un conjunto motor y máquinas conducidas. Desde épocas muy remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados de madera para solucionar los problemas de transporte, impulsión, elevación y movimiento. Algunos de esos elementos, ya eran fabricados de aleaciones de algún metal, con el fin de mejorar sus prestaciones.

Molde chino para fabricar engranajes de bronce (siglos II a.C. a III d.C.)

El mecanismo de engranajes más antiguo de cuyos restos disponemos es el mecanismo de Antikyithera. Se trata de una calculadora astronómica datada entre el 150 y el 100 a. C. y compuesta por al menos 30 engranajes de bronce con dientes triangulares.

CAJA DE CAMBIOS 2014 Presenta características tecnológicas avanzadas como por ejemplo trenes de engranajes epicicloidales que, hasta el descubrimiento de este mecanismo, se creían inventados en el siglo XIX. Por citas de Cicerón, se sabe que el de Anticitera no fue un ejemplo aislado sino que existieron al menos otros dos mecanismos similares en esa época, construidos por Arquímedes y por Posidonio. Por otro lado, a Arquímedes se le suele considerar uno de los inventores de los engranajes porque diseñó un tornillo sin fin.

Mecanismo de Antikythera.

En China también se han conservado ejemplos muy antiguos de máquinas con engranajes. Un ejemplo es el llamado "carro que apunta hacia el Sur" (120250 d.C.), Un ingenioso mecanismo que mantenía el brazo de una figura humana apuntando siempre hacia el Sur gracias al uso de engranajes diferenciales

CAJA DE CAMBIOS 2014 epicicloidales. Algo anterior, en torno a 50 d. C., son los engranajes helicoidales tallados en madera y hallados en una tumba real en la ciudad china de Shensi. No está claro cómo se transmitió la tecnología de los engranajes en los siglos siguientes. Es posible que el conocimiento de la época del mecanismo de Anticitera sobreviviese y contribuyese al florecimiento de la ciencia y la tecnología en el mundo islámico de los siglos IX al XIII. Por ejemplo, un manuscrito andalusí del siglo XI menciona por vez primera el uso en relojes mecánicos tanto de engranajes epicíclicos como de engranajes segmentados. Los trabajos islámicos sobre astronomía y mecánica pueden haber sido la base que permitió que volvieran a fabricarse calculadoras astronómicas en la Edad Moderna. En los inicios del Renacimiento esta tecnología se utilizó en Europa para el desarrollo de sofisticados relojes, en la mayoría de los casos destinados a edificios públicos como catedrales. El inventor de los engranajes en todas sus formas fue Leonardo da Vinci, quien a su muerte en la Francia de 1519, dejó para nosotros sus valiosos dibujos y esquemas de muchos de los mecanismos que hoy utilizamos diariamente. Engranaje helicoidal de Leonardo

Transmisión de Da Vinci La forma más básica de un engrane es una pareja de ruedas, una de ellas provistas

CAJA DE CAMBIOS 2014 de barras cilíndricas y la otra formada por dos ruedas unidas por barras cilíndricas. En la figura 1.4 se aprecia un mecanismo para repeler ataques enemigos, consiste de aspas al nivel del techo movidas por un eje vertical, unido a un "engranaje", el movimiento lo producen soldados que giran una rueda a nivel del piso y provocando que los enemigos que han alcanzado el techo sean expulsados. En este mecanismo se muestra la transmisión entre dos ejes paralelos, uno de ellos es el eje motor y el otro el eje conducido. Leonardo se dedicó mucho a la creación de máquinas de guerra para la defensa y el ataque, sus materiales fueron madera, hierro y cuerdas, que se elaboraban en forma rudimentaria, pero sus esquemas e invenciones trascienden el tiempo y nos enseñan las múltiples alternativas que nos brindan mecanismos básicos de palancas, engranes y poleas unidas entre sí en una máquina cuyo diseño geométrico es notable.

Transmisión trasera de un carro En la figura se puede apreciar la transmisión trasera para un carro, el eje vertical mueve el "engrane" que impulsa las ruedas hacia adelante o atrás. En este mecanismo los ejes están perpendiculares entre sí.

Sin fin y corona diseñado por Da Vinci Se puede deducir que la posición entre los ejes es de gran importancia al diseñar la transmisión. Las situaciones son principalmente tres: ejes paralelos, ejes que se cortan y ejes que se cruzan. Un

CAJA DE CAMBIOS 2014 ejemplo de esta última situación se aprecia en la figura 1.6, en donde una manivela mueve un elemento que llamaremos tornillo sin fin el que a su vez mueve la rueda unida a él. En este caso, el mecanismo se utiliza como tecle para subir un balde. Los ejes se encuentran en una posición ortogonal, o sea, se cruzan a 90 grados. Los engranes propiamente tales son ruedas provistas de dientes que posibilitan que dos de ellas se conecten entre sí (fig. 1.7). Los primeros datos que existen sobre la transmisión de rotación con velocidad angular uniforme por medio de engranajes, corresponden al año 1674, cuando el famoso astrónomo danés Olaf Roemer (1644-1710) propuso la forma o perfil del diente en epicicloide. Robert Willis (1800-1875), considerado uno de los primeros ingenieros mecánicos, fue el que obtuvo la primera aplicación práctica de la epicicloide al emplearla en la construcción de una serie de engranajes intercambiables. De la misma manera, de los primeros matemáticos fue la idea del empleo de la evolvente de círculo en el perfil del diente, pero también se deben a Willis las realizaciones prácticas. A Willis se le debe la creación del odontógrafo, aparato que sirve para el trazado simplificado del perfil del diente de evolvente. Es muy posible que fuera el francés Phillipe de Lahire el primero en concebir el diente de perfil en evolvente en 1695, muy poco tiempo después de que Roemer concibiera el epicicloidal. La primera aplicación práctica del diente en evolvente fue debida al suizo Leonhard Euler (1707). En 1856, Christian Schiele descubrió el sistema de fresado de engranajes rectos por medio de la fresa madre, pero el procedimiento no se llevaría a la práctica hasta 1887, a base de la patente Grant. En 1874, el norteamericano William Gleason inventó la primera fresadora de engranajes cónicos y gracias a la acción de sus hijos, especialmente su hija Kate Gleason (1865-1933), convirtió a su empresa Gleason Works, radicada en Rochester (Nueva York, EEUU) en una de los fabricantes de máquinas herramientas más importantes del mundo. En 1897, el inventor alemán Robert Hermann Pfauter (1885-1914), inventó y patentó una máquina universal de dentar engranajes rectos y helicoidales por fresa madre. A raíz de este invento y otros muchos inventos y aplicaciones que

CAJA DE CAMBIOS 2014 realizó sobre el mecanizado de engranajes, fundó la empresa Pfauter Company que, con el paso del tiempo, se ha convertido en un multinacional fabricante de todo tipo de máquinas-herramientas. En 1906, el ingeniero y empresario alemán Friedrich Wilhelm Lorenz (18421924) se especializó en crear maquinaria y equipos de mecanizado de engranajes y en 1906 fabricó una talladora de engranajes capaz de mecanizar los dientes de una rueda de 6 m de diámetro, módulo 100 y una longitud del dentado de 1,5 m. A finales del siglo XIX, coincidiendo con la época dorada del desarrollo de los engranajes, el inventor y fundador de la empresa Fellows Gear Shaper Company, Edwin R. Fellows (1846-1945), inventó un método revolucionario para mecanizar tornillos sin fin glóbicos tales como los que se montaban en las cajas de dirección de los vehículos antes de que fuesen hidráulicas. En 1905, M. Chambon, de Lyon (Francia), fue el creador de la máquina para el dentado de engranajes cónicos por procedimiento de fresa madre. Aproximadamente por esas fechas André Citroën inventó los engranajes helicoidales dobles.

II. Reseña histórica de los cambios de velocidades Ya en 1887, Karl Benz fue el primero que intentó resolver el problema del cambio dela relación de velocidades para poder subir por cuestas pronunciadas. Benz diseñó un mecanismo llamado Kripto que se componía de un tren de engranajes epicicloidales que proporcionaba dos velocidades: una reductora y transmisión directa, además de la marcha atrás. Su aplicación en el campo automovilístico se debe a Gottlich Daimler y Wilhelm Maybach, quienes diseñaron el primer cambio de engranajes que en el período 18941896 fueron aplicados a los automóviles de la Panhard & Levassor, propulsados por motores Daimler. Los primeros cambios por engranajes eran de "piñones desplazables", y los que más se podían encontrar eran de dos tipos: de 3 y de 2 árboles. En el primer tipo de cambio de 3 árboles, el movimiento se transmitía mediante un primer engranaje constante, desde el árbol primario o de entrada (solidario al

CAJA DE CAMBIOS 2014 cigüeñal) hasta el árbol intermediario (al que se montaban fijas una serie de ruedas dentadas). Del intermediario se transmitía el movimiento a un tercer árbol, el secundario o de salida, unido al par cónico y al diferencial. El secundario estaba alineado con el primario y sus piñones se podían desplazar axialmente, girando solidarios con el árbol gracias a las estrías de éste. Mediante un mando, cada una de las ruedas se podía desplazar secuencialmente para engranar con el correspondiente del árbol intermediario. La toma directa se obtenía al conectar solidariamente el primario y el secundario, por medio de los dientes frontales de cada una de las ruedas del árbol estriado, lo que permitía obtener grandes ventajas desde el punto de vista del rendimiento, al eliminar las pérdidas mecánicas debidas a la transmisión por engranajes. El segundo tipo de cambio estaba compuesto únicamente por dos árboles: primario y secundario; uno de ellos estriado y con los piñones desplazables axialmente, mientras que el otro tenía piñones ensamblados, por lo que la transmisión directa de velocidades era imposible de ser realizada.

El cambio por piñones o engranajes desplazables, fue el más utilizado hasta los años treinta, y posteriormente fue abandonado debido a las desventajas que presentaba respecto al sistema de toma constante, como por ejemplo las sacudidas que aparecerían al engranar piñones que giraban a velocidades periféricas diferentes, con lo que se producían esfuerzos excesivos y rápido desgaste. Otro inconveniente del cambio con engranajes desplazables era la imposibilidad de la sincronización, ya que todos los piñones giran simultáneamente con los árboles. A lo largo de la década de los 1980, los modelos de automóviles pasaron a incorporar cajas manuales de cinco cambios, en la década de los 1990, sólo los automóviles de bajo costo o del segmento A tenían cajas de cuatro marchas. En la última década, los modelos de alta gama, en particular aquellos con motor diésel, pasaron a incorporar una sexta marcha, para poder circular en autopista con el motor a bajo régimen, y por lo tanto con consumos menores.

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III. Caja de cambios III.I. Cajas de cambios manuales Existen dos tipos de cajas de cambios (de tres ejes y de dos ejes). En las figuras se pueden observar las dos, la primera caja de cambios es una caja manual de dos ejes con disposición transversal, de un vehículo con tracción delantera por lo que el grupo cónico-diferencial va acoplado en la salida de la propia caja de cambios. La segunda, es una caja manual de tres ejes con disposición longitudinal de un vehículo de propulsión trasera. La situación de la caja de cambios en el vehículo dependerá de la colocación del motor y del tipo de transmisión ya sea ésta delantera o trasera.

Caja de cambios transversal

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Caja de cambios longitudinal

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. En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades (suele ser llamada sólo caja) es el elemento encargado de obtener en las ruedas el par motor suficiente para poner en movimiento el vehículo desde parado, y una vez en marcha obtener un par suficiente en ellas para poder vencer las resistencias al avance, fundamentalmente las resistencias aerodinámicas, de rodadura y de pendiente. El motor de combustión interna alternativo, al revés de lo que ocurre con la máquina de vapor o el motor eléctrico, necesita un régimen de giro suficiente (entre un 30% y un 40% de las RPM máximas) para proporcionar la capacidad de iniciar el movimiento del vehículo y mantenerlo luego. Aun así, hay que reducir las revoluciones del motor en una medida suficiente para tener el par suficiente; es decir si el par requerido en las ruedas es 10 veces el que proporciona el motor, hay que reducir 10 veces el régimen.

CAJA DE CAMBIOS 2014 Esto se logra mediante las diferentes relaciones de desmultiplicación obtenidas en el cambio, más la del grupo de salida en el diferencial. El sistema de transmisión proporciona las diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad de giro del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción es la disminución de velocidad de giro con respecto al motor, y el aumento en la misma medida del par motor. El sistema de cambio de marchas manual ha evolucionado notablemente desde los primeros mecanismos de caja de cambios de marchas manuales sin dispositivos de sincronización hasta las actuales cajas de cambio sincronizadas de dos ejes. 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  De dos ejes

Carter del embrague y caja de velocidades de un automóvil

Estos ejes constan de:  Árbol primario. Recibe el movimiento a la misma velocidad de giro que el motor. Habitualmente lleva un único piñón conductor en las

CAJA DE CAMBIOS 2014 cajas longitudinales para tracción trasera o delantera. En las transversales lleva varios piñones conductores. Gira en el mismo sentido que el motor.  Árbol intermedio o intermediario. Es el árbol opuesto o contraeje. Consta de un piñón corona-conducido que engrana con el árbol primario, y de varios piñones (habitualmente tallados en el mismo árbol) que pueden engranar con el árbol secundario en función de la marcha seleccionada. Gira en el sentido opuesto al motor. En las cajas transversales este eje no existe.  Árbol secundario. Consta de varios engranajes conducidos que están montados sueltos en el árbol, pero que se pueden hacer solidarios con el mismo mediante un sistema de desplazables. Gira en el mismo sentido que el motor (cambios longitudinales), y en sentido inverso en las cajas transversales. En otros tipos de cambio, especialmente motocicletas y automóviles y camiones antiguos, los piñones se desplazan enteros sobre el eje. La posición axial de cada rueda es controlada por unas horquillas accionadas desde la palanca de cambios y determina qué pareja de piñones engranan entre el secundario y el intermediario, o entre primario y secundario según sea cambio longitudinal o transversal. Cuando se utilizan sincronizadores, el acoplamiento tangencial puede liberarse en función de la posición axial de estos y las ruedas dentadas no tienen libertad de movimiento axial. En las cajas transversales, la reducción o desmultiplicación final del eje secundario/corona del diferencial invierte de nuevo el giro, con lo que la corona gira en el mismo sentido que el motor.  Eje de marcha atrás. Lleva un piñón que se interpone entre los árboles intermediario y secundario (longitudinal) o primario y secundario (transversal) para invertir el sentido de giro habitual del árbol secundario. En el engranaje de marcha atrás, normalmente se utiliza un dentado recto, en lugar de un dentado helicoidal, más sencillo de fabricar. En ambos tipos de cajas manuales los piñones utilizados 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

CAJA DE CAMBIOS 2014 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 mejor la carga, su utilización es menor y además tienen un coste más reducido.

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Caja de cuatro velocidades En la actualidad el engrane de las distintas marchas se realiza mediante dispositivos de sincronizaciĂłn o "sincronizadores", que igualan la velocidad perifĂŠrica de los ejes con la velocidad interna de los piĂąones, de forma que se

CAJA DE CAMBIOS 2014 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 engranadas 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.

III.II. Caja de cambios manual de tres ejes dispuesta longitudinalmente 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 4.5 se muestra un corte 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).

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Corte de una caja de cambios longitudinal

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.

CAJA DE CAMBIOS 2014 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 N), 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. III.III. Caja de cambios manual de dos ejes dispuesta transversalmente También conocidas como cajas simplificadas. Estas cajas de cambios se aplican a la mayoría de los vehículos modernos, los cuales están montados con tracción directa a las ruedas, es decir, con el motor y la tracción delantera. De este modo, la caja de cambios ataca directamente a la caja del diferencial de las ruedas, con lo que la simplicidad de este mecanismo permite conseguir un menor volumen y por tanto un gran ahorro de peso. En la siguiente figura 4.6, se puede ver un ejemplo de una caja de cambios simplificada. Esta caja está constituida por un tren de engranajes solidario al árbol primario (2) que se encuentra en toma constante con los piñones del árbol secundario (5), por lo que no es necesario el uso del árbol intermediario. El movimiento es transmitido del primario al secundario a través de los sincronizadores (10) y (11). Sobre el árbol secundario va montado el piñón de ataque (12) que engrana con la corona del diferencial (13) que proporciona el movimiento a las ruedas.

CAJA DE CAMBIOS 2014 C

aja de cambios transversal

Otras de las ventajas de este tipo de cajas, además de su simplicidad, es que la relación de velocidades directa se puede adaptar a las revoluciones que se desee, al obtenerse por acoplamiento directo entre dos piñones. Suele fabricarse por tanto, con una 3 a marcha muy próxima a la directa y una 4 a con un número de revoluciones superior a las del árbol primario (motor), con lo que se obtiene una superdirecta. III.IV. Despiece de una caja de cambios En la figura 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

CAJA DE CAMBIOS 2014 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. 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.

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Despiece de una caja de cambios

CAJA DE CAMBIOS 2014 III.V. 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 ó 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 ó 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.

CAJA DE CAMBIOS 2014 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.

III.VI. Caja de cambios Continua Variable CVT 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.

CAJA DE CAMBIOS 2014 III.VII. 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 embrague el eje secundario es fijo. En las cajas de cambio de doble secundario el primario es el tren fijo. 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).

III.VII.I. 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.

CAJA DE CAMBIOS 2014

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.

CAJA DE CAMBIOS 2014 III.VII.II. 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 solo 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.

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IV. Elementos auxiliares IV.I. El embrague El embrague es un sistema que permite tanto transmitir como interrumpir la transmisión de una energía mecánica a su acción final de manera voluntaria. En un automóvil, por ejemplo, permite al conductor controlar la transmisión del par motor desde el motor hacia las ruedas. En los embragues de disco para automóvil el plato conductor suele ser el mismo volante del motor, y el plato conducido es de plancha de acero recubierto de un material no metálico para aumentar el roce de las superficies y corrientemente recibe el nombre de disco del embrague. Para lograr que el disco del embrague se una fuertemente al volante por rozamiento de las caras de contacto se emplea la disposición que se muestra en la figura; rígidamente unida al volante (4) y girando con él hay una tapa (5), (a veces es solamente un plato), esta tapa sostiene un anillo presor (6) que gira con ella y con el volante; una serie de muelles helicoidales (7) obligan al anillo presor a separarse de la tapa, quedando así el disco del embrague (8) aprisionado entre el volante y el anillo presor (también llamado plato presor) y es arrastrado por éstos gracias al rozamiento de los forros (9); a su vez el disco a través del cubo (10) obliga a girar al eje (2) que mueve los engranajes del cambio de velocidades. El esquema de la figura 4.8, muestra las piezas en la posición normal de trabajo del embrague, esto es, en posición de transmitir el movimiento; en tal circunstancia se dice que el automóvil está embragado. Para lograr que el movimiento no se transmita es necesario separar del disco del embrague el anillo de presión, comprimiendo los muelles; a esta operación se la llama desembragar, y del embrague que está en posición de no transmitir el movimiento se dice que está desembragado. Así normalmente en el automóvil el embrague está embragado y para desembragar se utiliza un mandó de pedal dispuesto en la forma que vamos a ver seguidamente.

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Disposición del embrague: 1. Eje cigüeñal 3. Cojinete de fricción

En la tapa del embrague, hay dispuestas radialmente unas palancas (1) generalmente en número de tres o seis, que tienen su punto de apoyo en la tapa (2); el extremo del brazo más corto de las palancas está unido en forma articulada a unos salientes del plato de presión (3) y el extremo del brazo más largo a un anillo central (4); situado paralelamente a este anillo hay un cojinete de empuje (5) montado en un soporte en forma de anillo llamado cubo de desembrague, que puede deslizarse a lo largo del eje del embrague. Cuando el cojinete de empuje se encuentra separado del anillo (4), como en la figura 4.9 el embrague está embragado.

Mecanismo para desembragar: posición embragado

CAJA DE CAMBIOS 2014 Para desembragar, el cojinete es empujado contra el anillo de las palancas, como se muestra en la figura 4.10; las palancas obligan entonces al anillo de presiรณn del embrague a separarse del plato de embrague. El movimiento del cubo de desembrague es mandado por medio de un juego de palancas desde el pedal del embrague, que como vemos, sirve en realidad para desembragar y no para embragar; en la figura 4.11, se muestra el cubo de desembrague montado y la palanca u horquilla de desembrague (4), y en la figura 4.12, las piezas de este conjunto separadas.

Mecanismo para desembragar: posiciรณn desembragado

Forma prรกctica del mecanismo de mando del desembrague: 1. Cojinete de desembrague. 2. Soporte del cojinete. 3. Muelle de retenciรณn de la horquilla. 4. Horquilla de desembrague. 5. Muelle de retenciรณn y retorno del soporte del cojinete

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1. Cojinete de desembrague. 2. Soporte. 3. Muelle de retención y retorno. 4. Horquilla.

En la figura se muestra despiezado otro sistema de cubo y horquilla de desembrague, la palanca del extremo del eje de la horquilla (7) es la que recibe el movimiento del pedal, al cual está enlazada como se muestra en la figura.

Despiece del mando de desembrague: 1. Cojinete de desembrague. 2. Soporte del cojinete. 3. Horquilla de desembrague. 4. Eje de la horquilla. 5. Muelle de retención y retorno de la horquilla. 6. Clavija de fijación de la horquilla a su eje. 7. Palanca de accionamiento de la horquilla.

Sistema de mando del embrague: 1. Eje de la horquilla. 2. Palanca de accionamiento de la horquilla. 3. Cable de mando. 4. Funda del cable. 5. Tensor de unión al pedal. 6. Eje del pedal. 7. Pedal de mando del embrague 8. Contratuercas para el reglaje del juego libre. 4.2.1.1 Disco de embrague El disco o plato conducido de los embragues de fricción presenta formas parecidas a la de la figura de abajo.

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Plato del embrague 1. Disco de acero 2. Muelles Amortiguadores 3. Remaches 4. Forros

El disco de acero del plato no está rígidamente unido al cubo, sino que comunica la fuerza a éste por medio de unos muelles helicoidales, cuya colocación puede verse en la figura

Plato de embrague: 1. Disco de acero 2. Muelle 3. Disco de cubo 4. Disco de retén de los muelles 5. Remaches de unión de los discos

El disco de plancha de acero del embrague está recubierto por ambas caras con una plancha de un material que ofrece gran resistencia al deslizamiento. Estos materiales están hechos generalmente a base de amianto o lona, aglomerados con una resina y a veces armados con una tela metálica de latón para darles mayor resistencia. Para dar elasticidad al disco de embrague a fin de que sea progresiva la operación de embragado se disponen sobre el disco de acero y debajo de las guarniciones unas laminillas dobladas que hacen muelle como las que se muestran en la figura, o bien el mismo disco de acero se corta radialmente y se dobla adecuadamente para que sirva de muelle como se muestra en la figura.

CAJA DE CAMBIOS 2014 Disposición del disco del embrague: 1. Forros 2. Muelles laminares 3. Disco soporte

Las guarniciones se fijan en el disco por medio de remaches de cobre o latón, estos remaches están fijados de tal forma que no sobresalgan de la superficie de rozamiento, como se muestra en las figuras. Los embragues que utilizan el tipo de disco descrito se denominan embragues en seco, debido a que no se lubrifican las caras de fricción. Otra disposición del disco del embrague: 1. Forros 2. Disco soporte cortado radialmente y doblado para servir de muelle

En algunos embragues el disco conducido tiene la forma representada en la figura, Este disco lleva una gran cantidad de pequeños barrenos, en los cuales se fijan unos pequeños discos de corcho de mayor grueso que la plancha del plato, de forma que sobresalen por ambos lados, formando así la superficie de roce. En este tipo de embragues el disco funciona continuamente sumergido en aceite para aumentar la suavidad de la operación de embragado y evitar la destrucción, de los discos de corcho; a tal tipo de embragues se les denomina embragues húmedos o embragues en baño de aceite.

Embrague del tipo húmedo: en 1 se indican los pequeños discos de corcho que forman la superficie de fricción

IV.II. Conjunto de plato presor y tapa de embrague La disposición de este conjunto varía mucho en sus detalles de un tipo a otro, siendo su funcionamiento en líneas generales igual para todos ellos y semejante al que se ha descrito. En algunos casos las palancas van colocadas

CAJA DE CAMBIOS 2014 en el interior de la tapa del embrague (Fig. 4.20) y en otros en el exterior de dicha tapa. El punto de apoyo de estas palancas puede estar constituido por un perno como los de la figura, o por un simple saliente de la tapa como en las de la figura. Despiece de un embrague: 1. Tapa del embrague. 2. Plato presor. 3. Muelles. 4. Pernos de apoyo de las palancas. 5. Palancas o dedos de desembrague. 6. Enlace de las palancas con el plato de presión. 7. Cubo del disco de embrague. 8. Disco. 9. Volante. 10. Corona de arranque.

Despiece de un conjunto de embrague: 1. Plato de presión. 2. Muelles. 3. Tornillo de unión del plato de presión a palancas. 4. Palanca de desembrague. 5. Tapa de embrague. 6. Muelle de fijación del anillo de empuje. 7. Anillo de empuje. 8. Conjunto de disco de embrague.

La articulación o unión de plato presor varía también, formada por un cojinete y figura, en otros por medio

las palancas con el en unos casos está un eje como en la de una cuchilla, un

CAJA DE CAMBIOS 2014 detalle de la cual se muestra en la figura Cuando las palancas son exteriores, la transmisión del esfuerzo se realiza por medio de unos pernos como pudo observarse en la figura anterior.

Detalle de la unión del plato presor a las palancas de desembrague: 1. Apoyo de la palanca. 2. Palanca. 3. Cojinete de unión

Los muelles espirales que proporcionan la fuerza al plato presor deben estar repartidos uniformemente a todo alrededor de éste y proporcionar a todos ellos una presión uniforme. La fuerza total que deben efectuar estos resortes es considerable, del orden de unos 250 kg, para que el embrague no tenga deslizamiento; esto hace que la fuerza que debe aplicarse en el pedal de desembrague sea bastante grande. Para disminuir ésta se ha recurrido a distintos dispositivos, uno de ellos es disponer de un contrapeso en las palancas de desembrague, como se muestra en la figura 4.22. Este contrapeso hace que cuando el embrague gira rápidamente, la palanca ayude al muelle en su labor de ejercer fuerza contra el plato de presión, con lo cual la fuerza de los muelles puede ser menor, sin perder por eso presión en el plato; este sistema se conoce con el nombre de embrague semicentrífugo. Otro sistema de articulación: 1. Perno de apoyo 2. Cuchilla de la articulación 3. Palanca

Otro sistema también empleado para hacer más fácil la maniobra, utilizado en algunos automóviles, es el accionamiento hidráulico mediante un servomando. En los denominados embragues de diafragma en lugar de utilizar muelles helicoidales para presionar el plato de presión se emplea un muelle de laminar circular, ranurado radialmente, que al desembragar arrastra el plato de presión separándolo del disco de embrague.

CAJA DE CAMBIOS 2014 Se muestra el despiece de un embrague de este tipo, y en la siguiente figura puede verse el principio de su funcionamiento. Despiece de un embrague de diafragma: 1. Volante motor 2. Disco de embrague 3. Plato presor 4. Conjunto tapa y muelles 5. Muelle de enlace del plato presor 6. Muelle de disco o diafragma

Esquema de funcionamiento de un embrague de diafragma (A) embragado, (B) desembragado: 1. Diafragma 2. Tapa de desembrague 3. Plato de presión 4 y 5. Anillos fulcro 6. Fulcro del plato de presión 7. Cojinete de desembrague

IV.III. Cojinete de desembrague Corrientemente está formado por un cojinete de tope de bolas montado sobre el cubo de desembrague, como puede apreciarse en la figura 4.10. Esto hace que el aro que está en contacto con las partes móviles del embrague pueda girar junto con éstas cuando se desembraga, mientras el cubo de desembrague permanece fijo. En las figuras se pueden ver dos tipos diferentes de cojinetes de desembrague.

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Cojinete de desembrague SACHS.

Otro tipo de cojinete de desembrague SACHS, cortado para mostrar su disposición interna.

IV.IV. El mando de cambio Disposición y funcionamiento del mando de cambios Los mecanismos o dispositivos que sirven para hacer deslizarse las ruedas baladoras sobre el eje secundario, constituyen en su conjunto el mando del cambio de velocidades.

Mecanismo de mando de cambio

En la figura se muestra de forma esquemática el tipo más simple de este mando; sobre la garganta 1 de la rueda baladora se halla dispuesta una horquilla 2 que puede deslizarse a lo largo de un eje fijo 3, paralelo al eje secundario. Este movimiento se logra gracias a la acción del extremo de una palanca 4, articulada en la rótula 5, que se engancha en el hueco formado por dos salientes o tetones del cubo de la horquilla,

CAJA DE CAMBIOS 2014 en muchos casos los que se mueven deslizándose en sus alojamientos son los ejes, manteniéndose las horquillas fijas en ellos y siguiéndolos, por lo tanto, en su movimiento. En un cambio de velocidad con este dispositivo de mando debe haber tantas horquillas y ejes como ruedas baladoras. Disposición del mando de los baladores

Para que las ruedas baladoras se mantengan una posición determinada, cuando han sido llevadas a ella, se debe disponer de un mecanismo de retención de la horquilla o del eje de la horquilla, según sea aquélla o éste el que se mueva, estos dispositivos están formados generalmente como se muestra esquemáticamente en la figura 4.30, una bola o dedo empujado por un muelle se aloja en un rebaje o ranura practicado en el eje de la horquilla, inmovilizando la posición del mismo hasta que por un esfuerzo mayor se obliga a salir la bola de su alojamiento.

Dispositivo de fijación de las marchas. Arriba: Marcha puesta. Abajo: cambiando. 1. Raíl. 2. Bola. 3. Muelle.

Las posibles posiciones de la palanca de mando del cambio de velocidades que dan limitadas colocando una placa ranurada denominada parrilla o placa guía que obliga a la palanca a hacer unos determinados recorridos que es imposible engranar una de las ruedas baladoras sin antes haber desengranado la otra. En la figura 4.31 se muestra la disposición de esta placa en relación con el dedo de mando y las horquillas. Muchos automóviles modernos, por la situación del cambio con respecto al puesto del conductor o para mayor comodidad de éste, llevan la palanca de mando del cambio a distancia de éste, siendo entonces necesario un sistema de transmisión de los movimientos de la

CAJA DE CAMBIOS 2014 palanca al dedo de mando de las horquillas. Este sistema presenta diversas disposiciones, según el modelo de automóvil; dos de ellas se muestran en las figuras. Disposición de las horquillas de mando de un cambio de velocidades de cuatro marchas y marcha atrás: 1. Parrilla de bloqueo. 2. Dedo de mando de las horquillas. 3. Horquilla de marcha atrás. 4. Horquilla de 1° y 2° marcha. 5. Horquilla de 3° y 4° (directa) marchas. En el gráfico de la parte superior derecha se muestra el esquema de movimientos de la palanca de mando: R. marcha atrás

Disposición del mando de un cambio con la palanca montada sobre el volante de dirección. Disposición de los mandos de un automóvil

IV.V. Sincronizadores En los cambios de velocidades con los engranajes dispuestos como hemos visto hasta ahora, los baladores, ya sean ruedas o manguitos, presentan una cierta dificultad a engranarse (corrientemente se dice que las marchas presentan dificultad a entrar), esta dificultad es, principalmente debida a la diferencia de velocidades que existe entre los dentados que han de engranarse. Para facilitar la entrada o engrane de las marchas se recurre a redondear los laterales de los dientes, como se muestra en la figura 4.34, pero esto no es una solución definitiva. Para resolver el problema, se han ideado los mecanismos denominados sincronizadores.

CAJA DE CAMBIOS 2014 Redondeado de las entradas de los dientes (1).

El sincronizador es en esencia un dispositivo que hace que dos ruedas que hayan de engranar igualen sus velocidades de giro antes de que el engrane se produzca, y se emplea para el engrane de velocidades en toma constante. En la figura 4.35 se muestra un sincronizador, como se puede ver en ella, está formado por dos piezas: la interior (1), que contiene el cubo estriado que se monta sobre el eje secundario; tiene la llanta formando un cono interior o cono hembra, y está dentada exteriormente; la pieza exterior (2) está formada por un anillo dentado interiormente, cuyo dentado se acopla al dentado exterior de la pieza 1 o núcleo. Cuando está en punto muerto el sincronizador, el anillo se mantiene en posición sobre el núcleo gracias a una serie de bolas que se introducen en unos rebajes practicados en el mismo, obligadas a ello por la fuerza de unos muelles dispuestos en el cubo. Balador con sincronización: 1. Rueda interior del balador. 2. Anillo de acoplamiento dentado interiormente. 3. Cono de sincronización en la rueda. 4 y 7. Dentados de acoplamiento en las ruedas. 5. Dentado de la rueda en toma constante. 6. Bola de retención del anillo de acoplamiento.

En el momento de engranar o meter la marcha, la horquilla empuja al balador hacia la rueda loca, el cono macho de ésta entra en contacto con el cono hembra del balador y es arrastrado por fricción hasta igualar sus velocidades rápidamente, en cuyo momento la horquilla, que sigue empujando el anillo, vence la resistencia de las bolas de enclavamiento y el anillo dentado se

CAJA DE CAMBIOS 2014 desliza hasta engranar con los dientes de la rueda loca, tal como se muestra en la figura.

Balador sincronizador en el momento de iniciar el engrane

Este tipo de sincronizador aún producía ruidos al cambiar las marchas en determinadas circunstancias, por ejemplo, cuando la palanca se movía bruscamente; por lo cual se emplean otros tipos de sincronizadores parecidos a éste, pero en los cuales se han eliminado estos inconvenientes. Uno de éstos es el que se muestra en la figura 4.38, cuyo despiece podemos ver en la figura 4.39 y su funcionamiento en la figura 4.40. Sincronizador totalmente engranado

Conjunto del balador sincronizador moderno. rueda 6 es de toma constante.

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Despiece del balador

En este tipo de sincronizador el cubo dentado 1 no se desplaza sobre el eje secundario y los conos hembras 5 son dos anillos independientes de bronce forjado y con un dentado en el borde igual al dentado de acoplamiento de la rueda loca, los conos son obligados a girar junto con el cubo por medio de tres chavetas (3) alojadas en tres entallas practicadas equidistantemente en el cubo, estas chavetas son obligadas a mantenerse en contacto con el aro balador 4 por dos anillos de muelle 2 y unos salientes de las chavetas se acoplan en unos huecos practicados en su parte interior del anillo balador.

Al iniciarse el movimiento del anillo balador, ĂŠste arrastra las chavetas, las cuales empujan el cono hembra hasta que ĂŠste entra en contacto con el cono macho de rueda loca. Funcionamiento del sincronizador: Arriba, en punto muerto. En el centro, fase de sincronizado. Abajo, engranado con la rueda de toma constante 6

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La superficie interior del cono hembra está finamente estriada a fin de que su deslizamiento rompa la película de aceite y se una fuertemente al cono macho. El encaje para la chaveta en el cono es algo más ancho que ella, lo cual permite al dentado del cono desplazarse con respecto al dentado del balador, cosa que sucede mientras exista una fuerza procedente de la rueda libre que tiende a arrastrar más rápida o más lenta el anillo cónico con respecto al cubo del sincronizador; en esta forma los dientes del cono impiden el avance de los dientes del balador. En cuanto a las velocidades del eje secundario de la rueda loca se han igualado, cesa esta fuerza y los dientes del balador pueden pasar por los huecos del dentado del anillo y continuar su avance hasta engranar con los dientes de la rueda loca. En un cambio de velocidades, se dice que una velocidad o marcha está sincronizada cuando su engrane se hace por medio de un sincronizador. En la siguiente figura se muestra un esquema de cómo se transmite el movimiento cuando actúa el sincronizador. En trazo de línea continua se muestra cómo cuando se selecciona una velocidad determinada, el sincronizador se desplaza axialmente hasta que se produce el acoplamiento con el piñón correspondiente (que gira loco sobre su eje y recibe el movimiento del árbol intermediario). Cuando entran en acoplamiento los conos de fricción (3) y (4) de ambas piezas, se igualan las velocidades de rotación entre piñón y árbol, pasando a acoplarse el dentado del sincronizador (5) con el del piñón de arrastre (2). De éste modo, la transmisión de movimiento se realiza desde el piñón intermediario (9) al piñón secundario (1), y desde éste al sincronizador, que a su vez da movimiento al árbol secundario (10) a través del estriado (11).

CAJA DE CAMBIOS 2014 Transmisión del movimiento entre árboles por medio del sincronizador

IV.VI. Elementos que componen la transmisión       

Eje primario Eje secundario Horquillas Tambor de cambio Mecanismo de retención de velocidades. Eje de selector Eje de palanca de arranque

a. Eje primario: Este es el eje donde llega el movimiento del motor a través del embrague al que está conectado por el lado izquierdo. Uno de los piñones es deslizante y se puede hacer solidario con otro piñón. La cruceta, que va solidaria con el eje, también es deslizante para bloquear los piñones colindantes. Uno de los piñones forma parte del eje. Las cajas de 4 marchas no usan el sistema de cruceta y solo tienen un piñón deslizante solidario con el eje. Despiece del eje primario de 5 velocidades

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Despiece del eje primario de 4 velocidades

b. Eje secundario: Es otro eje con piñones, uno de ellos es solidario con el eje y es deslizante. Dos piñones forman parte del eje. En combinación con el primario se consiguen las diferentes relaciones de la caja de cambios. Los motores de 4 marchas solo hay un piñón que forma parte del eje.

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Despiece del eje secundario de 5 velocidades

Despiece del eje secundario de 4 velocidades

c. Horquillas: Las horquillas van montadas sobre un eje, los motores de cuatro velocidades montan dos y en los de cinco tres horquillas. Estas son las encargadas de accionar los piĂąones y la cruceta a las que se ajustan mediante unas hendiduras y les permite girar

CAJA DE CAMBIOS 2014 libremente cuando están sujetos por estas. En los motores de 5 velocidades dos horquillas actúan sobre el eje primario y una sobre el secundario. En los motores de 4 hay dos horquillas, actuando una sobre cada eje. d. Tambor de cambio: Las horquillas son accionadas por el tambor, estas tienen un tetón que encaja en las ranuras del tambor, cada ranura corresponde con una horquilla y estas se mueven con el giro del tambor que está diseñado de tal manera que solo se mueve una horquilla a la vez. e. Mecanismo de retención de velocidades: En uno de sus extremos el tambor tiene seis perforaciones, una de ellas más pequeña. Estas sirven para bloquear las velocidades cuando están engranadas, esto lo hace mediante un pitón presionado con un muelle. Este va montado exteriormente en el cárter derecho, cerca del piñón de salida. Horquillas, tambor de horquillas y mecanismo retenedor

f. Eje de selector: En el otro extremo, el izquierdo, el tambor tiene cuatro tetones circulares, aquí actúa la horquilla del eje de selector. En el extremo de este eje va montada la palanca de cambio, este eje sale por los dos cárteres, por lo que podríamos montar una palanca de cambio tanto en el lado izquierdo como en el derecho de la moto. En el centro del eje va montada

CAJA DE CAMBIOS 2014 la horquilla de selección de velocidades y dos muelles, uno helicoidal que empuja la horquilla y otro en forma de lazo para el retorno de esta. Cuando se engrana una velocidad, la horquilla del eje de selector presiona sobre uno de los tetones del tambor, este gira ligeramente y actúa sobre la horquilla correspondiente para engranar la marcha deseada. Este mecanismo está diseñado para que solo puedan engranarse las velocidades inmediatamente superior o inferior cada vez que accionamos la palanca de cambios. Eje de selector

g. Eje de palanca de arranque: La palanca de arranque mueve el eje de arranque al que es solidaria. Cuando se acciona la palanca se libera el manguito de arrastre del tope del eje, el manguito, por presión del muelle se desplaza hacia la rueda de puesta en marcha, tanto el manguito como la rueda tienen un dentado de manera que cuando se engranan giran solidarios pero en una sola dirección, ahora la rueda de puesta en marcha, que podía girar libremente, gira al unísono con el eje de arranque de manera que mueve el piñón del eje primario del cambio y este, mediante el embrague y la cadena dúplex primaria, trasmite el movimiento al cigüeñal.

Eje de palanca de arranque

CAJA DE CAMBIOS 2014

Cuando arranca, el motor hace girar la rueda de puesta en marcha, pero gracias a la forma del dentado que lo une con el manguito, el eje no gira (ruido característico de cuando se tiene la palanca de arranque pisada con el motor en marcha). Una vez soltada la palanca de arranque, esta vuelve a su posición de reposo gracias al muelle de puesta en marcha. El manguito de arrastre queda sujeto por el tope del eje. Durante la marcha la rueda de puesta en marcha siempre ira girando libremente sobre su eje.

Funcionamiento de la caja de cambios de 5 marchas

Hemos visto que, tanto en el primario como en el secundario, hay piñones que giran libremente, otros que son solidarios con el eje correspondiente y otros que forman parte del propio eje. Existe también, en las de 5 relaciones, una cruceta que gira solidaria con el eje primario y que se puede desplazar.  Piñones que forman parte del eje: Piñón de 1ª primario..............................A Piñón de 4ª secundario...........................K Piñón de comunicación secundario.........L  Piñones solidarios con el eje y desplazables: Piñón de 3ª primario..............................C Piñón de 2ª secundario...........................H Cruceta en primario...............................E  Piñones que giran libremente: Piñón de 2ª primario..............................B Piñón de 4ª primario..............................D Piñón de 5ª sobre primario.....................F Piñón de 1ª secundario...........................G Piñón de 3ª secundario...........................I

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Horquillas que se mueven por acción del tambor: 1, 2 y 3

En el siguiente dibujo vemos la posición de los piñones de ambos ejes y de las horquillas en la situación de “punto muerto”. En todos los dibujos de la caja de cambios se han puesto las horquillasen color rojo semitransparentes para poder ver bien la posición de los piñones. Como se puede observar, los piñones del primario están alineados con el correspondiente del secundario, nunca se separan ni se engranan con otro que no sea de su eje. Cuando alguno se desplaza nunca pierden el contacto con el piñón contrario como mínimo lo mantienen en un 60%. Cuando un piñón es solidario con su eje, su contrario gira libremente. Esta es la característica de las cajas de cambio de “toma constante”. Cuando se cambia de velocidad, la caja recupera el punto muerto por unos instantes.

Posición de piñones y horquillas en punto muerto

NOTA:

CAJA DE CAMBIOS 2014 En los gráficos se ha marcado con una flecha amarilla el recorrido del movimiento por los piñones solidarios y con una roja el desplazamiento de la horquilla y piñón correspondiente para el bloqueo del contiguo. También con una flecha roja en semicírculo la dirección del giro de los ejes.

 Posición de 1ª velocidad: El movimiento del motor hace girar el piñón A (forma parte del primario) y hace girar el G libremente. Al engranar la 1ª velocidad la horquilla 1 desplaza a la izquierda el piñón H (solidario con el secundario) y lo hace solidario con el G, el eje secundario trasmite el movimiento hasta el piñón L (forma parte del eje) y pasa el movimiento al F en el que, en su extremo, está sujeto el piñón de la cadena de transmisión.

Posición de piñones y horquillas en 1ª velocidad

 Posición de 2ª velocidad: La horquilla 2 desplaza a la izquierda el piñón C engranándose con el B al que hace solidario, trasmitiendo el movimiento a su contrario H que a

CAJA DE CAMBIOS 2014 su vez lo pasa al L por ser ambos solidarios al eje secundario, por ultimo llega al piñón de salida por el F.

Posición de piñones y horquillas en 2ª velocidad

 Posición de 3ª velocidad: La horquilla 2 desplaza a la derecha el piñón H y bloquea el I por lo que este se hace solidario con su eje. Por lo que el movimiento que llega de su piñón opuesto, el C, se trasmite al secundario, pasándolo al F por medio del L que forma parte del secundario.

Posición de piñones y horquillas en 3ª velocidad

CAJA DE CAMBIOS 2014

 Posición de 4ª velocidad: En 4º velocidad la horquilla 3 desplaza a la izquierda la cruceta E (solidaria con el primario), se engancha al piñón D y lo hace solidario, este trasmite el movimiento al K y, como forma parte del secundario, pasa el movimiento al L que también forma parte del eje. El L, por último, hace girar al F.

Posición de piñones y horquillas en 4ª velocidad

 Posición de 5ª velocidad: Al engranar la 5ª marcha la horquilla 3 desplaza a la derecha la cruceta E (solidaria con el primario) y se engancha al piñón F al que trasmite el movimiento del primario.

Posición de piñones y horquillas en 5ª velocidad

CAJA DE CAMBIOS 2014

VI. Funcionamiento de la caja de cambios de 4 velocidades El principio de funcionamiento es muy parecido al de 5 velocidades, pero en esta caja no encontraremos la cruceta, habrá un juego de piñones y una horquilla menos. Si encontraremos piñones que forman parte de los ejes, otros solidarios con los ejes y piñones libres.  Piñones que forman parte del eje: Piñón de 1ª primario................................A Piñón de comunicación secundario.........H  Piñones solidarios con el eje y desplazables: Piñón de 3ª primario................................C Piñón de 2ª secundario............................F  Piñones que giran libremente: Piñón de 2ª primario...............................B Piñón de 4ª primario...............................D Piñón de 1ª secundario...........................E Piñón de 3ª secundario...........................G En el siguiente dibujo vemos la posición de los piñones de ambos ejes y de las horquillas en la situación de “punto muerto”. En todos los dibujos de la caja de cambios se han puesto las horquillas semitransparentes para poder ver bien la posición de los piñones. Como se puede observar, los piñones del primario están alineados con el correspondiente del secundario, nunca se separan ni se engranan con otro que no sea de su eje. Cuando alguno se desplaza nunca pierden el contacto con el piñón contrario como mínimo lo mantiene en un

CAJA DE CAMBIOS 2014 60%. Cuando un piñón es solidario con su eje, su contrario gira libremente. Esta es la característica de las cajas de cambio de “toma constante”. Cuando se cambia de velocidad, la caja recupera el punto muerto por unos instantes.

Posición de piñones y horquillas en punto muerto

NOTA: En los gráficos se ha marcado con una flecha amarilla el recorrido del movimiento por los piñones solidarios y con una roja el desplazamiento de la horquilla y piñón correspondiente para el bloqueo del contiguo. También con una flecha roja en semicírculo la dirección del giro de los ejes.

 Posición de 1ª velocidad: Al poner la 1ª marcha, la horquilla 1 desplaza al piñón F (solidario con el secundario) a la izquierda engranándose con el E por lo que se hace solidario con el eje, recibiendo el movimiento del motor del piñón A (forma parte del primario). El H, que forma parte del eje, lo transmite a D y este al piñón de salida.

CAJA DE CAMBIOS 2014 Posición de piñones y horquillas en 1ª velocidad

 Posición de 2ª velocidad: Cuando la palanca de cambio está en la posición de 2ª velocidad, la horquilla 2 desplaza al piñón C (solidario al primario) a la izquierda, sincronizándose con el B que giraba libre. Este piñón, ahora girando con el primario trasmite el movimiento al F del secundario (solidario con su eje), el H, que forma parte del eje, lo transmite a D y este al piñón de salida.

Posición de piñones y horquillas en 2ª velocidad

 Posición de 3ª velocidad: La horquilla 1 desplaza al piñón F, solidario con el secundario, a la derecha haciendo solidario al piñón G que recibe el movimiento del primario a través del C (solidario con su eje). El H, que forma parte del eje, lo transmite a D y este al piñón de salida.

CAJA DE CAMBIOS 2014

Posición de piñones y horquillas en 3ª velocidad

 Posición de 4ª velocidad: Al poner esta velocidad, la horquilla 2 desplaza al piñón C solidario al primario, este bloquea el D que es libre y lo hace solidario, trasmitiendo el movimiento al piñón de salida.

Posición de piñones y horquillas en 4ª velocidad

VII.

Cálculo de las relaciones de cambio

CAJA DE CAMBIOS 2014 En todas las marchas, excepto en quinta, intervienen 4 piñones, dos en el primario y sus opuestos en el secundario y en algunas marchas interviene otro piñón o la cruceta pero solo para bloquear un piñón contiguo, no interviene en la desmultiplicación. Para calcular la relación dividiremos el número de dientes de los dos pares de piñones enfrentados, primero dividiremos el número de dientes del piñón F entre el de L (como estos piñones intervienen en todas las marchas, excepto en 5ª, el resultado nos sirve para los cálculos de todas las relaciones del motor) y después dividimos el número de dientes del piñón del secundario entre el del primario, el resultado de las dos divisiones lo multiplicamos entre sí. El resultado de esta operación será la relación de cambio en cada marcha. Hagamos un ejemplo práctico, vamos a calcular la relación de cambio en 4ª velocidad, en este caso de una Súper Pioneer 250. Dividimos F (26 dientes) entre L (15 dientes) el resultado es 1,73. Ahora repetimos la operación con los otros piñones enfrentados, en este caso el K (18 dientes) entre el D (23 dientes) el resultado es 0,78. Multiplicamos ambos resultados y nos da que la relación de cambio para este motor en 4ª velocidad es de 1,35 (se representa por 1,35:1). Esto quiere decir que por cada vuelta del piñón de salida, el embrague o el eje primario al que está unido, tienen que dar 1,35 vueltas. En todos los motores OSSA la relación de 5ª velocidad es 1:1, como hemos visto no interviene el secundario por lo que no hay ninguna desmultiplicación. El cálculo en las cajas de 4 velocidades es exactamente igual y la 4ª seria siempre 1:1.

VIII.

Selección de marcha atrás 1

CAJA DE CAMBIOS 2014

La conexión de marcha Atrás o Reversa representa un caso especial en la selección de velocidades, porque deberemos detener la marcha del vehículo antes de seleccionarla, o, si simplemente por seguridad queremos evitar que se pueda mover involuntariamente la palanca. Mientras seleccionamos una marcha al desplazamos hacia adelante, la selección de Marcha Atrás obliga al conductor a superar un bloqueo para tener acceso al piñón de la marcha atrás. Al oprimir la palanca de cambios hacia abajo y, superando la fuerza del muelle, la palanca se desplaza a través de la articulación de bola hacia abajo. Solamente después de esta operación se puede superar el bloqueo por medio de los movimientos hacia la izquierda y hacia adelante, conectándose en este momento la marcha atrás. Cuando queremos retirar esta marcha, el muelle ejerce fuerza nuevamente, obligando la palanca a desplazarse hacia arriba destrabándose del bloqueo.

CAJA DE CAMBIOS 2014

IX. Caja de cambios para motor transversal Para el caso de la Caja de cambios para un vehículo con tracción en las ruedas delanteras, el motor ha sido instalado en dirección transversal, así como la caja de cambios. Debido a que la línea del eje del motor y de la caja están en la misma dirección del giro de eje de las ruedas delanteras, la transmisión del movimiento del eje de salida de la caja se conecta directamente con un piñón del sistema diferencial, para que los semiejes sean impulsados e induzcan al movimiento de las ruedas del vehículo. El flujo de la fuerza desde el volante de inercia hacia el embrague, del disco de embrague hacia el eje principal de la caja de cambios (que es en este caso el mismo eje motriz) y de este eje al eje secundario, por medio de los piñones de cada marcha seleccionada. Finalmente el eje secundario se conectará el movimiento hacia el piñón del sistema diferencial.

CAJA DE CAMBIOS 2014

X. Formas de transmitir y seleccionar las velocidades Los primeros sistemas utilizaban un sistema de varillas, comandados inicialmente desde la palanca localizada junto al volante de dirección (palanca al volante). Con el pasar de los tiempos, se instalaron las palancas de cambio en el piso central del vehículo (palanca al piso). Los últimos sistemas han cambiado al sistema de varillaje por un sistema de mando por cables, sistema que, significativamente, mejor diseñado, permite comandar a los selectores de la caja mecánica sin holguras excesivas entre varillas y sin la molestia de desajustes y vibraciones.

XI. a n d o

para una caja de cinco velocidades 1

CAJA DE CAMBIOS 2014 Los movimientos de la palanca serán en cuatro líneas en este caso, uno para la selección del retro hacia adelante, otra línea se encarga de la Primera y Segunda velocidad, la tercera línea servirá para la Tercera y Cuarta velocidad y la última y cuarta línea sirve para la Quinta velocidad, en el lado derecho del movimiento de la palanca de cambios. La palanca, como se puede observar, al desplazarse hacia adelante o hacia atrás empujará a la "bieleta" de selección, la misma que impulsará o halará al cable respectivo, dentro de su "funda", este movimiento llega hasta las palancas de la caja de cambios.

CAJA DE CAMBIOS 2014

Comando de la línea neutral y de velocidades

XII.

El movimiento lateral o hacia los costados de la palanca se comanda por medio de un cable hacia los selectores de la caja de cambios. Este movimiento, permite posicionar al selector principal en cualquiera (generalmente) de los tres selectores o ejes de mando de los collarines de la caja. El otro movimiento de la palanca (hacia adelante y hacia atrás), se comanda por otro cable hasta la caja de cambios y sirve para que el selector principal empuje o hale al eje de mando de un Collarín, que seleccionará, por ejemplo, la Primera y la Segunda velocidad. Cuando la palanca se desplace hacia adelante o hacia atrás, respectivamente, o, cuando se desplace la palanca hacia el medio en la línea neutral, se podrá seleccionar la Tercera y Cuarta velocidad; cuando la palanca se desplace hacia adelante o atrás respectivamente, y así se seleccionará cada una de las otras marchas, inclusive la marcha atrás.

XIII.

Cables de mando en la caja de cambios 1

CAJA DE CAMBIOS 2014 Los dos cables que salen de la palanca selectora de los cambios tienen una función específica, y su funda está firmemente sujetada a una base en la coraza de la caja de cambios. El final de la funda del cable tiene generalmente un sector roscado, que permite regular para obtener la posición exacta y para que la selección de la marcha sea la adecuada y pueda transmitir el movimiento en la posición y el desplazamiento exacto hacia ambos lados. El cable de la selección del recorrido neutral se encarga de mover a una bieleta, la misma que posiciona al selector principal de la caja en la línea correspondiente a las dos marchas que se desea seleccionar, como, por ejemplo, a la línea de la Primera y Segunda velocidad. El otro cable, en cambio, se encarga de empujar a otra bieleta, para que el selector empuje o hale al eje de selección y este mueva al collarín, correspondiente de la marcha que se desea seleccionar.

XIV.

Selección de las velocidades en la caja 1

CAJA DE CAMBIOS 2014 A los dos cables de mando de la selección de las velocidades se les han colocado en el extremo de cada uno un sistema de bola o buje, que le permiten moverse durante su recorrido, pero simultáneamente se encargan de absorber las vibraciones que se producen durante el manejo y el movimiento del motor y la caja en sus bases de goma. Para que el agua, el polvo o elementos contaminantes no puedan ingresar a los cables, causando un desgaste prematuro, agarrotamiento de los cables y dificultad de selección, se instalan en los extremos de la funda y el cable a guardapolvos de goma. Estos protectores permiten el movimiento libre del cable, pero al mismo tiempo están protegiéndolos de los elementos que los pueden afectar. Generalmente, se instala también en las bases de apoyo de las fundas de los cables, unas bases de goma, que amortiguan las vibraciones y evitan transmitirlas hasta la palanca de cambios.

XV. e l e c c i ó n

en los collarines de la caja de cambios 1

CAJA DE CAMBIOS 2014 Cuando el cable de selección del punto Neutro se desplaza, impulsando una bieleta o balancín, empujando hacia arriba o hacia abajo, para que el eje de selección se posicione en determinado collarín. Al desplazarse el otro cable, es decir, el cable de selección de la velocidad, este empuja a otro balancín, quien impulsa al eje del collarín correspondiente, para que engrane en el piñón de la marcha seleccionada. Cuando el cable se desplaza hacia el otro lado, en este caso, se estará seleccionando la marcha opuesta del collarín correspondiente. Si suponemos que queríamos seleccionar la Primera en el primer desplazamiento, al recorrer en sentido contrario, se seleccionará la Segunda velocidad.

XVI. a

C ja de

cambios para tracción posterior Debido a que el motor y la caja de cambios ya están en la parte posterior y en ella están las ruedas motrices, el eje de salida de la caja de cambios se conecta al sistema diferencial, instalado en su misma carcaza, cambiando el

CAJA DE CAMBIOS 2014 movimiento longitudinal en transversal. De tal manera, que los semiejes que conectan el movimiento hacia las ruedas motrices reciben este movimiento del sistema diferencial. Este diseño se utiliza en algunos vehículos, especialmente deportivos o en coches de competencia. También se utiliza el mismo procedimiento para dar impulso a las ruedas posteriores cuando el motor y la caja están atrás.

Selección de las velocidades al seleccionar los ejes de mando

XVII.

El proceso de selección de cada una de las velocidades hacia adelante y la marcha atrás, producen un flujo de la fuerza desde el eje motriz de la caja de

CAJA DE CAMBIOS 2014 cambios, es decir desde la fuerza impulsada por el motor, hasta el eje de salida. El piñón motriz, engrana con el eje secundario, de tal manera que todos los piñones de este eje secundario impulsarán al piñón de la velocidad que se ha seleccionado, cuyo eje es, en este caso, el eje de salida hacia el sistema diferencial. Solamente en la Cuarta velocidad la transmisión del movimiento es de forma directa, la Quinta marcha será por lo tanto una "sobremarcha", y la marcha hacia atrás dispondrá de un piñón intermedio que cambiará la dirección de giro del eje de salida.

XVIII.

a j a

de cambios de más velocidades Analizada la estructura, partes y funcionamiento de una caja de cambios manual, podemos entender que, dependiendo de su diseño y, especialmente del número de marchas que pueda tener, se aprovechará de mejor manera el

CAJA DE CAMBIOS 2014 torque del motor, porque, al cambiar de una marcha a otra siempre bajarán las revoluciones del motor y el torque también será menor. Por esta razón, se han ido incrementando el número de velocidades de las primeras cajas, disponiendo inicialmente de solamente tres velocidades, luego se construyeron de cuatro velocidades y la mayoría de vehículos modernos disponen de una caja de cinco, a pesar que en vehículos deportivos se utilizan ya cajas de hasta seis velocidades hacia adelante. En el caso de Vehículos Comerciales, es decir, buses o camiones, al tener que transportar cargas muy pesadas necesitan reducir el espacio de desmultiplicación entre marcha y marcha, por lo que se instalan cajas de 1O, 12 y hasta 16 velocidades, utilizando un sistema planetario adicional, que convierte una caja de 6 velocidades en una caja de 12.

XIX.

Funcionamiento de una caja de velocidades tipo estándar 1) Funcionamiento

CAJA DE CAMBIOS 2014 Principios del funcionamiento Muchas personas manejamos o conducimos un vehículo, movemos la palanca de cambios y sentimos que podemos controlar el vehículo hacia atrás o hacia adelante, pero que pasaría si no tuviéramos una caja de velocidades. Recordemos que un motor, cuando asimila la aceleración adquiere más revoluciones y esto le da más fuerza. Utilizamos el término asimilar para describir lo siguiente:  Si aceleramos, y el vehículo no puede moverse debido a que tiene trabado el freno de mano o algo en su camino le impide moverse; el motor no podrá asimilar y quemar la mezcla de combustible, y en consecuencia se ahogara y se apagará. Con este ejemplo se pretende describir el hecho de que, un motor debe mantener sus revoluciones por encima de las necesidades del vehículo. Lo mencionado en el párrafo anterior, pretende dar la idea, de: que si el motor trasladará sus revoluciones directamente a las ruedas que ejercen la tracción, el acople sería tan brusco que el motor se ahogaría y se apagaría. Es este el motivo, o la razón por la que se hace necesaria la instalación de una caja de velocidades, la cual sirve para administrar las revoluciones del motor. La rueda volante, pertenece al motor; en ella se acopla el disco de embrague, y prensa. El disco de embrague (clutch), y prensa, sirven para dar suavidad, o amortiguar el acople del motor con la caja de velocidades. Aclarado lo anterior, podemos incursionar en el tema que nos ocupa. La diferencia, entre una caja de velocidades usada en un vehículo con tracción trasera, y uno con tracción delantera; consiste, en que la caja de velocidades, que se usa para tracción delantera, viene acoplada con el diferencial. Se llama diferencial, a la parte que se conecta con los ejes que transmiten las revoluciones de la caja, hacia las ruedas que mueven el vehículo.

CAJA DE CAMBIOS 2014 Una caja de velocidades, tiene la función de recibir las revoluciones del motor, y transmitirlas hacia las ruedas impulsoras. Función de una palanca

El efecto de una palanca, permite que una fuerza pequeña, cuando se mueve sobre una distancia grande, levante un mayor peso, en una distancia menor. Los engranes realizan la función de una serie de palancas. Lo que quiere decir que un engrane pequeño, hace girar aunque más lentamente, a un engrane mas grande, o sea que la torsión se multiplica, pero reduce la velocidad original. Acoplamiento de engranes rectos

En la figura podemos ver dos engranes de dientes rectos, este tipo de engranes cortados paralelamente a su eje de rotación, son ruidosos, y se necesita menos potencia para hacerlos girar en comparación a los engranes helicoidales.

Los engranes helicoidales, tienen dientes curvos cortados en ángulo con respecto a su eje de rotación, su curva se asemeja a la rosca de un tornillo, la superficie de contacto, entre los dientes, es mayor que en los engranes de dientes rectos.

Acoplamiento de engranes helicoidales

CAJA DE CAMBIOS 2014

Con este tipo de engranes, la potencia se transmite más suave y silenciosa. 2) Sincronización Se le llama sincronización al hecho de que un engrane activado, se conecte a otro que este desactivado, logrando con esto, que las revoluciones del primero se transfieran al segundo, formándose como si fueran una sola pieza. Una caja de velocidades manual está compuesta de engranes de diferente tamaño, todos estos engranes están colocados de tal forma, que cuando se mueva la palanca de cambios, se esté seleccionando el engrane que se desea activar, lo que quiere decir que para que un engrane mueva a otro, primero deben acoplarse, a este acoplamiento se le llama cambio de velocidad. Para que un engrane se acople en posición de trabajo se sirve de un collar.

Sincronización

Cambio de velocidad (acoplamiento)

En estas figuras, podemos ver el momento, en que el collar sincronizador, esta acoplándose, es necesario que el acople sea en un 100%, de lo contrario el collar puede desacoplarse, y en consecuencia el cambio sería expulsado, y la transmisión quedarse en neutro. La parte de color, es una sola pieza; de lo que se trata, es de que el collar cubra totalmente el anillo

CAJA DE CAMBIOS 2014 sincronizador y los dientes rectos de esta parte, hasta topar con el engrane de dientes helicoidales. Esquema del mando de cambios

 Aclaremos: Una transmisión de cuatro velocidades, lleva 2 collares sincronizadores. Los dos collares y su conjunto interno, están instalados en la flecha de salida, y se pueden deslizar para ambos lados

La caja de velocidades manual

Aquí tenemos una transmisión manual típica. Los engranes de 1ra, 2da, y 3ra, giran inducidos por los engranes del tren fijo; pero este giro no es transmitido a la flecha de salida, hasta que uno de los collares sincronizadores acople uno de estos engranes. Las revoluciones del motor se acoplan a la rueda del volante, en adelante lo que se trata, es administrar estas revoluciones. Es importante prestar atención a cada uno de los pasos; el funcionamiento de una transmisión manual, no es muy complicado. Es relativamente fácil, solo es cuestión de seguir los principios y el objetivo.  Principios: recibe la rotación del motor.

CAJA DE CAMBIOS 2014  Objetivo: administrar estas revoluciones, trasladándolas hacia el diferencial y de allí a las ruedas o llantas impulsoras, para darle potencia y/o velocidad al vehículo.

3) El cambio de velocidades Un cambio de velocidades de engranajes, es en esencia una combinación de varios trenes de engranajes semejantes a los de la figura, de distinto valor de reducción y dispuestos de tal manera que el movimiento pueda ser transmitido desde el eje 1 al eje 4 a través de uno u otro de ellos, según las necesidades de la marcha del vehículo y la voluntad del conductor. Un cambio de este tipo, de los más sencillos empleados en la práctica, es el de cuatro velocidades hacia adelante y marcha atrás; antes de entrar en el estudio detallado de este cambio, vamos a recordar la nomenclatura, o sea los nombres que se dan a las distintas partes del mismo, valiéndonos para ello de la figura El eje que recibe el movimiento del motor (1) recibe el nombre de eje conductor o eje primario. El eje por el que sale el movimiento del cambio de velocidades (4) para ser transmitido al diferencial y eje trasero, recibe el nombre de eje conducido o eje secundario. El eje en que van montadas las ruedas auxiliares para la reducción de la velocidad de giro (7 en la Fig.) recibe el nombre de eje intermediario. Disposición de un tren de engranajes para transmisión en el mismo eje de giro

Al hablar de cambios de velocidades, las distintas combinaciones que se pueden emplear para conducir el movimiento reciben el nombre de marchas o velocidades, y para distinguirlas dentro de un mismo cambio se les numera

CAJA DE CAMBIOS 2014 dándoles los nombres de primera, segunda, tercera, etc., y marcha atrás; comenzando para numerarlas por la reducción mayor, o sea, aquella que proporciona una menor velocidad de las ruedas. Aquella velocidad para la cual la velocidad de giro del eje primario es igual a la velocidad de giro del eje secundario se le numera también en el orden que le corresponde, pero es más corriente el denominarla directa. En un cambio de velocidades pueden considerarse tres partes fundamentales del mismo:  La caja o cárter del cambio de velocidades que es donde van encerradas las combinaciones de engranajes.  Los engranajes del cambio que son el conjunto de engranajes y ejes que constituyen el cambio.  El mando del cambio de velocidades, que es el conjunto de dispositivos que sirven para seleccionar la combinación deseada.

CAJA DE CAMBIOS 2014 Cambio de velocidades de un automóvil Ford europeo de cuatro marcha sincronizadas y marcha atrás: 1. Eje primario. 2. Dispositivo de enclavamiento de las marchas. 3. Horquilla de mando de las velocidades 3ª y 4a (directa). 4. Rueda de 3a marcha. 5. Rueda de 2ª marcha. 6. Anillo dentado del sincronizador de 1a y 2a cuya parte exterior dentada constituye la rueda de marcha atrás. 7. Leva y dedo del selector de marchas. 8. Horquilla de mando de 1a y 2ª marchas. 9. Toma de movimiento del velocímetro. 10. Horquilla de mando de la marcha atrás. 11. Piñón loco balador de marcha atrás. 12. Piñón de marcha atrás. 13. Piñón de 2ª marcha. 14. Piñón de 3ª marcha. 15. Sincronizador de 3ª y 4ª marchas. 16. Rueda de toma de movimiento del árbol intermediario. 17. Piñón del eje primario.

La caja de cambios o caja de velocidades manual, es aquella en la que el conductor puede a voluntad, establecer la fuerza de tracción del automóvil, utilizando diferentes etapas de engranajes colocados dentro de un cuerpo. Este cuerpo o carcasa está lleno hasta determinado nivel, de aceite lubricante de más alta viscosidad y resistencia a la presión que el lubricante del motor. Las cajas de cambios manuales pueden utilizar diferentes esquemas de trabajo entre los engranajes, y los modos en que se acoplan para transmitir la fuerza del motor. En la figura 5.9 se muestra un cambio de velocidades de cuatro marchas (todas sincronizadas) y marcha atrás. Las horquillas de mando de las cuatro velocidades adelante son deslizantes sobre la misma barra, esta misma barra es la barra de accionamiento del cambio y lleva en su extremo delantero las entallas de enclavamiento y en la parte trasera de la caja el dispositivo de selección de las marchas. El anillo de engrane del sincronizador de 1ª y 2ª marcha, está también dentado exteriormente, constituyendo la rueda de marcha atrás. El engrane de la marcha atrás se realiza mediante el desplazamiento del piñón loco intermediario, que es balador (deslizante) y está mandado por una horquilla especial para el mismo. En la figura 5.10 se puede ver el esquema.

CAJA DE CAMBIOS 2014

Esquema del funcionamiento del cambio de la figura 5.9. A la derecha se muestran las posiciones de las horquillas y a la izquierda las posiciones de los sincronizadores y marcha del movimiento. De arriba a abajo: 1ª , 2ª , 3ª , 4ª (directa) y marcha atrás (R) ; en los esquemas de las marchas adelante no se ha representado el piñón loco balador de marcha atrás.

CAJA DE CAMBIOS 2014  Funcionamiento del cambio de velocidades 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. 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. a. PUNTO MUERTO En esta caja de cambios (figura inferior) se produce una doble reducción cuando los piñones de "toma constante" (B y C) son de distintas dimensiones (nº de dientes).

Punto muerto

b. 1ª Velocidad

CAJA DE CAMBIOS 2014 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.

Primera velocidad

c. 2ª Velocidad

CAJA DE CAMBIOS 2014 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.

Segunda velocidad

d. 3ª Velocidad

CAJA DE CAMBIOS 2014 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.

Tercera velocidad

e. 4ª Velocidad

CAJA DE CAMBIOS 2014 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. La velocidad del motor es igual a la que sale de la caja de cambios, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

Cuarta velocidad o directa

f. 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 reenvío,

CAJA DE CAMBIOS 2014 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 reenvío 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".

Marcha atrás

 Cajas de velocidades para motor y tracción delanteros

CAJA DE CAMBIOS 2014 Las cajas de cambio de velocidades de automóviles con la tracción junto al motor (motor y tracción delanteros), suelen presentar una organización sensiblemente diferente a las presentadas anteriormente. Una disposición típica de estas cajas de cambio se muestra en la figura 5.17. Se trata de un cambio de velocidades de un vehículo con tracción delantera, con la caja de cambio y el diferencial montados en la parte delantera del motor. Es una caja de cinco velocidades (la 5ª en sobremarcha) y marcha atrás. La característica más destacada, que suele ser común a este tipo de cajas, es que no tienen eje intermediario; los piñones van montados sobre el eje primario y las ruedas en el eje secundario, que constituye también el eje del piñón de ataque del diferencial. Las cinco marchas adelante son sincronizadas y sus engranajes están en toma constante. El sincronizador de 1ª y 2ª marcha va montado sobre el eje secundario y su balador de engrane está dentado exteriormente, constituyendo este dentado la rueda de marcha atrás. El piñón loco de la marcha atrás, no representado en la figura, es balador y sirve para el engrane de esta marcha. La sobremarcha (5a velocidad) está dispuesta en un cárter separado montado en el extremo delantero de la caja.

CAJA DE CAMBIOS 2014

Disposición de un cambio de velocidades para tracción delantera (Citroen): 1. Sincronizador de 5ª velocidad (sobremarcha). 2. Rueda de 5ª marcha. 3. Piñón de 4ª velocidad (directa). 4. Sincronizador de 3ª y 4a marchas. 5. Piñón de 3ª velocidad. 6. Piñón de 2ª velocidad. 7. Piñón de marcha atrás. 8. Eje primario. 9. Piñón de 1ª marcha. 10. Rueda de 5ª velocidad (sobremarcha). 11. Rueda de 4ª velocidad (directa). 12. Eje secundario. 13. Rueda de 3ª velocidad. 14. Rueda de 2ª velocidad. 15. Sincronizador de 2a y 1a velocidades y rueda de marcha atrás.16. Rueda de 1 velocidad. 17. Piñón de ataque del diferencial.

CAJA DE CAMBIOS 2014 Otro modelo de cambio de velocidades de un automóvil de motor y tracción delanteros se muestra en la figura 5.18. En este caso el vehículo lleva el motor transversal inclinado y la caja de cambios situada bajo el motor. El cambio es de cuatro marchas adelante, todas sincronizadas, y marcha atrás, los piñones de las distintas marchas están fijos en el eje primario y son las ruedas, en toma constante, montadas sobre el eje secundario, las que se acoplan o desacoplan en éste por medio de los sincronizadores. La marcha atrás se acopla mediante

piñón loco balador (no visible en la figura). Particularidades a destacar en este cambio son el tren de engranajes de transmisión de movimiento del embrague al eje primario, necesario dada la situación del motor sobre el cambio, y el piñón de ataque y corona del diferencial con dentado cilíndrico helicoidal, que sustituyen al clásico par de piñón y corona cónico-espirales, debido a que los ejes de giro del secundario y del diferencial son paralelos. Cambio de velocidades de un automóvil con motor transversal y tracción delantera (Peugeot): 1. Piñón de 1ª y marcha atrás. 2. Rueda de marcha atrás. 3. Rueda de 1ª

CAJA DE CAMBIOS 2014 velocidad. 4. Sincronizador de 1ª y 2ª marchas. 5. Piñón de 2ª marcha. 6. Piñón de 3ª marcha. 7. Sincronizador de 3ª y 4ª (directa) marchas. 8. Piñón de 4ª marcha (directa). 9. Tren de engranajes de toma de fuerza desde el embrague. 10. Dedo selector de velocidades. 11. Piñón de ataqué del diferencial. 12. Corona del diferencial 13. Rueda de 2ª marcha. 14. Rueda de 3ª marcha. 15. Rueda de 4ª marcha.

XX.Mantenimiento y averías Mantenimiento a. Reparación de cambios de velocidades

En el trabajo de reparación de automóviles no es nada raro el tener que cambiar engranajes del cambio de velocidades por estar fuertemente desgastados, siendo generalmente la causa más corriente de este desgaste anormal el defectuoso manejo, por parte del conductor, del mando del cambio de velocidades y del embrague que permite a los engranajes transmitir todo el esfuerzo estando sólo parcialmente engranados; estas mismas causas producen un desgaste excesivo en las estrías de los ejes y de los baladores. Para proceder a la reparación de una caja de cambios, ésta debe separarse del automóvil, lo cual exige que primeramente se desconecten los mandos si éstos son a distancia o si impiden el desmontaje de la caja; también deberá soltarse la transmisión, para lo cual en ciertos casos será necesario soltar total o parcialmente el eje de su unión al automóvil. Una vez separada la caja de cambios del automóvil se deberá limpiar exteriormente y estudiar cuidadosamente la forma de desmontar los cojinetes, ejes y conjuntos de engranajes, vaciarle el aceite y grasa y proceder al desmontaje. Habrá que limpiar totalmente de aceite o grasa las piezas desmontadas y examinarlas una por una; los engranajes cuyos dientes o estrías estén aplastados, desgastados o agrietados deben cambiarse por otros nuevos; si de un par de ruedas que trabajen engranadas debe cambiarse una de ellas, por estar en malas condiciones, en general, deberá cambiarse también la otra aunque se halle en buen estado, pues de lo contrario la pareja formada por la nueva y la vieja se desgastarían y estropearían rápidamente.

CAJA DE CAMBIOS 2014 Los cojinetes y soportes de cojinetes que muestren desgaste deben también cambiarse por nuevos. De la misma manera, se tendrá que examinar los retenes de grasa colocados para evitar la salida de aceite del cambio al embrague y hacia el eje de la transmisión, estos retenes están sujetos a fuerte desgaste y deben reponerse si están en malas condiciones. Después de haber sustituido las piezas dañadas y de haber procedido al nuevo montaje del cambio, se debe comprobar el accionamiento de los distintos carriles y la forma en que se realiza el engrane de las distintas velocidades; es muy importante que las ruedas engranen en toda la longitud del diente, en algunos casos la posición de los engranajes puede ajustarse variando la posición de la horquilla en los raíles. Procederemos a comprobar al mismo tiempo si los dedos o bolas de retención de los raíles y muelles están en buenas condiciones y cumplen su trabajo. Una vez la caja ha sido reparada se vuelve a montar en el automóvil asegurándose de que los tornillos o tuercas de fijación quedan correctamente apretados. Una vez colocada la caja se llena con el aceite lubrificante adecuado hasta el nivel del centro del eje intermediario, lo que generalmente coincide con el nivel del agujero de llenado. El trabajo de reparación realizado debe comprobarse con el coche en funcionamiento. Es particularmente importante la limpieza absoluta de la caja de cambios cuando en ella se ha producido la rotura de algún diente, ya que de quedar en la caja pequeñas partículas de metal sueltas, podrían producir daños en la caja después de reparada.

b. El cuidado de las cajas de cambio de engranajes

Cuando el automóvil es nuevo y no ha sido sometido a rodaje por el fabricante, caso éste que es el más frecuente, después de algunos cientos de kilómetros de recorrido del vehículo el aceite de la caja de cambios de velocidades debe de cambiarse y la caja debe limpiarse por lavado. Las razones que hacen necesaria esta operación son, por una parte, posibilidad de que hayan quedado partículas metálicas o cuerpos extraños de fabricación,

CAJA DE CAMBIOS 2014 que podrían causar considerables daños y fuerte desgaste y por otra parte que en las primeras semanas de funcionamiento se produce el desgaste de rodaje, que hace que se mezclen al aceite pequeñas partículas metálicas que serán arrastradas a los cojinetes, estropeándolos, de no hacerse el cambio de aceite y el lavado que hemos indicado. Después de este primer cambio de aceite y lavado de la caja, el aceite debe ser cambiado y lavarse la caja cada 6 ó 7 mil kilómetros de recorrido, según instrucciones del fabricante y utilizando el tipo de aceite recomendado por él. En algunos casos y en climas extremados se recomienda, también, el cambio estacional (primavera y otoño) del aceite, para utilizar el grado adecuado según la temperatura exterior. c. Aceites lubricantes empleados en las cajas de cambio Los aceites lubricantes utilizados en las cajas de cambios y puentes traseros tiene como misión fundamental reducir el rozamiento y el desgaste. Deben proporcionar además una película consistente entre los flancos de los dientes de contacto. Los aceites empleados suelen ser aceites minerales clasificados dentro del grupo de las valvulinas SAE 80 y SAE 90. Los principales requisitos que deben tener éste tipo de aceites minerales, se podrían resumir en los siguientes puntos:  Deben ser resistentes a la compresión, para evitar que se rompa con las intensas presiones de trabajo la película creada entre los flancos de los dientes en contacto, la cual permite reducir el rozamiento y desgaste posterior.  Deben servir de elemento refrigerante para que durante las elevadas temperaturas de funcionamiento, no pierdan su poder de lubricación.  Deben ser resistentes al frío para facilitar los arranques a bajas temperaturas sin perder lubricación.  Deben ser resistentes a la corrosión, sin atacar a las juntas ni presentar exagerada tendencia a la formación de espuma.

CAJA DE CAMBIOS 2014 Los principales aditivos, que proporcionan al aceite la necesaria resistencia a la compresión, están formados a base de azufre, cloro, plomo, fósforo, cinc y sus combinaciones. Estos aditivos durante su funcionamiento, reaccionan químicamente por efecto de la temperatura y forman, sobre las superficies de rozamiento, una especie de capa lubricante sólida que elimina, en parte, el roce entre ellas y proporciona una gran suavidad de marcha. En cajas de cambios dotadas de engranajes del tipo hipoide (como las que presentan el cambio y diferencial integrados), se emplean aceites que presentan condiciones especiales de lubricación, ya que estos están sometidos a mayores presiones en los dientes. Estos engranajes pueden tener imprecisiones de forma en los dientes y en el montaje, que junto a posibles deformaciones en el temple, pueden llevar a la aplicación de una presión exagerada sobre los dientes. Para paliar estos inconvenientes, se emplean durante un tiempo los aceites denominados de rodaje. Estos aceites llevan unos aditivos con características abrasivas que alisan los flancos de los dientes. Pasado éste período de rodaje, el aceite de rodaje se sustituye por una aceite normal hipoide. d.

Averías

La causa más frecuente de las averías en los engranajes del cambio de velocidades, es la falta de adecuada lubrificación. Para la lubrificación de las cajas de cambio debe emplearse un aceite de gran viscosidad (valvolina), pero no debe emplearse grasa, aunque ésta sea ligera; los fabricantes de los automóviles indican el tipo de lubricante que debe emplearse en cada caja de cambio. Debemos recordar siempre que, en cuanto sea posible, para la lubrificación y ajuste de cualquier mecanismo del automóvil deben seguirse las normas dadas por el constructor. Si en tiempo frío se utiliza grasa para lubrificar un cambio de velocidades, al girar los engranajes apartarán la grasa a un lado donde quedará en forma semi-sólida congelada y los engranajes trabajarán así sin lubrificación. e. Desgaste de los engranajes

CAJA DE CAMBIOS 2014 Para que los engranajes trabajen correcta y suavemente es necesario que entre sus dientes exista el juego adecuado. Si los cojinetes o los ejes se desgastan los engranajes se separan al aumentar la distancia entre sus ejes, lo cual da lugar a que entre los dientes exista un juego superior a lo normal, que produce un funcionamiento ruidoso y un rápido desgaste de los dientes. Cuando se desmonta una caja de velocidades debe inspeccionarse para determinar si el ajuste es correcto o si existe desgaste en los cojinetes y ejes.

En ciertos casos los flancos de los dientes quedan marcados con pequeñas zonas de superficie hundidas; este defecto es generalmente debido a un uso continuo en servicio duro, y no puede ser achacado nunca a un defecto de lubrificación. Si las deformaciones de los dientes son de gran consideración deben desmontarse los engranajes y cambiarse. Las ranuras de los ejes y de los engranajes deslizantes pueden desgastarse por el trabajo duro y el roce constante; la consecuencia de este desgaste es el funcionamiento ruidoso, y pueden dar lugar a que los engranajes se desengranen solos, corrientemente se dice que las marchas se salen.

En 1 las entradas de los dientes desgastados

Los dientes de los engranajes del cambio de velocidades pueden desgastarse en la forma que se muestra en la figura 6.1; este tipo de desgaste es

CAJA DE CAMBIOS 2014 generalmente debido a un deslizamiento incompleto de los baladores que hace que los dientes no queden completamente engranados, como se muestra en la figura 6.2. El que los dientes no lleguen a engranar puede ser debido a estar dobladas las horquillas de mando o estar ĂŠstas incorrectamente montadas en los carriles (ejes deslizantes, en los cuales se montan las horquillas). Aun estando el mecanismo del mando del cambio de velocidades correctamente ajustado y en buenas condiciones, puede producirse tambiĂŠn el desgaste en la forma que hemos visto, si el conductor tiene la costumbre de soltar el pedal de embrague antes de haber completado el movimiento de la palanca de mando del cambio de velocidades.

Engranado incompleto

f. Tendencia a salirse las marchas

La tendencia a salirse las marchas, es decir, a desengranarse despuĂŠs de haber sido engranados los pares de ruedas, puede ser debido a las mismas causas que producen el desgaste que acabamos de estudiar, o sea horquillas dobladas o mal montadas en los carriles o un manejo incorrecto del cambio por parte del conductor.

CAJA DE CAMBIOS 2014 La tendencia a salirse las marchas también puede ser debida al mal estado de los muelles que mandan las bolas o dedos de retención de los carriles, estos muelles con el trabajo pueden haber perdido su tensión. También puede hacer que se salgan las marchas un engrane incompleto debido a desgaste de las estrías de los ejes o los baladores, lo cual da lugar a que los dientes engranen de una forma incompleta, como se muestra en la figura. La falta de alineación del cambio de velocidades con el volante del motor puede también dar lugar a una tendencia a salirse las marchas y a un cambio de velocidades ruidoso; esta falta de alineación puede ser debida a pequeños defectos de fabricación o a un manejo descuidado de la caja al montarla o desmontarla de tal forma que haya producido una deformación de la misma. La tendencia a salirse las marchas puede dar lugar a un desgaste progresivo de los dientes en la misma forma indicada en la figura 6.1, que a la larga, puede llegar a la total destrucción de los dientes.

Estrías desgastadas en eje secundario y balador g. Rotura de los dientes

La rotura de los dientes, en los engranajes del cambio de velocidades no es una avería que se presente corrientemente. En los casos en que se presenta puede ser debida a defectos del material o de la fabricación, o bien a desarreglos o roturas de otras piezas anteriormente; en la Figura anterior se muestra un caso de dientes rotos.

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Dientes rotos h. El embrague patina

Uno de los defectos que más frecuentemente se presentan en el funcionamiento del embrague es el de que exista deslizamiento entre el disco conducido y el conductor; se dice entonces que el embrague patina. Son varias las causas que pueden producir que el embrague patine. Dado que el cárter del embrague se halla situado entre el cárter del motor y el cárter del cambio de velocidades, y que estos dos últimos contienen aceite, es relativamente frecuente el caso de que pase aceite de uno de éstos al cárter del embrague, engrasando las superficies de roce del plato del mismo, lo cual disminuye su adherencia y da lugar a deslizamiento. Otra de las causas que más frecuentemente originan que el embrague patine, es el desgaste excesivo de las guarniciones o forros del plato de embrague; al desgastarse los forros el espesor del plato conducido se hace menor, y por tanto, para quedar aprisionado entre el volante y él plato presor éste debe acercarse más al primero, lo que, a su vez da lugar a que los muelles queden menos comprimidos, y, por lo tanto, efectúan menos fuerza sobre el plato de presión. i. Pérdida del juego libre del embrague y su ajuste

Entre el aro y el cojinete de desembrague debe haber una cierta separación o juego cuando el embrague está embragado. A esta separación se le da el nombre de juego libre del embrague; este juego libre se traduce, en el movimiento del pedal, en el hecho de que cuando se aprieta el pedal el

CAJA DE CAMBIOS 2014 embrague no desembraga instantáneamente, sino que hay un cierto recorrido en el cual el pedal no tiene acción; a tal recorrido se le da el nombre de movimiento libre del pedal del embrague. El desgaste de los forros del embrague da lugar a la disminución del juego libre del embrague, pudiendo incluso desaparecer totalmente éste, con lo cual el anillo o las palancas se apoyarían sobre el cojinete de desembrague imposibilitando que los muelles se alarguen lo suficiente para que el plato presor comprima el disco, en cuyo caso el embrague patinaría. j. El embrague no desembraga completamente

Otro defecto que puede presentar el embrague es el que no llegue a desembragar por completo. Como hemos visto este defecto puede ser producido por un mal reglaje del juego libre o también por la presencia de grasa o suciedad en el disco del embrague, que haga que se pegue o adhiera al disco conductor. También puede ser la causa de un desembrague defectuoso el que esté doblado el plato del embrague, o que el anillo presor esté alabeado, así como un defectuoso montaje de la tapa del embrague. Otras causas que pueden dar lugar a este defecto, son un cojinete de empuje muy desgastado cuando éste es de material grafito, un ajuste defectuoso de las palancas de desembrague o un engrase insuficiente del pedal y las palancas de mando. k. Ruidos en el embrague El ruido del embrague es debido casi siempre a juegos excesivos producidos por desgaste de las piezas ajustadas, tales como por ejemplo del cojinete piloto y el eje, el cubo del plato y el eje estriado, el cubo de desembrague, etc.

XXI.

Conclusiones 1

CAJA DE CAMBIOS 2014

Al termino de este trabajo de investigación se concluye que hoy en día, los componentes, principios y funcionamiento de una caja de velocidades tipo estándar; vienen dados por los diseños y fundamentos de las maquinas antiguas, un cambio de velocidades estándar es una transmisión mecánica, la cual la podemos encontrar en cualquier vehículo e inclusive dentro de cualquier maquina donde la potencia mecánica se genera en una parte y se desea transmitir hacia otra parte de la máquina para realizar un trabajo, a lo largo de esta transmisión se puede perder potencia, es ahí donde entran los multiplicadores de velocidad, caso que nos ocupó el estudio de la caja de velocidades estándar. Estas son las cajas de velocidades que se encuentran en la mayoría de los autos, todas de tipo estándar, tales cajas ofrecen grandes prestaciones que en ocasiones superan las necesidades del vehículo; claro está, tomando en cuenta su uso y modo de operación del conductor, siendo desde mi punto de vista, el tipo de caja de velocidades más óptimo para un auto, por la fuerza de par que entregan a las ruedas. Sin embargo, en la actualidad, existen cajas de cambios automáticos que suelen dar prestaciones con valores de consumo destacados y aceptables. Por tal motivo, en este trabajo se explicaron los principios de funcionamiento, mantenimiento y componentes de una caja de velocidades tipo estándar. Con el objeto de dar a conocer de una manera clara y sencilla los principios tanto físicos como mecánicos que rigen el funcionamiento de una caja de velocidades, para que aquellas personas que, sin ser expertos o conocedores del tema, puedan comprender y entender una caja manual de velocidades; y dejar abierta la línea para las personas que deseen continuar con los diferentes tipos de cajas de velocidades actuales, como lo son automáticas y electrónicas (tryptonic), cajas que se convierten en estándar a automáticas y viceversa, para mejorar el mantenimiento y la correcta utilización de una caja de velocidades.

CAJA DE CAMBIOS 2014 De igual forma, se busca dejar las bases para entrar en una nueva generación de cajas de velocidades para futuros automóviles, sin olvidar los principios, que desde los autos del siglo pasado, los autos actuales y aquellos del futuro, han sido y seguirán siendo los que rigen el comportamiento de un transformador de velocidad; para que con base en la modernización se logre que las cajas de velocidades proporcionen un mayor torque y un mejor aprovechamiento del combustóleo. Uno de los fines de este trabajo de investigación, es apoyar a las personas que deseen adquirir un vehículo, ya que en el momento en que compramos un auto, se hace necesario tomar en cuenta el fin para el cuál será utilizado, si se desea para trabajo duro es recomendable una caja de cuatro marchas y marcha atrás; o bien sí en lo que se piensa es solo en trasladarse, con una caja de cinco velocidades y marcha atrás es suficiente; sin embargo, si lo que se quiere es velocidad hoy en día existen autos con cajas de hasta seis velocidades con marcha atrás.

CAJA DE CAMBIOS 2014 XXII.

Glosario

1) Aceleración: La aceleración es la acción y efecto de acelerar (aumentar la

velocidad). El término también permite nombrar a la magnitud vectorial que expresa dicho incremento de la velocidad en una unidad de tiempo (metro por segundo cada segundo, de acuerdo a su unidad en el Sistema Internacional). 2) Acoplamiento: Unión de dos piezas o cuerpos que se ajustan

perfectamente. 3) Axial: La simetría axial es la simetría alrededor de un eje, de modo que un sistema tiene simetría axial o axisimetría cuando al cortar dicho sistema por un semiplano que contiene al eje el resultado es siempre el mismo. 4) Cojinete: Elemento mecánico en el que se apoya y gira un eje mediante su gorrón u órgano de contacto. 5) Desplazamiento: es la acción y efecto de desplazar. Este verbo tiene diversos usos, como el hecho de trasladarse (ir de un lugar a otro) y de mover o sacar a alguien o algo del lugar en que está. 6) Diferencial: Un diferencial es el elemento mecánico que permite que las ruedas derechas e izquierda de un vehículo giren a revoluciones diferentes, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro. 7) Eje: es un elemento constructivo destinado a guiar el movimiento de rotación de una pieza o de un conjunto de piezas, como una rueda o un engrane. El eje puede estar fijo (sin giro) o puede pertenecer a un sistema de rodamientos donde la pieza gira alrededor del eje. 8) Embrague: mecanismo que permite separar o unir el eje de cambio de velocidades de un vehículo al movimiento del motor. 9) Energía: es una magnitud física del tipo escalar que se manifiesta en diversas formas, se mide por la capacidad de una fuerza o de un sistema para realizar trabajo mecánico.

CAJA DE CAMBIOS 2014 10) Engrane: mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. 11) Flanco: cada una de las dos partes laterales de un cuerpo considerado de frente. 12) Fuerza: es una magnitud física que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. 13) Horquilla: horquilla que tiene un elemento articulado y amortiguado que permite absorber los impactos y ondulaciones del terreno. 14) Lubricante: es una sustancia que, colocada entre dos piezas móviles, no se degrada, y forma así mismo una película que impide su contacto, permitiendo su movimiento incluso a elevadas temperaturas y presiones. 15) Marchas: cada uno de los cambios de velocidades con las que cuenta la caja de velocidades. 16) Mecanismo: conjunto de sólidos resistentes, móviles unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones, llamadas pares cinemáticos (pernos, uniones de contacto, pasadores, etc.), cuyo propósito es la transmisión de movimientos y fuerzas. 17) Motor: es la parte de una máquina capaz de transformar cualquier tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. 18) Muelle: se conoce como muelle o resorte a un operador elástico capaz de

almacenar energía y desprenderse de ella sin sufrir deformación permanente cuando cesan las fuerzas o la tensión a las que es sometido. 19) Par: es un sistema formado por dos fuerzas de la misma intensidad o módulo, de la misma dirección (paralelas) y de sentido contrario. 20) Paralelo: líneas o planos que nunca se acercan ni se alejan.

CAJA DE CAMBIOS 2014 21) Perpendicular: término utilizado en la geometría para nombrar a la línea o al plano que forma ángulo recto con otra línea u otro plano. Existen diversas formas de relaciones de perpendicularidad. 22) Piñón: se denomina piñón a la rueda de un mecanismo de cremallera o a la rueda más pequeña de un par de ruedas dentadas, ya sea en una transmisión por engranaje, cadena de transmisión o correa de transmisión. 23) Potencia: cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo 24) RPM: revoluciones por minuto. 25) Raíles: guía sobre la que se desplaza una cosa. 26) Rotación: es el movimiento de cambio de orientación de un cuerpo o un sistema de referencia de forma que una línea (llamada eje de rotación) o un punto permanece fijo. 27) Rozamiento: es una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en contacto y es una fuerza muy importante cuando se estudia el movimiento de los cuerpos. 28) Rueda: es una pieza mecánica circular que gira alrededor de un eje. Puede ser considerada una máquina simple, y forma parte del conjunto denominado elementos de máquinas. 29) Sincronizadores: son unos anillos compuestos de bronce, con una forma helicoidal, que se alojan en los extremos de cada engranaje de cada marcha y es necesaria su presencia ya que se encarga de reducir las RPM de giro de un engranaje engranado al desplazable a las mismas RPM de giro del engranaje de marcha que va a ser seleccionado. 30) Sistema: es un objeto compuesto cuyos componentes se relacionan con al menos algún otro componente; sólo los sistemas materiales tienen mecanismo, y sólo algunos sistemas materiales tienen figura (forma). 31) Tándem: conjunto de dos elementos que realizan una misma actividad en equipo o que combinan sus esfuerzos para hacer algo.

CAJA DE CAMBIOS 2014 32) Tracción: esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. 33) Trabajo: el trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo. 34) Transmisión: mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. 35) Velocidad: magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo.

XXIII.

Bibliografía 1

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