Cajas de Cambios: Funcionamiento, Componentes Clave y Mantenimiento Esencial

Introducción a las Cajas de Cambios

Son las encargadas de recibir el movimiento del embrague, que proviene del motor.

Funcionamiento y Estructura de la Caja de Cambios

Tipos Principales

Existen principalmente dos tipos, en función de su sellado:

• Herméticas
• No herméticas

Estructura Fundamental

Está formada por un conjunto de ruedas dentadas de diferentes tamaños, dispuestas en dos ejes: un árbol primario y un árbol secundario.

Marcha Atrás

Los engranajes para la marcha atrás son, comúnmente, de dientes rectos. Se utiliza este tipo, por ejemplo, en vehículos de competición. La desventaja principal es que son muy ruidosos y tienden a desgastarse más. En las cajas de cambios de ahora se utilizan dientes helicoidales (generalmente para las marchas de avance).

Particularidades en Tracción Delantera

En vehículos de tracción delantera, el motor se puede montar de forma longitudinal o transversal. El grupo reductor suele estar integrado dentro de la misma carcasa de la caja de cambios.

Mecanismo de Interbloqueo

Es un mecanismo que impide desplazar dos coronas a la vez y seleccionar dos velocidades simultáneamente, ya que podría dañar la caja de cambios debido a la desmultiplicación incorrecta que se produciría.

Relación de Transmisión

La relación de transmisión se obtiene de la proporción entre el número de dientes de las ruedas dentadas del árbol primario y las del árbol secundario para cada marcha.

Componentes Detallados de la Caja de Cambios

Elementos Clave

Los principales elementos que componen una caja de cambios son:

• Ruedas dentadas
• Rodamientos
• Retenes
• Sincronizadores
• Mecanismo de enclavamiento de las velocidades

Ruedas Dentadas

Las ruedas dentadas, también conocidas como piñones o engranajes, pueden ser de dientes helicoidales o dientes rectos.

Tipos de Dentado

Dentado Recto: Características

En el dentado recto, una característica fundamental es el diámetro primitivo, que corresponde al diámetro de la circunferencia imaginaria sobre la cual los dientes engranan teóricamente.

Dentado Helicoidal: Ventajas

El dentado helicoidal tiene los dientes tallados en forma de hélice. Se utiliza en todas las marchas de avance debido a que su engrane es más suave, silencioso y genera menos desgaste en comparación con el dentado recto. Tradicionalmente, la marcha atrás podía usar dientes rectos.

Rodamientos

Función y Tipos

Los rodamientos son cruciales ya que reducen el desgaste y el rozamiento entre los ejes y la carcasa, lo que alarga la vida útil de la caja de cambios. Los principales tipos empleados son:

• Cónicos
• De bolas
• Cilíndricos
• De agujas

Capacidad de Carga

Carga Estática

La carga estática es la carga máxima que soportan los cojinetes (rodamientos) cuando están en reposo, sin que sufran deformaciones permanentes o deterioro.

Carga Dinámica

La carga dinámica es la carga máxima que soportan los cojinetes (rodamientos) cuando están en movimiento (rotación), durante un número determinado de revoluciones, sin que aparezcan signos de fatiga o deterioro.

Retenes

Los retenes son elementos de estanqueidad que sirven para evitar pérdidas de lubricante (valvulina) hacia el exterior y la entrada de contaminantes al interior de la caja. Generalmente, se fabrican con caucho sintético montado sobre una carcasa metálica, la cual define su diámetro exterior para el montaje.

Sincronizadores

Los sincronizadores tienen la función de igualar las velocidades de rotación de los piñones que se van a engranar con sus respectivos ejes antes de que se complete el acoplamiento. Esto permite un cambio de marchas suave y sin el 'rascado' característico. Las primeras cajas de cambio no tenían sincronizadores, por lo que se tenía que realizar la maniobra de doble embrague para cambiar de marcha.

Maniobra de Doble Embrague

El doble embrague es una técnica que consiste en acelerar el motor (dar un golpe de gas) con el cambio en punto muerto y el embrague acoplado momentáneamente al desembragar para reducir a una marcha más corta. La intención es que, al embragar de nuevo para seleccionar la marcha inferior, la velocidad de rotación del motor (y por ende del árbol primario de la caja) sea lo más próxima posible a la que tendría el eje secundario en la nueva marcha, facilitando el engrane sin sincronizadores.

Sistemas de Accionamiento y Enclavamiento

Posicionamiento y Enclavamiento de Velocidades

El sistema que permite al conductor seleccionar y mantener la marcha deseada puede ser accionado mediante diferentes mecanismos:

• Cables
• Varillas
• Circuito neumático o hidráulico (más común en vehículos pesados o transmisiones automatizadas)

Mecanismo de Enclavamiento Detallado

Una vez seleccionada una marcha mediante el desplazamiento de la horquilla correspondiente, el mecanismo de enclavamiento actúa para asegurar la posición. Este suele consistir en bolas y muelles fiadores. La varilla selectora dispone de muescas donde se alojan estas bolas bajo la presión de los muelles, impidiendo que la velocidad seleccionada se desengrane accidentalmente.

Mantenimiento de la Caja de Cambios

Lubricación: La Valvulina

El mantenimiento principal de una caja de cambios manual se centra en la valvulina, el aceite específico que lubrica los rodamientos, engranajes y todos los mecanismos internos. Es crucial la comprobación periódica del nivel y estado de la valvulina, así como su sustitución según las recomendaciones del fabricante. Al revisar, se debe observar la presencia de posibles restos de partículas metálicas, indicativo de desgaste.

Tipos de Valvulina (Clasificación API)

Existen diferentes tipos de valvulina, comúnmente clasificados según el estándar API (American Petroleum Institute) por su nivel de servicio GL (Gear Lubricant):

• GL-1 a GL-3: Actualmente tienen un uso muy limitado o son consideradas obsoletas para la mayoría de las cajas de cambio modernas.
• GL-4: Adecuada para engranajes hipoides y cónicos espirales operando bajo condiciones moderadas de velocidad y carga. Común en muchas cajas de cambio manuales con sincronizadores, ya que es menos agresiva con los metales amarillos (bronce, latón) de estos componentes.
• GL-5: Diseñada para engranajes hipoides sometidos a altas prestaciones, cargas severas, altas velocidades y/o cargas de impacto. Ofrece mayor protección en condiciones extremas, pero puede ser corrosiva para los sincronizadores de metales blandos en algunas cajas diseñadas para GL-4.

Componentes Auxiliares

Conmutador de Luces de Marcha Atrás

El conmutador de luces de marcha atrás es un interruptor eléctrico que, al seleccionar la marcha atrás en la caja de cambios, cierra un circuito de corriente. Esto permite que las luces blancas de marcha atrás situadas en la parte posterior del vehículo se enciendan, alertando a otros conductores y peatones de la maniobra.