SISTEMA DE TRANSMISIÓN EN VEHÍCULOS AUTOMÓVILES (PARTE IV)

Hola a todos

Aquí os traigo nuevo artículo, con algo de retraso ya que el fin de semana pasado no hubo entrega. En este artículo empezaremos a estudiar un elemento primordial en la transmisión, el cual recibe la potencia del motor a través del embrague. Me estoy refiriendo a la caja de cambios. 
 

En la figura observamos la situación de la caja de cambios en el conjunto de la transmisión, si partimos desde el motor estaría situada a continuación del embrague.



Como os he dicho en anteriores artículos ( podeis repasad el concepto de potencia y par motor pinchando aquí ), el motor tiene unas características determinadas que le hacen entregar una potencia y par motor máximos. Vamos a centrar nuestra atención en el par motor que nos ofrece el motor, valga la redundancia. 
Hemos dicho que el par motor se transmite desde el embrague hasta las ruedas, pasando a través de la caja de cambios. Tengamos en cuenta la siguiente ecuación:

Donde:

Wf = Potencia transmitida.
Cm = Par motor.
Cr = Par resistente de rodadura (ofrecido por las ruedas debido al rozamiento).
n = Velocidad de giro del motor (rpm).
n1 = Velocidad de giro de las ruedas (rpm).

Teniendo en cuenta esta ecuación, vamos a imaginar por un momento que conectamos el motor directamente a las ruedas. Observando la ecuación, la velocidad del motor sería transmitida directamente a las ruedas, es decir n = n1. En tal caso, Cm = Cr. Bien, hasta aquí correcto. ¿Y si aumenta la Cr? Necesariamente debe aumentar Cm para mantener la misma velocidad. Como Cm en un motor es limitado, llegaríamos a calar el motor debido a la disminución de las velocidades de giro provocadas por el aumento de Cr sin que el motor nos pueda ofrecer más Cm.
Para que esto no ocurra, se intercala la caja de cambios, que no es más que un tren de engranajes que multiplica o reduce el par motor y la velocidad que el motor transmite. Esto nos conduce a la siguiente pregunta, para aclarar conceptos. ¿Qué es un tren de engranajes, o un engranaje?
En primer lugar un ejemplo gráfico de rueda de engranaje o engranaje:

Arriba teneis una fotografía de una rueda de engranaje  o engranaje. Abajo la disposición de dos engranajes para transmitir potencia (giran en sentidos contrarios). A esta forma de transmitir la potencia se la denomina engrane. Bien pero, ¿y si pongo 3 o más ruedas de engranaje para transmitir potencia? Pues obtengo lo que se denomina tren de engranaje:

En este caso particular, se denominaria tren de engranaje compuesto (los hay simples también), debido a que en un mismo eje hay  2 ruedas (excepto el primero y el último), una es conducida y la otra conductora. La relación de transmisión, en este caso, sería el resultado de multiplicar las diferentes relaciones de transimisión de cada pareja de engranajes:

En este caso:

De aquí se deduce que la relación de transmisión entre la primera rueda y la última será el resultado de multiplicar el nº de dientes de todas las ruedas conductoras.
No quiero profundizar mucho en este tema de engranajes, porque podríamos estar escribiendo artículos en cantidad equivalente a la parte de motores, pero si estais interesados, hacérmelo saber y escribiré un articulo dedicado a los engranajes, tan sólo conceptos básicos pero útiles.
Seguimos entonces con la caja de cambios, que ya sabemos en que consiste y su función:

Aquí un esquema sencillo de una caja de cambios manual, en este caso de dos ejes, y observamos como hay ruedas de engranaje de mayor tamaño y otras de menor tamaño. Y además un selector de marchas, que lo que hace es desplazar los piñones (ruedas de engranaje) en colo azul a través de su eje para que engranen con otras ruedas de colo rojo en este caso. Si variamos el nº de dientes de las ruedas de engranaje, variamos la relación de transmisión que es el concepto en el que se basa el uso de la caja de cambios.

Aquí vemos un esquema de una caja de cambios en realidad, con su cárter. En el vemos el eje primario (proveniente del embrague) y en el interior de ese cárter todos los engranajes, con el eje secundario o el que transmite el giro al diferencial, a la derecha de la imagen. Bien, en los próximos artículos profundizaremos más en las cajas de cambio, tanto manuales como automáticas. Creo que por ahora ya está bien como introducción. Hasta el próximo artículo, donde ya si entraremos de lleno en el diseño y fabricación de la caja de cambios.

A continuación, la bibliografía consultada:

- Teoría de Máquinas y Mecanismos. J.E. Shigley. McGRAW-HILL.
- http://juliocad.blogspot.com.es/2013/05/doble-embrague-parte-i.html
- http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/mecanismos/mec_eng_tren.htm
- http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos/tecnologia/mecanica/elementos_de_maquinas/engranajes.htm
- http://www.gaessa.com/GAES/Castellano/Productos/Mecanizados/MECANIZADOS.shtml
- http://www.kmph.es/la-caja-de-cambios-y-el-embrague/
- http://www.aficionadosalamecanica.net/caja-cambios.htm