UNIDAD EDUCATIVA "EL ORO"
MACHALA - EL ORO - ECUADOR

GONZALO FABIAN ROMERO AGUILAR 

6TO "F"

TRABAJO DE COMPUTACION:

CAJAS DE CAMBIOS MANUALES Y 

AUTOMATICAS 


CAJAS DE CAMBIOS MANUALES

MISION

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 de giro del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción generalmente es la reducción de velocidad de giro e incremento del par motor.

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, en transmisiones manuales; o a través del convertidor de par, en transmisiones automáticas.

Cambio manual de 5 marchas	z2	z1	rt
1ª velocidad	38	11	3,455
2ª velocidad	44	21	2,095
3ª velocidad	43	31	1,387
4ª velocidad	40	39	1,026
5ª velocidad	39	48	0,813
Marcha atrás	35 24	24 11	3,182
Grupo diferencial	66	17	3,882
Velocímetro	Electrónico
Carga de aceite	1,9 litros
Cambio de aceite	Carga permanente

CLASIFICACION

Cajas de cambio de toma directa (2 ejes):

Son las utilizadas en vehículos de tracción delantera. Su construcción es simple y compacta, ya que tienen que compartir espacio con el motor en la parte delantera del vehículo además de alojar el grupo diferencial en su interior.

Estas cajas de cambio poseen dos ejes, uno por el cual llega la transmisión del motor, también llamado primario y el secundario, por el cual, a través de los piñoes seleccionados se transmite la fuerza hacia el grupo cónico diferencial, que a su vez, mediante los palieres lanza la transmisión mecánica de giro a las ruedas.

El eje primario puede ser fijo o no, al igual que el secundario que puede ser fijo o no. Hay cajas de cambio que va mitad y mitad, todo depende de la arquitectura adoptada y del diseño del fabricante. No obstante, eso no es determinante para el rendimiento, ya que funcionan todas exactamente igual.

En el dibujo de la parte superior vemos como llega la transmisión del motor al eje primario, se transmite al secundario a través de los piñoes de la marcha engranada y de éste al diferencial para trasmitir la fuerza mecánica de giro a las ruedas.

Cajas de cambio de toma constante (3 ejes):

Estas cajas de cambio están diseñadas para vehículos de propulsión trasera y poseen 3 ejes, aunque visualmente parece que tengan solamente dos. Se reconocen fácilmente ya que poseen un tamaño muy alargado y voluminoso y se sitúan en la parte central del vehículo, sobre su eje longitudinal. El motor adopta de este modo una configuración longitudinal.

Estas cajas de cambio también se conocen con el nombre de cajas de cambio de toma constante, ya que posee dos piñones que permanecen siempre engranados, los cuales transmiten la fuerza al eje intermediario (que suele ser fijo) y a través de los sincronizadores, situados en el tercer eje, se engrana la marcha. La fuerza mecánica resultante abandona la caja de cambios por su parte posterior hacia el grupo diferencial, situado en el eje trasero del vehículo.

En la imágen de la parte superior observamos representada una caja de cambios de toma constante. Podemos ver como el primario (color verde) está engranado continuamente con el rojo (eje intermedio). Los sinctonizadores situados en eltercer eje engranan el piñón correspondiente con el eje intermediario y a través del eje terciario (amarillo) transmitimos el movimiento al grupo cónico diferencial.

Esta caja de cambios es de 6 velocidades. La 6 velocidad se engrana mediante un sincronizador (no representado) que une directamente el primario con el terciario (sin pasar por el intermediario) transmitiendo íntegramente las revoluciones del motor al eje terciario y por tanto, al grupo diferencial.

En la representación gráfica de la parte superior observamos una caja de cambios de toma constante de 4 velocidades. La cuarta velocidad es engranada mediante el sincronizador más cercano al embrague que une el eje 1 y 3 de forma directa.

Cajas de cambio Manual Pilotada.

La característica principal de estas cajas de cambio es que incorporan un doble eje secundario para ganar rapidez en el cambio y que se haga de forma prácticamente instantánea. Las que no poseen doble eje secundario poseen un doble embrague que sincroniza un doble eje primario (dividido en su interior) que aparentemente es un solo eje primario. En el caso del doble embrague el eje secundario es fijo. En las cajas de cambio de doble secundario el primario es el tren fijo.

En este tipo de cambios lo que ocurre es que se engranan dos marchas a la vez, una par, otra impar y viceversa, haciendo que una transmita el movimiento al grupo y la otra permanece en espera para ser engranada por el otro embrague, haciendo que el cambio sea realmente rápido y suave.

En función de nuestra conducción el cambio va sincronizando las marchas para alcanzar mayor velocidad (aceleración) o bien para reducir marchas (deceleración, pedal del acelerador totalmente levantado).

ELEMENTOS

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

·         Árbol primario. Recibe el movimiento a la misma velocidad de giro que el motor. Habitualmente lleva un único piñón conductor en las cajaslongitudinales para tracción trasera o delantera. En las transversales lleva varios piñones conductores. Gira en el mismo sentido que el motor.

·         Árbol intermedio o intermediario. Es el árbol opuesto o contraeje. Consta de un piñón corona conducido que engrana con el árbol primario, y de varios piñones (habitualmente tallados en el mismo árbol) y que son solidarios al eje que pueden engranar con el árbol secundario en función de la marcha seleccionada.Gira en el sentido opuesto al motor.

En las cajas transversales este eje no existe.

·         Árbol secundario. Consta de varios engranajes conducidos que están montados sueltos en el árbol, pero que se pueden hacer solidarios con el mismo mediante un sistema de desplazables. Gira en el mismo sentido que el motor(cambios longitudinales), y en sentido inverso en las cajas transversales. En otros tipos de cambio, especialmente motocicletas y automóviles y camiones antiguos, los piñones se desplazan enteros sobre el eje.

La posición axial de cada rueda es controlada por unas horquillas accionadas desde la palanca de cambios y determina qué pareja de piñones engranan entre el secundario y el intermediario. , o entre primario y secundario según sea cambio longitudinal o transversal. Cuando se utilizansincronizadores, el acoplamiento tangencial puede liberarse en función de la posición axial de estos y las ruedas dentadas no tienen libertad de movimiento axial. Esto es lo que ocurre en las cajas manuales actuales. Las ruedas dentadas están fijas en el eje y montadas sobre un cojinete, de manera que pueden moverse a distinta velocidad que él. Estas ruedas están engranadas permanentemente con las del eje intermedio, y cuando se cambia de marcha uno de los desplazables hace solidario el movimiento de la rueda con el del eje, produciéndose lo que se denomina sincronización. Por esta razón, el eje secundario lleva un estriado entre cada pareja de ruedas.

En las cajas transversales, la reducción o desmultiplicación final eje secundario/corona del diferencial invierte de nuevo el giro, con lo que la corona gira en el mismo sentido que el motor.

·         Eje de marcha atrás. Lleva un piñón que se interpone entre los árboles intermediario y secundario (longitudinal) o primario y secundario (transversal) para invertir el sentido de giro habitual del árbol secundario. En el engranaje de marcha atrás, normalmente se utiliza un dentado recto, en lugar de un dentado helicoidal, más sencillo de fabricar. Asimismo, cuando el piñón se interpone, cierra dos contactos eléctricos de un conmutador que permite lucir la luz o luces de marcha atrás, y al soltarlo, vuelve a abrir dichos contactos.

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

En varios vehículos como algunos camiones, vehículos agrícolas o automóviles todoterreno, se dispone de dos cajas de cambios acopladas en serie, mayoritariamente mediante un embrague intermedio. En la primera caja de cambios se disponen pocas relaciones de cambio hacia delante, normalmente 2, (directa y reductora); y una marcha hacia atrás, utilizando el eje de marcha atrás para invertir el sentido de rotación.

La lubricación puede realizarse mediante uno de los siguientes sistemas:

·         Por barboteo.

·         Mixto.

·         A presión.

·         A presión total.

·         Por cárter seco

AVERÍAS CAUSAS Y SOLUCIONES

  Ruidos al cambiar de sentido

Las averías más frecuentes son ruidos al cambiar de sentido tanto a izquierda como a la derecha. Si el ruido es un “clac metálico” al girar a la derecha, posiblemente la junta homocinética del lado del giro esté con holgura en sus puntos de contacto y a la larga se irá acentuando el ruido, por el contrario si es girando a la izquierda, la pieza defectuosa será el de ese lado de giro.

Normalmente, nos avisa con el anterior ruido mencionado de que está mal, ya que en línea recta es poco usual notar algo. En este aspecto tenemos ventaja para prevenir la reparación.

  Rotura del guarda-polvo

Otra avería muy común es la rotura del guarda-polvo, que como su nombre indica, protege a la junta homocinética de que entre polvo, suciedad y sobre todo de que no pierda la grasa interna que hace que la junta esté siempre engrasada y en perfecto estado de uso.

En las revisiones periódicas siempre es un punto que hay que revisar y si está roto, se aconseja cambiarlo enseguida y así no se nos romperá prematuramente.

El coste de un guardapolvo es poco, rondando los 20 euros dependiendo de marcas y la mano de obra aproximadamente está en una hora en adelante.

  Desequilibrado del palier o semi-árbol de transmisión

Aunque se trata de una avería muy poco común, el desequilibrado del palier o semi-árbol de transmisión también puede presentarse en el sistema. En este caso, notaremos que cuando vamos e línea recta nos vibra el volante, sobre todo en aceleraciones o deceleraciones bruscas.

El coste de una junta homocinética está a partir de 100 euros en adelante, por lo que por un poco más tenemos el palier entero con la junta, ahorrando así en mano de obra ya que viene pre-montado. El tiempo de sustitución varía entre 1 y 2 horas, dependiendo de marcas y modelos.

CAJAS DE CAMBIO AUTOMÁTICAS

MISION

El cambio automático es un sistema de transmisión que es capaz por si mismo de seleccionar todas las marchas o relaciones sin la necesidad de la intervención directa del conductor. El cambio de una relación a otra se produce en función tanto de la velocidad del vehículo como del régimen de giro del motor, por lo que el conductor no necesita ni de pedal de embrague ni de palanca de cambios. El simple hecho de pisar el pedal del acelerador provoca el cambio de relación conforme el motor varía de régimen de giro. El resultado que aprecia el conductor es el de un cambio cómodo que no produce tirones y que le permite prestar toda su atención al tráfico. Por lo tanto el cambio automático no sólo proporciona más confort, sino que aporta al vehículo mayor seguridad activa.

CARACTERISTICAS

El conjunto de un cambio automático consta de 4 componentes mecánicos principales:

1. El convertidor de par, que en el momento del arranque del vehículo reduce las revoluciones del motor hacia el primario o entrada al cambio, ganando en la misma proporción par motor, para irlas igualando progresivamente al ir el vehículo alcanzando una mayor velocidad, hasta que el par del motor y el del primario se igualan cuando las velocidades son las mismas.

2. Los engranajes que constituyen las velocidades, que son generalmente conjuntos de trenes epicicloidales (ver figura) que se acoplan y desacoplan con frenos y embragues de discos múltiples accionados por presión hidráulica.

3. El conjunto o "caja" de válvulas hidráulicas que seleccionan los diferentes frenos y embragues, para ir cambiando las velocidades.

4. La bomba hidráulica que suministra la presión para accionar los frenos y embragues, así como para el convertidor.

¿Cómo se determinan los puntos de cambio?

El momento de decisión para saber cuándo se pasa de una velocidad a otra depende de 2 parámetros:

a) La posición del pedal acelerador, es decir la carga motor que demanda el conductor al vehículo (cuesta arriba, llano, descenso, número de pasajeros o de carga).

b) La velocidad del vehículo.

Esto permitirá a la transmisión cambiar a relaciones más largas más tarde y a mayor régimen motor cuando circule cuesta arriba respecto de cuando circule cuesta abajo o en llano.

¿Qué significa cada una de las posiciones de la palanca?

La mayoría de las transmisiones automáticas permiten seleccionar mecánicamente entre un conjunto de rangos de marchas, que como mínimo comprenden el siguiente orden:

1) "P" (Parking) de estacionamiento en la que no hay transmisión de fuerza, y además bloquea el eje de salida de la transmisión mecánicamente.

2) "R" (Reverse) para marcha atrás.

3) "N" (Neutral) En la cual no hay transmisión de fuerza, equivale al punto muerto de un cambio manual.

4) "D" (Drive) Para marcha hacia adelante, en la cual entran todas las desmultiplicaciones, desde la primera hasta la cuarta, quinta o más según el fabricante.

Además de estas 4 posiciones, es muy frecuente:

5) "S" (Sport) de funcionamiento similar a la posición "D" pero con cambios más rápidos, bruscos y a unas revoluciones mayores.

6) "L" (Low) Para impedir que entren las marchas más largas, sólo primera y segunda, en caso de fuertes pendientes, además permite retener al bajar las mismas pendientes. En algunos fabricantes se sustituye la "L" por "3", "2", "1" dependiendo del fabricante en las cuales se obliga a mantener como máximo la desmultiplicación mayor. Cabe destacar que en Venezuela se llama de modo coloquial a lo anteriormente mencionado "L3", "L2" y "L1"; respectivamente.

7) "M" (Manual) Suele encontrarse al lado de la posición "D" en la cual los movimientos de la palanca, marcados con "+" y con "-", permiten subir y bajar de marchas a voluntad, con la cual hay además posibilidad de retención en los descensos (ver figura).

8) "W" (Winter) No es muy común y menos como posición. Se puede encontrar como un funcionamiento especial de la posición "D" en la cual la salida y los cambios de marcha se realizan de forma mas suave para evitar que las ruedas patinen cuando el suelo se encuentra con escaso agarre.

Como dispositivo de seguridad, el accionamiento del motor de arranque sólo es posible en "P" y en "N", siendo incluso imposible en vehículos recientes sacar la llave del contacto si no está la palanca en "P", o sacar la palanca de "P" con el motor parado si no se mantiene el freno pisado.

Sistema de mando para el cambio automático
Hemos visto el funcionamiento del convertidor de par y de los trenes epicloidales, ahora veremos como funcionan los elementos que controlan el cambio de velocidades. El sistema de control del cambio automático en la caja de cambios Hidramatic está formado por un circuito hidráulico y una serie de elementos, situados en el interior del cárter de la caja de cambios, que realizan las operaciones de cambio automático para las distintas velocidades, sin que tenga que intervenir el conductor.

Hay dos elementos principales que se encargan de frenar uno o varios de los componentes del tren epicicloidal para conseguir las diferentes reducciones de velocidad. Estos elementos son: la cinta de freno y el embrague.

La cinta de freno: consiste en una cinta que rodea un tambor metálico. Este tambor puede estar fijado al piñón planeta tal como se muestra en la figura, o puede ser la superficie exterior de la corona de engrane interior. Cuando la cinta de freno esta aplicada, queda inmovilizado el piñón planeta y el engranaje epicicloidal actúa como un reductor de velocidad. La corona interior estará girando, pues esta montada sobre el eje de entrada. Esta disposición hacen que giren los piñones satélites, a la vez que circunden el piñón planeta, arrastrando consigo al portasatélites, el cual girara animado de una velocidad de rotación inferior a la de la corona interior.

El embrague: consiste en una serie de placas la mitad de las cuales están fijadas en el anillo exterior, llamado tambor de embrague que es solidario con el planeta y la otra mitad lo están al portasatélites. Cuando la presión del aceite aprieta entre si los dos juegos de placas del embrague, éste estará conectado. Cuando actúa el embrague diremos que el engranaje epicicloidal esta "bloqueado" ya que hacemos solidarios dos de sus componentes y el engranaje epicicloidal girara al completo sin ningún tipo de reducción.
El aceite a presión que entra a través del tubo de aceite produce la aplicación o acoplamiento del embrague. El aceite a presión empuja hacia la izquierda al pistón anular dispuesto en el tambor del piñón planeta, de manera que las placas del embrague son apretadas las unas contra las otras, quedando así aplicado el embrague.
En esta situación, el portasatélites y el piñón planeta son solidarios. El juego de engranaje epicicloidal esta ahora en transmisión o marcha directa.

AVERIAS CAUSAS Y SOLUCIONES

CAJA DE CAMBIO AUTOMATICA
1. Resbalamiento en todas las marchas.	Nivel de aceite bajo.	Reponer el nivel.
	Avería interna del cambio (embragues desgastados, caja de válvulas agarrotada, bomba de aceite con desgastes, etc.).	Efectuar una reparación general.
2. Aceleración pobre a bajas velocidades.	Nivel de aceite bajo.	Reponer el nivel.
	Convertidor de par averiado (no actua el rodamiento unidireccional del reactor).	Sustituir el convertidor.
3. La caja no cambia de marcha.	Mal ajuste del mando.	Efectuar ajuste y verificar presiones.

EJE DE TRANSMISION
(Tracción trasera)
AVERIAS		CAUSAS	SOLUCIONES
1. Ruido.		Crucetas universales faltas de lubricación o deterioradas.	Revisar las crucetas universales.
		Eje propulsor desalineado o desequilibrado.	Alinearlo/equilibrarlo.
		Rodamiento central de apoyo defectuoso.	Sustituir rodamiento.
2. Golpeteo.		Holgura en el conjunto de la transmisión o en el diferencial.	Revisar conjunto eje transmisión/diferencial.
DIFERENCIAL
1. Sireneo al acelerar y retener.		Mal ajuste/desgaste conjunto piñón-corona.	Ajustar.
		Rodamiento conjunto diferencial o piñón de ataque deteriorados.	Sustituir rodamientos y reajustar conjunto.
2. Ruidos en curvas.		Holgura excesiva o daños en planetarios y satelites.	Reparar conjunto diferencial.
3. Falta de estabilidad		Placas de fricción del mecanismo autoblocante con desgaste o daño.	Reparar conjunto diferencial.
		Mecanismo autoajustable, bloqueado	Reparar o sustituir el mecanismo.
SEMIEJE DE TRANSMISION
(Tracción delantera)
1. Chasquidos al rodar con la dirección girada a tope		Falta de grasa en las crucetas o juntas homocineticas.	Engrasar y revisar estado de los fuelles protectores de goma.
		Rodamientos de agujas de las crucetas oxidados o con las agujas rotas, o daños internos en las juntas homocineticas.	Reparar los conjuntos cardan u homocineticos, o sustituir las transmisiones completas.
2. Holgura en las transmisiones, al acelerar o retener.		Desgaste o rotura de los rodamientos de las crucetas o bolas en las juntas homocineticas.	Reparar los conjuntos cardan u homocineticos o sustituir las transmisiones completas.
		Tuerca de la mangueta floja.	Apretarla al par especificado.
		Estrías de la mangueta desgastadas.	Sustituir la mangueta o la transmisión completa y el plato de anclaje.
		Desgastes en los dados o juntas trípode de salida del diferencial.	Sustituir los elementos dañados.
EMBRAGUE
AVERIAS	CAUSAS			SOLUCIONES
1. Retiembla al arrancar o cambiar la marcha.	Cable de mando se agarra y no retorna correctamente.			Engrasar o sustituir el cable.
	Gomas de apoyo del motor deteriorados.			Sustituirlas.
	Disco engrasado o desgastado.			Sustituir el disco.
	Superficie de fricción del volante y/o del plato de presión rayada.			Rectificar las superficies de fricción o sustituir las piezas afectadas.
	Muelles o muelle de diafragma deformados.			Sustituir elementos.
2. Patina.	Tope de la palanca de desembrague desajustado (cable de mando excesivamente tensado).			Ajustar el tope del cable, dejando la holgura recomendada.
	El pedal no retorna debido a debilitamiento del muelle de retroceso o a atascamiento del cabla de mando.			Sustituir el muelle. Engrasar o sustituir el cable de mando.
	Asbesto del disco impregnado de posibles fugas a traves del retenedor del cigueñal.			Sustituir el disco y poner nuevos retenes.
	Disco desgastado.			Sustituir el disco.
	Muelle de diafragma roto o cedido.			Sustituir el conjunto muelle del diafragma
3. Desgaste prematuro.	Conducir habitualmente con el pie apoyado en el pedal de embrague			Sustituir el disco y evitar ese hábito en lo sucesivo.