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¿Cómo funcionan las cajas de velocidades manuales y automáticas?

¿Qué es una caja de velocidades? ¿Cómo está constituida una caja de velocidades? ¿Cómo se clasifican las cajas de cambios o velocidades?

Tema: Las cajas de velocidades

19-Mar-2007 QuimiNet Automotriz
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Foto por: © Getty Images
Mecánico checando auto
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En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades (suele ser llamada sólo caja) es el elemento encargado de acoplar el motor y el sistema de transmisión con diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción generalmente es la reducción de velocidad e incremento del torque.

En función de que la velocidad transmitida a las ruedas sea mayor, la fuerza disminuye, suponiendo que el motor entrega una potencia constante; dado que potencia es trabajo por unidad de tiempo y, a su vez, trabajo es fuerza por distancia, una distancia mayor (derivada de la mayor velocidad) tiene por consecuencia, una fuerza menor. De esta manera la caja de cambios permite que se mantenga la velocidad de giro del motor y, por lo tanto, la potencia y par más adecuado a la velocidad a la que se desee desplazar el vehículo.

La caja de cambios tiene la misión de reducir el número de revoluciones del motor e invertir el sentido de giro en las ruedas, cuando las necesidades de la marcha así lo requieren. Va acoplada al volante de inercia del motor del cual recibe movimiento a través del embrague. Acoplado a ella va el sistema de transmisión.

Constitución de la caja de velocidades

La caja de cambios está constituida por una serie de ruedas dentadas dispuestas en tres árboles.

  • Árbol primario.
  • Árbol intermedio.
  • Árbol secundario.
  • Eje de marcha atrás.

Todos los árboles se apoyan por medio de cojinetes en una carcasa llamada cárter de la caja de cambios, que suele ser de fundición gris, aluminio o magnesio y que sirve de alojamiento a los engranajes, dispositivos de accionamiento y en algunos casos el diferencial, así como de recipiente para el aceite de engrasar.

Clasificación de las cajas de velocidades

Existen varios tipos de cajas de cambios y diversas maneras de clasificarlas. Hasta el momento en que no se habían desarrollado sistemas de control electrónico la distinción era mucho más sencilla e intuitiva ya que describía su construcción y funcionamiento. En tanto que se han desarrollado sistemas de control electrónico para cajas se da la paradoja que existen cajas manuales con posiblidad de accionamiento automatizado (p.ej.: Alfa Romeo) y cajas automáticas con posibilidad de intervención manual. La clasificación en función de su accionamiento es una de las clasificaciones aceptadas por mayor número de autores:

Manuales o mecánicas

Tradicionalmente se denominan cajas mecánicas a aquellas que se componen de elementos estructurales (carcasas y mandos) y funcionales (engranajes, ejes, rodamientos, etc) de tipo mecánico. En este tipo de cajas de cambio la selección de las diferentes velocidades se realiza mediante mando mecánico, aunque éste puede estar automatizado.

Los elementos sometidos a rozamiento(ejes, engranajes, sincronizadores, o selectores) están lubricados mediante baño de aceite específico para engranajes, y en el cárter, aislados del exterior mediante juntas que garantizan la estanqueidad.

Los acoplamientos en el interior se realizan mediante mecanismos compuestos de balancines y ejes guiados por cojinetes. El accionamiento de los mecanismos internos desde el exterior de la caja y, que debería accionar un eventual conductor, se realizan mediante cables flexibles no alargables o varillas rígidas.

Las distintas velocidades de que consta la caja están sincronizadas. Esto es, disponen de mecanismos de sincronización que permiten igualar las velocidades de los distintos ejes de que consta la caja durante el cambio de una a otra. La conexión cinemática entre el motor y la caja de cambios se realiza mediante el embrague.

Dentro de este grupo se encuentra la caja de cambios manual automatizado DSG (en idioma alemán Direkt Schaltgetriebe) del grupo Volkswagen que permite el funcionamiento manual y automático.

Las cajas de velocidades automáticas

Este tipo de cajas tradicionalmente utilizan engranajes epicicloidales y, como elemento de conexión entre el motor y la propia caja, usan un convertidor de par en vez del clásico embrague, aunque su cometido es el mismo, conectar y desconectar el movimiento del motor con la caja.

Las cajas de cambio de actual aplicación en los vehículos automóviles, además de la gestión automática en la selección de las distintas velocidades que las caracteriza permiten la posibilidad de intervenir de forma manual  y de manera similar a como se realiza en las cajas manuales.

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