Caja de velocidades

Caja de Velocidades o de Cambios

Caja de velocidades o cambios. Las cajas de cambios son parte de la transmisión del automóvil, y juegan un papel muy importantes, para establecer la fuerza de tracción apropiada y así adaptarse a las necesidades del camino o la carga. La cantidad de etapas de cambio dependerá del campo de utilización del automóvil y de la elasticidad del motor. Esta caja de cambios se acopla directamente al motor, a través de un embrague mecánico, hidráulico, o de un convertidor de torque o convertidor de par.

Tipos de caja de velocidad o cambio

La caja de cambios manual

Engranes Rectos de una caja de Velocidades

Es el tipo de caja utilizado por la mayoría de vehículos. Se sitúa entre el embrague y el diferencial y está compuesta de engranajes montados sobre ejes. El conductor puede, a través de un selector de velocidades, escoger la marcha a engranar.

Como funciona una Caja de Velocidades Manual?

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 mas revoluciones; y esto le da más fuerza. Utilizamos el termino 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 apagara.

Con este ejemplo pretendemos 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 trasladara sus revoluciones, directamente a las ruedas que ejercen la tracción, el acople seria tan brusco que el motor se ahogaría.(se apaga el motor)

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 (flywheel), 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.

Diferencias de Cajas de Velocidades en vehículos de tracción trasera y tracción delantera

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, trae integrado 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. Una caja de velocidades, tiene la función de recibir las revoluciones del motor, y transmitirlas hacia las ruedas impulsoras, (en este caso las ruedas de atrás).

Cuando un vehículo inicia su salida, necesita fuerza. Pero esta fuerza debe ser transmitida con suavidad; para este fin sirve el disco de embrague y prensa. Cuando tenemos pisado el pedal del embrague [clutch]; estamos presionando el diafragma o resorte de una prensa. En consecuencia cuando el vehículo esta parado; debemos soltar el pedal poco a poco, de esta manera, la prensa dejara que el disco de embrague, tome las rpm del motor, primero acariciando, y luego pegándose a la rueda volante; en la medida que el vehículo empiece su movimiento hacia adelante o hacia atrás.

Cuando el vehículo esta en movimiento; el acople con suavidad es relativo; debido a que en esta etapa; solo se deja de acelerar; y se pisa el pedal para hacer el cambio de velocidad, luego se suelta el pedal y se sigue acelerando.

Ventajas - El cambio de marchas manual permite una conducción adaptada - La BVM tiene bajo coste

Inconvenientes - Cambio de marchas manual - Interrupción de la transmisión del par durante el cambio de marcha

La caja de cambios automática

Engranes Helicoidales de una caja de Velocidades

La caja de cambios automática es capaz de cambiar las marchas de forma autónoma y progresiva. La caja de cambios automática se compone de un conversor de par, trenes epicicloidales, embragues multidiscos, un selector de marchas y una bomba de aceite que favorece la lubricación del mecanismo de la caja. Así, gestiona el arranque del vehículo, la selección y el cambio de marchas durante la conducción. Esta solución se utiliza en vehículos de alta gama en razón de la autonomía y el confort que proporciona.

Como funciona una Caja de Velocidades Manual?

Las cajas de cambio automáticas se prescinde del embrague que se usa en las manuales, y su función la realiza ahora un convertidor hidráulico. De este modo, el conductor no se encarga de embragar o desembragar como sucede en los cambios manuales.

La idea de funcionamiento de un convertidor hidráulico se entiende muy bien si nos imaginamos dos ventiladores enfrentados, si conectamos uno de ellos, produce viento que actúa sobre las palas del segundo ventilador y lo hace girar según el sentido de inclinación de sus palas. En este caso se ha producido un acoplamiento fluido entre los dos ventiladores y el fluido utilizado es el aire.

Si reducimos la distancia entre los dos elementos y los ponemos herméticamente cerrados o muy juntos mejoramos la eficiencia de este tipo de acoplamiento.

Basándonos en esta idea cogemos dos elementos, como medias “rosquillas huecas” partidas por la mitad, en cuyo interior haya unas aletas con la inclinación adecuada.

Las enfrentamos una con otra de forma que “hagan una rosquilla” y llenamos su interior de aceite, al hacer girar una de las dos mitades, el aceite también gira transportado por las aletas y al describir este movimiento de rotación, el aceite, por causa de la fuerza se va hacia el exterior lejos del eje, es decir que el aceite se mueve según una banda circular.

De esta manera el aceite que está siendo arrastrado junto con el elemento motriz, penetra en el elemento conducido, (la media rosquilla que tiene en frente) con un ángulo que depende de la inclinación de las paletas, y de este modo el aceite al chocar contra las aletas del conducido con un cierto ángulo de incidencia, le transmite un par.

En principio, cuanto más deprisa gira el elemento motriz respecto al conducido, más fuerte es el impacto del aceite sobre las aletas y por lo tanto transmite un mayor par. A medida que la velocidad del conducido se aproxima a la del elemento motriz disminuye la fuerza efectiva del aceite sobre las aletas de aquél. Si los dos miembros se mantiene a la misma velocidad no pasa aceite de uno a otro, y no se transmite energía a través del acoplamiento, por lo que esta condición de igual velocidad de las dos partes no se produce cuando el motor está en marcha.

Si la velocidad del motor se reduce de manera que sea el coche el que mueva el motor sucede que habrá un punto en que ambos elementos giren a la vez y a partir de este punto el conducido se convertirá temporalmente en el elemento motriz y el que normalmente es el motriz pasa a ser conducido, con lo que se produce el efecto de freno motor.

Este sistema a la hora de llevarlo a la práctica tiene el inconveniente de que las turbulencias que se forman en el aceite en su interior provocarían un estado de movimiento violento e irregular en ciertas condiciones y se formarían remolinos en todas las direcciones, en especial en las secciones centrales con lo que se reduciría notablemente su eficacia, para solucionar este problema se incorpora un anillo guía que es como una rosquilla hueca que ocupa la parte central, está dividido en dos mitades, una corresponde a la parte del elemento motriz, y otra al elemento conducido.

Con este sistema el aceite no puede hacer turbulencias y se encuentra mucho mejor guiado. Las aletas en este sistema no son planas, sino que tienen unas aletas curvadas con un diseño muy estudiado para optimizar la circulación de aceite y que permite que el aceite cambie de dirección bastante gradualmente cuando pasa del miembro propulsor a propulsado, y sobre todo evitar el efecto rebote que se puede producir cuando el elemento motriz gira bastante más deprisa que el conducido y el aceite es impelido sobre las aletas de este con un fuerza considerable, al chocar contra ellas rebota contra e elemento motriz produciéndose una pérdida de par.

Con las aletas que utiliza el convertidor de par el resultado es que cuando existe una gran diferencia de velocidad entre los elementos motriz y conducido, el par no disminuye, sino que por el contrario, en el convertidor de par el momento se multiplica.

Al elemento conductor se le llama impulsor o bomba, porque es el que recibe el movimiento del motor, al que está unido, e impulsa el aceite contra el conducido. El elemento conducido se llama turbina, y va acoplada a la caja de cambios. Pero el convertidor de par incluye un tercer elemento que viene a mejorar las condiciones de funcionamiento en la circulación del aceite, se trata del estátor.

Está montado sobre un mecanismo de rueda libre que le permite desplazarse libremente cuando los elementos del convertidor giran a una velocidad aproximadamente igual. Sin embargo cuando tiene lugar un incremento del par, que conlleva una reducción de la velocidad, el estátor para y actúa como un elemento de reacción, es decir que el aceite se desvía en los bordes de salida de la turbina a una dirección más favorable antes de que se introduzca en la bomba. Gracias a esto el aumento máximo del para producido es algo superior al doble.

Ventajas: - Capacidad de cambiar de marcha bajo carga - Selección automática de las marchas que mejor se adaptan en cada momento

Inconvenientes: - Coste elevado - Menor rendimiento (92% a 96%)

Partes de la caja de velocidades

• Piñón.
• Tren móvil.
• Tren fijo: o eje intermediario.
• Sincronizador.
• Bronce:
• Horquillas.
• Varilla selectora.
• Piñón loco.
• Pera de reversa.
• Rodamiento:
• Retenedor de bola.
• Retenedor de aceite.

Lubricante para cajas de cambio

Lubricantes para cajas de cambios manuales

• 4 velocidades Pieza Ford BAE - 4 AZ - 19580 A ó similar viscosidad SAE 80W 90
• 5 velocidades Pieza Ford BAE - 4 AZ - 19580 B ó Jaso hipoid gear oil transmission se 75, codigo de identificación: API-GL5

Dadas las características del lubricante utilizado en las cajas de velocidades manuales, los mismos no necesitan ser reemplazados en toda la vida útil del sistema, solo es necesario verificar y/o completar el nivel cada 10.000 Km o 6 meses (lo que primero ocurra).

Lubricantes para cajas de cambios automática

Pieza Motorcraft XT - 2 QDX.

Fuente

• Francisco Benítez. Construcción y Cálculo del Automóvil.
• www.automecánico.com
• www.rincondelvago.com