sistemas de transmisión de fuerzas y trenes de rodaje: cajas de cambios manuales

CAJAS DE CAMBIOS MANUALES

Sergi Amorós

1. Definición Conjunto mecánico que se intercala entre el embrague

y el diferencial.

Capaz de transmitir y transformar el par motor.

El vehículo puede hacer las siguientes acciones graciasa la caja de cambios:

- Subir o bajar pendientes

- Parar o invertir la velocidad

Se selecciona la velocidad inicialmente, y se cambia alas otras de forma manual.

2. Sus funciones Permite selecciona la velocidad apropiada, haciendo

posible la marcha atrás.

Permite aprovechar al máximo la potencia del motor.

Transforma las revoluciones del motor para la salida.

3. Elementos constituyentesLos elementos que forman las cajas de cambiosmanuales, básicamente son los siguientes:

Ruedas dentadas: Se trata del engranaje, una de ellas esla conductora y la otra, la conducida.

Rodamientos: Elementos que reducen el rozamiento yel desgaste facilitando el giro del sistema.

Retenes: Se destinan a evitar pérdidas entre la unión delos ejes y los rodamientos.

3. Elementos constituyentes Sincronizadores: Se encaran de igualar las velocidades

de los piñones y sus ejes.

Mecanismo de enclavamiento: La varilla del cambio seenclava por medio de bolas y muelles. La presiónejercida impide que la varilla se desplace y quite lamarcha por vibraciones.

Dispositivo interbloqueo: Se interponen bolas o calaspara evitar que una vez seleccionada una marcha,pueda engranarse otra.

4. Relaciones de transmisión A través de los trenes de engranajes se consigue

multiplicar y desmultiplicar las revoluciones del motoren la caja de cambios.

La relación de transmisión depende del número dedientes de la rueda motriz (Z1), y del número dedientes de la rueda conducida (Z2).

4. Relaciones de transmisión Con tal de conocer la relación de transmisión de una

marcha debemos emplear el siguiente cálculo:

Rt = Z2 / Z1

Podemos conocer la relación de transmisión, a travésde las revoluciones de entrada y de salida:

Rt = N1 rpm eje entrada / N2 rpm eje salida

4. Relaciones de transmisión Cada velocidad del cambio tiene su propia relación de

transmisión, basándose en los dientes de cadaengranaje.

Una vez establecidas las relaciones de transmisión dela caja de cambios en cuestión, debemos representar elgráfico con todas marchas y sus circuitoscorrespondientes.

4. Relaciones de transmisión Tomando el ejemplo de una caja de cambios de un

tractor, el resultado sería el siguiente:

5. Gráfica de escalonamiento Cuando conocemos las relaciones de transmisión de

una caja de cambios, podemos realizar la gráfica deescalonamiento del cambio. Para ello, realizaremossiempre los mismos pasos del ejemplo de acontinuación:

Realizar la gráfica de escalonamiento de uncambio que tiene las siguientes relaciones detransmisión:

1ª (3.44/1) 2ª (1.94/1) 3ª (1.28/1) 4ª (0.96/1) 5ª (0.8/1)

5. Gráfica de escalonamientoConociendo además los siguientes datos:

- El par máximo se consigue a 3300 rpm

- La potencia máxima se consigue a 5700 rpm

- En 5ª marcha y a 1000 rpm la velocidad es 32.5km/h

1. Debemos localizar dos puntos en la gráfica(velocidad/rpm) para determinar el recorrido de la 5ªmarcha.

El primer punto es: v= 32.5 y rpm = 1000, o (32.5,1000)

5. Gráfica de escalonamientoA través de una regla de tres, encontramos el segundo punto, tomando 3300 rpm de los datos iniciales:

1000 rpm -> 32.5 km/h

3300 rpm -> X km/h

3300 rpm -> 106.59 km/h

Así pues los dos puntos que define la 5ª marcha son:

(32.5,1000) y (106.59,3300)

5. Gráfica de escalonamiento2. Para calcular el resto de la gráfica necesitamos

conocer la salida de rpm en la 5ª marcha (la máslarga).

Rt5 = N1 / N5

Rt5 = 1000 / 0.80

Rt5 = 1250 rpm

De este modo podremos proceder a calcular el restode marchas para finalizar la gráfica correctamente.

5. Gráfica de escalonamiento3. Para calcular la 4ª velocidad nos basamos en los

datos encontrados previamente, buscando primerolas revoluciones en par máximo, y después envelocidad máxima. De la siguiente forma:

N4 = N1 / Rt4

N4 = 1000 / 0.96

N4 = 1041 rpm

Vel. -> (1041 · 32.3) / 1250 = 26.9 km/h

Vel. (par máximo) -> (3300 · 26.9) / 1000 = 88.7 km/h

5. Gráfica de escalonamientoLos puntos que definen la 4ª marcha son los siguientes:

(26.9,1000) y (88.7,3300)

4. Seguimos con los cálculos de las demás marchashasta obtener todos los datos necesarios paracompletar el gráfico.

5. Gráfica de escalonamiento Los puntos que definen las marchas restantes son los

siguientes:

3ª -> (20.18,1000) y (66.59,3300)

2ª -> (13.32,1000) y (43.95,3300)

1ª -> (7.51,1000) y (24.79,3300)

Para finalizar, simplemente dibujamos la gráfica(revoluciones / velocidad) con todos los datosrecogidos.

5. Gráfica de escalonamientoUnimos todos los puntos de forma que nos quede de lasiguiente manera:

FIN