FUNCIONAMIENTO DE SITEMAS DE TRANSMICIÓN DE DOS Y …
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1.1. Carrera Profesional : MECATRÓNICA AUTOMOTRIZ.
1.2. Módulo : MANTENIMIENTO Y REPARACION DEL SISTEMA TRANSMISIÓN DE VEHÍCULOS AUTOMOTORES
1.3. Unidad Didáctica : SISTEMA DE EMBRAGUE Y TRANSMISIÓN CONVENCIONAL.
1.4. Horas Semestre : 80 hrs
1.5. Horas Semana : 5 hrs.
1.6. Créditos : 4
1.7. Semestre Académico : III
1.8.
1.9. Docente : TEC. MEC: PEPE RAMIREZ CASTERNOQUE.
FUNCIONAMIENTO DE SITEMAS
DE TRANSMICIÓN DE DOS Y
TRES EJES.
Cajas de cambio manual hay de dos tipos fundamentalmente: Caja de cambios de dos ejes: Un eje primario transmite el par motor a uno secundario, que a su vez lo transmite de forma directa al grupo diferencial. Caja de cambios de tres ejes: Un eje primario transmite el par a uno intermediario, éste a su vez lo transmite a otro eje, el secundario, que es coaxial con el primario; y transmite el par al grupo diferencial. A continuación veremos un esquema de la disposición de la caja de cambios en el vehículo:
En este esquema podemos observar como la línea que recorren las flechas (que podríamos
tomarla como la línea de transmisión de par) es continua, es decir la transmisión de par se
realiza en el mismo eje hasta el mecanismo diferencial. La caja de cambios se encuentra por
debajo del habitáculo, dividiendo en dos el mismo longitudinalmente. Este es el caso habitual
de uso de la caja de cambios de 3 ejes.
En este esquema, sin embargo, vemos que la situación de la caja de cambios
está adelantada con respecto al puesto de conducción, debido a la forma de transmitir el par
motor. Este es el caso habitual de uso de la caja de cambios de 2 ejes.
Estos son los esquemas más usados en vehículos con cajas de cambio manual, pero no son los
únicos. Podemos encontrar vehículos con motor longitudinal y tracción delantera, y vehículos
con motor transversal y propulsión, aunque esto último es más raro.
Vamos a pasar a estudiar el tipo más común de caja de cambios, me estoy refiriendo a la caja
de cambios de tres ejes:
Aquí un esquema que ejemplifica muy bien como es una caja manual de 3 ejes, o mejor dicho
como se dispone los engranajes dentro de la caja. Estas cajas se reconocen muy fácilmente
debido a la forma alargada de su cárter (recordad que era la carcasa metálica que envolvía
todo el conjunto de engranajes y que iba bañada en aceite lubricante). También se las
denomina cajas de cambio de toma constante, debido a que siempre tienen dos piñones
engranados continuamente que transmiten el par al eje intermediario (normalmente fijo).
Viendo la imagen me podríais preguntar, ¿por qué se denomina de tres ejes, si yo sólo veo
dos? En realidad son 3 ejes de transmisión de par, lo que ocurre que dos de ellos son coaxiales,
y el otro es paralelo a los anteriores. Pero en realidad son tres ejes, y es la configuración más
habitual para los vehículos con motor delantero y propulsión.
Piñón solidario: Un engranaje o piñón solidario no es más que una rueda de engranaje que se
mueve solidaria con un eje, es decir siempre se encuentra conectada.
Piñón de arrastre: Es aquel que mueve o arrastra a otro engranaje o conjunto de engranajes.
Piñón loco: Es aquel que gira sólo cuando el sincronizador correspondiente lo enclave y haga
solidario su giro con el eje. Mientras no se accione el sincronizador, el piñón se encuentra
suelto, y no transmite movimiento.
Aclarados algunos términos, pasamos a ver en detalle como funciona una caja de cambios:
Sería punto muerto o neutral (la famosa N que vemos en los coches de competición). Antes de
explicar el porqué, vamos a decir que las cajas de cambios de tres ejes utilizan el sistema
llamado de doble reducción. ¿En qué consiste? Pues simplemente en reducir la velocidad de
transmisión 2 veces, así de simple y así de complejo a la vez. Lo que ocurre en una caja de tres
ejes es que hacemos coincidir longitudinalmente el eje primario y el secundario, y utilizamos el
intermediario para la doble reducción que os acabo de contar, ya que el piñón B y el C son de
distinto tamaño, pero es que E y H también lo son o F e I, etc...y esta doble reducción consigue
que se transmita el par motor al eje secundario de manera eficaz, además de compactar un
poco el tamaño de la caja.
En punto muerto, que es la posición de la imagen de arriba, no hay transmisión de par
motor a las ruedas, que es lo mismo que si desconectamos el embrague del motor, tampoco
hay transmisión.
Desplazamos el sincronizador de 1ª/2ª (N) hacia la derecha, enclavándose el piñón loco (J).
Al hacerse el giro de J solidario con el eje secundario, conseguimos transmitir el par como
indica la figura, obteniéndose la mayor reducción de velocidad de giro, por lo que obtenemos
la mínima velocidad de desplazamiento del vehículo y el máximo par motor transmitido.
Desplazamos el sincronizador (recordad que se realiza mediante el accionamiento de la
palanca de cambios, que a su vez acciona unas horquillas que desplazan los
sincronizadores) de 1ª/2ª (N) hacia la izquierda, enclavándose el piñón loco (I). Al producirse
este encalvamiento, la transmisión del movimiento (y del par) será como se indica en la figura
superior, y producimos la reducción de la velocidad de giro oportuna. En esta velocidad (2ª), la
reducción es algo menor que en el anterior caso, y por ello la velocidad de desplazamiento es
algo mayor, y el par motor algo menor.
Desplazamos el sincronizador de 3ª/4ª (O) hacia la derecha, enclavándose el piñón loco
(H). Al igual que en casos anteriores, obtenemos una reducción oportuna de la velocidad de
giro. La velocidad de giro será un poco mayor que en el anterior caso (2ª velocidad), y por ello
la velocidad de desplazamiento será mayor y el par motor algo menor.
En este caso, como nos encontramos con una caja ce cambios de 4 velocidades,
cuando desplazamos el sincronizador (O) hacía la izquierda, enclavamos el piñón de arrastre
(B) o de toma constante. En este caso se dice que la caja ha engranado la marcha directa, y no
hay intervención del eje intermediario, realizandose la transmisión de par motor a la
velocidad de giro del motor, es decir de forma directa. Aquí el par disminuye al ofrecido por el
motor (luego el diferencial lo aumentará un poco) y se alcanzará la velocidad máxima de
desplazamiento.
En vehículos con caja de cambios de 5 velocidades, la marcha directa puede ser la 4ª y la 5ª es
una marcha de desmultiplicación, denominada superdirecta. Esta marcha de desmultiplicación
consigue, como su nombre indica, que las revoluciones de giro aumenten con respecto a las
revoluciones de motor, consiguiendo que el motor baje de vueltas. Esto se hace para relajar el
motor cuando se desciende una pendiente o se llanea, aunque la transmisión de par motor es
mínima.
Por último, vemos el accionamiento de la marcha atrás o reverse, indicada con una R en la
palanca de cambios. En este caso, un manguito de empuje del piñón de la marcha atrás hace
engranar este con dos piñones de dientes rectos que pertenecen al eje secundario e
intermediario. Así se obtiene una nueva relación de cambio, además de invertir el giro del eje
primario con el secundario. Reseñar dos cosas, una que el piñón del eje secundario es
solidario con el eje, y no necesita sincronizador para su engrane, y dos que la reducción de giro
es parecida a la primera velocidad, y por tanto el par motor transmitido es muy parecido.
Digo esto último para que sepais que si un coche con tracción delantera tiene problemas para
subir una cuesta en 1ª velocidad (porque patine y en 2ª no tenga fuerza suficiente), podeis
probar a subirla marcha atrás. La fuerza a transmitir será muy parecida, pero con la
particularidad de que el peso del coche se carga al eje delantero, evitando el patinaje al cargar
de más peso al vehículo en la parte delantera.
Bueno, ahora pasamos a estudiar el otro caso de cajas de cambio manuales, las cajas de
cambio de dos ejes:
En este esquema se observa como es internamente una caja de cambios de dos ejes, esquema
que es un corte transversal de la caja y digamos que estaríamos observándola desde
arriba (para que os hagais una idea de porque esa forma). A diferencia de en el anterior tipo,
aquí sólo tenemos un eje primario y uno secundario. Esto se hace así ya que la caja se utiliza
para motores en posición transversal y tracción delantera. Al tener que compartir espacio con
el motor, debe ser lo más compacta posible. Ahora veremos en más detalle los componentes:
Aquí observamos, en primer lugar, que tenemos una velocidad más que en la caja de tres ejes,
pero hay cajas de tres ejes con hasta 6 velocidades, así que tomadlo sólo como ejemplo, no
como norma. Deciros también, que al contrario que en la caja de tres ejes, aquí los piñones
solidarios y los locos se reparten por igual entre los dos ejes, de ahí que no necesitemos eje
intermediario y así reduzcamos el tamaño de la caja lo más posible. El gran inconveniente
frente a una caja de tres ejes, es que el reparto del par se realiza entre dos ejes y eso hace que
los esfuerzos a soportar por los piñones sean mayores.
Al igual que en la caja de tres ejes, desplazamos el sincronizador de la 1ª/2ª (19) velocidad a
la derecha, enclavando el piñón loco (20). Al igual que en la caja de tres ejes, obetenmos la
máxima reducción de giro, la mínima velocidad de desplazamiento del vehículo y el máximo
par motor transmitido.
Ahora desplazamos el sincronizador de 1ª/2ª (19) hacia la izquierda, enclavando el piñón loco
(18). La reducción es algo menor que en 1ª, y ya sabeis que eso conlleva menor par motor y
algo más de velocidad de desplazamiento del vehículo.
Lo mismo que en anteriores casos, os recuerdo que es un proceso repetitivo. Sólo cambia el
sincronizador que se acciona, y sabed que conforme aumentamos la relación de velocidad,
disminuimos el par motor transmitido. Esto es siginificativo, porque siempre que queremos
hacer un adelantamiento, debemos buscar una relación adecuada para ello. Por ejemplo, la 3ª
velocidad puede ser adecuada para muchos casos de adelantamiento, la 2ª velocidad sólo
cuando partimos de una velocidad de desplazamiento muy baja. La 5ª velocidad no será
adecuada debido al poco par motor transmitido.
Al igual que en las cajas de tres ejes, aquí intercalamos un piñón de reenvio o piñón de
marcha atrás, que es de dientes rectos normalmente. Cambiamos el sentido de giro y además
obtenemos una relación de transmisión parecida a la 1ª velocidad.
A continuación os expongo algunos esquemas de una caja de cambio manual moderna:
La mayoría de motores en vehículos de calle están colocados en posición transversal. Es lógico
pensar que la caja de cambios manual que más cambios ha sufrido es la de dos ejes, y aquí
teneis un esquema de una caja de cambios moderna (el 75 % de los vehículos equipan una
similar a esta). Sólo la primera y segunda velocidad tienen doble sincronización, las demás la
sincronización es simple. El ir doblemente sincronizada asegura una transmisión del par motor
más efectiva, y un engranamiento más suave. Esta caja de cambios es realmente compacta y
ligera. Normalmente las cajas modernas llevan una carcasa o cárter fabricado en aluminio al
magnesio. Esto les dota de rigidez y ligereza al mismo tiempo.
Esquema de la estructura del árbol primario
Esquema de la estructura del árbol secundario
Quiero que observeis que tanto el árbol primario como el secundario, contienen piñones locos
y solidarios, como toda caja de dos ejes que se precie y de ahí lacompacidad que se consigue.
Y he aquí el mecanismo que se encuentra justo debajo de nuestra palanca de cambios. Como
veis es un sistema de horquillas que se encuentran alojadas en el interior del cárter y que se
encuentran conectadas a la palanca por medio de cojinetes. Estas horquillas son las que
desplazan los sincronizadores para accionar una u otra relación de cambio.
A continuación, la bbliografía consultada:
- http://www.aficionadosalamecanica.net/caja-cambios4.htm
- http://www.aficionadosalamecanica.net/caja-cambios2.htm
- http://professionalautomotive.wordpress.com/2012/07/24/cajas-de-cambio-tipos-y-
funcionamiento/
- http://www.aficionadosalamecanica.net/caja-cambios1.htm