Caja de Cambios

Ahora vamos hacer el calculo de una caja de cambios a partir de los datos reales que nos proporciona el fabricante:

Ejemplo: Peugeot 405 Mi16

Cilindrada (cc): 1998Potencia (CV/rpm): 155/5600Par máximo (mkgf): 19,3/3500Neumáticos: 195/55 R14

Relación de transmisión

rt (1ª velocidad) = 13/38 = 0,342rt (2ª velocidad) = 23/43 = 0,534rt (3ª velocidad) = 25/32 = 0,781rt (4ª velocidad) = 32/31 = 1.032rt (5ª velocidad) = 37/28 = 1,321rt (M.A: marcha atrás) = 12/40 = 0,30

ademas de la reducción provocada en la caja de cambios también tenemos que tener en cuenta que en el grupo diferencial hay una reducción, este dato también lo proporciona el fabricante.rt (G.C: grupo piñón-corona diferencial) = 14/62 = 0,225

Nota: El fabricante nos puede proporcionar la relación de transmisión en forma de fracción (rt 1ª velocidad = 13/38) o directamente (rt 1ª velocidad = 0,342).

Ahora tenemos que calcular el numero de revoluciones que tenemos en las ruedas después de la reducción de la caja de cambios y grupo diferencial (rT). Para ello hay que multiplicar la relación de transmisión de cada velocidad de la caja de cambios por la relación que hay en el grupo diferencial:

Estas dos disposiciones de la caja de cambios en el vehículo son las mas utilizadas, aunque existe alguna mas, como la de motor delantero longitudinal y tracción a las ruedas delanteras.

Caja de cambios manual de tres ejes.Este tipo de cajas es el más tradicional de los usados en los vehículos actuales y tiene la ventaja principal de que al transmitir el par a través de tres ejes, los esfuerzos en los piñones son menores, por lo que el diseño de éstos puede realizarse en materiales de calidad media.En la figura inferior se muestra un corte longitudinal de una caja de cambios manual de cuatro velocidades dispuesta longitudinalmente. El par motor se transmite desde el cigüeñal del motor hasta la caja de cambios a través del embrague (Q). A la salida del embrague va conectado el eje primario (A) girando ambos de forma solidaria. De forma coaxial al eje primario, y apoyándose en éste a través de rodamiento de agujas, gira el eje secundario (M) transmitiendo el par desmultiplicado hacia el grupo cónico diferencial. La transmisión y desmultiplicación del par se realiza entre ambos ejes a través del eje intermediario (D).

El eje primario (A) del que forma parte el piñón de arrastre (B), que engrana en toma constante con el piñón (C) del árbol intermediario (D), en el que están labrados, además, los piñones (E, F y G), que por ello son solidarios del árbol intermediario (D). Con estos piñones engranan los piñones (H, I y J), montados locos sobre el árbol secundario (M), con interposición de cojinetes de agujas, de manera que giran libremente sobre el eje arrastrados por los respectivos pares del tren intermediario.

El eje primario recibe movimiento del motor, con interposición del embrague (Q) y el secundario da movimiento a la transmisión, diferencial y, por tanto, a las ruedas. Todos los ejes se apoyan en la carcasa del cambio por medio de cojinetes de bolas, haciéndolo la punta del eje secundario en el interior del piñón (B) del primario, con interposición de un cojinete de agujas.Para transmitir el movimiento que llega desde el primario al árbol secundario, es necesario hacer solidario de este eje a cualquiera de los piñones montados locos sobre él. De esta manera, el giro se transmite desde el primario hasta el tren fijo o intermediario, por medio de los piñones de toma constante (B y C), obteniéndose el arrastre de los piñones del secundario engranados con ellos, que giran locos sobre este eje. Si cualquiera de ellos se hace solidario del eje, se obtendrá el giro de éste.

La toma de velocidad se consigue por medio de sincronizadores (O y M), compuestos esencialmente por un conjunto montado en un estriado sobre el eje secundario, pudiéndose desplazar lateralmente un cierto recorrido. En este desplazamiento sobre el estriado el sincronizador se acopla con los piñones que giran locos sobre el árbol secundario.

En la figura inferior se muestra el despiece de una caja de cambios de engranajes helicoidales, con sincronizadores, similar a la descrita anteriormente. El eje primario 5 forma en uno de sus extremos el piñón de toma constante (de dientes helicoidales). Sobre el eje se monta el cojinete de bolas 4, en el que apoya sobre la carcasa de la caja de cambios, mientras que la punta del eje se aloja en el casquillo de bronce 1, emplazado en el volante motor.En el interior del piñón del primario se apoya, a su vez, el eje secundario 19, con interposición del cojinete de agujas 6. Por su otro extremo acopla en la carcasa de la caja de cambios por medio del cojinete de bolas 28. Sobre este eje se montan estriados los cubos sincronizadores, y "locos" los piñones. Así, el cubo sincronizador 10, perteneciente a tercera y cuarta velocidades, va estriado sobre el eje secundario, sobre el que permanece en posición por los anclajes que suponen las arandelas de fijación 9, 13 y 14. En su alojamiento interno se disponen los anillos sincronizadores 7 (uno a cada lado), cuyo dentado engrana en el interior de la corona desplazable del cubo sincronizador 10. Estos anillos acoplan interiormente, a su vez, en las superficies cónicas de los piñones del primario por un lado y del secundario 11 por otro. Cuando la corona del cubo sincronizador 10 se desplaza lateralmente a uno u otro lado, se produce el engrane de su estriado interior, con el dentado de los anillos sincronizadores 7 y, posteriormente, con el piñón correspondiente en su dentado recto (si se desplaza a la izquierda, con el piñón del primario y a la derecha con el 11 del secundario). En esta acción, y antes de lograrse el engrane total, se produce un frotamiento del anillo sincronizador con el cono del piñón, que iguala las velocidades de ambos ejes, lo que resulta necesario para conseguir el engrane. Una vez logrado éste, el movimiento es transmitido desde el piñón al cubo sincronizador y de éste al eje secundario.

En el secundario se montan locos los piñones 15 (de segunda velocidad) y 26 (de primera velocidad), con los correspondientes anillos sincronizadores 17 y cubo sincronizador. Cada uno de los piñones del secundario engrana en toma constante con su correspondiente par del tren intermediario 20, quedando acoplados como se ve en la figura superior.En el tren intermediario se dispone un piñón de dentado recto, que juntamente con el de reenvío 23 y el formado en el cubo sincronizador de primera y segunda velocidades, constituyen el dispositivo de marcha atrás.

FuncionamientoConstituida una caja de cambios como se ha explicado, las distintas relaciones se obtienen por la combinación de los diferentes piñones, en consecuencia con sus dimensiones.En las cajas de cambio de tres ejes, el sistema de engranajes de doble reducción es el utilizado generalmente en las cajas de cambio, pues resulta mas compacto y presenta la ventaja sustancial de tener alineados entre si los ejes de entrada y salida. Para la obtención de las distintas relaciones o velocidades, el conductor acciona una palanca de cambios, mediante la cual, se produce el desplazamiento de los distintos cubos de sincronización (sincronizadores), que engranan con los piñones que transmiten el movimiento.

En esta caja de cambios (figura superior) se produce una doble reducción cuando los piñones de "toma constante" (B y C) son de distintas dimensiones (nº de dientes). Por eso para calcular la reducción, tendremos utilizar la siguiente formula para la saber el valor de reducción. Por ejemplo en 1ª velocidad tendremos:

rt = relación de transmisiónB, C, G, J = nº de dientes de los respectivos piñones

1ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (N) hacia la derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (I) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene la máxima reducción de giro, y por ello la mínima velocidad y el máximo par.

2ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (N) hacia la izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (J) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

3ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (O) hacia la derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (H) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

4ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (O) hacia la izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente piñón de arrastre o toma constante (B) del eje primario, que se hace solidario con el eje secundario, sin intervención del eje intermediario en este caso. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose una conexión directa sin reducción de velocidad. En esta velocidad se obtiene una transmisión de giro sin reducción de la velocidad. La velocidad del motor es igual a la que sale de la caja de cambios, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

Marcha atrás (M.A.)Cuando se selecciona esta velocidad, se produce el desplazamiento del piñón de reenvio (T), empujado por un manguito. Al moverse el piñón de reenvio, engrana con otros dos piñones cuya particularidad es que tienen los dientes rectos en vez de inclinados como los demás piñones de la caja de cambios. Estos piñones pertenecen a los ejes intermediario y secundario respectivamente. Con esto se consigue una nueva relación, e invertir el giro del tren secundario con respecto al primario. La reducción de giro depende de los piñones situados en el eje intermediario y secundario por que el piñón de reenvio actúa únicamente como inversor de giro. La reducción de giro suele ser parecida a la de 1ª velocidad. Hay que reseñar que el piñón del eje secundario perteneciente a esta velocidad es solidario al eje, al contrario de lo que ocurre con los restantes de este mismo eje que son "locos".

En la caja de cambios explicada , se obtienen cuatro velocidades hacia adelante y una hacia atrás.

SincronizadoresLas cajas de cambio desde hace muchos años utilizan para seleccionar las distintas velocidades unos dispositivos llamados: sincronizadores, cuya constitución hace que un dentado interno ha de engranar con el piñón loco del eje secundario correspondiente a la velocidad seleccionada. Para poder hacer el acoplamiento del sincronizador con el piñón correspondiente, se comprende que es necesario igualar las velocidades del eje secundario (con el que gira solidario el sincronizador) y del piñón a enclavar, que es arrastrado por el tren intermediario, que gira a su vez movido por el motor desde el primario.Con el vehículo en movimiento, al activar el conductor la palanca del cambio para seleccionar una nueva relación, se produce de inmediato el desenclavamiento del piñón correspondiente a la velocidad con que se iba circulando, quedando la caja en posición de punto muerto. Esta operación es sencilla de lograr, puesto que solamente se requiere el desplazamiento de la corona del sincronizador, con el que se produce el desengrane del piñón. Sin embargo, para lograr un nuevo enclavamiento, resulta imprescindible igualar las velocidades de las piezas a engranar (piñón loco del secundario y eje), es decir, sincronizar su movimiento, pues de lo contrario, se producirían golpes en el dentado, que pueden llegar a ocasionar roturas y ruidos en la maniobra.Como el eje secundario gira arrastrado por las ruedas en la posición de punto muerto de la caja, y el piñón loco es arrastrado desde el motor a través del primario y tren intermediario, para conseguir la sincronización se hace necesario el desembrague, mediante el cual, el eje primario queda en libertad sin ser arrastrado por el motor y su giro debido a la inercia puede ser sincronizado con el del eje secundario. Por esta causa, las maniobras del cambio de velocidad deben ser realizadas desembragando el motor, para volver a embragar progresivamente una vez lograda la selección de la nueva relación deseada.

En la figura inferior tenemos un sincronizador con "fiador de bola", donde puede verse el dentado exterior o auxiliar (1) del piñón loco del eje secundario (correspondiente a una velocidad cualquiera) y el cono macho (2) formado en el. El cubo deslizante (7) va montado sobre estrías sobre el eje secundario (8), pudiendose deslizarse en él un cierto recorrido, limitado por topes adecuados. La superficie externa del cubo está estriada también y recibe a la corona interna del manguito deslizante (3), que es mantenida centrada en la posición representada en la figura, por medio de un fiador de bola y muelle (6).

Para realizar una maniobra de cambio de velocidad, el conductor lleva la palanca a la posición deseada y, con esta acción, se produce el desplazamiento del manguito deslizante, que por medio del fiador de bola (6), desplaza consigo el cubo deslizante (7), cuya superficie cónica interna empieza a frotar contra el cono del piñón loco que, debido a ello, tiende a igualar su velocidad de giro con la del cubo sincronizador (que gira solidario con el eje secundario). Instantes después, al continuar desplazandose el manguito deslizante venciendo la acción del fiador, se produce el engrane de la misma con el dentado auxiliar del piñón loco sin ocasionar golpes ni ruidos en esta operación, dado que las velocidades de ambas piezas ya están sincronizadas. En estas condiciones, el piñón loco queda solidario del eje secundario, por lo que al producirse la acción de embragado, será arrastrado por el giro del motor con la relación seleccionada.

Caja de cambios manual de dos ejes:

Este tipo de cajas de cambio ha tenido su desarrollo fundamentalmente para disposiciones de vehículos con tracción delantera. Estas cajas de cambio sólo poseen dos ejes de forma que no poseen un tercer eje intermediario. El eje primario obtiene su giro directamente del motor y lo transmite a un eje secundario que a su vez acciona el conjunto diferencial. De esta forma el tamaño del conjunto caja-diferencial se reduce quedando todo bajo un conjunto compacto. La transmisión de todo el par mediante sólo dos ejes obliga a los piñones a soportar cargas mucho más elevadas que sus homólogos de las cajas de tres ejes. Por tanto es preciso emplear materiales de mayor calidad en la fabricación de estos piñones.

En las figuras siguientes tenemos el despiece de una caja de cambios de dos ejes de 5 velocidades.

En los esquemas siguientes se muestra un corte longitudinal de una caja de cambios manual de cinco velocidades de dos ejes con disposición transversal.El eje primario (1) va apoyado sobre la carcasa sobre dos rodamientos y contiene los piñones solidarios (6, 7, 8, 9, 10) y el piñón loco (11) de 5ª velocidad, con su propio sincronizador (12).El eje secundario (15) está apoyado también en la carcasa mediante dos rodamientos y contiene los piñones locos (14, 17, 18, 20) y el piñón solidario (13) de 5ª velocidad. En el extremo del eje secundario va labrado el piñón de ataque a la corona del diferencial (5). Este eje cuenta con dos sincronizadores el de 1ª/2ª (19) y el de 3ª/4ª (16), este sincronizador sirve ademas como piñón solidario para la marcha atrás.

Los sincronizadores están dispuestos de tal forma que: un primer sincronizador (16) entre los piñones locos de 3ª y 4ª en el eje secundario (15), otro sincronizador (12) exclusivo para la 5ª marcha en el eje primario y un tercer sincronizador (19) en el eje secundario entre los piñones locos de 1ª y 2ª marcha.Observar que el sincronizador (16) de la 3ª y 4ª tiene en su corona desplazable un dentado recto exterior que hace la función de piñón de marcha atrás. La marcha atrás se acciona al conectar el piñón de marcha atrás (9) del eje primario con la corona del sincronizador mediante un piñón auxiliar (12) de marcha atrás que invierte el giro del eje secundario.Todos los pares de piñones están permanentemente engranados de forma que sólo el piñón loco de la marcha seleccionada se mueve solidario a su eje a través de su correspondiente sincronizador. Mientras los demás piñones locos giran libremente arrastrados por sus homólogos solidarios del otro eje.

Funcionamiento

El funcionamiento de las distintas marchas es el siguiente:

1ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (19) hacia la derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (20) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene la máxima reducción de giro, y por ello la mínima velocidad y el máximo par.

2ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (19) hacia la izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (18) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

3ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (16) hacia la derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (17) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior,

obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

4 ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (16) hacia la izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (14) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

5ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 5ª (12) hacia la derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (14) del eje primario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior,

obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

Marcha atrás (M.A.)Cuando se selecciona esta velocidad, se produce el desplazamiento del piñón de reenvio, empujado por un manguito. Al moverse el piñón de reenvio, engrana con otros dos piñones, uno unido a eje primario (9) y el otro lo forma el sincronizador de 3ª/4ª cuya corona externa tiene labrados unos dientes rectos. Una particularidad de los piñones que intervienen en la marcha atrás, es que tienen los dientes rectos en vez de inclinados como los demás piñones de la caja de cambios. Con este mecanismo se consigue una nueva relación, e invertir el giro del tren secundario con respecto al primario. La reducción de giro depende de los piñones situados en el eje primario y secundario por que el piñón de reenvio actúa únicamente como inversor de giro. La reducción de giro suele ser parecida a la de 1ª velocidad.

Se comprueba en las siguientes figuras como hay cajas de cambios diseñadas de tal manera que se sitúan los sincronizadores tanto en el eje primario (2) como en el secundario (12) y los piñones no son todos solidarios en un eje y locos en el otro, sino que se distribuyen en los dos ejes por igual. En el eje primario tenemos como piñones solidarios (6, 7 y 8) y como locos (3 y 5). En el eje secundario tenemos como piñones solidarios (12 y 14) y como locos (9 y 11). La marcha atrás se hace intercalando un piñón de reenvio entre el piñón solidario del eje primario (7) y la corona externa dentada del sincronizador de 1ª/2ª. Se aprecian claramente los dientes rectos de los piñones que intervienen en la marcha atrás.

En la figura inferior puede verse el sistema de mando de la caja de cambios anterior. La palanca de cambios (8) transmite un movimiento en cruz de izquierda a derecha y hacia adelante o hacia atrás indistintamente, que es interpretado por el eje/palanca (6) transformando dicho movimiento en uno de giro en semicírculo y otro movimiento en forma vertical de arriba a abajo o al revés. El Eje/palanca con su movimiento acciona una de las barras desplazables (4) que tienen acopladas de forma solidaria las horquillas (7) que a su ves mueven los sincronizadores (1 y 2) y el piñón de reenvio (3). Las barras desplazables (4) están dotadas cada una de ellas de unas escotaduras (5), en las que puede alojarse una bola presionada por un muelle. Estas escotaduras sirven para fijar las barras en una posición concreta para impedir el desplazamiento de la mismas, como consecuencia de las vibraciones o sacudidas que se producen con la marcha del vehículo.Esto evita que se pueda salir una marcha una vez que esta engranada.

Otro ejemplo: de caja de cambios, diferente a la anterior, que se acoplaria a un vehículo con motor longitudinal y tracción delantera. La disposición de los piñones y sincronizadores se reparte en ambos ejes como en el caso anterior y la marcha atrás funciona de igual manera.

Caja de cambios manual actualizada:

El cambio que vamos a estudiar ahora es una versión extremadamente ligera, dotada de dos árboles y 5 velocidades. Los componentes de la carcasa están fabricados en magnesio. El cambio puede transmitir pares de hasta 200 Nm. Este cambio se puede emplear en combinación con una gran cantidad de motorizaciones. Las relaciones de las marchas, los piñones y la relación de transmisión del eje han sido configurados por ello de modo flexible.

La 1ª y 2ª marchas tienen una doble sincronización. Todas las demás marchas adelante tienen sincronización simple. El dentado de trabajo de los piñones móviles (solidarios) y fijos (locos) es de tipo helicoidal y se hallan continuamente en ataque (engranados).Todos los piñones móviles (locos) están alojados en cojinetes de agujas y están repartidos en los árboles primario y secundario. Los piñones de 1ª y 2ª marcha se conectan sobre el árbol secundario; los de 3ª, 4ª y 5ª marchas se conectan sobre el árbol primario.El piñón de marcha atrás (16) tiene dentado recto. La inversión del sentido de giro sobre el árbol secundario se realiza con ayuda de un piñón intermediario (15), alojado con un eje aparte en la carcasa del cambio, que se conecta entre los árboles primario y secundario. Sobre el secundario se conecta sobre la corona dentada, tallada en el exterior del sincronizador de 1ª y 2ª.La transmisión del par de giro hacia el diferencial se realiza a través del piñón de ataque del árbol secundario contra la corona dentada del grupo diferencial.

Cambio manual de 5 marchas

z2 z1 rt

1ª velocidad 38 11 3,455





Marcha atrás35 24

2411

3,182

Grupo diferencial 66 17 3,882

Velocímetro Electrónico

Carga de aceite 1,9 litros

Cambio de aceite Carga permanente

z2.- nº de diente piñones del secundarioz1.- nª de diente piñones del primariort.- relación de transmisión (z2/z1)

CarcasaLa carcasa del cambio consta de 2 piezas de magnesio (carcasa del cambio y carcasa de embrague).

Con una tapa específica se cierra la carcasa del cambio hacia fuera. Los componentes de la carcasa son de magnesio, para conseguir un conjunto mas ligero

.

Árbol primarioEl árbol primario está diseñado con el conjunto clásico de cojinetes fijo/móvil.

Está alojado:

mediante un cojinete de rodillos cilíndricos (móvil) en la carcasa del embrague,

mediante un rodamiento radial rígido (fijo) en una unidad de cojinetes, dentro de la carcasa del cambio.

Para reducir las masas se ha dotado el árbol primario de un taladro que lo atraviesa casi por completo.

El dentado para la 1ª, 2ª y marcha atrás forma parte del árbol primario. El cojinete de agujas para la 5ª marcha se aloja en un casquillo por el lado del árbol. Los cojinetes de agujas para los piñones de 3ª y 4ª marchas funcionan directamente sobre el árbol primario.

Los sincronizadores de 3ª y 4ª marchas y 5 marcha van engranados mediante un dentado fino. Se mantienen en posición por medio de seguros.

Árbol secundarioTambién el árbol secundario está diseñado de acuerdo a los cojinetes clásicos fijo/móvil.

Igual que el árbol primario, está alojado:

mediante un cojinete de rodillos cilíndricos (móvil) en la carcasa del embrague

por medio de un rodamiento radial rígido de bolas (fijo), situado conjuntamente con el árbol primario en la unidad de cojinetes, en la carcasa del cambio.

Para reducir la masa se ha procedido a ahuecar el árbol secundario.

Los piñones de 3ª, 4ª y 5ª velocidad y el sincronizador para 1ª y 2ª velocidad están engranados por medio de un dentado fino. Se mantienen en posición por medio de seguros. En el árbol secundario se encuentran los piñones móviles (locos) de 1ª y 2ª velocidad, alojados en cojinetes de agujas.

Grupo diferencialEl grupo diferencia constituye una unidad compartida con el cambio de marchas. Se apoya en dos cojinetes de rodillos cónicos, alojados en las carcasas de cambio y embrague.Los retenes (de diferente tamaño para los lados izquierdo y derecho) sellan la carcasa hacia fuera.La corona está remachada fijamente a la caja de satélites y hermanada con el árbol secundario (reduce la sonoridad de los engranajes).La rueda generatriz de impulsos para el velocímetro forma parte integrante de la caja de satélites.

Doble sincronizaciónLa 1ª y 2ª velocidad tienen una doble sincronización. Para estos efectos se emplea un segundo anillo sincronizador (interior) con un anillo exterior.

La doble sincronización viene a mejorar el confort de los cambios al reducir de 3ª a 2ª velocidad y de 2ª y a 1ª velocidad.Debido a que las superficies friccionantes cónicas equivalen casi al doble de lo habitual, la capacidad de rendimiento de la sincronización aumenta en un 50 %, aproximadamente, reduciéndose a su vez la fuerza necesaria para realizar el cambio, aproximadamente a la mitad.

Flujo de las fuerzas en el cambioEl par del motor se recibe en el cambio a través del árbol primario. Según la marcha que esté conectada, el par se transmite a través de la pareja correspondiente de piñones hacia el árbol secundario y, desde éste, hacia la corona del grupo diferencial.El par y el régimen actúan sobre las ruedas motrices en función de la marcha engranada.

Alojamiento de cojinetesLos rodamientos radiales rígidos de bolas no se montan directamente en la carcasa del cambio, sino que se instalan en un alojamiento por separado para cojinetes.

El paquete completo de los árboles primario y secundario con sus piñones se preensambla fuera de la carcasa del cambio, en el alojamiento de cojinetes, lo cual permite incorporarlo fácilmente en la carcasa del cambio.Los rodamientos radiales rígidos se fijan en la posición prevista por medio de una arandela de geometría específica, que va soldada al alojamiento de cojinetes.Los rodamientos radiales rígidos poseen retenes radiales propios por ambos lados, para mantener alejadas de los cojinetes las partículas de desgaste que acompañan al aceite del cambio.

Mando del cambioLos movimientos de cambio se reciben por arriba en la caja. El eje de selección va guiado en la tapa. Para movimientos de selección se

desplaza en dirección axial. Dos bolas, sometidas a fuerza de muelle, impiden que el eje de selección pueda ser extraído involuntariamente de la posición seleccionada.

Las horquillas para 1ª/2ª y 3ª/4ª velocidad se alojan en cojinetes de bolas de contacto oblicuo. Contribuyen a la suavidad de mando del cambio. La horquilla de 5ª marcha tiene un cojinete de deslizamiento.Las horquillas y los patines de cambio van acoplados entre sí de forma no fija.Al seleccionar una marcha, el eje de selección desplaza con su dedillo fijo el patín de cambio, el cual mueve entonces la horquilla.Los sectores postizos de las horquillas se alojan en las gargantas de los manguitos de empuje correspondientes a la pareja de piñones en cuestión.

Sensores y actuadores

Indicador de la velocidad de marchaLa señal de velocidad que se envía al velocímetro se realiza sin sistemas mecánicos intermedios (como el cable o sirga utilizado en los cambios antiguos).La información necesaria para la velocidad de marcha se capta en forma de régimen de revoluciones, directamente en la caja de satélites, empleando para ello el transmisor electrónico de velocidad de marcha.La caja de satélites posee marcas de referencia para la exploración: son 7 segmentos realzados y 7 rebajados.

El transmisor trabaja según el principio de Hall. La señal PWM (modulada en achura de los impulsos) se transmite al procesador combinado en el cuadro de instrumentos

Conmutador para luces de marcha atrásEl conmutador para las luces de marcha atrás va enroscado lateralmente en la carcasa del cambio.Al engranar la marcha atrás, un plano de ataque en el patín de cambio para la marcha atrás acciona el conmutador con un recorrido específico. El circuito de corriente se cierra, encendiendose las luces de marcha atrás.

Caja de cambios de 6 velocidadesComo curiosidad y sin entrar en detalles, vamos a ver este tipo de caja de cambios, que se empieza a ver montada en vehículos de medias y altas prestaciones.

El diseño de esta caja dispone de tres árboles de transmisión que permite un diseño muy compacto, que ocupa poco espacio.

Caja de cambios manual de 6 velocidades

El cambio manual de 6 marchas destaca por numerosas cualidades, siendo la mas significativa el buen aprovechamiento del par entregado por el motor, consecuencia de un excelente escalonamiento de las marchas.Además, al disponer de 6 marchas se reduce el consumo, los niveles de contaminación y se disminuye el impacto medioambientalEn el ámbito tecnológico, la novedad principal del cambio es el uso de dos árboles secundarios. Dicha técnica permite obtener un conjunto mas compacto, para poder montarlo en vehículos con grupo motor propulsor transversal.Todas las marchas, incluida la marcha atrás, están sincronizadas, por lo que la facilidad en la conexión está asegurada. Además, los engranajes son helicoidales, hecho que aumenta la resistencia y reduce la sonoridad.El uso de cable de mando en la transmisión de los movimientos de la palanca hacia el cambio de marchas aporta una mayor suavidad en el manejo, mayor precisión en los movimientos y una reducción en la traslación de ruidos al habitáculo.La facilidad de manejo del cambio se complementa con el accionamiento hidráulico del embrague.

El cambio manual con 6 marchas hacia delante y una hacia atrás, se monta junto con el motor de forma transversal. Existen dos versiones, una para vehículos con tracción delantera y otra para vehículos con tracción total, siendo el peso de 48,5 kg y de 68 kg respectivamenteEn ambos casos el par de entrada máximo admisible es de 350 Nm valor suficiente para poder ser montado en motores de alta potencia y par.La carcasa del embrague dispone de numerosos taladros útiles para acoplar el cambio a los motores de diferentes familias. De esta forma se compensa el ángulo de inclinación propia de cada motor. Existen diversas relaciones de cambio, según sea la motorización en la que se monte. Por esta razón es importante consultar las letras distintivas del cambio en las operaciones de reparación.

EstructuraLos elementos que forman la caja de cambios están alojados en el interior de dos carcasas de aluminio, la del "embrague" y la del "cambio".

Los componentes básicos de! cambio son:

un árbol primario, dos árboles secundarios, un árbol para la marcha atrás, un diferencial y la timoneria necesaria para la selección y conexión de las marchas

La versión de tracción total dispone además de una "caja de reenvío", imprescindible para transmitir par de giro al eje trasero.La utilización de dos arboles secundarios, técnica conocida como "flujo de fuerzas cruzado", permite repartir los piñones móviles de las marchas entre ambos árboles y reducir así la longitud total del cambio.Cada árbol secundario tiene un piñón de ataque que engrana directamente con la corona del diferencial. Pero sólo transmite movimiento el árbol que tenga engranada una marcha. Todos los piñones tienen dientes helicoidales. Además todas las marchas están sincronizadas, incluida la marcha atrás.

Arbol primarioEl primario, sujeto por la carcasa del embrague y la del cambio, está apoyado en ellas medíante rodamientos de rodillos cónicos En el árbol se han mecanizado dos dentados, el de la 2ª marcha (el mas próximo al embrague) y otro que es común para la 1ª y la marcha atrás.Sobre el árbol se monta un piñón doble, los cuales quedan solidarios. Dicho piñón doble incluye dos dentados, uno para la 6ª y 4ª marchas y otro para la 3ª. En su extremo opuesto al embrague se monta al piñón para la 5ª. Una vez montado, también gira solidario con el árbol.

Arboles secundarioEsta caja de cambio manual tiene dos secundarios: el "árbol secundario I" y el "árbol secundario II". Ambos gravitan en la carcasa del cambio y en la del embrague medíante rodamientos de rodillos cónicos.En el "secundarlo I" se montan los piñones de la primera hasta la 4ª marcha, mientras que en el "secundarlo II" dispone los piñones de la 5ª, 6ª y marcha atrásTodos los piñones de los secundarios giran libres sobre rodamientos de agujas. Cuando se engrana una marcha, el piñón correspondiente queda solidario al eje, transmitiendo el par a la corona del diferencial.Todas las marchas están sincronizadas. Los sincronizadores de todas las marchas están repartidos entre los dos secundarios. Debe destacarse la sincronización doble de la 1º y 2º y 3ª el resto son sincronizadores simples.El árbol "secundario II" tiene la característica de las zonas ocupadas por los piñones de la 4ª, 1ª y 2ª marcha. Gracias a una arandela derivadora de aceite, el árbol hueco y los tres taladros se logra un correcto engrase de los rodamientos de agujas de los piñones

Otros componentes internos

Eje de marcha atrás La inversión de giro del secundario se logra mediante e! eje de la marcha atrás, al cual están fijados dos piñones, uno en permanente contacto con el primario y otro con el secundario.El eje se apoya en la carcasa del cambio y en la del embrague por medio de rodillos de aguja

Diferencial Descansa en dos rodamientos de rodillos cónicos, uno en la carcasa del embrague y el otro en la del cambio.Tiene la función de compensar la diferencia de revoluciones de las ruedas motrices al tomar una curva. Está formado por una corona solidaria a la carcasa del diferencial, la cual al girar arrastra la carcasa donde se aloja el eje de los satélites. La actuación conjunta de los satélites y los planetarios, engranados entre sí, compensa la diferencia de giro de las ruedas motrices en curvas.Con tal de mejorar la suavidad de marcha y reducir ruidos, se ha rectificado cónicamente la carcasa del diferencial en las salidas de los ejes abridados, para alojar un anillo cónico cargado por un resorte, evitando así vibraciones no deseadas en los ejes abridados.La carcasa del diferencial tiene mecanizados ocho huecos. Con ellos y un transmisor para el velocímetro se obtiene la señal idónea para el cálculo de la velocidad instantánea del vehículo por parte def cuadro de instrumentos.

Caja de reenvioLos vehículos con tracción total incorporan una caja de reenvío, fijada a la carcasa del embrague, la cual no tiene despiece.Tiene la función de transmitir un movimiento de rotación entre la carcasa del diferencial y el árbol cardán. Consta de un grupo cónico formado por un piñón de ataque y una corona: ambos giran sobre rodamientos de rodillos cónicos.El funcionamiento es sencillo: un eje nervado une rígidamente la carcasa del diferencial con el piñón de ataque de la caja de reenvío, el cual a su vez engrana con la corona de la cajade reenvío y transmite el giro a través del árbol cardán al eje trasero.Un segundo eje nervado atraviesa la caja de reenvío por el interior, de forma que une un planetario con el eje abridado del palier delantero derecho.

Conexión de marchasLos mecanismos que intervienen en la conexión de marchas son:

un eje selector, cuatro horquillas con las correspondientes barras sobre las que se desplazan, y cuatro casquillos de encastre para la retención estática de la marcha.

El eje selector es la pieza principal. Esta sujeto a la carcasa del cambio medíante una tapa en un extremo y en el otro mediante un tornillo de seguridad.Un casquillo montado en el eje selector incorpora un fiador, que trabaja en todas las marchas. Dispone también de un orificio donde encaja el perno de retención y la zona que actúa sobre el conmutador de la luz de marcha atrás. Además, el eje selector tiene tres dedos de conexión, uno para las horquillas de la 1ª a la 4ª marcha, otro para la marcha atrás y el último para la 5ª y 6ª.Cuando el eje selector está en reposo, sin ninguna marcha engranada, unos resortes internos lo sitúan de tal forma que uno de los dedos de conexión coincide en la escotadura de lahorquilla de la 3ª y 4ª marcha; el resto quedan libres.Cada una de las horquillas de las marchas (excepto la marcha atrás) tiene un fiador propio. Cuando se engrana una de las marchas, uno de los casquillos de encastre (fijos en la carcasa del cambio) bloquea la posición de la horquilla impidiendo que esta se desplace.La combinación del fiador del eje selector con el propio de cada una de las horquillas (retención estática), y los dentados en forma de punta de lanza de los sincronizadores (retención dinámica) evitan que las marchas se desengranen casualmente.

Flujo de fuerzaEl par de giro del motor llega al cambio de marchas a través del embrague y entra por el árbol primario. El primario tiene todos los piñones solidarios: su giro constante provoca el giro de todos los piñones de los otros árboles, los cuales permanecen libres.En el momento que el conductor engrana alguna marcha, provoca que el piñón correspondiente, situado en un árbol secundarlo quede solidarlo al árbol; así el par de giro pasará del primario a el secundario y finalmente al diferencial. Cada una de las marchas tiene como resultado una desmultiplicación propia.La inversión de giro del secundario II se logra mediante la intercalación del eje para la marcha atrás entre el primario y el secundario II.

Accionamiento de marchas

Los mecanismos que intervienen en la selección y conexión de una marcha se pueden asociar en tres grupos:

La palanca de cambios, dos cables de mando y la timonería de conexión.

Palanca de cambiosTiene libertad de movimiento en cualquiera de las direcciones de los tres ejes espaciales. Así, el mecanismo interior de la palanca puede transformar los movimientos realizados por el conductor en movimientos de tracción y empuje en los extremos de ambos cables,Los movimientos que realiza la palanca hacia la derecha e izquierda llegarán al cambio como movimiento de selección, mientras que los movimientos de avance y retroceso de la palanca provocarán movimiento de conexión de las marchas.

Cables de mandoSon de tipo blowden y tienen la función de transmitir los movimientos de la palanca hacia la timonería de conexión en el cambio.De esta forma se reducen las vibraciones sobre las conexiones debidas al movimiento de los grupos mecánicos, así como el aislamiento de ruidos por vibraciones y la carencia de mantenimiento.Uno de los cables transmite el movimiento de selección y otro los movimientos de conexión.

Caja de Cambios

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