1. La caja de cambios manual

Las cajas de cambios están situadas entre el motor y la transmisión, y son las encargadas de ofrecer el par motor necesario para poder mover el vehículo cuando se encuentra parado. Una vez en marcha, nos ofrece el par necesario para poder superar el rozamiento de las ruedas con el suelo, las pendientes del terreno y la resistencia aerodinámica.

Por lo que la caja de cambios tiene tres misiones:

  • Arranque y movimiento: Mantener el giro del motor para que su par sea suficiente para poder mover el vehículo (arrancar y pasar de una marcha a otra).
  • Inversión de marcha: Posibilitar invertir el sentido de giro de las ruedas (dar marcha atrás).
  • Desacople: Desacoplar el motor de la transmisión, lo cual sirve para poner el coche en punto muerto o posición de reposo.

2. Elementos de una caja de cambios

Los elementos principales de una caja de cambios son:

Transmisión

La transmisión de esfuerzo entre piñones se traduce en un menor ruido global de la caja de cambios. Para la marcha atrás se pueden utilizar piñones de dentado recto, ya que, a pesar de soportar peor la carga, su utilización es menor y 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 esta forma, se consigue 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.

Embrague

La función de un embrague de fricción progresivo es actuar 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 con anillo elástico, etc.

Sincronizadores

El accionamiento de los sincronizadores se efectúa mediante un varillaje de cambio que actúa mediante horquillas, 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.

Existen principalmente dos tipos de cajas de cambios:

  • Caja manual de tres ejes: Con disposición longitudinal, típica de vehículos de propulsión trasera.
  • Caja manual de dos ejes: Con disposición transversal, típica de vehículos con tracción delantera, donde el grupo cónico-diferencial va acoplado en la salida de la propia caja.

La situación de la caja de cambios en el vehículo dependerá de la colocación del motor y del tipo de transmisión. Estas dos disposiciones son las más utilizadas, aunque existen otras, como la de motor delantero longitudinal y tracción a las ruedas delanteras.

El eje

El eje primario recibe movimiento del motor con interposición del embrague, y el secundario da movimiento a la transmisión diferencial y, por tanto, a las ruedas. Todos los ejes se apoyan en la carcasa del cambio por medio de cojinetes de bola, haciéndolo la punta del eje secundario en el interior del piñón del primario, con interposición de un cojinete de agujas.

Para transmitir el movimiento que llega desde el primario al árbol secundario, es necesario hacer solidario a este eje a cualquiera de los piñones montados locos sobre él. La toma de velocidad se consigue por medio de sincronizadores montados sobre un estriado en el eje secundario, permitiendo el acople con los piñones que giran locos.

3. Engranajes en la caja de cambios manual

Tipos de engranajes

Ejes paralelos

  • Cilíndricos de dientes rectos
  • Cilíndricos de dientes helicoidales
  • Doble helicoidales

Ejes perpendiculares

  • Helicoidales cruzados
  • Cónicos de dientes rectos
  • Cónicos de dientes helicoidales
  • Cónicos hipoides
  • De rueda y tornillo sin fin

Aplicaciones especiales

  • Planetarios
  • Interiores de cremallera

Formas de transmitir el movimiento

  • Transmisión simple
  • Transmisión con engranaje
  • Transmisión compuesta
  • Transmisión mediante cadena o polea dentada (mecanismo piñón cadena, polea dentada)

Árboles de transmisión

  • Árbol primario: Recibe movimiento del disco de embrague y se lo transmite al eje intermedio. En ocasiones, ambos árboles forman una única pieza; en otras, suelen estar unidos por un pasador.
  • Árbol intermedio: Está compuesto por piñones solidarios (forman una única pieza). Dispone de tantos piñones como marchas tenga el cambio. Cada piñón engrana un piñón loco del secundario.
  • Árbol secundario: Es un eje que recibe el movimiento del árbol intermedio o del árbol primario (en caso de la marcha directa) y lo transmite al árbol de transmisión o al diferencial.