Elementos de las cajas de cambio (Parte II)

23 de julio de 2009 | | | 7 comentarios |

Las primeras cajas de cambio que encontramos son las de tres ejes. Son más voluminosas que las actuales, y en su mayoria longitudinales. Las actuales son de dos ejes, más pequeñas y compacatas, con su correspondiente ahorro en espacio y sencillez. La verdad...es muy extenso, asi que lo haré lo más breve posible, y quien quiera ampliar la información solo tiene que pedirlo, jejeje. Entre otras cosas, al leer esto entendereis el significado de la frase que han dicho, si no todos, la mayoria de nuestros abuelos:

"¡Mete la directa chaval!"

Decir tambien, que solo explicaré los elementos de la caja, no el grupo final (con diferencial), pues puede estar dentro de la propia caja (transversales) o no (longitudinales en su mayoria, coches con propulsion y motor delantero siempre). Como recordatorio, repito lo que dije en la entrada anterior: una caja de cambios es simplemente un sistema mecánico desmultiplicador del giro del eje primario ("unido" al cigüeñal) produciendo con ello una variación del par en el eje de salidar (secundario) y afectando directamente a la vel. angular.

- Elementos de las cajas de cambio

La función primordial de este elemento, como ya he dicho anteriormente, es la de producir una desmultiplicación del giro del motor, consiguiendo con ello variar el par, y de manera inversamente proporcional, la velocidad angular de la salida de fuerza, es decir, a mayor par conseguido, menor es la velocidad angular del eje de salida. Se que soy muy pesado con esto, pero es que quiero que quede bien claro. Los elementos básicos de una caja de cambios son:

  • 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.
  • 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.
  • Eje secundario. Este eje es el que más cosas alberga de los tres. Es el de la salida de fuerzas, que son transmitidas a través del eje intermediario, excepto la directa, en donde la fuerza le viene del eje primario (son concéntricos). El extremo que se encuentra dentro de la caja apoya en el centro del piñón del eje primario (sobre un rodamiento de rodillos), y el otro extremo, por la salida de fuerzas de la caja, sobre un gran rodamiento.

    caja

  • Sincronizadores. Hay muchos tipos, absolutos o no. Por ello, explicaremos el funcionamiento general, pero más adelante. Simplemente, decir que es el elemento que engrana las marchas. El conductor, al mover la palanca de cambios, mediante un sistema (varillaje, cables...) mueve una horquilla, y esta dicho sincronizador, el cual lo qeu hace es unir un piñón loco al eje sobre el que gira, es decir, los hace girar solidarios. Actuan como mini-embragues entre dicho eje y el piñon, de manera que igualan las velocidades con suavidad. (Luego se explicara mas detenidamente)


Sincros

  • Piñones. Dentro de la caja de cambios vamos a tener dos tipos de piñones: los piñones locos y los que giran solidarios. Se entiende por piñones locos aquellos que no giran solidarios al eje que los albergan, mientras que los que giran solidarios, como su propio nombre indica, son solidarios al eje en el que asientan. Dentro de los piñones podemos tenerlos con dientes helicoidales (todos los que estén en toma constante) y de dientes rectos (marcha atrás, también usados en competición). Estos últimos, los de marcha atrás, tiene el final de los dientes de forma afilada, para que engrane bien con el piñón inversor. Los piñones que giran solidarios suelen ir tallados al propio eje, siendo todo de una misma pieza, o bien pueden estar en contacto por medio de un estriado, permitiendo así su extracción, mientras que los que giran libre, tienen unos canales en la zona de contacto para permitir la lubricación. Es importante mencionar que, los piñones que giran locos, tienen una zona de fricción y un dentado para permitir el engrane por medio de los sincronizadores.
  • Barras desplazables y horquillas. Las barras desplazables son unos elementos de forma cilíndrica situados sobre los engranajes de la caja de cambios. Tienen dos agujeros y una muesca. Un agujero es para meter el pasador que fijará la horquilla a este, otro es para el mecanismo de interbloqueo, mientras que la muesca es para la bola del sistema de enclavamiento. En una caja de cambios de 4 velocidades disponemos de tres barras desplazables con sus tres horquillas: una para mover la horquilla del sincronizador de 1ª y 2ª, la otra hace lo propio con el de 3ª y 4ª, mientras que la última mueve el piñón inversor o de marcha atrás. (si tuviese 5 velocidades, tambien moveria el sincro de 5ª) . Las horquillas son unos elementos con forma semi-circular que están unidos a las barras desplazables por medio de un pasador, y mueve el sincronizador gracias a que se introduce en una acanaladura que dispone la corona desplazable para ello. En los VAG, por ejemplo, en vez de usar barras desplazables, emplean un dedo selector.
  • Mecanismo de enclavamiento. Es un sistema mecánico que impide que una marcha se salga, bloqueando las barras desplazables. El funcionamiento es muy sencillo: la barra desplazable tiene una pequeña muesca, en donde al seleccionar una marcha, se introduce una pequeña bola (bola fiadora) accionada por un muelle, lo cual impide que se salga la marcha de forma accidental.

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  • Mecanismo de interbloqueo. Este sistema, a través de unas judías, se encarga de evitar que se engranen dos marchas al mismo tiempo. Está situado al principio de la carcasa intermedia, la que alberga los engranajes, casi al principio de las barras desplazables. Las barras tienen unos agujeros por donde pasan unos pequeños cilindros metálicos. Estos cilindros, al mover cualquier barra, son desplazados, bloqueando las otras.

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  • Timonería. Las diferentes velocidades son seleccionadas a través de la palanca de cambios. Al mover esta de la manera adecuada (en forma de H normalmente) movemos con ellos una varilla o cables de acero, que a su vez, en su zona final, se “engancha” a una u otra barra desplazable, moviéndola para seleccionar la marcha deseada.
  • Velocímetro. Sobre el eje secundario, justo a la salida de la zona de engranajes, se encuentra un piñón que nos permite, a través de otro piñón y una sirga, conocer la velocidad del coche.
  • Sensor de marcha atrás. Se encuentra situado debajo de la palanca de cambios. Cuando seleccionamos esta marcha, por medio de un sensor, cerramos un circuito que nos ilumina las luces blancas de marcha atrás.
  • Tapón de llenado y vaciado. Estos dos tapones son los que nos permitirán vaciar y rellenar la caja de cambios de aceite. El de más abajo es el de vaciado, y el superior el de llenado.
  • Imán y respiradero. En la parte baja de la caja de cambios suele haber un imán que recoge la viruta producida por el desgaste. En ocasiones, el propio tapón de vaciado tiene un imán que hará la misma función. El respiradero es un pequeño orificio realizado en la caja de cambios para evitar aliviar las presiones dentro de la caja (despresurizar) debido al giro de los ejes y piñones.

- Pequeña curiosidad

En los turismos de calle, el dentado de los piñones de sus cajas de cambio es helicoidal, ya que tienen mayor superficie de contacto y son más silenciosos y duraderos. Sin embargo, cuando la potencia y/o par del motor es muy elevada, este mismo tallado produce que los piñones se separen, ya que la incidencia de las fuerzas no es perpendicular al eje de giro, sino que de la descomposicion de los vectores de fuerza, sale una fuerza oblicua, lo que, como digo, produce que los piñones se "escapen" hacia el exterior, estropenado los rodamientos y los propios piñones. De hecho, el sonido característico de la marcha atrás es por esto mismo, por su dentado (aunque aqui el dentado es por otro motivo que ya explicaré).

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MotorTEC 053

Cajas de cambio - Introducción (Parte I)

22 de julio de 2009 | | | 2 comentarios |
Todos sabemos (en mayor o menor medida) que hace un caja de cambios...o mejor dicho, que le pasa a nuestro coche con una velocidad u otra engranada. Vamos a tratar de explicar de la mejor manera posible como funcionan, tipos de cada caja (con pros y contras) y singularidades. Dado que es largo de explicar, lo voy a dividir en varias entradas que ire publicando a lo largo de la semana. Empiezo...

Cualquier motor de un automóvil, nos ofrecerá una salida de fuerza, con movimiento angular, y por tanto, dándonos un par de salida. Teóricamente, este par se mantendría desde cero RPM hasta el máximo permitido por el motor, pero en la práctica, no es así, si no que el par varía en función del régimen en que nos encontremos, por lo tanto, el empuje no va a ser uniforme. En un régimen bajo, la capacidad de aspiración del pistón-cilindro no es muy elevada, por lo que no se consigue una cantidad de aire optima dentro del cilindro. En el lado opuesto, en revoluciones altas, a pesar de que el motor succiona mucho aire, tenemos el problema de que, debido a la elevada velocidad de los pistones, no da tiempo a llenar el cilindro. El mejor compromiso lo tendremos entonces a medio régimen, pues el cilindro aspira muy bien el aire, y hay tiempo suficiente a llenar el cilindro. Con esto hemos visto que el par máximo se suele obtener a revoluciones medias. Otra característica de un motor, que va en relación directa con el par, es la potencia, que resulta del producto del par por el número de vueltas del motor en ese instante.



La grafica de este motor corresponde a la de un BMW 315i, un motor muy elástico, ya que ofrece el par máximo desde 1300 rpm, y lo mantiene hasta las 5000 rpm, mientras que la potencia máxima la da a las 6000 vueltas, por lo tanto, la zona de rendimiento máximo de este motor se encuentra entre las 1300 y las 6000 vueltas (par máx. – pot. máx.). Ahora, pongamos un ejemplo. Este coche va en llano a 3000 rpm, y de repente, se enfrenta a una subida, y el motor va bajando vueltas (por que no puede empujar) hasta las 1300. Si se quedara ahí, el coche se mantendría constante a una velocidad, pero si no tiene la fuerza suficiente y baja de la zona de par máximo, el coche, irremediablemente, se terminará parando. Así pues, la caja de cambios nace con la idea de poder mantener el coche dentro de la zona de rendimiento máximo, actuando de forma mecánica. En el ejemplo anterior, al coche le habría bastado con reducir una velocidad para poder terminar se subir la cuesta. Como veremos más en profundidad, la caja de cambios es un elemento mecánico que nos transforma el par de entrada, dependiendo de las necesidades del momento, y como consecuencia, variará también las revoluciones a la salida (y con ello, la velocidad del coche). Una caja de cambios también nos permite disponer de un cambio de marcha (marcha atrás), y de tener el coche parado con motor a ralentí sin la necesidad de pisar el embrague (punto muerto). El principio básico del funcionamiento de una caja de cambios es el siguiente:



Como se ve en las formulas, el piñón azul gira ofreciendo una fuerza de 10N, que al estar en contacto con el piñón verde, hace que este también gire con esa fuerza, pero al tener el doble de radio, el par que da es mayor, justamente el doble (10Nm frente a 20Nm), pero a costa de sacrificar velocidad angular. Es por esto por lo que la caja de cambios es un convertidor de par, por que transforma un par en otro (superior o inferior, dependiendo de la velocidad engranada).


- Tipos de cajas. Determinación de la relación del cambio

Hoy en día, la caja de cambios más utilizada es la de dos ejes, que permite hacer cajas de cambios más compactas, con menos piezas, y por lo tanto, menores riesgos de rotura. Antiguamente, las cajas usadas eran de tres ejes, más aparatosas y longitudinales una gran cantidad de ellas.
En lo referido a las relaciones de transmisión, teóricamente, una caja de cambios debe tener una relación de cambios tal que las revoluciones a potencia máxima en una marcha, deben coincidir con las revoluciones de par máximo de la siguiente, para que los cambios de marcha se efectúen siempre dentro de la zona de máximo rendimiento. Luego, en la práctica, veremos que esto no así, y que difiere ligeramente, pues que algunas relaciones son más largas que las que se corresponderían (1ª y 2ª sobre todo, para poder estirar más las marchas y evitar estar cambiando a la mínima, haciéndolas más polivalentes), mientras que las últimas suelen ser más cortas.
Las cajas de cambio se sitúan justo después del embrague. El eje primario de la caja de cambios gira solidario al disco del embrague, y el envolvente del embrague une la caja de cambios al bloque del motor.

Estrenamos BLOG...

| | | 1 comentarios |
Buenas noches!! No se muy bien como empezar...no tengo gran fluided a la hora de escribir, y bueno, digamos que es mi primer BLOG...asi que pido perdón de antemano por los posibles errores que pueda cometer. Antes de nada...¿Por qué me ha dado por esto? Pues no es sencillo...por un lado, me gusta escribir. Es algo que, si bien nadie sabe, yo se muy bien que en el fondo de mi ser muchas veces he deseado escribir algo...¿el que? Pues no lo se...cualquier cosa, lo primero que se me ocurriese, pero nunca lo hice, asi que vosotros sereis mis conejillos de indias (como "público", claro). Pero principalmente, hay dos grandes culpables:

- El BLOG de 8000 VUELTAS. Si, vosotros sois los culpables principales. El leer cada entrada que publicais, la pasión con que lo haceis, en fin...todo. Me lo habeis contagiado. Me gustaría rendiros un pequeño homenaje, pero no se como hacerlo...De verdad, gracias a todos los integrantes (Juan, delarosa...).

- Los FOROS en general, y algunos en particular. Foros en los que publicais POST que no dejan de ser mini-blogs o entradas con la evolución, proyectos...de vuestros coches.

Y ahora...vamos un poco al lio. De primeras...una muñeca chochona a quien adivine el motivo de llamar asi al blog (SiR160). Quien me conozca bien lo deducirá rápido...Y de segundas...quiero explicaros un poco cuales serán los contenidos. Lógicamente, relacionados con el mundo de los coches. No serán pruebas, pues por desgracia no tengo dinero ni quien me deje coches que merezcan la pena probar (lástima...). Tampoco serán documentales de la historia del automovilismo, o al menos, no predominarán. Basicamente, sera un blog que nos servirá a todos para aprender mejor el funcionamiento de los coches. Desde un simple embrague hasta como ajustar bien el calado de un árbol de levas de competición, pasando por turbos, suspensiones, cajas de cambio...Es muy probable que más de uno y de dos sepa de sobra como funciona, o cabe la posibilidad de que yo me equivoque, en ese caso, corregidme!!

Sin más me despido...y en breves pondré mi primera entrada...no se si seguir un orden lógico (en plan temario de instituto) o ir un poco por libre...ya veré...acepto sugerencias.