Fundamentos de la Transmisión Manual: Componentes, Funcionamiento y Diagnóstico de Averías

Propósito de la Caja de Cambios

La caja de cambios sirve para transmitir y transformar el par motor, manteniéndolo en un régimen óptimo para que el vehículo pueda subir y bajar cuestas, detenerse e invertir el sentido de giro de las ruedas, adaptando la velocidad según las distintas condiciones de marcha.

Misión Principal de la Caja de Cambios

Su misión es permitir al conductor seleccionar la velocidad apropiada según las necesidades de conducción y realizar el cambio en el momento que se necesite. Además, es capaz de invertir el giro de salida del motor, haciendo posible la marcha atrás.

¿Qué es la Relación de Transmisión (R.T.)?

La relación de transmisión es la multiplicación o desmultiplicación de las revoluciones del motor en la caja de cambios.

Cálculo de la Relación de Transmisión

Se puede determinar mediante:

• Número de dientes: Z2 (rueda conducida) / Z1 (rueda conductora)
• Número de revoluciones: N1 (RPM del eje de entrada) / N2 (RPM del eje de salida)
• Tamaño de los diámetros: (Aunque menos común para cálculos directos en cajas, influye en el diseño).

Funcionamiento del Sincronizador

Los anillos sincronizadores se encuentran entre el cono del piñón y el collarín desplazable. Cuando se intenta seleccionar una velocidad, el mecanismo del sincronizador empuja el anillo sincronizador, que roza con el cono de la rueda dentada y la frena, igualando las velocidades de los dos ejes. Esto permite el engranaje suave del collarín con el estriado de la rueda, facilitando la inserción de una velocidad en la caja de cambios.

Principio de Funcionamiento de los Sincronizadores

Su principio fundamental es frenar el piñón que gira libremente y a mayor velocidad, utilizando frenos y embragues de cono para igualar las velocidades.

Diagnóstico de Averías Comunes en la Caja de Cambios

A continuación, se detallan algunas de las averías más frecuentes en las cajas de cambios manuales, sus posibles causas y las acciones correctivas recomendadas:

1. Ruidos Extraños

• Causas: Holgura excesiva de los engranajes, rodamientos desgastados, anillos sincronizadores deteriorados, falta de aceite.
• Revisión/Sustitución: Comprobar engranajes, revisar rodamientos y elementos que se desgasten con medidas fuera de cota, verificar el nivel de aceite de la caja.

2. Rascan Todas las Velocidades al Seleccionarlas

• Causas: Embrague en mal estado o mal regulado, dispositivo de selección defectuoso o mal reglado.
• Revisión/Sustitución: Revisar el embrague y su sistema de accionamiento, comprobar el mecanismo de selección de la caja.

3. Rasca una Velocidad Específica

• Causas: Sincronizador de dicha velocidad desgastado.
• Revisión/Sustitución: Cambiar el sincronizador afectado.

4. Se Sale una Velocidad

• Causas: Muelle fiador roto o desgastado, ranura de la varilla desgastada, holgura excesiva entre la horquilla y el cubo del sincronizador.
• Revisión/Sustitución: Verificar muelles, ranura de la varilla y holgura entre la horquilla y el cubo o carrete desplazable.

5. Dureza en la Selección de Velocidades

• Causas: Suciedad en el cambio, varillas en mal estado, desgaste en horquillas y cubos de sincronizador.
• Revisión/Sustitución: Limpiar el cambio y verificar varillas y horquillas.

Componentes Clave de la Caja de Cambios y Tipos de Tracción

En una configuración típica, se identifican los siguientes ejes principales:

• Eje Primario: (Generalmente a la izquierda en la representación).
• Eje Intermediario: (En el centro).
• Eje Secundario: (A la derecha, cerca de la carcasa).

Si el motor es longitudinal, en su salida se acopla el árbol de transmisión en vehículos 4x2 (propulsión trasera) o la caja de transferencia en vehículos 4x4 (tracción total).

Elementos Constitutivos del Sincronizador

• Collarín Desplazable: Es movido por la horquilla de selección desde la palanca selectora para engranar una velocidad.
• Cubo Dentado: Está anclado al eje por un estriado. Contiene las bolas fiadoras y los muelles que fijan el collarín.
• Anillos Sincronizadores: Rozan con el cono de la rueda dentada y la frenan, igualando las velocidades de los ejes cuando se intenta engranar una velocidad.
• Cono de la Rueda Dentada: Gira libremente en el eje hasta que el anillo sincronizador roza con él y lo frena.

Misión de los Fijadores y Bloqueadores

Su función principal es evitar que, una vez seleccionada una velocidad, pueda engranarse otra de forma simultánea o incorrecta.

Componentes de la Primera Velocidad (Ejemplo Ilustrativo)

Para la primera velocidad, los elementos clave incluyen:

• Cono de la rueda dentada de 1ª
• Sincronizador de 1ª
• Muelles del sincronizador
• Anillo sincronizador
• Muelle de sincronización
• Anillo de sincronización

Ejemplo de Cálculo: Relaciones de Transmisión y Velocidad del Vehículo

Para las relaciones de transmisión (R.T.), se considera la relación entre el eje secundario y el primario. A continuación, se presentan ejemplos de relaciones de dientes (Z2/Z1) para diferentes velocidades y el grupo final:

• 1ª Velocidad: Z2/Z1 = 34/9
• 2ª Velocidad: Z2/Z1 = 36/17
• 3ª Velocidad: Z2/Z1 = 34/25
• 4ª Velocidad: Z2/Z1 = 34/35
• 5ª Velocidad: Z2/Z1 = 34/45
• Grupo Final: Z2/Z1 = 61/18
• Marcha Atrás (MA): Z2/Z1 = 36/9

Cada relación de transmisión de la caja se multiplica por la relación del grupo final para obtener la relación total, por ejemplo: 3,34/1.

Cálculo de Velocidad en km/h a 1355 RPM con Neumáticos Específicos

Para calcular la velocidad en km/h a 1355 RPM con neumáticos de perfil 45% de 205 y llanta de 17 pulgadas, se siguen los siguientes pasos:

1. Cálculo de la altura del perfil del neumático:
   • El perfil es el 45% de 205 mm. Este valor se multiplica por 2 (para la altura total de la banda de rodadura, superior e inferior).
2. Cálculo del diámetro de la llanta:
   • 17 pulgadas * 25.4 mm/pulgada = diámetro de la llanta en milímetros.
3. Cálculo del radio total de la rueda:
   • Se suma la altura total del perfil (paso 1) al diámetro de la llanta (paso 2) para obtener el diámetro total de la rueda.
   • Luego, este diámetro total se divide entre 2 para obtener el radio de la rueda.
4. Cálculo de la circunferencia de la rueda (Perímetro P):
   • P = 2 * π * radio de la rueda (utilizando el radio calculado en el paso anterior).

Con estos valores, y conociendo las RPM del motor y las relaciones de transmisión, se puede determinar la velocidad del vehículo en km/h.