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¿Cómo funciona?

Mecánica básica: ¿cómo funciona la caja de cambios?

Rodrigo Fersainz

22/04/2016 - 15:03

Mecánica básica: ¿sabes cómo funciona la caja de cambios? Te lo explicamos aquí de una forma rápida y sencilla.

Los motores de combustión interna funcionan a altas velocidades, por lo que los distintos engranajes del cambio son necesarios para transmitir el par motor a las ruedas motrices, que giran mucho más lentamente. En esta nueva entrega de Mecánica básica te explicamos cómo funciona la caja de cambios. 

La caja de cambios de un vehículo ofrece una selección de marchas para diferentes situaciones: arrancar en llano o en pendiente, subir una colina, circular a velocidad de crucero...

Además: ¿cómo funciona el motor de un coche?

Suele aparecer entre el motor y la transmisión, después del embrague. Los coches actuales con transmisiones manuales tienen cinco o seis velocidades y marcha atrás, así como una posición neutral (conocida como punto muerto). En los diagramas que aquí te mostramos, hemos elegido una de cuatro marchas, por simplificar el diagrama. 

¿Cómo funciona?

La palanca de cambios es accionada por el conductor y se encuentra conectada a una serie de barras de selector, en la parte superior o lateral de la caja de cambios. Las barras yacen en paralelo con los ejes que llevan los diferentes piñones.

El diseño más normal es la caja de cambios de engranaje constante. Ésta cuenta con tres ejes: el eje de entrada, el eje intermedio y el eje principal.

El motor acciona al eje de entrada, el cual impulsa al eje intermedio. El eje intermedio gira los engranajes en el eje principal, aunque éstos giran libremente hasta que se bloquean por medio del dispositivo sincronizador, que está calzado al eje.

Partes de una caja de cambios

¿Cómo funciona una caja de cambios? ¿Cuáles son sus partes principales? Pincha aquí  para ampliar. 

El dispositivo sincronizador es el que realmente acciona el conductor, a través de una barra selectora con una horquilla que mueve el sincronizador para engranar la marcha.

El anillo sincronizador, un dispositivo de retardo, es el 'refinamiento' final en la caja de cambios. Evita el acople de un cambio hasta que las velocidades del eje se sincronizan.

En algunos automóviles se incluye un cambio adicional, llamado overdrive. Es más alto que el cambio superior, por lo que de esta manera brinda una conducción más económica.

Cómo es la relación de los cambios

Punto muerto

Todos los engranajes, excepto los necesarios para la marcha atrás, están constantemente engranando. Los engranajes en el eje de salida giran libremente a su alrededor, mientras que aquellos en el eje intermedio están fijos. No hay transmisión.

Partes caja de cambios punto muerto

Primera marcha

En primera, el engranaje más pequeño en el eje intermedio (con la menor cantidad de dientes) se bloquea, pasando la transmisión a través del engranaje más grande en el eje principal, y dando un alto par motor y una baja velocidad para un arranque desde parado, en llano o en pendiente.

Cómo funciona caja de cambios, primera velocidad

Segunda marcha

En segunda, la diferencia de diámetro de los engranajes en los dos ejes se reduce, lo que se traduce en un aumento de velocidad y en un menor incremento del par motor. La proporción es ideal para subir pendientes muy empinadas, circular a baja velocidad o detenerse (aunque al frenar totalmente las ruedas haya que poner punto muerto para que el motor no se cale).

Tercera marcha

En tercera, un engranaje todavía más grande en el eje intermedio aumenta la velocidad aún más, aunque reduce el incremento del par motor. La tercera velocidad proporciona agilidad conduciendo en la ciudad a velocidades que rondan las máximas permitidas en esos tramos.

Cuarta marcha

En cuarta (aquí es la última velocidad, con lo que es la más larga), el eje de entrada y el eje principal se traban juntos, ofreciendo una 'transmisión directa': una revolución del eje de propulsión para cada revolución del cigüeñal. No hay un aumento en el par motor.

Marcha atrás

Para accionar la marcha atrás, un piñón se interpone entre los engranajes de los dos ejes, haciendo que el eje principal cambie al sentido contrario. Generalmente, esta marcha no está sincronizada.

Cómo funciona caja de cambios, marcha atrás

¿Qué son los cambios sincronizados? 

El dispositivo sincronizador es un anillo con dientes en el interior, que se monta en un buje dentado calzado al eje. Cuando el conductor selecciona una marcha, haciendo coincidir las superficies de fricción en forma de cono sobre el buje y la unidad de transmisión de cambios, desde el engranaje de giro a través del buje hacia el eje, se sincroniza la velocidad de los dos ejes.

Además: ¿cómo funciona el embrague?

Con otro movimiento de la palanca de cambios, el anillo se mueve a lo largo del buje por una distancia corta, hasta que sus dientes engranan con los dientes biselados de las grapas a un lado de la rueda, de modo que el buje y el engranaje se traban juntos.

Los diseños modernos también incluyen un anillo sincronizador interpuesto entre las superficies de fricción. El anillo sincronizador tiene grapas dentadas, está hecho de materiales más blandos y se ajusta con más holgura en el eje que en el buje.

El anillo sincronizador debe estar situado precisamente a un lado del buje por medio de lengüetas o "dedos", antes de que sus dientes se alineen con los del anillo.

En el tiempo que éste necesita para localizarse a sí mismo, las velocidades de los ejes se sincronizan, de modo que el conductor no puede hacer que ningún diente choque. 

La mayoría de los coches modernos tienen sincronizadas todas las marchas de avance, aunque en los modelos que no lo son, la sincronización no se proporciona en la primera marcha. 

Fuentewww.comofuncionaunauto.com

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Rodrigo Fersainz

Redactor jefe de Reportajes, Competición y Motos

Coches, motos, lavadoras, marcapasos... Pruebo todo lo que pase por mis manos ¡y siempre, a la carrera!

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