Cajas_de_cambios_de_automovil

8/7/2019 Cajas_de_cambios_de_automovil

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CAJAS DE CAMBIO

Introducción

La caja de cambios es un elemento de transmisión que se interpone entre el motor

y las ruedas para modificar el número de revoluciones de las mismas e invertir el

sentido de giro cuando las necesidades de la marcha así lo requieran. Actúa, por

tanto, como transformador de velocidad y convertidor mecánico de par.

Si un motor de explosión transmitiera directamente el par a las ruedas,

probablemente sería suficiente para que el vehículo se moviese en terreno llano.Pero al subir una pendiente, el par resistente aumentaría, entonces el motor no

tendría suficiente fuerza para continuar a la misma velocidad, disminuyendo esta

gradualmente, el motor perdería potencia y llegaría a pararse; para evitar esto y

poder superar el par resistente, es necesario colocar un órgano que permita hacer

variar el par motor, según las necesidades de la marcha. En resumen, con la caja

de cambios se "disminuye" o "aumenta" la velocidad del vehículo y de igual forma

se "aumenta" o "disminuye" la fuerza del vehículo.

Como el par motor se transmite a las ruedas y origina en ellas una fuerza de

impulsión que vence las resistencia que se opone al movimiento, la potencia

transmitida (Wf) debe ser igual, en todo momento, a la potencia absorbida en

llanta; es decir:



transmitido por el motor, ya que dentro de este régimen es donde se obtiene la

mayor fuerza de impulsión en las ruedas. Para ello, basta representar en un

sistema de ejes coordenados las revoluciones máximas del motor, que están

relacionadas directamente con la velocidad obtenida en las ruedas en función de su

diámetro y la reducción efectuada en el puente.Siendo "n" el número de revoluciones máximas del motor y "n1" el numero de

revoluciones al cual se obtiene el par de transmisión máximo del motor (par motor

máximo), dentro de ese régimen deben establecerse las sucesivas

desmultiplicaciones en la caja de cambios. Entre estos dos límites (n y n1) se

obtiene el régimen máximo y mínimo en cada desmultiplicación para un

funcionamiento del motor a pleno rendimiento.

Cambios manuales

Cajas de cambio de engranajes paralelos

Esta caja de cambio es la más utilizada en la actualidad para vehículos de serie, por

su sencillo funcionamiento. Está constituida por una serie de piñones de acero alcarbono, que se obtienen por estampación en forja y sus dientes tallados en

maquinas especiales, con un posterior tratamiento de temple y cementación para

obtener la máxima dureza y resistencia al desgaste.

Estos piñones, acoplados en pares de transmisión, van montados sobre unos

árboles paralelos que se apoyan sobre cojinetes en el interior de una carcasa, que

suele ser de fundición gris o aluminio y sirve de alojamiento a los piñones y demás

dispositivos de accionamiento, así como de recipiente para el aceite de lubricación

de los mismos.

Los piñones, engranados en toma constante para cada par de transmisión, son de



dientes helicoidales, que permiten un funcionamiento mas silencioso y una mayor

superficie de contacto, con lo cual, al ser menor la presión que sobre ellos actúa, se

reduce el desgaste en los mismos. Los números de dientes del piñón conductor y

del conducido son primos entre sí, para repartir el desgaste por igual entre ellos y

evitar vibraciones en su funcionamiento.

Ahora vamos hacer el calculo de una caja de cambios a partir de los datos reales

que nos proporciona el fabricante:

Ejemplo: Peugeot 405 Mi16

Cilindrada (cc): 1998

Potencia (CV/rpm): 155/5600

Par máximo (mkgf): 19,3/3500

Neumáticos: 195/55 R14

Relación de transmisión

rt (1ª velocidad) = 13/38 = 0,342

rt (2ª velocidad) = 23/43 = 0,534

rt (3ª velocidad) = 25/32 = 0,781

rt (4ª velocidad) = 32/31 = 1.032

rt (5ª velocidad) = 37/28 = 1,321



rt (M.A: marcha atrás) = 12/40 = 0,30

además de la reducción provocada en la caja de cambios también tenemos que

tener en cuenta que en el grupo diferencial hay una reducción, este dato también lo

proporciona el fabricante.rt (G.C: grupo piñón-corona diferencial) = 14/62 = 0,225

Nota: El fabricante nos puede proporcionar la relación de transmisión en forma de

fracción (rt 1ª velocidad = 13/38) o directamente (rt 1ª velocidad = 0,342).

Ahora tenemos que calcular el número de revoluciones que tenemos en las ruedas

después de la reducción de la caja de cambios y grupo diferencial (rT). Para ellohay que multiplicar la relación de transmisión de cada velocidad de la caja de

cambios por la relación que hay en el grupo diferencial:

rT (nª velocidad): es la relación de transmisión total, se calcula multiplicando la rt

(caja cambios) x rt (diferencial).Pmax: es la potencia máxima del motor a un número de revoluciones determinado

por el fabricante.

nº rpm a Pmax: se calcula multiplicando rT x nº rpm a potencia máxima.

Con estos datos ahora podemos calcular la velocidad a máxima potencia para cada

marcha de la caja de cambios. Para calcular la velocidad necesitamos saber las

medidas de los neumáticos y llanta, este dato también lo proporciona el fabricante.



En este caso tenemos unas medidas de neumático195/55 R14.

Para calcular la velocidad necesitamos saber el diámetro de la rueda (Ø).

El diámetro de la rueda (Ø) es la suma del diámetro de la llanta mas el doble del

perfil del neumático.

El diámetro de la llanta es 14", para pasarlo a milímetros (mm) tenemos que

multiplicar: 14" x 25,4 mm = 355,6 mm.

El perfil del neumático es el 55% de 195 (195/55) = 107,2 mm

Por lo tanto diámetro de la rueda = diámetro de la llanta + el doble del perfil del

neumático = 355,6 + (107,2 x 2) = 570,1 mm.

Ahora ya podemos calcular la velocidad (v) del vehículo a máxima potencia para

cada marcha de la caja de cambios.



v = velocidad (km/h)

Pi = 3,14

Ø = diámetro de rueda (metros)

nc = nº rpm del motork = constante

Utilizando estas formulas tenemos:

v (1ª velocidad) = k x nc = 0,107 x 430,64 = 46,20 km/h

v (2ª velocidad) = k x nc = 0,107 x 672 = 71,90 km/hv (3ª velocidad) = k x nc = 0,107 x 974,4 = 104,26 km/h



v (M.A) = k x nc = 0,107 x 371,2 = 39,71 km/h

Con estos resultados tenemos que la velocidad máxima de este vehículo cuando

desarrolla su máxima potencia es de 177,96 km/h. Este dato no suele coincidir con

el que proporciona el fabricante ya que la velocidad máxima del vehículo es mayor

que la de la máxima potencia y llegaría hasta el nº de rpm en que se produce el

corte de inyección del motor.

Sabiendo que este motor ofrece la máxima potencia a 5600 rpm, podemos hacer el

gráfico anterior sabiendo a que velocidad es conveniente actuar sobre la caja de

cambios y escoger la velocidad adecuada.



El par motor al igual que la velocidad, también será transformado en la caja de

cambios y grupo diferencial. Para calcularlo se utiliza también la relación de

transmisión (rT).

Cm.- par desarrollado por el motor

Cr.- par resistente en las ruedas

n.- número de revoluciones en el motor

n1.- número de revoluciones en las ruedas

Con los datos que tenemos, para calcular el par en las ruedas podemos aplicar la

siguiente formula:

Cr (1ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,0769 = 250,9 mkg

Cr (2ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,120 = 160.83 mkg

Cr (3ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,175 = 110,28 mkgCr (4ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,232 = 83,18 mkg



Cr (5ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,297 = 64,98 mkg

Cr (M.A.) = 19,3 mkg/ 0,0675 = 285,9 mkg

Cajas de cambio manuales

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: un eje primario recibe el par del motor a través del embrague y lo

transmite a un eje intermediario. Éste a su vez lo transmite a un eje secundario de

salida, coaxial con el eje primario, que acciona el grupo diferencial.

* De dos ejes: un eje primario recibe el par del motor y lo transmite de forma

directa a uno secundario de salida de par que acciona el grupo diferencial.

En ambos tipos de cajas manuales los piñones utilizados actualmente en los ejes

son de dentado helicoidal, el cual presenta la ventaja de que la relación de contactoes mayor que en 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 peor la carga su utilización es menor y, además, tienen un coste más

reducido.

En la actualidad el engrane de las distintas marchas se realiza mediante

dispositivos de sincronización o "sincronizadores" que igualan la velocidad periférica

de los ejes con la velocidad interna de los piñones de forma que se consiga unperfecto 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 cualquierade 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.A continuación, se van a estudiar los dos tipos de cajas de cambios. La primera caja

de cambios es una caja manual de tres ejes con disposición longitudinal de un

vehículo de propulsión trasera. La segunda, 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 (y de

hecho, no es cónico).

La situación de la caja de cambios en el vehículo dependerá de la colocación del

motor y del tipo de transmisión ya sea está delantera o trasera.



Estas dos disposiciones de la caja de cambios en el vehículo son las más utilizadas,

aunque existe alguna mas, como la de motor delantero longitudinal y tracción a las

ruedas delanteras.

Caja de cambios manual de tres ejes.

Este tipo de cajas es el más tradicional de las usadas 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 inferior se muestra un corte longitudinal 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 delembrague (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).



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. 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 M),

compuestos esencialmente por un conjunto montado en un estriado sobre el ejesecundario, 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.

En la figura inferior se muestra el despiece de una caja de cambios de engranajes

helicoidales, con sincronizadores, similar a la descrita anteriormente. El ejeprimario 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 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 ejesecundario, 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 superior.

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.



En esta caja de cambios (figura superior) se produce una doble reducción cuando

los piñones de "toma constante" (B y C) son de distintas dimensiones (nº de

dientes). Por eso para calcular la reducción, tendremos utilizar la siguiente formulapara la saber el valor de reducción. Por ejemplo en 1ª velocidad tendremos:

rt = relación de transmisión

B, C, G, J = nº de dientes de los respectivos piñones

1ª velocidad 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.



2ª velocidad

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



obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la

velocidad y el par disminuye.

3ª velocidad

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







4ª velocidad

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 develocidad. En esta velocidad se obtiene una transmisión de giro sin reducción de la

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.

Marcha atrás (M.A.)Cuando se selecciona esta velocidad, se produce el desplazamiento del piñón de



reenvío (T), empujado por un manguito. Al moverse el piñón de reenvío, 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 alprimario. 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".

En la caja de cambios explicada, se obtienen cuatro velocidades hacia adelante y

una hacia atrás.

Sincronizadores

Las cajas de cambio desde hace muchos años utilizan para seleccionar las distintas

velocidades unos dispositivos llamados sincronizadores, cuya constitución hace queun dentado interno ha de engranar con el piñón loco del eje secundario

correspondiente a la velocidad seleccionada. Para poder hacer el acoplamiento del

sincronizador con el piñón correspondiente, se comprende que es necesario igualar

las velocidades del eje secundario (con el que gira solidario el sincronizador) y del

piñón a enclavar, que es arrastrado por el tren intermediario, que gira a su vez

movido por el motor desde el primario.

Con el vehículo en movimiento, al activar el conductor la palanca del cambio para

seleccionar una nueva relación, se produce de inmediato el desenclavamiento del

piñón correspondiente a la velocidad con que se iba circulando, quedando la caja en



posición de punto muerto. Esta operación es sencilla de lograr, puesto que

solamente se requiere el desplazamiento de la corona del sincronizador, con el que

se produce el desengrane del piñón. Sin embargo, para lograr un nuevo

enclavamiento, resulta imprescindible igualar las velocidades de las piezas a

engranar (piñón loco del secundario y eje), es decir, sincronizar su movimiento,pues de lo contrario, se producirían golpes en el dentado, que pueden llegar a

ocasionar roturas y ruidos en la maniobra.

Como el eje secundario gira arrastrado por las ruedas en la posición de punto

muerto de la caja, y el piñón loco es arrastrado desde el motor a través del

primario y tren intermediario, para conseguir la sincronización se hace necesario el

desembrague, mediante el cual, el eje primario queda en libertad sin ser arrastrado

por el motor y su giro debido a la inercia puede ser sincronizado con el del eje

secundario. Por esta causa, las maniobras del cambio de velocidad deben ser

realizadas desembragando el motor, para volver a embragar progresivamente unavez lograda la selección de la nueva relación deseada.

En la figura inferior tenemos un sincronizador con "fiador de bola", donde puede

verse el dentado exterior o auxiliar (1) del piñón loco del eje secundario

(correspondiente a una velocidad cualquiera) y el cono macho (2) formado en el. El

cubo deslizante (7) va montado sobre estrías sobre el eje secundario (8),

pudiéndose deslizarse en él un cierto recorrido, limitado por topes adecuados. La

superficie externa del cubo está estriada también y recibe a la corona interna del



manguito deslizante (3), que es mantenida centrada en la posición representada en

la figura, por medio de un fiador de bola y muelle (6).

Para realizar una maniobra de cambio de velocidad, el conductor lleva la palanca a

la posición deseada y, con esta acción, se produce el desplazamiento del manguito

deslizante, que por medio del fiador de bola (6), desplaza consigo el cubo

deslizante (7), cuya superficie cónica interna empieza a frotar contra el cono del

piñón loco que, debido a ello, tiende a igualar su velocidad de giro con la del cubo

sincronizador (que gira solidario con el eje secundario). Instantes después, al

continuar desplazándose, el manguito deslizante venciendo la acción del fiador, se

produce el engrane de la misma con el dentado auxiliar del piñón loco sin ocasionar

golpes ni ruidos en esta operación, dado que las velocidades de ambas piezas ya

están sincronizadas. En estas condiciones, el piñón loco queda solidario del ejesecundario, por lo que al producirse la acción de embragado, será arrastrado por el

giro del motor con la relación seleccionada.

Caja de cambios manual de dos ejes

Este tipo de cajas de cambio ha tenido su desarrollo fundamentalmente para

disposiciones de vehículos con tracción delantera. Estas cajas de cambio sólo

poseen dos ejes de forma que no poseen un tercer eje intermediario. El eje



primario obtiene su giro directamente del motor y lo transmite a un eje secundario

que a su vez acciona el conjunto diferencial. De esta forma el tamaño del conjunto

caja-diferencial se reduce quedando todo bajo un conjunto compacto. La

transmisión de todo el par mediante sólo dos ejes obliga a los piñones a soportar

cargas mucho más elevadas que sus homólogos de las cajas de tres ejes. Por tantoes preciso emplear materiales de mayor calidad en la fabricación de estos piñones.

En las figuras siguientes tenemos el despiece de una caja de cambios de dos ejes

de 5 velocidades.



(19) y el de 3ª/4ª (16), este sincronizador sirve además como piñón solidario para

la marcha atrás.

Los sincronizadores están dispuestos de tal forma que: un primer sincronizador

(16) entre los piñones locos de 3ª y 4ª en el eje secundario (15), otro sincronizador

(12) exclusivo para la 5ª marcha en el eje primario y un tercer sincronizador (19)

en el eje secundario entre los piñones locos de 1ª y 2ª marcha.

Observar que el sincronizador (16) de la 3ª y 4ª tiene en su corona desplazable un

dentado recto exterior que hace la función de piñón de marcha atrás. La marcha

atrás se acciona al conectar el piñón de marcha atrás (9) del eje primario con la

corona del sincronizador mediante un piñón auxiliar (12) de marcha atrás que

invierte el giro del eje secundario.Todos los pares de piñones están permanentemente engranados de forma que sólo

el piñón loco de la marcha seleccionada se mueve solidario a su eje a través de su

correspondiente sincronizador. Mientras los demás piñones locos giran libremente

arrastrados por sus homólogos solidarios del otro eje.

Funcionamiento

*El funcionamiento de las distintas marchas es el siguiente:



1ª velocidad

El desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (19) hacia la derecha, produce el

enclavamiento del correspondiente piñón loco (20) del eje secundario, que se hace

solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario comomuestra 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.

2ª velocidad

El desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (19) hacia la izquierda, produce el

enclavamiento del correspondiente piñón loco (18) del eje secundario, que se hacesolidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como






3ª velocidad

El desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (16) hacia la derecha, produce el








4 ª velocidad

El desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (16) hacia la izquierda, produce el








5ª velocidad

El desplazamiento del sincronizador de 5ª (12) hacia la derecha, produce el

enclavamiento del correspondiente piñón loco (14) del eje primario, que se hace







Marcha atrás (M.A.)

Cuando se selecciona esta velocidad, se produce el desplazamiento del piñón de

reenvío, empujado por un manguito. Al moverse el piñón de reenvío, engrana con

otros dos piñones, uno unido a eje primario (9) y el otro lo forma el sincronizador

de 3ª/4ª cuya corona externa tiene labrados unos dientes rectos. Una

particularidad de los piñones que intervienen en la marcha atrás, es que tienen los

dientes rectos en vez de inclinados como los demás piñones de la caja de cambios.

Con este mecanismo 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 primario 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.



Se comprueba en las siguientes figuras como hay cajas de cambios diseñadas de tal

manera que se sitúan los sincronizadores tanto en el eje primario (2) como en el

secundario (12) y los piñones no son todos solidarios en un eje y locos en el otro,

sino que se distribuyen en los dos ejes por igual. En el eje primario tenemos como

piñones solidarios (6, 7 y 8) y como locos (3 y 5). En el eje secundario tenemos

como piñones solidarios (12 y 14) y como locos (9 y 11). La marcha atrás se hace

intercalando un piñón de reenvío entre el piñón solidario del eje primario (7) y la

corona externa dentada del sincronizador de 1ª/2ª. Se aprecian claramente los

dientes rectos de los piñones que intervienen en la marcha atrás.



En la figura inferior puede verse el sistema de mando de la caja de cambios

anterior. La palanca de cambios (8) transmite un movimiento en cruz de izquierda a

derecha y hacia adelante o hacia atrás indistintamente, que es interpretado por eleje/palanca (6) transformando dicho movimiento en uno de giro en semicírculo y

otro movimiento en forma vertical de arriba a abajo o al revés. El Eje/palanca con

su movimiento acciona una de las barras desplazables (4) que tienen acopladas de

forma solidaria las horquillas (7) que a su vez mueven los sincronizadores (1 y 2) y

el piñón de reenvío (3). Las barras desplazables (4) están dotadas cada una de

ellas de unas escotaduras (5), en las que puede alojarse una bola presionada por

un muelle. Estas escotaduras sirven para fijar las barras en una posición concreta

para impedir el desplazamiento de las mismas, como consecuencia de las



Caja de cambios manual actualizada

El cambio que vamos a estudiar ahora es una versión extremadamente ligera,

dotada de dos árboles y 5 velocidades. Los componentes de la carcasa están

fabricados en magnesio. El cambio puede transmitir pares de hasta 200 Nm. Este

cambio se puede emplear en combinación con una gran cantidad de

motorizaciones. Las relaciones de las marchas, los piñones y la relación de

transmisión del eje han sido configurados por ello de modo flexible.



La 1ª y 2ª marchas tienen una doble sincronización. Todas las demás marchas

adelante tienen sincronización simple. El dentado de trabajo de los piñones móviles

(solidarios) y fijos (locos) es de tipo helicoidal y se hallan continuamente en ataque

(engranados).

Todos los piñones móviles (locos) están alojados en cojinetes de agujas y están

repartidos en los árboles primario y secundario. Los piñones de 1ª y 2ª marcha se

conectan sobre el árbol secundario; los de 3ª, 4ª y 5ª marchas se conectan sobre el

árbol primario.

El piñón de marcha atrás (16) tiene dentado recto. La inversión del sentido de giro

sobre el árbol secundario se realiza con ayuda de un piñón intermediario (15),

alojado con un eje aparte en la carcasa del cambio, que se conecta entre los

árboles primario y secundario. Sobre el secundario se conecta sobre la corona

dentada, tallada en el exterior del sincronizador de 1ª y 2ª.

La transmisión del par de giro hacia el diferencial se realiza a través del piñón de

ataque del árbol secundario contra la corona dentada del grupo diferencial.



z2.- nº de diente piñones del secundario

z1.- nª de diente piñones del primario

rt.- relación de transmisión (z2/z1)

Carcasa

La carcasa del cambio consta de 2 piezas de magnesio (carcasa del cambio y



carcasa de embrague).

Con una tapa específica se cierra la carcasa del cambio hacia fuera. Los

componentes de la carcasa son de magnesio, para conseguir un conjunto más

ligero.

Árbol primario

El árbol primario está diseñado con el conjunto clásico de cojinetes fijo/móvil.

Está alojado:

* mediante un cojinete de rodillos cilíndricos (móvil) en la carcasa del embrague,

* mediante un rodamiento radial rígido (fijo) en una unidad de cojinetes, dentro de

la carcasa del cambio.

Para reducir las masas se ha dotado el árbol primario de un taladro que lo atraviesa

casi por completo.



El dentado para la 1ª, 2ª y marcha atrás forma parte del árbol primario. El cojinete

de agujas para la 5ª marcha se aloja en un casquillo por el lado del árbol. Los

cojinetes de agujas para los piñones de 3ª y 4ª marchas funcionan directamente

sobre el árbol primario.

Los sincronizadores de 3ª y 4ª marchas y 5 marcha van engranados mediante un

dentado fino. Se mantienen en posición por medio de seguros.

Árbol secundario

También el árbol secundario está diseñado de acuerdo a los cojinetes clásicos

fijo/móvil.



Igual que el árbol primario, está alojado:

* mediante un cojinete de rodillos cilíndricos (móvil) en la carcasa del embrague

* por medio de un rodamiento radial rígido de bolas (fijo), situado conjuntamentecon el árbol primario en la unidad de cojinetes, en la carcasa del cambio.

Para reducir la masa se ha procedido a ahuecar el árbol secundario.

Los piñones de 3ª, 4ª y 5ª velocidad y el sincronizador para 1ª y 2ª velocidad estánengranados por medio de un dentado fino. Se mantienen en posición por medio de

seguros. En el árbol secundario se encuentran los piñones móviles (locos) de 1ª y

2ª velocidad, alojados en cojinetes de agujas.



Grupo diferencial

El grupo diferencial constituye una unidad compartida con el cambio de marchas.

Se apoya en dos cojinetes de rodillos cónicos, alojados en las carcasas de cambio y

embrague.Los retenes (de diferente tamaño para los lados izquierdo y derecho) sellan la

carcasa hacia fuera.

La corona está remachada fijamente a la caja de satélites y hermanada con el árbol

secundario (reduce la sonoridad de los engranajes).

La rueda generatriz de impulsos para el velocímetro forma parte integrante de la

caja de satélites.



Doble sincronización

La 1ª y 2ª velocidad tienen una doble sincronización. Para estos efectos se emplea

un segundo anillo sincronizador (interior) con un anillo exterior.

La doble sincronización viene a mejorar el confort de los cambios al reducir de 3ª a

2ª velocidad y de 2ª y a 1ª velocidad.

Debido a que las superficies friccionantes cónicas equivalen casi al doble de lo

habitual, la capacidad de rendimiento de la sincronización aumenta en un 50 %,



aproximadamente, reduciéndose a su vez la fuerza necesaria para realizar el

cambio, aproximadamente a la mitad.

Flujo de las fuerzas en el cambio

El par del motor se recibe en el cambio a través del árbol primario. Según la

marcha que esté conectada, el par se transmite a través de la parejacorrespondiente de piñones hacia el árbol secundario y, desde éste, hacia la corona

del grupo diferencial.

El par y el régimen actúan sobre las ruedas motrices en función de la marcha

engranada.



Mando del cambio

Los movimientos de cambio se reciben por encima de la caja. El eje de selección va

guiado en la tapa. Para movimientos de selección se desplaza en dirección axial.

Dos bolas, sometidas a fuerza de muelle, impiden que el eje de selección pueda ser

extraído involuntariamente de la posición seleccionada.

Las horquillas para 1ª/2ª y 3ª/4ª velocidad se alojan en cojinetes de bolas de

contacto oblicuo. Contribuyen a la suavidad de mando del cambio. La horquilla de

5ª marcha tiene un cojinete de deslizamiento.

Las horquillas y los patines de cambio van acoplados entre sí de forma no fija.

Al seleccionar una marcha, el eje de selección desplaza con su dedillo fijo el patínde cambio, el cual mueve entonces la horquilla.



Los sectores postizos de las horquillas se alojan en las gargantas de los manguitos

de empuje correspondientes a la pareja de piñones en cuestión.

Sensores y actuadores

Indicador de la velocidad de marcha

La señal de velocidad que se envía al velocímetro se realiza sin sistemas mecánicos

intermedios (como el cable utilizado en los cambios antiguos).

La información necesaria para la velocidad de marcha se capta en forma de

régimen de revoluciones, directamente en la caja de satélites, empleando para ello

el transmisor electrónico de velocidad de marcha.

La caja de satélites posee marcas de referencia para la exploración: son 7

segmentos realzados y 7 rebajados.



El transmisor trabaja según el principio de Hall. La señal PWM (modulada en achura

de los impulsos) se transmite al procesador combinado en el cuadro de

instrumentos

Conmutador para luces de marcha atrás

El conmutador para las luces de marcha atrás va enroscado lateralmente en lacarcasa del cambio.

Al engranar la marcha atrás, un plano de ataque en el patín de cambio para la

marcha atrás acciona el conmutador con un recorrido específico. El circuito de

corriente se cierra, encendiéndose las luces de marcha atrás.



Caja de cambios de 6 velocidades

Como curiosidad y sin entrar en detalles, vamos a ver este tipo de caja de cambios,

que se empieza a ver montada en vehículos de medias y altas prestaciones.

El diseño de esta caja dispone de tres árboles de transmisión que permite un diseño

muy compacto, que ocupa poco espacio.



Caja de cambios manual de 6velocidades

El cambio manual de 6 marchas destaca por numerosas cualidades, siendo la más

significativa el buen aprovechamiento del par entregado por el motor, consecuencia

de un excelente escalonamiento de las marchas.

Además, al disponer de 6 marchas se reduce el consumo, los niveles de

contaminación y se disminuye el impacto medioambiental

En el ámbito tecnológico, la novedad principal del cambio es el uso de dos árboles

secundarios. Dicha técnica permite obtener un conjunto mas compacto, para poder

montarlo en vehículos con grupo motor propulsor transversal.

Todas las marchas, incluida la marcha atrás, están sincronizadas, por lo que la

facilidad en la conexión está asegurada. Además, los engranajes son helicoidales,

hecho que aumenta la resistencia y reduce la sonoridad.

El uso de cable de mando en la transmisión de los movimientos de la palanca hacia



el cambio de marchas aporta una mayor suavidad en el manejo, mayor precisión en

los movimientos y una reducción en la traslación de ruidos al habitáculo.

La facilidad de manejo del cambio se complementa con el accionamiento hidráulico

del embrague.

El cambio manual con 6 marchas hacia delante y una hacia atrás, se monta junto

con el motor de forma transversal. Existen dos versiones, una para vehículos con

tracción delantera y otra para vehículos con tracción total, siendo el peso de 48,5

kg y de 68 kg respectivamente

En ambos casos el par de entrada máximo admisible es de 350 Nm valor suficiente

para poder ser montado en motores de alta potencia y par.

La carcasa del embrague dispone de numerosos taladros útiles para acoplar el

cambio a los motores de diferentes familias. De esta forma se compensa el ángulo

de inclinación propia de cada motor. Existen diversas relaciones de cambio, según

sea la motorización en la que se monte. Por esta razón es importante consultar las

letras distintivas del cambio en las operaciones de reparación.

Estructura

Los elementos que forman la caja de cambios están alojados en el interior de dos

carcasas de aluminio, la del "embrague" y la del "cambio".



Los componentes básicos del cambio son:

* un árbol primario,

* dos árboles secundarios,

* un árbol para la marcha atrás,* un diferencial y

* la timonería necesaria para la selección y conexión de las marchas

La versión de tracción total dispone además de una "caja de reenvío",

imprescindible para transmitir par de giro al eje trasero.

La utilización de dos árboles secundarios, técnica conocida como "flujo de fuerzas

cruzado", permite repartir los piñones móviles de las marchas entre ambos árboles

y reducir así la longitud total del cambio.

Cada árbol secundario tiene un piñón de ataque que engrana directamente con lacorona del diferencial. Pero sólo transmite movimiento el árbol que tenga

engranada una marcha. Todos los piñones tienen dientes helicoidales. Además

todas las marchas están sincronizadas, incluida la marcha atrás.



Árbol primario

El primario, sujeto por la carcasa del embrague y la del cambio, está apoyado en

ellas mediante rodamientos de rodillos cónicos En el árbol se han mecanizado dos

dentados, el de la 2ª marcha (el mas próximo al embrague) y otro que es común

para la 1ª y la marcha atrás.

Sobre el árbol se monta un piñón doble, los cuales quedan solidarios. Dicho piñón

doble incluye dos dentados, uno para la 6ª y 4ª marchas y otro para la 3ª. En su

extremo opuesto al embrague se monta al piñón para la 5ª. Una vez montado,

también gira solidario con el árbol.



Árboles secundarios

Esta caja de cambio manual tiene dos secundarios: el "árbol secundario I" y el

"árbol secundario II". Ambos gravitan en la carcasa del cambio y en la delembrague mediante rodamientos de rodillos cónicos.

En el "secundarlo I" se montan los piñones de la primera hasta la 4ª marcha,

mientras que en el "secundarlo II" dispone los piñones de la 5ª, 6ª y marcha atrás

Todos los piñones de los secundarios giran libres sobre rodamientos de agujas.

Cuando se engrana una marcha, el piñón correspondiente queda solidario al eje,

transmitiendo el par a la corona del diferencial.

Todas las marchas están sincronizadas. Los sincronizadores de todas las marchas

están repartidos entre los dos secundarios. Debe destacarse la sincronización doble

de la 1º y 2º y 3ª el resto son sincronizadores simples.El árbol "secundario II" tiene la característica de las zonas ocupadas por los piñones

de la 4ª, 1ª y 2ª marcha. Gracias a una arandela derivadora de aceite, el árbol

hueco y los tres taladros se logra un correcto engrase de los rodamientos de agujas

de los piñones



Otros componentes internos

Eje de marcha atrás

La inversión de giro del secundario se logra mediante el eje de la marcha atrás, al

cual están fijados dos piñones, uno en permanente contacto con el primario y otro

con el secundario.

El eje se apoya en la carcasa del cambio y en la del embrague por medio de rodillos

de aguja

Diferencial

Descansa en dos rodamientos de rodillos cónicos, uno en la carcasa del embrague yel otro en la del cambio.

Tiene la función de compensar la diferencia de revoluciones de las ruedas motrices

al tomar una curva. Está formado por una corona solidaria a la carcasa del

diferencial, la cual al girar arrastra la carcasa donde se aloja el eje de los satélites.

La actuación conjunta de los satélites y los planetarios, engranados entre sí,

compensa la diferencia de giro de las ruedas motrices en curvas.

Con tal de mejorar la suavidad de marcha y reducir ruidos, se ha rectificado

cónicamente la carcasa del diferencial en las salidas de los ejes abridados, para

alojar un anillo cónico cargado por un resorte, evitando así vibraciones no deseadasen los ejes abridados.

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