Cajas de Cambios Manuales (1)

8/18/2019 Cajas de Cambios Manuales (1)

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Cajas de CambiosManuales

Taller Automotriz I


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Misión de la caja de cambios

• La caja de cambios es el conjunto mecánico más

importante de la cadena cinemática del vehículo, secoloca detrás del embrague del cual recibe el par delmotor

• !l eje primario de la caja de cambios engrana en el discodel embrague " en la salida de la caja se encuentra el

grupo reductor " di#erencial en los modelos con traccióndelantera " en los vehículos con propulsión trasera, elárbol de transmisión transmite el par al conjunto, grupocónico " di#erencial, colocado en el eje trasero


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• !n las cajas de cambio manuales el conductor seleccionalas velocidades de #orma manual, pisando el embraguepara desacoplar la transmisión de par del motor

Las cajas de cambios realizan las siguientes #unciones$• Acoplar las velocidades " transmitir el par %ue recibe del

embrague al siguiente órgano de transmisión &gruporeductor o árbol de transmisión' para poder circular conel vehículo

•(ealizar la marcha atrás en los desplazamientos %ue seanecesario

• )ermite tener el motor arrancado " el vehículo parado enpunto muerto, semá#oros, paradas, etc

• La caja de cambios es un multiplicador o reductor del par

del motor optimizando " aprovechando al má*imo lapotencia del motor !l cambio en las velocidades cortasreduce el n+mero de revoluciones %ue salen de la caja "multiplica el par en la misma proporción, en lasvelocidades largas realizan el proceso inverso, disminu"e

el par " aumenta las revoluciones de salida


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• Al reducir las revoluciones de salida en la cajael par transmitido aumenta

• i el vehículo no e%uipase caja de cambios, "las revoluciones del motor se transmitiesen

directamente a las ruedas, N- . N, para poderdesplazarse el par motor &Cm-' deberíasuperar el par resistente de las ruedas &Cm/'0Cm- 1 Cm/


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• !n este hipot2tico caso, el motor debería ser mu"potente en cual%uier situación de servicio,

arrancadas, subidas, etc, pero esto no es así en losmotores de combustión interna Analizando lascurvas de par " potencia de un motor di2selcomprobamos %ue se obtiene un par má*imo de-34 5m a //66 rpm " a una potencia má*ima de

44 78 &94 C:' a ;666 rpm

• Con el motor a pocas revoluciones el par motor esmu" pe%ue


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• La relación de transmisión &Rt) que se obtieneen los ejes con ruedas dentadas engranadas,depende del n+mero de dientes de la ruedamotriz o conductora Z " del n+mero de dientesde la rueda conducida Z /

• )or tanto$


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• !n el mismo tren de engranajes, la relación detransmisión se puede calcular conociendo lasrevoluciones de entrada " de salida en cada

eje, la relación de transmisión será igual aln+mero de revoluciones de entrada en la caja,entre las revoluciones conseguidas en el ejede salida$


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• !n las motocicletas de altas prestaciones elr2gimen de giro del motor es mu" alto, parareducir el n> de rpm en la entrada de la caja

de cambios los #abricantes emplean unareducción previa con dos ruedas dentadas,veamos un ejemplo de una ?a@asa7i


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!jercicio


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Con=guración de la caja de

cambios

• La caja de cambios es un conjunto mecánico #ormado por dos

o tres ejes con ruedas dentadas engranadas entre sí " %uegiran sobre rodamientos, los ejes se montan paralelamente!n uno de los ejes las ruedas dentadas se encuentran =jas "en el otro eje las ruedas dentadas giran libremente

• !l conductor desplaza la palanca de cambio " mediante unsistema de varillas " cables o neumáticamente mueve una

hor%uilla " enclava el pi


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• !n las primeras cajas de cambios, los pi


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• Constructivamente se emplean dos tipos decajas de cambios seg+n la posición del motor

" el sistema de transmisión empleado$ cajasde cambio para tracción delantera " cajas decambio para propulsión trasera " traccióntotal


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Caja de cambios para

tracción delantera

• Los vehículos con tracción delantera pueden montar elmotor tanto longitudinal como transversalmente Lascajas de cambios para tracción delantera montan eldi#erencial " el grupo reductor en el mismo conjunto

• Las cajas de cambios de tracción delantera disponende dos ejes, el eje primario " el eje secundario !l ejeprimario engrana en el disco del embrague " el ejesecundario transmite al grupo reductor " aldi#erencial


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• La caja de cambios %ue dispone de cincovelocidades " marcha atrás, los ejes disponende una rueda dentada para cada velocidad#ormando una pareja de ruedas dentadasengranadas entre sí &menos la marcha atrás',#ormando pares de engranajes %ue dan lugar adi#erentes relaciones de transmisión

• !n cada pareja de ruedas dentadas, una ruedase encuentra =ja al eje " la otra gira librementeen el otro eje hasta %ue se selecciona lavelocidad, la selección consiste en enclavar o

dejar =ja la rueda dentada %ue gira libremente• Las modernas cajas de cambios montan

pi


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uncionamiento de la caja de

cambios manual

• Cuando el conductor decide seleccionar una velocidad,

desplaza la palanca de marchas a la posición deselección de -D o /DEFDG

• La palanca se encuentra unida a un mecanismoselector, cables o a una biela de empuje " barra demando, encargada de desplazar en el interior de la

caja, la timonería de las hor%uillas %ue abrazan lascoronas desplazables de los sincronizadores !n cadavelocidad se desplaza un carrete desplazable %ueenclava el pi


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•Al dejar =jos en sus ejes las dos ruedas dentadas de cadavelocidad, la caja de cambios tiene una velocidadengranada, transmite el giro de un eje al otro " se produceuna relación de transmisión Las relaciones de transmisiónde las velocidades de la caja dependen del n+mero dedientes de cada rueda dentada Cuando la caja se

encuentra en punto muerto, ninguna rueda dentada seencuentra enclavada al eje secundario " todos los pi


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)rimera :elocidad• !n esta marcha el pi


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• La relación de transmisión resultante es lasiguiente$

• )ara calcular la relación de transmisión total, ala relación de transmisión de la velocidad de lacaja, se multiplica la relación de la caja por la

relación de transmisión del grupo reductor

• Si la operación se realiza directamente, elcálculo es más e*acto, al no despreciarse eltercer decimal


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egunda :elocidad

• )or medio de la doble sincronización, se libera

el pi


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Tercera :elocidad• !n las velocidades tercera, cuarta " %uinta, los

pi


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Cuarta :elocidad• Hesplazando el sincronizador compartido para

tercera " cuarta velocidad, se enclava el pi


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• !n algunos cambios la relación de transmisiónde cuarta es -J-, lo %ue signi=ca %ue no seproduce desmultiplicación de velocidad en el

cambio !sta velocidad se conoce comodirecta


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Kuinta :elocidad• na vez desengranado el sincronizador de

cuarta, " desplazando al sincronizador simple de%uinta, se enclava el pi


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C j d bi d


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Caja de cambios con dosárboles secundarios

• !ste tipo de cajas de cambios disponen de un árbolprimario con pi


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Caja de cambios para

propulsión trasera "Jotracción total

• !n este tipo de cajas, el motor sueleencontrarse en posición longitudinal La caja#orma un conjunto independiente %ue acoplaen su salida el árbol de transmisión de losvehículos ;*/ o la caja de trans#erencia en los

vehículos ;*; !l giro entra " sale en la mismadirección, lo %ue obliga a disponer de un ejeintermediario &=gura FF'


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• !l eje primario es el más corto de los ejes, solamentese encarga de transmitir el movimiento desde el discode embrague hasta el pi


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• !n el eje secundario se encuentran los pi


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Cambio con dos grupos

• !l cambio con dos grupos se emplea en vehículosagrícolas " camiones, en los todo terreno ;*;, seemplean cajas con una sola velocidad conocidas como

reductoras• Las cajas de cambios con dos grupos permiten

multiplicar las relaciones de transmisión %ue disponeuna caja normal !l ma"or n+mero de velocidadespermite adaptarse mucho mejor al trabajo %ue deben

realizar ", de este modo, aprovechar al má*imo lapotencia del motor


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• !l cambio dispone de dos conjuntos de engranajes "sincronizadores acoplados en serie

• !l vehículo dispone de palancas independientes paraseleccionar las velocidades de cada grupo !n la =gura F;6,

aparecen seccionados los dos grupos de %ue dispone elcambio de un tractor agrícola, !n este caso no aparece eltren epicicloidal de punto muerto, marcha atrás " marchaadelante, %ue está entre el embrague " la entrada del grupoA Con este conjunto se dispone de diecis2is marchasadelante " diecis2is marchas para atrás, cuatro marchas

tiene el primer grupo " otras cuatro el segundo


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Caja (eductora• La caja reductora se emplea en vehículos ;*; para

circular por caminos " senderos de di#ícil accesoLas reductoras solamente tienen una reducción odesmultiplicación, su misión es reducir todas lasvelocidades de la caja de cambios manual lareducción aplicada, entre -4 " / a - La caja

reductora se coloca detrás de la caja de cambiosmanual

• Los mecanismos %ue emplean las reductoras sonsimilares a los empleados en las cajas de cambios,los más empleados son reducción con parejas depi


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La reductora con pareja de

pi


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!n la =gura la caja no realizadesmultiplicación0 la relación de transmisiónes -$-, al desplazar la hor%uilla selectora seacopla la rueda del eje secundario " se realizala desmultiplicación de -,$- seg+n la =guraF;F


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Componentes del cambio

Las cajas de cambios #orman un conjunto mecánico de

precisión, todos los componentes se encuentran ajustados "continuamente lubricados Los elementos principales %ue#orman las cajas de cambios son$

• (uedas dentadas

• (odamientos

•(etenes

• incronizadores

• Mecanismos de posicionamiento " enclavamiento de lasvelocidades


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(uedas Hentadas

• Las distintas relaciones de transmisión se consiguen

empleando ruedas dentadas con distinto n+mero dedientes La pareja de ruedas dentadas engranadasentre sí se conoce como engranaje !n latransmisión del giro, la rueda %ue transmite el girose conoce como rueda conductora " la rueda %ue

recibe el giro rueda conducida

• Las ruedas dentadas pueden tallarse con dientesrectos o helicoidales


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(uedas de dentado recto

Los dientes " vanos se tallan paralelos a las generatrices " aleje de las ruedas Las características de los dientes rectos sonlas siguientes$

La circunferencia primitiva es la circun#erencia imaginariaen la %ue se e#ect+a la tangencia entre los dientes de las dosruedas !l diámetro de la circun#erencia primitiva se denominadiámetro primitivo

El paso circular es la distancia entre un diente " un vanoconsecutivo medido sobre la circun#erencia primitiva )ara %uedos ruedas puedan engranar deben tener el mismo pasocircular


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• El módulo es la relación entre el diámetroprimitivo en milímetros y el número dedientes de la rueda

• )ara %ue dos ruedas de dentado rectoengranen entre sí, deben tener el mismo

módulo Los módulos de los pi


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!ngranajes Nelicoidales

• !n los engranajes helicoidales, los dientes están

tallados en #orma de h2lice !l dentado helicoidal delas ruedas dentadas se emplean en la ma"oría de lascajas de cambios, e*cepto en los pi


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(odamientos

• Los rodamientos se montan para #acilitarel giro de los ejes de la caja en susalojamientos Los rodamientos reducen elrozamiento " el desgaste #acilitando el giro" alargando los periodos de

mantenimiento de las cajas de cambiosLos rodamientos empleados en las cajasde cambios se lubrican con el aceite de lacaja

• Los rodamientos más empleados en lascajas de cambios son$ de bolas, de rodillos

cilíndricos, cónicos " de agujas !n latabla siguiente se analizan las ventajas einconvenientes, así como los tipos dees#uerzos %ue pueden soportar cada tipode rodamiento


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(etenes• !n el interior de la caja de cambios se encuentra el

aceite de engrase de los mecanismos, conocido comovalvulinaB La caja de cambios se encuentra selladacon juntas en todas las tapas " retenes en los ejes deentrada " salida de #uerza de la caja, el ret2n evitap2rdidas de aceite en los ejes de giro

• Los retenes se #abrican con caucho sint2tico sobre unacarcasa metálica %ue con=gura el diámetro e*terior

• !l diámetro interior se #orma por medio de un muelle "un labio anular de goma %ue impide la p2rdida deaceite en el eje

• Algunos retenes tienen sentido de montaje " giro, elcual se indica mediante una Oecha impresa en elret2n


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Sincronizadores

• Los sincronizadores tienen la misión de igualar lasvelocidades de giro de los pi


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• La sincronización en cajas sin sincronizadores serealizaba a oído mediante doble embrague o con elvehículo parado

• La incorporación de cajas de cambios con ruedashelicoidales " toma constante no permite desplazarlos pi


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uncionamiento del conjunto

sincronizador

• e conoce como sincronizador el conjunto mecánico

encargado de acoplar las ruedas dentadas helicoidales%ue giran locas, en su eje !l sincronizador act+acuando el conductor desplaza la palanca de marchas "desplaza el collarin, el anillo del sincronizador #rena larueda %ue gira loca " el acoplamiento se realiza de#orma suave sin %ue las velocidades ras%uen

• !l conjunto sincronizador está #ormado por lossiguientes componentes$

!l j t i i d tá # d l


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!l conjunto sincronizador está #ormado por lossiguientes componentes$

• El collarín desplazable que es movido por

la orquilla de selección desde la palancaselectora de velocidades del puesto deconducción

• El cubo dentado se encuentra anclado al

eje por un estriado. El cubo dentadodispone de unas bolas =adoras " muelles %ue=jan el collarín Los conos de las ruedasdentadas helicoidales giran locos en el eje

na vez engranada la velocidad, elmovimiento se transmite por el collarín haciael eje por el cubo dentado

• Los anillos sincronizadores se encuentran entre el


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Los anillos sincronizadores se encuentran entre elcono del pi!ón y el collarín desplazable Cuando seintenta seleccionar una velocidad, el mecanismo delsincronizador &tetones' empuja el anillo sincronizador %ue

roza con el cono de la rueda dentada " la #rena, igualandolas velocidades de los dos ejes, lo %ue permite el engranajesuave del collarín con el estriado de la rueda e introducirde este modo una velocidad en la caja de cambios !*istenmuchos tipos " modelos de sincronizadores, =guras F44 "F4P pero todos emplean un principio de #uncionamiento

com+n, #renar el pi


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Mecanismos de posicionamiento "


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Mecanismos de posicionamiento "enclavamiento

de las velocidades

• !n las cajas manuales, la selección de lasvelocidades se realiza por el conductor delvehículo, desde el puesto de conducción,mediante la palanca de cambios " el mecanismo

de unión " accionamiento Los automóvilesemplean como mecanismo de accionamientocables tipo Qlo@den " varillas

• !l desplazamiento de la palanca se transmitemediante los cables al dispositivo deaccionamiento de la caja de cambios a trav2s desu movimiento, desplaza un mecanismo devarillas Las varillas llevan ancladas las hor%uillas%ue acoplan en los collarines de los

sincronizadores


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• !n los vehículos industriales camiones "


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• !n los vehículos industriales camiones "autobuses se emplean sistemas mi*tos,mecánicos " neumáticos

Mecanismos de


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Mecanismos deenclavamiento de las

velocidades• Las varillas disponen de un dispositivo de =jación oenclavamiento !l mecanismo de =jación se encargade enclavar la varilla " evitar %ue las velocidades sepuedan salir con las vibraciones de la caja de

cambios !l dispositivo de =jación más empleado esla bola " muelle =ador &=gura FP6'0 la bola presionala varilla " evita %ue las velocidades se salgan

• La varilla dispone de una escotadura o muesca demedida apro*imada al diámetro de la bola =adoraLa presión del muelle sobre el =ador impide %ue lavarilla se desplace por las diversas vibraciones de lacaja


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Hispositivos %ue impiden la


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Hispositivos %ue impiden laselección

de dos velocidades&interblo%ueo'

• Las cajas de cambios manuales disponen de un

sistema o mecanismo %ue evita %ue una vezseleccionada una velocidad otra pueda engranarsei dos velocidades se engranasen por un #allo delinterblo%ueo, la caja no puede #uncionar " serompería &es imposible el #uncionamiento con dos

relaciones de transmisión al mismo tiempo'• Los dispositivos de interblo%ueo más empleados son

los siguientes$


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