Caja automática

Todas las cajas de velocidad cumplen la misma función: transmitir a las ruedas la potencia generada por el motor. Aunque todavía son mayormente rechazadas en Europa, las cajas automáticas se imponen en todo el mundo, mientras que en los Estados Unidos son las reinas indiscutibles. A tal punto, que ya el viejo Ford T contaba con una caja cuyo sistema de engranajes era parecido al de las cajas automáticas de la actualidad.


La caja automática es un sistema que, de manera autónoma, determina la mejor relación entre los diferentes elementos, como la potencia del motor, la velocidad del vehículo, la presión sobre el acelerador y la resistencia a la marcha, entre otros. Se trata de un dispositivo electro hidráulico que determina los cambios de velocidad; en el caso de las cajas de última generación, el control lo realiza un calculador electrónico.

Mientras que la caja mecánica se compone de engranajes –su nombre en inglés, gearbox, significa justamente caja de engranajes-, la caja automática funciona con piñones, que conforman el tren epicicloidal.

En una caja automática, el movimiento generado por el motor se transmite a la caja por un convertidor, que está compuesto, básicamente, por dos turbinas alojadas en un compartimento estanco lleno de aceite mineral. Así, es el aceite el que transmite la potencia, de modo que no hay fricción, tal como sucede con las cajas manuales. La gestión de las relaciones la realiza un distribuidor hidráulico, que maneja la repartición de presión para comandar los diferentes elementos.

Tipos de cajas

Además de la caja automática clásica, hay otros tres tipos de sistemas.

Robotizada: derivación de la caja mecánica, en este caso la gestión del embrague y de las relaciones se realiza de manera electrónica. Carece de pedal de embrague y la palanca de cambios no tiene relación mecánica con la caja.

Doble embrague: parienta cercana de la robotizada, cuenta con dos embragues, cada uno vinculado con un árbol. Un embrague es utilizado para las relaciones impares -1ª, 3ª y 5ª- y el otro para los pares -2ª, 4ª, 6ª y marcha atrás. Diversos sensores, ubicados en cada árbol, permiten saber cuál es la velocidad, al tiempo que relevan el régimen de rotación del árbol. Es el caso de las cajas DSG, de Volkswagen, cuyos engranajes son del tipo multidisco a baño de aceite –como en una moto-, y la PSG, de Luk, que cuenta con embragues a seco.

Variación continua: esta caja existe desde que existe el automóvil, y funciona según el mismo principio de variación del ciclomotor, con dos discos unidos entre ellos por una correa metálica.


Todas las cajas automáticas trabajan sobre un solo eje donde se encuentran convertidor, bomba, tambores, planetarios, embragues unidireccionales y gobernadora. Y las cajas puente axod también contienen, en este mismo eje, el sistema diferencial.

Hay dos tipos de transmisión: lineal y puente. La primera transmite el movimiento a un cardán que conecta con el diferencial trasero –caja de transferencia o reductora, si es doble tracción-, mientras que la puente transmite a los semiejes, dado que son tracción delantera. En este último caso, se pueden combinar con distintos tipos de accionamiento para los casos de tracción integral.

Componentes y funcionamiento

Las cajas automáticas tienen una gran cantidad de componentes.
A continuación, un repaso por las características y la función de los más importantes.

PLATO FLEXIBLE

Chapa que fija entre sí al cigüeñal y al convertidor.
En la foto de la izquierda, plato con corona de arranque; a la derecha, sin corona (una pieza rota y otra nueva). Hay que tener mucho cuidado con el estado de los platos flexibles.

CONVERTIDOR
Su función es la de transmitir la potencia del motor a la directa de la caja, por medio de dos turbinas. Entre ambas hay un estator que optimiza la presión.

TAMBOR
Contiene los paquetes de discos de metal y fibra, seguros, resortes, gomas y pistones. Estos elementos, al apretar o liberar los discos de fibra, accionan las distintas marchas .

BOMBA DE ACEITE
Las más comunes son las bombas de engranajes o de paletas. Su función es la de generar unos 12 kilogramos de presión para la caja de cambios. Es muy importante controlar el estado de la bomba de aceite para evitar las fugas de presión.

BANDAS
Flejes metálicos con fibra por dentro, anclados de distintos modos y accionados por servo. En la imagen, una banda nueva y otra que debió ser cambiada.

CONJUNTO PLANETARIO
Grupo de eje solar y engranajes, ubicado generalmente en la parte final de la caja.

EMBRAGUE UNIDIRECCIONAL
Rueda dentada que gira en un solo sentido.

GOBERNADORA
Válvula que regula presión y fuerza centrífuga del eje de salida en contacto con la caja de válvulas Hoy la mayoria son electrónicas y simplifican mucho este sistema.

CAJA DE VALVULAS
Tienen cuerpos de aluminio o, en algunos casos, de fundición. La mayoría de las válvulas son de acero, y accionan todo el funcionamiento de la caja.

CAJA DE SOLENOIDES
Hay dos tipos de solenoides (electroimanes): los que realizan algunas o todas las marchas y los que regulan la presión dentro de la caja, y por eso se llaman actuadores. Los solenoides y los sensores están en contacto directo con el aceite hidráulico.

SENSOR
Hay de velocidad -de entrada y de salida- y de temperatura. Los sensores informan a la computadora qué tienen que hacer los actuadores (solenoides) en la caja de válvulas.

COMPUTADORA
Componente electrónico que hace de nexo entre los sensores y actuadores de las cajas automáticas. Las partes eléctricas en las cajas automáticas simplificaron mucho las cajas de válvulas y gobernadoras, además de ofrecer una confiabilidad superior.

DISCOS
Existen discos de fibra y de metal. Efectúan las distintas relaciones de acuerdo con la combinación de los tambores que los contienen. Se encuentran intercalados y en cantidades de 2 de cada uno y hasta 6 de cada uno. Las marchas altas suelen ser las que menos discos contienen

DIAFRAGMA Cumple la función de un resorte, regresando a su posición pasiva al pistón que frena el paquete de discos dentro del tambor. Hay resortes de distintos tipos y calidades.

CONJUNTO ELECTRONICO
En este caso es el de una caja de Chrysler A500. Los dos iguales son de lock-up y accionamiento de 4ta; los otros dos son la reguladora de presión de gobernadora y el sensor de esta reguladora y de temperatura de la caja.

Cajas de cambio manuales

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:

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.
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. Es decir, las ruedas o piñones están permanentemente engranadas entre sí de forma que una gira loca sobre uno de los ejes que es el que tiene que engranar y la otra es solidaria en su movimiento al otro eje. El sincronizador tiene, por tanto, la función de un embrague de fricción progresivo entre el eje y el piñón que gira libremente sobre él. Los sincronizadores suelen ir dispuestos en cualquiera de los ejes de forma que el volumen total ocupado por la caja de cambios sea el más reducido posible. Existen varios tipos de sincronizadores de los cuales destacan: sincronizadores con cono y esfera de sincronización, sincronizadores con cono y cerrojo de sincronismo, sincronizadores con anillo elástico, etc.
El accionamiento de los sincronizadores se efectúa mediante un varillaje de cambio que actúa mediante horquillas sobre los sincronizadores desplazándolos axialmente a través del eje y embragando en cada momento la marcha correspondiente. Los dispositivos de accionamiento de las distintas marchas dependen del tipo de cambio y de la ubicación de la palanca de cambio.
A continuación se van a estudiar los dos tipos de cajas de cambios. La primera caja de cambios es una caja manual de tres ejes con disposición longitudinal de un vehículo de propulsión trasera. La segunda, es una caja manual de dos ejes con disposición transversal, de un vehículo con tracción delantera con tracción delantera por lo que el grupo cónico-diferencial va acoplado en la salida de la propia caja de cambios.

Transmisión mecánica

Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. Son parte fundamental de los elementos u órganos de una máquina, muchas veces clasificado como uno de los dos subgrupos fundamentales de éstos elementos de transmisión y elementos de sujeción.
En la gran mayoría de los casos, estas transmisiones se realizan a través de elementos rotantes, ya que la transmisión de energía por rotación ocupa mucho menos espacio que aquella por traslación.
Una transmisión mecánica es una forma de intercambiar energía mecánica distinta a las transmisiones neumáticas o hidráulicas, ya que para ejercer su función emplea el movimiento de cuerpos sólidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisión.
Típicamente, la transmisión cambia la velocidad de rotación de un eje de entrada, lo que resulta en una velocidad de salida diferente. En la vida diaria se asocian habitualmente las transmisiones con los automóviles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ángulo recto en molinos de viento o agua y máquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevación (norias).
En general, las transmisiones reducen una rotación inadecuada, de alta velocidad y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad más baja con par de giro más alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automóviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes. En estos casos, la mayoría de las relaciones (llamadas usualmente "marchas" o "cambios")se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro; sin embargo, las relaciones más altas pueden ser sobremarchas que aumentan la velocidad de salida.
También se emplean transmisiones en equipamiento naval, agrícola, industrial, de construcciones y de minería. Adicionalmente a las transmisiones convencionales basadas en engranajes, estos dispositivos suelen emplear transmisiones hidrostáticas y accionadores eléctricos de velocidad ajustable.

Transmisión Estándar

La mayoría de coches modernos están equipados con una caja de cambios sincronizada. engranajes de transmisión son siempre en malla y la rotación, pero los engranajes de un eje puede girar libremente o se bloquea en el eje. El mecanismo de bloqueo para una marcha consiste en un collar (o collar de perro) en el eje que es capaz de deslizarse hacia los lados para que los dientes (o perros) en su superficie interna del puente dos anillos circulares con dientes en su circunferencia externa: una conectada a la artes de pesca, una en el eje. Cuando los anillos son un puente por el cuello, que el arte en particular es bloqueado en la rotación del eje y determina la velocidad de salida de la transmisión. La palanca de cambios manipula el cuello utilizando un conjunto de vínculos, de organizarse de manera que un collar puede ser permitida sólo para bloquear una marcha en un momento dado, cuando "cambia la marcha," el anillo de fijación de un equipo se desconecta antes de que de otro dedicado . Un anillo a menudo sirve para dos marchas; deslizamiento en una dirección, selecciona una velocidad de transmisión, en el otro sentido selecciona otro.
En una caja de cambios sincronizada, para que coincida correctamente la velocidad del tren a la del eje como embragar la marcha, el collar inicialmente se aplica una fuerza a una de bronce en forma de cono del embrague conectado al equipo, lo que eleva la velocidad para que coincida con anterioridad a el anillo de fijación en su lugar. El cuello se le impide cerrar los anillos de bloqueo cuando las velocidades no coinciden por los anillos de sincronización (también llamados anillos o anillos de bloqueo se resisten, con la que se escribe este último se resisten en los EE.UU.). El anillo de sincronización rota ligeramente debido a la par de fricción del embrague de cono. En esta posición, el embrague perro está impedido de participar. El anillo del embrague de bronce hace que poco a poco las piezas que giran a la misma velocidad. Cuando lo hacen girar la misma velocidad, no hay más de par motor el embrague de cono, y el embrague perro se le permite caer en la participación. En una caja de cambios moderna, la acción de todos estos componentes es tan suave y rápido que casi no se nota.
El sistema de cono moderno fue desarrollado por Porsche y presentado en el 1952 Porsche 356, sincronizadores de cono se llama Porsche tipo durante muchos años después de esto. En la década de 1950, sólo la tercera parte del segundo turno fue sincronizado en la mayoría de los automóviles, que requieren sólo una simple sincronización y un enlace simple, los manuales los conductores en coches sugirió que si el conductor necesita para pasar de segundo a primero, que era mejor venir a una parada completa a continuación, en el primer turno y puesta en marcha de nuevo. Con la continua sofisticación de desarrollo mecánico, sin embargo, completamente sincronizadas con las transmisiones de tres velocidades, a continuación, las velocidades de cuatro, cinco velocidades y, a continuación, se convirtió en universal para el 1980. Muchos de transmisión manual de coches modernos, especialmente los deportivos, ahora ofrecen seis velocidades.
Marcha atrás, sin embargo, no suele ser sincronizadas, ya que sólo hay una marcha atrás en la transmisión del automóvil normal y el cambio de marchas en reversa mientras se mueve no es necesario. Entre los coches que se han sincronizado a la inversa son el 1995-2000 Ford Contour y Mercury Mystique, '00-'05 Cavalier Chevrolet, Mercedes 190 2.3-16, el V6 equipado Alfa Romeo GTV / Spider (916),[1] algunas de Chrysler , Jeep, GM y productos que utilizan la nueva empresa NV3500 NV3550 y unidades, el Ford Sierra Europea y Granada Escorpio / equipado con la MT75 caja de cambios, el Volvo 850, y casi todos los Lamborghini y BMW