TRANSMISIONES MANUALESUNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PARRAL

ING. LUIS HUMBERTO BOLÍVAR MORENO

INTRODUCCIÓN

• Los motores de combustión interna funcionan a altas velocidades, por lo que una reducción de cambios es necesaria para transmitir potencia a las ruedas de tracción, que giran mucho más lento.

• La caja de cambios ofrece una selección de marchas para diferentes condiciones de conducción: arranque en posición, subir una colina o marcha en superficies niveladas. Cuanto más chico sea el cambio, más lento girarán las ruedas en relación a la velocidad del motor.

1. DEFINICIÓN

• Conjunto mecánico que se intercala entre el embrague y el diferencial capaz de transmitir ytransformar el par motor.

• El vehículo puede hacer las siguientes acciones gracias a la caja de cambios:

- Subir o bajar pendientes

- Parar o invertir la velocidad

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

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.

CARACTERISTICAS

• Ofrecer un rendimiento en los cambios seleccionados.

• Sus cambios deben ser fáciles, rápidos, precisos y silenciosos.

• El material debe ser ligero de un diseño compacto y fácil para desmontar y montar.

• Debe ser resistente y de gran durabilidad.

• Su ubicación debe ser visible para su mejor servicio

¿QUÉ ES UNA TRANSMISIÓN MANUAL?

• Una transmisión manual es una caja de cambios que no puede alterar la relación de cambio por sí sola, sino que el conductor debe hacerlo. Por lo tanto, se diferencia de una transmisión automática en que ésta sí puede cambiar de marcha.El sistema de cambio de marchas manual ha evolucionado notablemente desde los primeros mecanismos de caja de cambios de marchas manuales sin dispositivos de sincronización hasta las actuales cajas de cambio sincronizadas de dos ejes.Independientemente de la disposición transversal o longitudinal y delantera o trasera, las actuales cajas de cambios manuales son principalmente de dos tipos:

TIPOS DE CAJAS DE CAMBIOS MANUALES• De tres ejes: un eje primario recibe el par del motor a través del embrague y lo transmite a

un eje intermediario. Éste a su vez lo transmite a un eje secundario de salida, coaxial con el eje primario, que acciona el grupo diferencial.

• De dos ejes: un eje primario recibe el par del motor y lo transmite de forma directa a uno secundario de salida de par que acciona el grupo diferencial

TIPOS DE CAJAS DE CAMBIOS MANUALES

• En ambos tipos de cajas manuales los piñones utilizados actualmente en los ejes son de dentado helicoidal, el cual presenta la ventaja de que la transmisión de par se realiza a través de dos dientes simultáneamente en lugar de uno como ocurre con el dentado recto tradicional siendo además la longitud de engrane y la capacidad de carga mayor. Esta mayor suavidad en la transmisión de esfuerzo entre piñones se traduce en un menor ruido global de la caja de cambios. En la marcha atrás se pueden utilizar piñones de dentado recto ya que a pesar de soportar peor la carga su utilización es menor y además tienen un coste más reducido.En la actualidad el engrane de las distintas marchas se realiza mediante dispositivos de sincronización o "sincronizadores" que igualan la velocidad periférica de los ejes con la velocidad interna de los piñones de forma que se consiga un perfecto engrane de la marcha sin ruido y sin peligro de posibles roturas de dentado.

ELEMENTOS DE LAS CAJAS DE CAMBIO• Eje primario. Este eje es el encargado de transmitir la fuerza del motor (a través del

embrague) a la caja de cambios. En un extremo apoya sobre el cigüeñal, por medio de un casquillo o unos rodamientos (de agujas o de rodillos). Justo después, se encuentra un estriado, que permite el giro solidario con el disco del embrague, y a continuación, apoyado sobre un gran rodamiento de bolas, entra en la caja de cambios,. Si es de tres ejes, en su extremo, tendrá un piñón (girando solidario), en toma constante con otro del eje intermediario, también solidario a este último. Si es de dos ejes, será como un intermediario, pues tendrá toda la piñoneria sobre este eje.

• También llamada flecha de entrada y en pocas palabras es un eje por donde ingresa la potencia del motor.

EJE INTERMEDIARIO• Eje intermediario. Este eje se encuentra dentro de la caja de cambios en toda su

extensión. Tiene varios piñones tallados: el primero de ellos (visto desde el lado del motor) está en toma constante con el del eje primario, y es a través del cual entra la fuerza para hacer girar al intermediario. El resto de piñones serán el de marcha atrás (se caracteriza por tener los dientes rectos) y el de las diferentes velocidades. En una caja actual, de dos ejes, este eje se suprime.

• En otras palabas:

• También se le llama tren fijo o árbol intermediario y es un conjunto de engranajes que giran con una sola unidad, cuya función es de guiar la potencia del motor de acuerdo al desplazamiento del vehículo. También llamado árbol intermediario.

• Eje secundario.

• También el árbol secundario está diseñado de acuerdo a los cojinetes clásicos fijo/móvil. Igual que el árbol primario, está alojado:

• mediante un cojinete de rodillos cilíndricos (móvil) en la carcasa del embraguepor medio de un rodamiento radial rígido de bolas (fijo), situado conjuntamente con el árbol primario en la unidad de cojinetes, en la carcasa del cambio.

• Para reducir la masa se ha procedido a ahuecar el árbol secundario.

• Los piñones de 3ª, 4ª y 5ª velocidad y el sincronizador para 1ª y 2ª velocidad están engranados por medio de un dentado fino. Se mantienen en posición por medio de seguros. En el árbol secundario se encuentran los piñones móviles (locos) de 1ª y 2ª velocidad, alojados en cojinetes de agujas.

ELEMENTOS CONSTITUYENTES

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

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

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

• Sincronizadores: Se encaran de igualar las velocidades de los piñones y sus ejes.

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

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

ELEMENTOS CONSTITUYENTES

• Palanca selectora de cambios: Su función es realizar los cambios de engranajes correspondientes de acuerdo a la velocidad y fuerza de la revolución del motor que es manejado por el conductor en las respectivas rutas de transporte.

Dientes helicoidales: se caracteriza por dientes curvos cortados en ángulo con respecto a su eje de rotación, la superficie de contacto, entre los dientes es mayor que los de engranajes rectos.

En la figura puede verse el sistema de mando de lacaja de cambios anterior. La palanca de cambios (8)transmite un movimiento en cruz de izquierda aderecha y hacia adelante o hacia atrásindistintamente, que es interpretado por eleje/palanca (6) transformando dicho movimientoen uno de giro en semicírculo y otro movimiento enforma vertical de arriba a abajo o al revés. ElEje/palanca con su movimiento acciona una de lasbarras desplazables (4) que tienen acopladas deforma solidaria las horquillas (7) que a su vesmueven los sincronizadores (1 y 2) y el piñón dereenvío (3). Las barras desplazables (4) estándotadas cada una de ellas de unas escotaduras (5),en las que puede alojarse una bola presionada porun muelle. Estas escotaduras sirven para fijar lasbarras en una posición concreta para impedir eldesplazamiento de la mismas, como consecuenciade las vibraciones o sacudidas que se producen conla marcha del vehículo.Esto evita que se pueda saliruna marcha una vez que esta engranada.

ELEMENTOS CONSTITUYENTES • Dientes rectos externos e internos: son cortados paralelamente a

su eje de rotación, son ruidoso y se necesita menos potencia para hacerlos girar en comparación a los engranajes helicoidales. Aumenta la fuerza del automóvil en sentido contrario (lo encontramos en los dientes de retroceso).

Eje de marcha atrás: Está compuesta por una rueda loca que interviene entre el eje intermediario y secundario para invertir el giro habitual del árbol secundario. Se utiliza un dentado recto para la marcha en reversa.

Caja de la transmisión: Es el cuerpo mecánico que aloja todo los elementos de transmisión mecánica y almacena el aceite.

• Alojamiento de cojinetesLos rodamientos radiales rígidos de bolas no se montan directamente en la carcasa del cambio, sino que se instalan en un alojamiento por separado para cojinetes.

El paquete completo de los árbolesprimario y secundario con suspiñones se preensambla fuera de lacarcasa del cambio, en elalojamiento de cojinetes, lo cualpermite incorporarlo fácilmente enla carcasa del cambio.Los rodamientos radiales rígidos sefijan en la posición prevista pormedio de una arandela degeometría específica, que vasoldada al alojamiento de cojinetes.Los rodamientos radiales rígidosposeen retenes radiales propios porambos lados, para manteneralejadas de los cojinetes laspartículas de desgaste queacompañan al aceite del cambio.

ELEMENTOS CONSTITUYENTES. • Mecanismo de detención de cambión: por medio de

ellos y gracias a la articulación se efectúa los cambios mediante la palanca selectora, en ello encontramos los siguientes: ejes, horquillas (araña), resortes, pasadores y bolas.

Aceite: El tipo de aceite que requiere por ser de engranajes es un SAE 90/120 (viscosidad); API GL-3 (lubricantes para engranajes).

Horquillas: Estas son las encargadas de mover al conjunto sincronizador para que acople con el engrane de la velocidad que se requiera.

• Mando del cambioLos movimientos de cambio se reciben por arriba en la caja. El eje de selección va guiado en la tapa. Para movimientos de selección se desplaza en dirección axial. Dos bolas, sometidas a fuerza de muelle, impiden que el eje de selección pueda ser extraído involuntariamente de la posición seleccionada.

Las horquillas para 1ª/2ª y 3ª/4ª velocidad se alojan en cojinetes de bolas de contacto oblicuo. Contribuyen a la suavidad de mando del cambio. La horquilla de 5ª marcha tiene un cojinete de deslizamiento.Las horquillas y los patines de cambio van acoplados entre sí de forma no fija.Al seleccionar una marcha, el eje de selección desplaza con su dedillo fijo el patín de cambio, el cual mueve entonces la horquilla.Los sectores postizos de las horquillas se alojan en las gargantas de los manguitos de empuje correspondientes a la pareja de piñones en cuestión.

• Sensores y actuadores:

• Indicador de la velocidad de marchaLa señal de velocidad que se envía al velocímetro se realiza sin sistemas mecánicos intermedios (como el cable o sirga utilizado en los cambios antiguos).La información necesaria para la velocidad de marcha se capta en forma de régimen de revoluciones, directamente en la caja de satélites, empleando para ello el transmisor electrónico de velocidad de marcha.La caja de satélites posee marcas de referencia para la exploración: son 7 segmentos realzados y 7 rebajados.

El transmisor trabaja según el principio de Hall. La señal PWM (modulada en achura de los impulsos) se transmite al procesador combinado en el cuadro de instrumentos

• Conmutador para luces de marcha atrásEl conmutador para las luces de marcha atrás va enroscado lateralmente en la carcasa del cambio.Al engranar la marcha atrás, un plano de ataque en el patín de cambio para la marcha atrás acciona el conmutador con un recorrido específico. El circuito de corriente se cierra, encendiendose las luces de marcha atrás.

• Grupo diferencialEl grupo diferencia constituye una unidad compartida con el cambio de marchas. Se apoya en dos cojinetes de rodillos cónicos, alojados en las carcasas de cambio y embrague.Los retenes (de diferente tamaño para los lados izquierdo y derecho) sellan la carcasa hacia fuera.La corona está remachada fijamente a la caja de satélites y hermanada con el árbol secundario (reduce la sonoridad de los engranajes).La rueda generatriz de impulsos para el velocímetro forma parte integrante de la caja de satélites.

•

SINCRONIZADORES

• Hace que un dentado interno ha de engranar con el piñón loco del eje secundario correspondiente a la velocidad seleccionada. Para poder hacer el acoplamiento del sincronizador con el piñón correspondiente, se comprende que es necesario igualar las velocidades del eje secundario (con el que gira solidario el sincronizador) y del piñón a enclavar, que es arrastrado por el tren intermediario, que gira a su vez movido por el motor desde el primario.

SINCRONIZACION ACOPLADOLa horquilla mueve al sincronizador a la marcha seleccionada. Las superficies de fricción sincronizan las velocidades del eje, el sincronizador y el engranaje se traban juntos.

SINCRONIZADOR DESACOPLADOEl engranaje rota libremente en un casquillo, girado por un engranaje en el eje intermedio. El sincronizador, acanalado del eje principal, está cerca y en pausa.

CONJUNTO SINCRONIZADOR

• Anillo sincronizador: parte de conjuntosincronizador, posee delgadas ranuras en laparte interna del anillo sincronizador paraaumentar la presión de superficie cuando esteelemento es empujado con la sección cónicadel engranaje.

• También corta la película de aceite cuando serequiere aumentar la fuerza de fricciónadecuadamente para una suavesincronización. Es por eso que cuando estasranuras se desgastan, tienden a resbalar y sereduce el efecto de sincronización. Su materiales de bronce.

CONJUNTO SINCRONIZADOR

• Manguito del cubo: Parte delconjunto sincronizador dondealoja las horquillas, al cubo y elanillo sincronizador y chavetasque efectúa la fricción de ellospara la sincronizacióncorrespondiente.

Cubo del embrague: Partedel conjunto desincronizador que aloja alanillo sincronizador.

CONJUNTO SINCRONIZADOR

• Resorte de chavetas: Es un anillo de retención de la chaveta que esta ubicada en el cubo del embrague.

• Chavetas sincronizadoras: es un seguro que retiene al anillo sincronizador para su función correspondiente es ubicado en el cubo del embrague.

COMO ES LA RELACION DE CAMBIOS?

• Punto muerto

• Todos los engranajes, excepto los necesarios para la reversa, 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.

• Primera marcha

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

• Segunda marcha

• En segunda, la diferencia de diámetro de los engranajes en los dos ejes se reduce, lo que resulta en un aumento de velocidad y en un menor incremento del par motor. La proporción es ideal para subir pendientes muy empinadas.

• 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 y además, es adecuada para subir repechos.

• Cuarta marcha

• En cuarta, 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.

• Reversa

• Para accionar la reversa un piñón se interpone entre los engranajes de los dos ejes, haciendo que el eje principal cambie a la dirección contraria (reversa). La reversa por lo general no está sincronizada.

VEAMOS MAS EJEMPLOS (CONCRETAMENTE DE UN RENAULT 5-TL)

RELACIÓN DE TRANSMISIÓN: EN LA PRESENTE RELACIÓN COMO SE OBSERVA EN LA IMAGEN SE HALLARA UNA OPERACIÓN TENIENDO DATOS DEL NUMERO DE DIENTES PARA ANALIZARLA.

Como ejemplo: En la imagenmostrada de una caja decambios de cuatro velocidades yde reversa, la potencia emitidadel motor es de 2300 rpmdonde se procederá suoperación de engranajes la cualse dividirá los números dedientes de los engranes deentrada con los engranes develocidades de fuerza para luegoser multiplicados y obtener unresultado, donde aquellarespuesta será dividida por larevolución del motor (2300rpm),

RELACION DE TRANSMICION

AVERIAS DE LA CAJA MECANICA:

BIBLIOGRAFIA

• http://html.rincondelvago.com/las-cajas-de-cambios-manuales.html

• http://alanracing160.blogspot.mx/

• http://www.aficionadosalamecanica.net/caja-cambios4.htm

• http://sir160.blogspot.mx/200

• http://sir160.blogspot.mx/2009/07/cajas-de-cambios-de-tres-ejes.html

• https://www.comofuncionaunauto.com/aspectos-basicos/como-funciona-una-caja-manual-de-cambios