Fundamentos y Tecnología de la Transmisión: Cajas de Cambios, Componentes y Funcionamiento

Misión y Rol de la Caja de Cambios en el Tren Cinématico

• La caja de cambios es el conjunto mecánico fundamental en la cadena cinemática del vehículo.
• Se ubica detrás del embrague y recibe el par motor para transmitirlo al grupo reductor y diferencial.

Funciones Principales de la Caja de Velocidades

• Acoplar velocidades y transmitir par, multiplicándolo o reduciéndolo para adaptarse a las condiciones de circulación.
• Permitir la marcha atrás cuando se requiera.
• Mantener el motor encendido con el vehículo parado (punto muerto), útil en detenciones o paradas prolongadas.

El eje primario de la caja engrana directamente con el disco del embrague.

• En vehículos con tracción trasera, el árbol de transmisión lleva el par al grupo reductor cónico y diferencial trasero.
• En tracción delantera, el grupo reductor y el diferencial suelen montarse juntos a la salida de la caja.

Tipos de Cajas de Cambios según la Configuración de Tracción

Cajas de Cambios para Tracción Delantera (FWD)

• Pueden montar el motor longitudinal o transversalmente.
• Constan de dos ejes principales: el eje primario (engranado al embrague) y el eje secundario (que transmite el movimiento al grupo reductor y diferencial).
• Cada velocidad tiene una pareja de ruedas dentadas que forman una relación de transmisión distinta.
• Las ruedas dentadas pueden girar libremente o quedar fijadas según la marcha elegida.
• Las cajas modernas utilizan piñones móviles, collarines desplazables y sincronizadores para garantizar cambios suaves.
• Incluyen mecanismos para el encastre o enclavamiento del piñón correspondiente a la marcha seleccionada.

Cajas de Cambios para Propulsión Trasera (RWD) y Tracción Total (4x4)

• El motor se encuentra generalmente en posición longitudinal.
• Forman un conjunto independiente que se acopla al árbol de transmisión o a la caja de transferencia (en el caso de vehículos 4x4).
• Constan de: eje primario (transmite par al tren intermedio), eje intermediario (tren de engranajes conductores), y eje secundario (que lleva piñones, sincronizadores y el mecanismo de marcha atrás).
• La marcha atrás se consigue mediante un piñón inversor, que invierte la dirección de giro del eje secundario.

La Caja Reductora (Transferencia) en Vehículos 4x4

La caja reductora es empleada en vehículos 4x4 para la circulación en terrenos difíciles o de baja adherencia.

• Reduce todas las relaciones de la caja manual en un factor de desmultiplicación que oscila entre 1.5:1 y 2:1.
• Utiliza mecanismos similares a los de una caja de cambios manual (piñones, tren epicicloidal).
• En vehículos de alta gama, puede incorporar accionamientos hidráulicos.

Componentes Estructurales Clave de Cajas de Velocidades y Diferenciales

Ruedas Dentadas

• Generan las diferentes relaciones de transmisión. Pueden ser de dentado recto o helicoidal.

Rodamientos

• Facilitan el giro, reducen los rozamientos y soportan cargas axiales y radiales.
• Tipos comunes: de bolas, de rodillos cilíndricos, de aguja, y de rodillos cónicos.

Retenes

• Evitan la pérdida de lubricante, garantizando la estanqueidad del sistema.

Sincronizadores

• Igualan las velocidades de los piñones y los ejes para permitir cambios suaves y precisos, evitando el rascado.

Mecanismos de Selección

• Incluyen la palanca, cables, varillas y horquillas que accionan los desplazamientos necesarios para fijar los piñones móviles.

Dispositivos de Enclavamiento e Interbloqueo

• Evitan que dos marchas se seleccionen simultáneamente, previniendo daños internos graves.

Principios de Funcionamiento de la Transmisión Manual

1. El conductor pisa el embrague para desacoplar el motor de la transmisión.
2. Mueve la palanca, que a través de cables o varillas de empuje, acciona las horquillas dentro de la caja.
3. Las horquillas desplazan los carretes que acoplan la rueda dentada móvil a su eje, fijando la marcha.
4. Punto muerto: Ninguno de los piñones queda fijado, por lo que giran libremente.
5. Los sincronizadores facilitan el encaje suave sin choque ni ruido.

En cajas automáticas, el cambio se realiza automáticamente mediante electrónica y un convertidor de par, sin interrupción del flujo de par motor.

Detalle del Mecanismo Sincronizador

El sincronizador es crucial para la suavidad operativa. Sus piezas principales son:

• Collarín Desplazable: Mueve el conjunto de sincronización.
• Anillos Sincronizadores: Frenan la rueda dentada 'loca' para igualar las velocidades de giro.
• Cubo Dentado: Fija y transmite el movimiento desde el collarín al piñón.
• Rodamientos de Aguja: Se utilizan en el sincronizador para facilitar el giro.

Sistemas de Seguridad: Enclavamiento e Interbloqueo

Mecanismos de Enclavamiento

• Mecanismos con muelle y bola diseñados para prevenir la salida accidental de la posición de marcha una vez engranada.

Mecanismos de Interbloqueo

• Interbloqueo con bolas y regletas: Evita la selección simultánea de dos marchas.
• Interbloqueo de cerradura: Bloquea el movimiento si una marcha ya está engranada, asegurando la integridad mecánica.