El dispositivo y el principio de funcionamiento de la caja de cambios.

Para que un automóvil se mueva en la carretera, no es suficiente tener un motor potente y eficiente debajo del capó. El par del cigüeñal debe transmitirse de alguna manera a las ruedas motrices del vehículo.

Para este propósito, se creó un mecanismo especial: una caja de cambios. Considere su estructura y propósito, así como también cómo difieren las diferentes modificaciones de KP.

El propósito de la caja de cambios

En resumen, la caja de cambios está diseñada para transferir el par de la unidad de potencia a las ruedas motrices. La transmisión también convierte la velocidad del cigüeñal para que el conductor pueda acelerar el automóvil sin arrancar el motor al máximo de rpm.

Este mecanismo se adapta a los parámetros del motor de combustión interna para maximizar todo el recurso del motor sin dañar sus partes. Gracias a la transmisión, la máquina puede moverse tanto hacia adelante como hacia atrás.

Todos los automóviles modernos tienen una transmisión que le permite desactivar temporalmente el acoplamiento rígido del cigüeñal con las ruedas motrices. Esto permite que el automóvil esté inactivo, por ejemplo, acercándose suavemente a un semáforo. Este mecanismo también le permite no apagar el motor cuando el automóvil se detiene. Esto es necesario para recargar la batería y operar equipo adicional, como un acondicionador de aire.

Cada propuesta comercial debe cumplir con los siguientes requisitos:

• Proporcionar tracción del automóvil y un consumo de combustible económico en función de la potencia y el volumen del motor;
• Facilidad de uso (el conductor no debe distraerse de la carretera al cambiar la velocidad del vehículo);
• No haga ruido durante el funcionamiento;
• Alta confiabilidad y eficiencia;
• Dimensiones mínimas (lo máximo posible en el caso de vehículos potentes).

Dispositivo de caja de cambios

A lo largo de la historia de la industria automotriz, este mecanismo se ha modernizado constantemente, por lo que en la actualidad existe una amplia variedad de transmisiones que tienen muchas diferencias significativas.

El dispositivo de cualquier caja de cambios incluye:

• Alojamiento. Contiene todas las piezas necesarias que aseguran el acoplamiento del motor al eje de transmisión, desde el cual se suministra la rotación a las ruedas.
• Reserva de petróleo. Dado que en este mecanismo las piezas entran en contacto entre sí bajo una carga pesada, la lubricación asegura su enfriamiento y crea una película de aceite que protege contra el desgaste prematuro de los engranajes.
• Mecanismo de transmisión de velocidad. Dependiendo del tipo de caja, el mecanismo puede incluir ejes, un conjunto de engranajes, una caja de engranajes planetarios, un convertidor de par, discos de fricción, correas y poleas.

Clasificación KP

Hay varios parámetros por los que se clasifican todas las casillas. Hay seis de esos signos. En cada uno de ellos, el par se suministra a la rueda motriz según su propio principio y tiene un método diferente de selección de marchas.

Por el método de transmisión de flujo de potencia

Esta categoría incluye los siguientes PK:

• Caja de cambios mecánica. En esta modificación, la toma de fuerza se realiza mediante un engranaje.
• Caja de cambios con ejes coaxiales. La rotación también se transmite a través de un tren de engranajes, solo sus elementos están realizados en forma cónica o cilíndrica.
• Planetario. La rotación se transmite a través de un conjunto de engranajes planetarios, cuyos engranajes están ubicados en un plano.
• Hidromecánico. En dicha transmisión, se utiliza una transmisión mecánica (principalmente de tipo planetario) junto con un convertidor de par o un acoplamiento de fluido.
• CVT. Este es un tipo de caja de cambios que no usa una transmisión escalonada. Muy a menudo, dicho mecanismo funciona junto con un acoplamiento de fluido y una conexión de correa.

Por el número de ejes principales con engranajes.

Al clasificar las cajas de cambios por el número de ejes, se distinguen:

• Con dos ejes y engranaje monoetapa del eje. No hay impulso directo en estas transmisiones. Muy a menudo, estas modificaciones se pueden encontrar en automóviles con tracción delantera. Algunos modelos con motores montados en la parte trasera también tienen una caja similar.
• Con tres ejes y engranaje de eje de dos etapas. En esta categoría, existen versiones con ejes coaxiales y no coaxiales. En el primer caso, hay una transmisión directa. En sección transversal, tiene dimensiones más pequeñas y una longitud ligeramente mayor. Estas cajas se utilizan en automóviles con tracción trasera. La segunda subcategoría no tiene transmisión directa. Básicamente, esta modificación se utiliza en vehículos y tractores con tracción en las cuatro ruedas.
• Con múltiples ejes. En esta categoría de caja de cambios, los ejes pueden tener un número de acoplamiento secuencial o no secuencial. Estas cajas de cambios se utilizan principalmente en tractores y máquinas herramienta. Esto permite más engranajes.
• Sin ejes. Estos puestos de control no se utilizan en el transporte ordinario. Entre estos modelos hay versiones coaxiales y no alineadas. Se utilizan principalmente en tanques.

Clasificación de reductores planetarios

Las cajas de engranajes planetarios se dividen según los siguientes parámetros:

• Dos, tres, cuatro o más grados de libertad cuando todos los elementos de fricción están desconectados;
• El tipo de engranaje planetario utilizado en el mecanismo es epicíclico (la corona principal tiene una disposición interna o externa de dientes).

Por método de control

En esta categoría, hay tales cajas:

• Manual. En tales modelos, el conductor selecciona la marcha deseada. Hay dos tipos de transmisiones manuales: el cambio se realiza mediante los esfuerzos del conductor o mediante un servodrive. En ambos casos, el control lo realiza una persona, solo la segunda categoría de la caja de cambios tiene un servodispositivo. Recibe una señal del conductor y luego configura la marcha seleccionada. Las máquinas utilizan con mayor frecuencia un servomotor hidráulico.
• Automático. La centralita electrónica determina varios factores (el grado de presión del acelerador, la carga procedente de las ruedas, la velocidad del cigüeñal, etc.) y en base a ello determina por sí misma cuándo engranar una marcha arriba o abajo.
• Robot. Esta es una caja electromecánica. En él, los engranajes se encienden en modo automático, solo que su dispositivo es como el de la mecánica ordinaria. Cuando la transmisión robótica está funcionando, el conductor no participa en el cambio de marcha. La propia unidad de control determina en qué marcha engranar. En este caso, el cambio ocurre casi imperceptiblemente.

Por el número de marchas

Esta clasificación es la más sencilla. En él, todas las cajas se dividen por el número de engranajes, por ejemplo, cuatro, cinco seis, etc. Esta categoría incluye no solo modelos manuales sino también automáticos.

Tipos de caja de cambios

La clasificación más común es por el tipo de caja en sí:

• Mecánica. En estos modelos, la selección de marchas y los cambios los realiza el conductor en su totalidad. Básicamente se trata de una caja de cambios con varios ejes, que funciona a través de un tren de engranajes.
• Máquina. Esta transmisión funciona en modo automático. La selección de una marcha adecuada se basa en los parámetros que mide el sistema de control de la caja de cambios.
• El robot es una especie de caja de cambios mecánica. El diseño de esta modificación prácticamente no se diferencia de la mecánica convencional: tiene un embrague, y los engranajes se engranan mediante la conexión del engranaje correspondiente en el eje impulsado. Solo el control de marcha es controlado por la computadora, no el conductor. La ventaja de tal transmisión es el cambio más suave posible.

Cajas de cambios de diseño específico

Además de las transmisiones conocidas, también se pueden utilizar modificaciones únicas en vehículos. Este tipo de cajas tienen un diseño específico y con él su propio principio de funcionamiento.

Bezvalnaya KP

Las transmisiones que no utilizan ejes preensamblados se denominan sin eje. En su diseño, tienen varias filas de engranajes ubicados en dos ejes paralelos. Los engranajes están conectados bloqueando los embragues.

Los engranajes están ubicados en dos ejes. Dos de ellos se fijan firmemente: en el líder se instala en la primera fila y en el seguidor, en la última. Los engranajes intermedios ubicados en ellos pueden desempeñar el papel de adelantados o impulsados, dependiendo de la relación de transmisión generada.

Esta modificación permite aumentar la relación de transmisión en ambas direcciones. Otra ventaja de dicha transmisión es el mayor rango de potencia de la caja. Uno de los inconvenientes más graves es la presencia obligatoria de un sistema automático auxiliar, con la ayuda del cual se llevan a cabo los cambios de marcha.

Caja de cambios no sincronizada

Otro tipo de cajas específicas es una no sincronizada o que no tiene sincronizadores en su diseño. Puede ser un tipo de malla permanente o un tipo de engranaje deslizante.

Para cambiar de marcha en una caja de este tipo, el conductor debe tener cierta habilidad. Debe poder sincronizar de forma independiente la rotación de engranajes y acoplamientos, determinando el tiempo de transición de engranaje a engranaje, así como igualar la velocidad de rotación del cigüeñal con el acelerador. Los profesionales se refieren a este procedimiento como rebase o doble presión del embrague.

Para realizar cambios suaves, el conductor debe tener experiencia en operar tales mecanismos. Un tipo similar de transmisión se instala en tractores estadounidenses, motocicletas, a veces en tractores y autos deportivos. En las transmisiones no sincronizadas modernas, se puede omitir el embrague.

Caja de cambios de levas

Las cajas de levas son una especie de modelo no sincronizado. La diferencia es la forma de los dientes engranados. Para mejorar la eficiencia de la caja de cambios, se utiliza una forma rectangular o un perfil de leva de los dientes.

Estas cajas son muy ruidosas, por lo que se utilizan en vehículos ligeros principalmente en coches de carreras. Durante la competencia, no se presta atención a este factor, pero en un automóvil ordinario dicha transmisión no brindará la oportunidad de disfrutar del viaje.

KP secuencial

Una caja de cambios secuencial es un tipo de transmisión en la que el cambio descendente o ascendente se realiza exclusivamente en un paso. Para hacer esto, se usa una manija o interruptor de pie (en motocicletas), que le permite mover el equipo en la canasta solo una posición a la vez.

Una transmisión automática como la Tiptronic tiene un principio de funcionamiento similar, pero solo imita la acción de esta transmisión. La clásica caja de cambios secuencial se instala en los coches F-1. El cambio de velocidad en ellos se realiza mediante paletas de cambio.

CP preselectivo

En la versión clásica, la caja de cambios preselectiva requería una selección preliminar de la siguiente marcha antes de que la caja de cambios cambiara a ella. A menudo se veía así. Mientras el automóvil estaba en movimiento, el conductor puso la siguiente marcha en el selector. El mecanismo se estaba preparando para cambiar, pero lo hizo por orden, por ejemplo, después de presionar el embrague.

Anteriormente, tales cajas de cambios se usaban en equipos militares con una transmisión planetaria, sin eje o no sincronizada. Tales modificaciones de la caja facilitaron el funcionamiento de mecanismos complejos hasta que se desarrollaron cajas mecánicas y automáticas sincronizadas.

Actualmente se utiliza una caja de preselección, pero se la conoce más comúnmente como transmisión de doble embrague. En este caso, el propio ordenador prepara la transición a la velocidad deseada conectando de antemano un eje adecuado con el engranaje acoplado al disco no fijado. Otro nombre para este tipo en el diseño moderno es robot.

Elección de caja de cambios. ¿Que es mejor?

Muchas de las cajas de engranajes enumeradas se utilizan solo en equipos especiales o en máquinas herramienta. Las principales cajas de cambios, que se utilizan ampliamente en vehículos ligeros, son:

• Transmisión manual. Este es el tipo de transmisión más simple. Para que el movimiento de rotación se transmita desde la unidad de potencia al eje de la caja de cambios, se utiliza una canasta de embrague. Al presionar el pedal, el conductor desconecta el eje de transmisión de la caja del motor, lo que le permite seleccionar una marcha adecuada para una velocidad determinada sin dañar el mecanismo.
• Transmisión automática. El par del motor se suministra a través de una transmisión hidráulica (convertidor de par o acoplamiento hidráulico). El fluido de trabajo actúa como un embrague en el mecanismo. Conduce, por regla general, una caja de cambios planetaria. Todo el sistema está controlado por una unidad de control electrónico que analiza los datos de muchos sensores y selecciona la relación de transmisión en consecuencia. Entre las cajas automáticas, hay muchas modificaciones que utilizan diferentes esquemas operativos (según el fabricante). Incluso hay modelos automáticos con control manual.
• Transmisión robótica. Estos KP también tienen sus propias variedades. Hay tipos eléctricos, hidráulicos y combinados. En diseño, el robot es básicamente similar a una transmisión manual, solo que con un embrague doble. El primero suministra par del motor a las ruedas motrices y el segundo prepara automáticamente el mecanismo para acoplar la siguiente marcha.
• Transmisión CVT. En una versión común, el variador consta de dos poleas, que están interconectadas por una correa (una o más). El principio de funcionamiento es el siguiente. La polea se expande o se desliza, provocando que la correa se mueva a un elemento de mayor o menor diámetro. A partir de esto, cambia la relación de transmisión.

A continuación se muestra un cuadro comparativo de cada tipo de caja con sus ventajas y desventajas.

Tipo de caja:	¿Cómo funciona?	Valor	Limitaciones
Transmisión manual	Cambio manual, cambio sincronizado.	Estructura simple, económica de reparar y mantener, ahorra combustible.	Un principiante debe acostumbrarse a la operación sincronizada del embrague y el pedal del acelerador, especialmente al arrancar una colina. No todo el mundo puede encender el equipo correcto de inmediato. Requiere un uso suave del embrague.
Transmisión automática	La bomba hidráulica crea la presión del fluido de trabajo, que impulsa la turbina y que transmite la rotación al engranaje planetario.	Conduce cómodamente. No requiere la intervención del conductor en el proceso de cambio de marchas. Cambia de marcha, aprovechando al máximo todo el recurso del motor. Elimina el factor humano (cuando el conductor enciende accidentalmente la primera velocidad en lugar de la tercera). Cambia de marcha suavemente.	Alto costo de mantenimiento. La masa es mayor que la de la transmisión manual. En comparación con el tipo de transmisión anterior, este resultará en un mayor consumo de combustible. La eficiencia y la dinámica son menores, especialmente con un estilo de conducción deportivo.
Robot	El embrague doble le permite preparar la próxima marcha para el acoplamiento mientras conduce. Muy a menudo, las transmisiones pares están ligadas a un grupo y las impares al otro. Internamente similar a una caja mecánica.	Máxima suavidad de conmutación. No requiere la intervención del conductor en el proceso de trabajo. Consumo económico de combustible. Alta eficiencia y dinámica. Algunos modelos tienen la capacidad de seleccionar el modo de funcionamiento.	La complejidad del mecanismo conduce a su baja confiabilidad, mantenimiento frecuente y costoso. Tolera mal las condiciones difíciles de la carretera.
Variador (CVT)	El par se transmite mediante un convertidor de par, como en una máquina automática. El cambio de marcha se lleva a cabo moviendo la polea del eje de transmisión, que empuja la correa a la posición deseada, lo que aumenta o disminuye la relación de transmisión.	Conmutación sin tirones, más dinámica en comparación con una automática convencional. Permite un pequeño ahorro de combustible.	No se utiliza en unidades de potencia potentes, ya que la transmisión es por correa. Alto costo de mantenimiento. Requiere el correcto funcionamiento de los sensores, de los cuales se recibe la señal para el funcionamiento de la CVT. Tolera mal las condiciones difíciles de la carretera y no le gusta remolcar.

Al decidir el tipo de transmisión, es necesario proceder no solo de las capacidades financieras, sino también centrarse más en si esta caja es adecuada para el automóvil. No en vano, los fabricantes de fábrica emparejan cada unidad de potencia con una caja específica.

Una transmisión manual es más adecuada para un conductor activo que comprende las complejidades del control de un automóvil a alta velocidad. La máquina es más adecuada para quienes gustan de la comodidad. El robot proporcionará un consumo de combustible razonable y está adaptado para una conducción medida. Para los amantes del funcionamiento más suave de la máquina, un variador es adecuado.

En términos de especificaciones técnicas, es imposible señalar la caja perfecta. Cada uno de ellos es bueno en sus propias condiciones y con habilidades de conducción específicas. En un caso, es más fácil para un principiante comenzar operando una variedad de transmisiones automáticas; en otro, es preferible desarrollar la habilidad de usar la mecánica.

Preguntas y respuestas

¿Cómo funciona la caja de cambios? La transmisión manual consta de un conjunto de engranajes que forman diferentes relaciones de transmisión. La transmisión automática está equipada con un convertidor de par y poleas de diámetro variable (variador). El robot es un análogo de la mecánica, solo que con doble embrague.

¿Qué hay dentro de la caja de cambios? Dentro de cualquier caja de cambios hay un eje de transmisión y un eje impulsado. Dependiendo del tipo de caja, se instalan poleas o engranajes en los ejes.