Cajas de Cambios Manuales
Concepto y Funciones
La caja de cambios es un mecanismo que adapta la potencia del motor a las necesidades de desplazamiento del vehículo, variando la relación entre la velocidad de giro del motor y la de las ruedas motrices. Sus funciones principales son:
- Permitir el avance a diferentes velocidades.
- Permitir la marcha atrás.
- Permitir mantener el vehículo parado sin apagar el motor (posición de punto muerto).
Principios de Funcionamiento
Se basa en la combinación de engranajes de distintos tamaños (relaciones de transmisión). Se busca multiplicar el par motor en arrancadas o reducirlo para alcanzar mayores velocidades.
Tipos de Cajas Manuales
- Cajas de engranajes en malla constante: Los engranajes están siempre engranados, pero la conexión al eje se realiza mediante embragues sincronizados.
- Cajas de engranajes en toma constante: Menos usadas actualmente.
Componentes Principales
- Árbol primario, árbol secundario, árbol intermedio.
- Piñones locos y solidarios.
- Mecanismos sincronizadores.
- Selector de marchas.
- Horquillas de selección.
Mecanismo Sincronizador
Permite que los engranajes alcancen la misma velocidad antes de acoplarse, evitando ruidos y desgaste. Utiliza anillos de fricción.
Relaciones de Transmisión
La relación de transmisión depende del número de dientes de los engranajes implicados. Se diseña para:
- Tener fuerza en marchas cortas.
- Alcanzar velocidad en marchas largas.
Cajas de Cambios Automáticas
Concepto y Funciones
Las cajas automáticas realizan los cambios de marchas de manera automática, sin intervención directa del conductor para seleccionar relaciones. Sus funciones principales son:
- Variar automáticamente la relación de transmisión.
- Facilitar la conducción (especialmente en ciudad).
- Mejorar el confort y la eficiencia en determinadas condiciones.
Componentes Principales
- Convertidor de par: Sustituye al embrague manual. Permite la transmisión del par motor de forma progresiva.
- Conjunto de trenes epicicloidales: Permiten diferentes relaciones de transmisión.
- Válvula de mando o unidad mecatrónica: Controla hidráulicamente los cambios.
- Bomba de aceite: Proporciona la presión necesaria para el funcionamiento del sistema.
- Módulo electrónico de control (TCU o ECU): Gestiona los cambios según múltiples parámetros.
Convertidor de Par
Formado por:
- Rueda de bomba (unida al motor).
- Rueda de turbina (unida a la caja de cambios).
- Estátor (mejora la eficiencia a bajas velocidades).
Permite también el efecto de multiplicación de par en fases de arranque.
Trenes Epicicloidales
Compuestos por:
- Corona exterior (dientes internos).
- Satélites.
- Portasatélites.
- Planeta o piñón solar.
Mediante la combinación de elementos frenados o conectados, se obtienen distintas relaciones de transmisión (directas, reductoras, inversoras).
Control de los Cambios
Puede ser:
- Hidráulico (en modelos más antiguos).
- Electrónico (en modelos modernos, mediante sensores y actuadores).
Se adapta a condiciones como:
- Aceleraciones.
- Velocidad del vehículo.
- Presión del pedal del acelerador.
- Inclinación de la carretera.
Cajas de Cambios Robotizadas y CVT
Concepto de Cajas Robotizadas
Las cajas robotizadas son cajas de cambios manuales convencionales a las que se les añaden actuadores automáticos para accionar el embrague y/o realizar los cambios de marchas sin intervención directa del conductor.
Características Principales
- Utilizan la base de una caja manual.
- Los movimientos del embrague y del selector son realizados por motores eléctricos, hidráulicos o electrohidráulicos.
- Gestionadas por una unidad electrónica que toma decisiones en función de diversos parámetros.
Tipos de Cajas Robotizadas
- De embrague simple: Un solo disco de embrague accionado automáticamente.
- De doble embrague: Disponen de dos embragues para optimizar la rapidez de cambio (uno para marchas pares y otro para impares).
Ventajas
- Ahorro de combustible frente a cajas automáticas tradicionales.
- Mayor confort de conducción que las cajas manuales.
- Menor desgaste del embrague gracias a la gestión electrónica.
Transmisión Variable Continua (CVT)
Funcionamiento
Las cajas CVT no tienen engranajes fijos, sino que permiten variar de forma continua la relación de transmisión.
- Utilizan dos poleas de diámetro variable conectadas por una correa metálica.
- Al cambiar los diámetros efectivos de las poleas, se consigue variar la relación de transmisión de forma progresiva.
Características
- Aceleración suave y continua (sin «saltos» de marcha).
- Mejor adaptación del régimen del motor a las necesidades de carga y velocidad.
Componentes Principales de una CVT
- Polea primaria (entrada del motor).
- Polea secundaria (salida hacia las ruedas).
- Correa metálica o cadena especial.
- Sistema de control hidráulico o electrónico.
Aplicaciones
- Vehículos urbanos, híbridos, scooters, maquinaria agrícola ligera, etc.
Transmisión por Engranajes
Los engranajes son elementos de máquinas que permiten transmitir un movimiento de rotación entre dos árboles mediante la acción de unos dientes que se encuentran mecanizados sobre la periferia de unas ruedas. Las ruedas dentadas acopladas entre sí reciben el nombre de tren de engranajes.
Clasificación de la Transmisión por Engranajes
La transmisión por engranajes puede clasificarse atendiendo a diferentes criterios:
- Según la disposición relativa de los árboles:
- Árboles paralelos: engranajes cilíndricos de dientes rectos o helicoidales.
- Árboles que se cortan: engranajes cónicos.
- Árboles que se cruzan: engranajes de tornillo sin fin-corona.
- Según el tipo de diente:
- Recto.
- Helicoidal.
- Cónico.
- Doble helicoidal.
- Hipoide.
Elementos Principales de un Engranaje Cilíndrico Recto
Los elementos principales de un engranaje cilíndrico recto son los siguientes:
- Diámetro exterior (De): diámetro máximo de la rueda dentada.
- Diámetro primitivo (Dp): diámetro del círculo que pasa por los puntos de contacto entre los dientes de dos ruedas dentadas acopladas. Este diámetro es el más importante, ya que define la relación de transmisión.
- Diámetro de base (Db): es el diámetro del círculo que sirve de base para dibujar el perfil involuta del diente.
- Paso (p): distancia medida sobre la circunferencia primitiva entre dos dientes consecutivos.
- Espesor del diente (s): es la anchura del diente medida sobre la circunferencia primitiva.
- Módulo (m): es la relación entre el diámetro primitivo y el número de dientes. Su unidad es el milímetro.
- Número de dientes (Z): total de dientes que tiene la rueda dentada.
- Ancho de cara (b): es la anchura axial de los dientes.
- Ángulo de presión (α): ángulo que forma la normal al perfil del diente en el punto de contacto con la tangente a la circunferencia primitiva. El valor normalizado es 20°.
Los valores de los módulos están normalizados según la norma ISO y pueden tomar los siguientes valores: 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25, etc.