Funcionamiento y Componentes Clave de Cajas de Cambios y Engranajes

Caja de Cambios: Fundamentos y Componentes Esenciales

La caja de cambios es un componente crucial en los sistemas de transmisión, encargado de modificar el par y las revoluciones procedentes del motor. Se sitúa estratégicamente después del embrague y antes del árbol de transmisión o del diferencial, según el diseño del vehículo.

Tipos de Cajas de Cambios

• Caja Simplificada: Un diseño compacto donde la caja de cambios y el diferencial se integran en un mismo conjunto.

Engranajes: Principios y Clasificación

Un engranaje es una rueda o cilindro dentado utilizado para transmitir un movimiento giratorio entre ejes.

Clasificación de Engranajes por Disposición de Ejes

Engranajes Paralelos

Se caracterizan por tener sus ejes de rotación paralelos entre sí. Incluyen:

• Rectos:
  • Se utilizan para velocidades pequeñas y medias.
  • A grandes velocidades pueden producir ruido.
  • Ofrecen un punto de apoyo más robusto.
  • Son capaces de transmitir mayor esfuerzo.
• Helicoidales: Proporcionan un funcionamiento más suave y silencioso que los rectos.
• Doble Helicoidal: Una variante de los helicoidales que elimina el empuje axial.

Engranajes Perpendiculares

Diseñados para ejes que se cruzan o son perpendiculares. Ofrecen:

• Mayor superficie de contacto.
• Funcionamiento más silencioso.
• Inconveniente: Generan empuje lateral y esfuerzos en el cojinete.

Dentro de esta categoría encontramos:

• Helicoidales Cruzados: Cada engranaje mira en una dirección diferente.
• Cónicos de Dientes Rectos: Utilizados para transmitir movimiento entre ejes que se cortan en un punto (generalmente a 90°).
• Cónicos de Dientes Helicoidales: Ofrecen un funcionamiento más suave que los cónicos rectos.
• Cónicos Hipoides: Una mejora sobre los cónicos de dientes helicoidales, permitiendo modificar la posición del piñón de ataque respecto al eje de la corona, lo que reduce la altura del túnel de transmisión.
• Tornillo sin fin y Rueda Sinfín: Permiten grandes reducciones de velocidad en un espacio compacto y con bloqueo automático en algunos casos.

Dientes de un Engranaje

Los dientes de un engranaje son las protuberancias que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde los ejes motrices a los ejes conducidos.

Formas de Transmisión de Movimiento

Los engranajes pueden transmitir movimiento de diversas maneras:

• Simple: Un par de engranajes.
• Engranaje Loco: Con un eje intermedio que no modifica la relación de transmisión, pero sí el sentido de giro.
• Compuesta (Tren de Engranajes): Múltiples engranajes conectados para lograr relaciones de transmisión complejas.

Aplicaciones Especiales de Engranajes

Existen configuraciones de engranajes para usos específicos:

• Epicicloidal: También conocido como planetario, permite relaciones de transmisión variables y compactas.
• Interiores: Dientes en la parte interna de un anillo.
• Cremallera: Transforma el movimiento giratorio en lineal o viceversa.
• Mecanismo Piñón-Cadena: Utiliza una cadena para transmitir potencia entre piñones.
• Polea Dentada: Similar al piñón-cadena, pero con una correa dentada.

Tren Epicicloidal: Funcionamiento Detallado

Un tren epicicloidal se compone de una corona, un planeta (engranaje central) y satélites (engranajes que giran alrededor del planeta y engranan con la corona).

Su funcionamiento es versátil:

• Con un elemento bloqueado: Realiza una reducción o multiplicación de la velocidad.
• Con dos elementos bloqueados: La relación de transmisión es de 1:1 (transmisión directa).
• Si no hay ningún elemento bloqueado: No se transmite movimiento.

Caja de Cambios Manual: Características y Mecanismos

Características Generales

Las cajas de cambios manuales presentan las siguientes particularidades:

• Carcasa: Generalmente dividida en dos mitades, una para el embrague y otra para la caja de velocidades.
• Ejes: Todos los ejes están dispuestos paralelamente.
• Engranajes: Los engranajes de todas las marchas hacia adelante son helicoidales, lo que asegura un funcionamiento suave y silencioso.
• Piñones Móviles: Apoyados en cojinetes de agujas para reducir la fricción.
• Accionamiento del Embrague: Comúnmente hidráulico para una operación más suave.

Sistemas de Seguridad y Lubricación

• Sistema de Enclavamiento: Mecanismo (muelle fiador, bola, varilla) que evita que la marcha se "salte" o se desenganche accidentalmente.
• Dispositivo de Interbloqueo: Impide que se introduzcan dos velocidades a la vez, protegiendo la transmisión.
• Barboteo (Lubricación): En las cajas manuales, la lubricación se realiza por salpicadura de la valvulina (aceite específico para transmisiones) debido al movimiento de los engranajes.

Caja de Tres Ejes

Este tipo de caja de cambios se estructura con:

• Un eje primario que recibe el par del motor a través del embrague.
• Un eje intermedio al que el eje primario transmite el par.
• Un eje secundario de salida, coaxial al eje primario, que a su vez acciona el grupo diferencial.

Sincronización de Marchas

La sincronización es fundamental para un cambio de marchas suave y sin ruidos. Los engranajes helicoidales de las cajas de cambio manuales están siempre engranados. Para acoplar una marcha, se utilizan los siguientes componentes:

• Piñón móvil
• Anillo sincronizador
• Muelle
• Chavetas
• Cubo sincronizador
• Anillo

Cada piñón móvil lleva montado adicionalmente un cono y un dentado de mando. Mediante este dentado, la marcha se acopla con las coronas desplazables. La corona desplazable, a su vez, está unida al árbol del cambio mediante el cubo sincronizador, permitiendo la transmisión de potencia una vez que las velocidades de los engranajes se igualan.