LA TRANSMISIÓN
Con este sistema, además de hacer llegar el giro del cigüeñal hasta las ruedas, también se consigue variar la relación de transmisión entre el cigüeñal y las ruedas.Esta relación varía en función de la carga transportada y el trazado de la calzada.
Según como intervengan estos factores en la relación de transmisión, el eje de salida de la caja de
velocidades puede girar a las mismas revoluciones, a más o a menos que el cigüeñal.
velocidades puede girar a las mismas revoluciones, a más o a menos que el cigüeñal.
Si el árbol de transmisión gira más despacio que el cigüeñal, se dice que sea ha producido una desmultiplicación o reducción.
Al desmultiplicar las revoluciones del cigüeñal, se produce un aumento proporcional del par de salida.Es decir, se pierde giro pero se gana en fuerza.
Al desmultiplicar las revoluciones del cigüeñal, se produce un aumento proporcional del par de salida.Es decir, se pierde giro pero se gana en fuerza.
El sistema de transmisión se compone de los siguientes elementos:
- Embrague: Acopla o desacopla el motor de la caja de velocidades.
- Caja de velocidades: Realiza una multiplicación o desmultiplicación variable del giro que recibe de motor, proporcionando fuerza o velocidad en función de las necesidades, aprovechando al máximo la potencia del motor y su rendimiento.
- Árbol de transmisión: Transmite el movimiento de la caja de velocidades del grupo-cónico diferencial.
- Grupo cónico-diferencial: Convierte el movimiento giratorio longitudinal que recibe el árbol de la transmisión en movimiento giratorio transversal que envía a las ruedas. Desmultiplica constantemente las revoluciones del motor y permite que en las curvas la rueda exterior gire más deprisa que la interior. En el caso de los vehículos pesados el sistema suele ser el nombrado, pero en vehículos pequeños, cuando el motor está situado en el mismo sitio que las ruedas motrices(motor delantero y tracción), se prescinde del árbol de transmisión y el grupo cónico se encuentra situado en el interior de la caja de velocidades.
- Palieres o semiárboles de transmisión: Transmiten el movimiento desde los planetarios del grupo cónico diferencial a las ruedas.
EMBRAGUE
Acopla y desacopla, a voluntad del conductor, el motor al resto de la transmisión. Está situado entre el volante de inercia y caja de velocidades. Debe transmitir el movimiento de una forma progresiva y sin tirones que puedan producir roturas.
Cabe destacar los siguientes tipos:
a) Embragues de fricción
b) Embragues hidráulicos o turbo embragues.
c) Embragues electromagnéticos.
En camiones y autobuses los más utilizados son los de fricción y los hidráulicos.
EMBRAGUE DE FRICCIÓN
El embrague de fricción está constituido por los siguientes elementos:
- Disco de embrague.
- Plato de presión.
- Mecanismo de presión.
- Cubierta o carcasa.
- Sistema de mando.
Disco de embrague
Este elemento está constituido por un disco de acero con unos cortes. El disco va unido a un plato interior a través de unos muelles helicoidales, haciendo la unión elástica entre los dos elementos, amortiguando la inercia del disco cuando entra en contacto con el volante de inercia.
A ambos lados del disco se colocan una guarniciones de un material fibroso, fuertemente adherente y muy resistente al calor y al desgaste por rozamiento.
Una de las guarniciones entra en contacto con el volante de inercia y es la encargada de transmitir el giro al disco de embrague. La guarnición del lado contrario entra en contacto con el plato de presión.
El diámetro del disco de embrague será variable, estando en función de la potencia de giro a transmitir, es decir, a mayor potencia a transmitir mayor diámetro de disco de embrague.
Plato de presión
Está formado por un disco de acero en forma de corona circular, que va unido elásticamente a la carcasa por medio de los mecanismos de presión, realizando un desplazamiento axial durante el accionamiento del pedal de embrague.
Está situado entre el disco de embrague y la carcasa.
A través de los mecanismo de presión, empuja fuertemente al disco de embrague contra el volante de inercia, quedando dicho disco oprimido entre los dos elementos (volante de inercia y plato de presión)
Situación de embragado y desembragado
Cuando el pedal de embrague se encuentra suelto (sin pisar), se dice que "el motor está embragado". En esta situación todo el conjunto de embrague está girando (disco de embrague, plato de presión, mecanismos de presión y carcasa).
El giro se transmite a la caja de velocidades a través de eje primario. Cuando el pedal de embrague se encuentra pisado a fondo, se dice que "el motor está desembragado". En esta situación el disco de embrague no recibe movimiento del volante de inercia.
El resto de los elementos sigue girando al estar la carcasa atornillada al volante de inercia. Ningún elemento del interior de la caja de cambios recibe movimiento y permanecen estáticos, salvo que el vehículo se encuentre en movimiento y se mueva alguno de estos elementos internos por la acción de las ruedas del vehículo.
EMBRAGUE HIDRÁULICO
El embrague hidráulico también conocido como "turbo embrague", es de accionamiento automático (no hay pedal de embrague) y se utiliza para caja de velocidades con cambio automático o semiautomático.
Está constituido por dos coronas giratorias que poseen una serie de tabiques planos denominados álabes. Una de ellas llamada "rueda conductora o bomba" se encuentra unida al volante o al árbol mortor. La otra se encuentra unida al eje primario de la caja de velocidades y se denomina "rueda conducida o turbina".
Ambas ruedas van alojadas en una carcasa estanca, manteniendo una pequeña separación entre ellas para que no exista rozamiento. El interior de la carcasa se rellena con un líquido que generalmente es aceite mineral.
Durante el funcionamiento del motor la bomba, que recibe el movimiento directamente del árbol motor, produce un movimiento en el aceite que es proyectado contra los álabes de la turbina. La energía cinética del aceite produce una fuerza sobre los álabes de la turbina, que tiende a hacerla girar.
Cuando el motor gira a ralentí, la energía cinética del aceite es insuficiente para mover la turbina (mover la turbina supondría mover el vehículo), no transmitiéndose movimiento y regresando el aceite de nuevo hacia la bomba.
Al pisar el acelerador y aumentar así el número de revoluciones, el torbellino creado en el aceite lo hace más consistente e incide con mayor fuerza sobre los álabes de la turbina que empieza a moverse suavemente.
Cuando el número de revoluciones del motor es elevado, el acoplamiento entre la bomba y turbina es casi total, sin existir apenas un resbalamiento de aceite apreciable (poco menos de un 2%).
La utilización de estos embragues reportan, entre otras cosas, las siguientes ventajas:
- Ausencia de desgastes.
- Larga duración de servicio útil.
- Arranque muy suave y funcionamientos progresivos.
CAJA DE VELOCIDADES
Ya se ha visto cómo el vehículo obtiene del motor la potencia necesaria para moverse a
través de un par y de una velocidad de giro a la salida del embrague. Pero esta potencia no es directamente utilizable en la rueda, dado que el par suministrado por los motores es demasiado bajo y la velocidad de giro demasiado alta.
La caja de cambios es el elemento fundamental del sistema de transmisión, ya quepermite selecionar la relación entre el régimen de giro del motor y el que llega a las ruedas. La potencia se transmite, apenas con pérdidas, del eje de entrada de la caja de cambios al eje de salida. Mediante la caja de cambios, se selecciona cómo aplicar esa potencia hacia la rueda, es decir, qué combinación de par (fuerza en el eje) y velocidad de giro se quiere transmitir a la rueda.
Para una potencia dada del motor, cada una de las marchas de la caja de cambios proporcionará diferente par y velocidad de giro en las ruedas.
Una marcha corta hace que el eje de salida de la caja gire más despacio, por lo que su par será mayor que el de una marcha larga, en la que el régimen de giro del eje de salida será mayor, pero a cosa de un par menor.
Normalmente la caja transmite la potencia y aumenta el par en la misma proporción que reduce el régimen. Así, cuanta más fuerza de tracción se quiera en las ruedas, menos velocidad habrá de tenerse en las mismas y viceversa.
En la arrancada o en una subida se necesita mucha fuerza de tracción (par) en las ruedas, lo cual será a costa de una baja velocidad de giro de las mismas. Esto es lo que ocurre cuando se selecciona una de las marchar cortas del vehículo: se tiene mucha fuerza en las ruedas, con lo que se puede arrancar, remontar pendientes pronunciadas o acelerar, pero a cambio, el vehículo circula a velocidad lenta.
Por el contrario, si no se necesita mucha fuerza en las ruedas del vehículo, pero se trata de mantener una velocidad de crucero alta, se ha de seleccionar una marcha larga.
De esta manera, se tiene alta velocidad de avance del vehículo, pero disponiendo de menor fuerza en las ruedas y se puede ser capaz de modificar el sentido de avance del vehículo (hacia delante, hacia atrás), consiguiendo, además variar el par de salida del motor, aumentándolo o disminuyéndolo, actuando como un convertidor de par.
La caja de cambios está constituida por una caja o cárter en cuyo interior van montados una serie de ejes y engranajes. Asimismo, en su interior se introduce, hasta un cierto nivel, un aceite viscoso (SAE 80), denominado"valvulina".
Caja de velocidades con cambio manual
Una caja de velocidades manual está compuesta de engranajes de diferente tamaño. Todos estos engranajes están colocado de tal forma, que cuando se mueve la palanca de cambios, se está seleccionando el engranaje que se desea activar, lo que quiere decir que para que un engranaje mueva a otro, primero deben acoplarse; a este acoplamiento se le llama cambio de velocidad.
Para que un engranaje se acople en posición de trabajo, se sirve de un collar sincronizador, que permite que las revoluciones del primero, se transfieran al segundo, actuando como si fuera una sola pieza.
Se denominan cajas manuales a aquellas que se componen de elementos estructurales (carcasas y mandos) y funcionalidades (engranajes,ejes,rodamientos,etc.) de tipo mecánico.
En este tipo de cajas de cambio la selección de las diferentes velocidades se realiza mediante mando mecánico.
Las distintas velocidades de que consta la caja están sincronizadas. Esto quiere decir, que éstas disponen de mecanismos de sincronización que permiten igualar las velocidades de los distintos ejes de que consta la caja durante el cambio de una a otra.
Los acoplamientos se efectúan a través de cilindros de mando embridados directamente al cambio. La palanca de cambio transmite la orden para el acoplamiento.
Según el tipo de vehículo de que se trate y su utilización, las cajas de cambio pueden llegar a tener entre 5 y 16 velocidades. Hasta seis velocidades los cambios monobloque y elrango de desmultiplicación está entre 4 y 9. Hasta nueve velocidades cuentan con triple grupo: principal, distribuidor y zonal, estos dos últimos de accionamiento neumático. Surango de desmultiplicación es 16.
Podemos encontrar cajas de velocidades con retardadores incorporados que pueden estar colocados en el lado de entrada o en el de salida, bien de forma independiente o integrados en la misma.
Estos retardadores son dispositivos hidráulicos cuyo objetivo es el frenado de los ejes para aminorar las revoluciones que llegan a las ruedas y suelen actuar en frenadas prolongadas.
Caja de velocidades con cambio automático
Podemos distinguir dos sistemas, el cambio manual automatizado y el cambio automático.
Cambio Manual Automatizado
En este sistema, el embrague se desacopla en el cambio de marchas y de esta forma se interrumpe la fuerza de tracción. La caja de velocidades es de cambio manual con control electrónico. Los vehículos equipados con este tipo de cambio manual automatizado pueden llegar a tener hasta 16 velocidades lo que se puede igualmente traducir en un mayor rendimiento y un menor coste.
Como hemos dicho antes, el control electrónico del cambio emite las señales necesarias para el cambio de marchas y activa el embrague.
No obstante, tanto el arranque como el embragado se realizan de la misma forma que en el cambio manual.
Cambio Automático
Las cajas de velocidades automáticas realizan distintos cambios de velocidades, sin la intervención del conductor, resultando así una conducción más cómoda, dedicándose el conductor por completo a la distintas incidencias del tráfico. En algunos sistemas de cambio, un interruptor permite desconectar el sistema automático.
La utilización de cajas de cambio automáticas mejora la capacidad de respuesta del vehículo e incrementa de forma demostrada la seguridad en la conducción.
Esto se traduce en un incremento del rendimiento, un mayor control sobre el vehículo y una mayor facilidad y comodidad a la hora de conducir que permite al conductor anticiparse a la toma de decisiones y en la ejecución de maniobras, algo de vital importancia para responder ante situaciones que comprometen la seguridad.
De hecho, ya hay estudios que demuestran que la utilización d este tipo de cajas automáticas suponen una reducción de la siniestralidad de hasta en un 10%.
Así, podemos decir que las cajas de cambios automáticas con convertidor de par aumentan el rendimiento del vehículo, tanto en lo relativo a la aceleración como a la velocidad, mejoran sensiblemente la maniobrabilidad e incrementan la seguridad de la conducción al permitir una mayor concentración y comodidad en la misma.
Estos mecanismos automáticos están constituidos básicamente por:
- Un convertidor de par.
- Varios trenes epicicloidales.
- Una instalación de mando hidráulico.
Convertidor de par
De constitución similar a un embrague hidráulico, posee un reactor o rueda de álabes directores situada entre la bomba (cápsula primaria) y la turbina (cápsula secundaria).Esta rueda directora recoge el aceite que sale de la turbina y lo dirige contra los álabes de la bomba dándole una inclinación adecuada.
Funcionamiento
Si la bomba gira más deprisa que la turbina (al subir una pendiente), el aceite que sale de dicha bomba es devuelto de nuevo a ella, con la inclinación que le da el reactor.
En este caso el reactor permanece inmóvil, recogiendo el aceite y haciéndole incidir sobre la bomba, sumándose a la corriente principal de impulsión. En estas circunstancias, la velocidad del aceite que incide sobre la turbina es mayor, aumentando la fuerza y, consecuentemente, el par motor de salida.
Cuando la bomba y la turbina giran a velocidades similares, el aceite que sale de la turbina, sin apenas resbalamiento, choca contra la zona posterior de los álabes del reactor.
Esto hace que gire en el mismo sentido que la bomba, con lo que la inclinación y la velocidad de regreso del aceite no sufre alteraciones y cesa, por tanto, la multiplicación del par.
La rueda directora de álabes o reactor sólo actúa sólo cuando hay resbalamiento de aceite y sólo puede girar en el mismo sentido de giro del volante motor.
TRENES DE ENGRANAJE
Las cajas de velocidades automáticas, están basadas en la reducción y transmisión de
movimiento por medio de trenes de engranajes epicicloidales.
Estos engranajes están constituidos por un piñón llamado "planetario", que engrana con dos o tres piñones llamados "satélites" cuyos ejes de giro se unen entre sí a una placa conectada al árbol de transmisión.
Estos satélites engranan, a su vez, con una corona dentada interiormente.
En las cajas automáticas se utilizan varios trenes de engranajes epicicloidales con distintas reducciones entre ellos, uniendo sus componentes por medio de la fricción y frenando elementos por medio de cintas de freno acopladas en las coronas.
Con este sistema de cambio se consiguen unos niveles de consumo mucho más ajustados y una mayor seguridad en la conducción del vehículo. Además, hay que añadir el mínimo mantenimiento, su alta productividad y un control total del vehículo. Una serie de ventajas que se suman a la principal: el alto grado de seguridad que ofrece un vehículo equipado con cajas automáticas.
El conjunto de caja de velocidades y mando lo componen además de la caja: un teclado de tres posiciones (adelante, atrás y punto muerto); los sensores situado en los pedales de freno y acelerador, que envían sus señales a la unidad de control; la unidad de control, una memoria informatizada para almacenar datos tanto de funcionamiento, como de diagnosis; un regulador de presión de carga de aceite, o de gas y un interface, que permite conectarle un ordenador personal, bien para realizar la autodiagnosis de la caja, bien para cambiar el programa de gradiente (económico, de potencia, de medianas solicitaciones, etc.) en función del itinerario a realizar.Estos programas miden la aceleración y las condiciones de carga del vehículo y actúan sobre la unidad de control para obtener el punto de cambio idóneo, siendo suministrados por las marcas fabricantes de las cajas de velocidades automáticas.
