Como funciona la caja de cambios de un auto

Diagrama de la transmisión manual de 5 velocidades

Uno de los componentes más impresionantes de cualquier automóvil es su transmisión o «caja de cambios», y aunque la mayoría de los coches no se benefician de esta tecnología, la caja de cambios sincronizada es lo que aspira a ser la transmisión manual de un solo embrague. Al menos por el momento.
El problema que toda transmisión busca superar es cómo conectar dos piezas móviles que giran a diferentes velocidades sin dañarlas. Sin la ayuda de una transmisión moderna, el conductor tendría que intentar hacer coincidir manualmente el régimen del motor del vehículo (RPM) con la velocidad de la transmisión (velocidad de las ruedas) después de desembragar la marcha anterior y antes de engranar la siguiente, lo que ralentiza los cambios de marcha, reduce la velocidad del vehículo y desperdicia combustible.
Debido al margen de error inherente al intentar igualar las velocidades del motor y de las ruedas, la transmisión de malla deslizante es susceptible de sufrir daños causados por los engranajes que chocan entre sí cuando las velocidades no son compatibles.
Dado que las transmisiones están diseñadas con precisión y con tolerancias extremadamente pequeñas, los pequeños fragmentos de metal que se desprenden de los engranajes podrían causar daños significativos que darían lugar a costosas reparaciones. Al menos, al ser la más básica de las transmisiones, es también la más robusta, y podría soportar más castigo que otros tipos de transmisión.

Sistema de transmisión

Si usted es como la mayoría, entender los entresijos de su automóvil es como comprender la física nuclear avanzada. Sin embargo, así es exactamente como los fabricantes de vehículos quieren que sea. Diseñan su coche, camión o SUV para que funcione de forma óptima por sí mismo. Así, si funciona bien, ni siquiera te darás cuenta de lo que ocurre.
Dicho esto, es útil entender exactamente cómo funcionan los diversos sistemas y componentes de su vehículo para apreciar mejor la necesidad de un mantenimiento regular. Quizá no haya ningún otro sistema más importante de comprender que el que hace y mantiene a su vehículo en marcha: La transmisión.
Un momento: ¿no es el motor de un vehículo el que proporciona la potencia? Sí, lo hace, pero algo tiene que ser capaz de dispersar esa energía a las ruedas y controlar la dinámica de conducción de su vehículo, incluyendo la velocidad, el consumo de combustible y las RPM. Ese es el trabajo de la transmisión. A medida que el motor genera par (la fuerza que genera la rotación), la transmisión utiliza diferentes relaciones de transmisión que regulan la energía de rotación para hacer girar las ruedas. Al engranar las marchas (o cuando estás parado), tiene que haber algún tipo de mecanismo que desconecte la transmisión del motor para que éste pueda seguir girando. De lo contrario, el motor se apagaría cada vez que se detuviera el vehículo o no se podría controlar la aceleración.

Función de la caja de cambios

Los engranajes parecen mágicos, pero son simplemente ciencia en acción. Mira este diagrama y verás cómo funcionan exactamente. El par de ruedas dentadas (arriba) funciona exactamente igual que un par de ruedas ordinarias del mismo tamaño que se tocan (centro); la única diferencia es que los engranajes tienen dientes cortados alrededor del borde para evitar que se deslicen. Pero una rueda es en realidad una palanca, así que un par de ruedas que se tocan es como un par de palancas que se tocan (abajo).
Pensar en los engranajes como palancas muestra exactamente cómo funcionan. Supongamos que giras el eje en el punto (1). La barra que conecta los puntos (1) y (2) se mueve más rápido y con menos fuerza en el punto (2) porque está funcionando como una palanca. Si no puedes ver esto, supón que la barra roja fuera una llave inglesa y que empujaras en el punto (2) para aflojar una tuerca en el punto (1) del centro. Entonces el punto (1) giraría con menos velocidad y más fuerza. En cambio, si giras en el punto (1), ocurre lo contrario: obtienes más velocidad y menos fuerza en el punto (2). Esa es la barra roja, que está tocando la barra azul. Como las dos barras se tocan, deben ir a la misma velocidad. Ahora la barra azul también es una palanca, pero funciona al revés: como una llave inglesa. Así que si aplicamos una fuerza en el punto (2), ésta se ve aumentada por la palanca de la barra azul y obtenemos más fuerza (y menos velocidad) en el punto (3).

Piezas y funcionamiento de la transmisión manual

Una vez que la potencia se ha transferido al eje de entrada de la transmisión, es el momento de que los engranajes planetarios hagan su trabajo. El nombre proviene de la forma en que están dispuestos. Un engranaje central se denomina engranaje solar, mientras que los engranajes planetarios más pequeños giran a su alrededor, sostenidos en un anillo llamado portaplanetario. En lugar de utilizar una rueda dentada distinta para cada marcha, las distintas velocidades de la transmisión se consiguen mediante combinaciones de engranajes. Los engranajes solares, planetarios y anulares se engranan en varias combinaciones, como por ejemplo que el engranaje anular exterior gire mientras el engranaje solar interior permanece inmóvil. Esto se consigue con pequeños embragues de fricción, que enganchan los engranajes para que giren, y bandas, que los mantienen alejados para que no giren. Los embragues y las bandas se accionan mediante pasadores y válvulas que se activan con el líquido de transmisión presurizado.
Al crear diferentes relaciones de transmisión, la transmisión toma la potencia del motor y la aumenta o reduce en su camino hacia el eje de salida, que envía la potencia hacia las ruedas. En primera, el motor gira con relativa lentitud mientras el conductor pisa gradualmente el acelerador, por lo que la transmisión utiliza una marcha baja para multiplicar el par que va a las ruedas y darles la potencia necesaria para acelerar. A velocidades de autopista, la transmisión utiliza la sobremarcha, cuando la velocidad de salida de la transmisión es más rápida que la del motor, lo que ahorra combustible y desgaste del motor. Para aparcar, un pequeño engranaje dentado de estacionamiento está firmemente sujeto por un pequeño pestillo llamado trinquete de estacionamiento, que impide que el eje de salida haga girar las ruedas.La potencia enviada por la transmisión no va directamente a las ruedas, que deben poder girar a diferentes velocidades. Si no lo hicieran, no podrías girar correctamente en una curva, por lo que el vehículo utiliza un diferencial para dividir la potencia y enviar la cantidad adecuada a cada rueda. En un vehículo de tracción delantera, los engranajes del diferencial están agrupados en la caja de la transmisión, y el conjunto se denomina comúnmente transeje.