Caja de Cambios

UNIVERSIDAD CATOLICA SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECÁNICA, MECÁNICA – ELECTRICA Y MECATRÓNICA

“Informe de Senati Nº 02” CURSO: MECANICA AUTOMOTRIZ

TEMA: CAJA DE CAMBIOS

ALUMNO: TORRES FERNANDEZ, LUIS ENRIQUE

DOCENTE: CAMILO GRIMALDO FERNANDEZ BARRIGA

SEMESTRE: III

SECCION: 01

AREQUIPA – 2016

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INTRODUCCION. La caja de cambios es un elemento de transmisión que se interpone entre el motor y las ruedas para modificar el número de revoluciones de las mismas e invertir el sentido de giro cuando las necesidades de la marcha así lo requieran. Actúa, por tanto, como transformador de velocidad y convertidor mecánico de par. Si un motor de explosión transmitiera directamente el par a las ruedas, probablemente sería suficiente para que el vehículo se moviese en terreno llano. Pero al subir una pendiente, el par resistente aumentaría, entonces el motor no tendría suficiente fuerza para continuar a la misma velocidad, disminuyendo esta gradualmente, el motor perdería potencia y llegaría a pararse; para evitar esto y poder superar el par resistente, es necesario colocar un órgano que permita hacer variar el par motor, según las necesidades de la marcha. En resumen, con la caja de cambios se "disminuye" o "aumenta" la velocidad del vehículo y de igual forma se "aumenta" o "disminuye" la fuerza del vehículo. MARCO TEÓRICO Función y funcionamiento. En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades (suele ser llamada sólo caja) es el elemento encargado de acoplar el motor y el sistema de transmisión con diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción generalmente es la reducción de velocidad e incremento del torque. En función de que la velocidad transmitida a las ruedas sea mayor, la fuerza disminuye, suponiendo que el motor entrega una potencia constante: dado que potencia es trabajo por unidad de tiempo y, a su vez, trabajo es fuerza por distancia, una distancia mayor (derivada de la mayor velocidad) tiene por consecuencia una fuerza menor. De esta manera la caja de cambios permite que se mantenga la velocidad de giro del motor, y por lo tanto la potencia y par más adecuado a la velocidad a la que se desee desplazar el vehículo. La caja de cambios tiene la misión de reducir el número de revoluciones del motor e invertir el sentido de giro en las ruedas, cuando las necesidades de la marcha así lo requieren. Va acoplada al volante de inercia del motor, del cual recibe movimiento a través del embrague. Acoplado a ella va el sistema de transmisión. Constitución de la caja de cambios. La caja de cambios está constituida por una serie de ruedas dentadas dispuestas en tres árboles.    

Árbol primario. Árbol intermedio. Árbol secundario. Eje de marcha atrás.

Todos los árboles se apoyan, por medio de cojinetes, en una carcasa llamada cárter de la caja de cambios, que suele ser de fundición gris, aluminio o magnesio y sirve de Tecnología Automotriz

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alojamiento a los engranajes, dispositivos de accionamiento y en algunos casos el diferencial, así como de recipiente para el aceite de engrase.

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Clasificación de la caja de cambios. Existen varios tipos de cajas de cambios y diversas maneras de clasificarlas. Hasta el momento en que no se habían desarrollado sistemas de control electrónico la distinción era mucho más sencilla e intuitiva ya que describía su construcción y funcionamiento. En tanto que se han desarrollado sistemas de control electrónico para cajas se da la paradoja que existen cajas manuales con posibilidad de accionamiento manual y cajas automáticas con posibilidad de intervención manual. La clasificación en función de su accionamiento es una de las clasificaciones aceptadas por mayor número de autores:  Manuales o mecánicas: Tradicionalmente se denominan cajas mecánicas a aquellas que se componen de elementos estructurales (carcasas y mandos) y funcionales (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, aunque éste puede estar automatizado. Los elementos sometidos a rozamiento ejes, engranajes, sincronizadores, o selectores están lubricados mediante baño de aceite -específico para engranajes- en el cárter aislados del exterior mediante juntas que garantizan la estanqueidad. Los acoplamientos en el interior se realizan mediante mecanismos compuestos de balancines y ejes guiados por cojinetes. El accionamiento de los mecanismos internos desde el exterior de la caja y que debería accionar un eventual conductor- se realizan mediante cables flexibles no alargables o varillas rígidas. Las distintas velocidades de que consta la caja están sincronizadas. Esto es; 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. La conexión cinemática entre el motor y la caja de cambios se realiza mediante el embrague.  Automáticas: Este tipo de cajas tradicionalmente utilizan engranajes epicicloidales y como elemento de conexión entre el motor y la propia caja utilizan un convertidor de par en vez del clásico embrague, aunque su cometido es el mismo, conectar y desconectar el movimiento del motor con la caja. Las cajas de cambio de actual aplicación en los vehículos automóviles, además de la gestión automática en la selección de las distintas velocidades que las caracteriza permiten la posibilidad de intervenir de forma manual de forma similar a como se realiza en las cajas manuales. Clasificación en función del montaje. 

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Longitudinales: Se colocan con sus ejes paralelos al eje longitudinal del vehículo. Pueden ser delanteras, centrales o traseras según la posición en la que vayan montadas en el vehículo. Transversales: Se colocan con sus ejes perpendiculares al eje longitudinal del vehículo. Pueden ser delanteras o traseras.

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Comencemos por decir que se llama relación de desmultiplicación a la relación entre dos engranajes distintos o al cociente de dividir el número de dientes del piñón conducido; en el conocido ejemplo de la bicicleta, la relación de desmultiplicación es el cociente entre el número de dientes del plato y el número de dientes de la corona. En una bicicleta, la relación normal oscila entre 6 y 8. Pero en un automóvil, el giro del motor es enormemente más elevado que el giro de las piernas del ciclista, por lo que las relaciónes son siempre sensiblemente más cortas (sin olvidarnos de que también hay que contar con la desmultiplicación de la diferencial). Normalmente, las relaciones de desmultiplicación de las marchas de un automóvil se escalonan entre 4/1 y 1/1; precisamente la relación 1/1 se llama directa y es frecuente sea las de la 4ta velocidad (de ahí que a menudo se llame directa a esta última marcha). Precisamente lo que hace una caja de cambios es engranar dos piñones de distinto número de dientes para lograr una relación adecuada a la potencia del motor, su peso, sus neumáticos y la velocidad máxima deseada. Como ejemplo, veamos los distintos engranajes de un automóvil convencional, concretamente un Renault 5-TL:

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En una caja de cambios se trata, pues, de conectar piñón conductor y conducido para obtener la correcta relación. Pero a la velocidad de giro del motor, incluso desembragando, al acoplar los dos piñones que giran a distinta velocidad plantea muy delicados problemas técnico. Por ello se ha recurrido al sistema de “toma constante” o de permanente engranaje: los dos engranajes, conducido y conductor, permanecen girando unidos, pero el conducido en un eje en el que no está unido, que sirve de ayuda al funcionamiento de la caja y que recibe el nombre de tren fijo, árbol intermedio o tren secundario. La función de la palanca de cambios ya no es engranar los piñones requeridos, sino poder hacer que el piñón del tren fijo esté solidario a su eje. Esto se consigue por medio de unos dentados de arrastre que se introducen en el interior de las coronas de piñones y que se desplazan longitudinalmente sobre el eje por medio de unas nervaduras o acanalados. Para engranar la primera velocidad se empuja la palanca de cambios hacia delante, con la cual el desplazable “A” se introduce en el interior del piñón del tren fijo o eje secundario, con lo cual eje piñón se hacen solidarios; los demás engranajes permanecen conectados, pero giran “locos” sobre el tren fijo. Por el mismo procedimiento se van introduciendo las otras velocidades. En cuanto a la marcha atrás, se conecta por medio de un piñón inversor que, al interponerse entre conducido y conductor, invierte el sentido de giro. Pero la mejor forma de conocer el funcionamiento de la caja de cambios es examinar los dibujos que se incluyen, donde los engranajes están mercados en rojo. Los movimientos del “carrete” corresponden a las de la palanca de cambios, de modo que la primera y la tercera se engranan normalmente moviendo la palanca en la misma dirección, pero con distintos ángulos, y la segunda y la cuarta, también. En cuanto a la marcha atrás, entra en juego un piñón inversor encargado de cambiar el sentido de giro. Hay una serie de varillas que conectan la palanca de cambios con las horquillas que mueven los desplazables, y que son los encargados de fijar al eje los piñones, que hasta ese momento están girando locos.

MATERIALES: Los materiales que procedimos a utilizar en las prácticas de Tecnología Automotriz fueron las siguientes: Tecnología Automotriz

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Figura 1: Llave

Figura 2: Llaves

Figura 3: juego de

Figura 5: Implementos de

Figura 4: Caja de cambios de auto con

PROCEDIMIENTO. 1. Se ingresó al área de prácticas de Tecnología Automotriz. 2. Se procedió con una explicación acerca del funcionamiento de la caja de cambios con ayuda de un esquema

3. Por consiguiente, se procedió a la parte experimental, cada grupo tuvo el objetivo de desarmar la caja, en este caso una proveniente de un automóvil con tracción delantera.

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4. Una vez terminado la acción de desarmarlo, se procedió a realizar cálculos para determinar como se reduce la velocidad de rotación proveniente del motor y la que salía del diferencial. Debemos considerar que si las rpm provenientes del motor son n, las que salen de la caja serán generalmente menores a estas. Analizando el dibujo podemos determinar que para hallar las rpm presentes en el segundo piñón, debemos multiplicar las rpm del primero por el número de dientes del mismo y dividirlo entre el número de dientes del segundo piñón, realizando esta operación tantas veces como sea necesario. 5. Se procedió con el ensamblado de la caja de cambios, ubicando todos los componentes en su respectivo lugar. RESULTADOS. a) Se logro conocer como se realiza el cambio de marchas en los autos. b) Se comprendió la necesidad de un sistema de sincronización para realizar los cambios de velocidades. c) Se confirmo la principal función de la caja de velocidades en la reducción de las rpm que serian entregadas a la transmisión. d) Se entendió que la relación entre velocidad y torque es inversamente proporcional y debe variar según las necesidades del conductor.

BIBLIOGRAFIA   

Arias Paz “Manual de Automóviles” , 56ª Edición, Editorial DOSSAT.SA Moisés Palomino M. “Mecánica automotriz”, Editorial Palomino E.I.R.L Internet: http://www.imac.unavarra.es/web_imac/pages/docencia/asignaturas/maquinas-

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iti/Trabajos/Cajas_de_cambios.pdf Manual de entrenamiento Team Toyota: Embrague, Transeje y Transmisión Manual.

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