UNIDAD 2

DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LOS COMPONENTES DEL VEHÍCULO (Caja de Cambios)

UNIDAD 2

Después de haber visto la conformación esencial de la caja de cambios en la unidad anterior, se entrara a ver la conformación de los elementos de cada uno de los ejes en particular lo correspondientes a los anillos sincronizadores, su ubicación y trabajo junto con el collarín para poder engranar las distintas marchas del vehículo, para finalizar la presente unidad con el tema de la selección de velocidades y el método utilizado para asegurase que solo pueda engancharse una sola marcha.

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TABLA DE CONTENIDO

PROCESO DE ENGRANE DE UNA MARCHA ............................................................. .................................. 3

TRABAJO DEL COLLARÍN Y DEL SINCRONIZADO .............................................................................................. 4 PARTES DEL SISTEMA DE ENGRANE Y SINCRONIZACIÓN................................................................................. 5 COLLARÍN DE ENGRANE Y ANILLOS SINCRONIZADORES ................................................................................. 6 ANILLOS SINCRONIZADORES ...................................................................................................................... 6 ANILLOS SINCRONIZADORES DE ÚLTIMA GENERACIÓN ............................................................................ 7 ANILLOS SINCRONIZADORES DE SECTOR SEMICIRCULAR .......................................................................... 7 TRABAJO DE LOS ANILLOS SINCRONIZADORES DE SECTOR SEMICIRCULAR ..............................................8 COLLARÍN Y SECTOR DENTADO .................................................................................................................. 9 SELECCIÓN DE LAS VELOCIDADES ................................................ .................................................... ...... 10

SELECTOR, EJES Y SELECCIÓN Y HORQUILLAS ................................................................................................ 11 SISTEMA DE BLOQUEO Y MANTENIMIENTO DE LAS VELOCIDADES .............................................................. 12 BLOQUEO ENTRE VARILLAS SELECTORAS ................................................................................................. 13 CIBERGRAFÍA .................................................. ...................................................... ................................ 14 IMÁGENES...................................................... ...................................................... ................................ 14 CRÉDITOS ............................................................................................................................................. 15


PROCESO DE ENGRANE DE UNA MARCHA

En la caja de cambios mecánica moderna ya no se desplaza al piñón que se desea engranar con otro piñón para seleccionar una velocidad o cambiar de velocidad, ya que todos los piñones de la caja, inclusive el piñón de la marcha atrás (en la mayoría de casos), están engranados permanentemente. A este engrane de piñones se los llama piñones en "toma constante", que significa que todo el tiempo están engranados, transmitiendo este movimiento desde los piñones conductores hasta los piñones conducidos. Para engranar una marcha, simplemente es el collarín de cada velocidad quien se engrana con el sector dentado de cada piñón. De tal manera, que se convierte en un solo cuerpo sólido con él, como el collarín está fijado al eje de salida por medio de un sector estriado, puede desplazarse o deslizarse por él hasta engranar con el sector dentado del piñón. Para desplazar al collarín, la palanca selectora lo ha empujado por medio de una horquilla.

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TRABAJO DEL COLLARÍN Y DEL SINCRONIZADO Realmente el collarín es el único que se desplaza o desliza en el estriado y no en conjunto, empujando simultáneamente al anillo sincronizador, pero lo hemos representado así para simplificarlos por el momento y queremos solamente explicar el proceso básico de engrane, para luego revisarlo de forma amplia en el proceso real. Sabemos también que el piñón está girando inicialmente sobre su propio eje, es decir, deslizándose sobre el eje estriado, ya que no forma parte solidaria con él, como lo forma parte el collarín. Al engranar el collarín con el sector dentado del piñón, estos dos elementos girarán de forma solidaria con eje estriado de salida, de tal forma que el movimiento que recibe este piñón del eje intermedio se transmite al piñón y de él hacia el eje estriado o eje de salida.

Imagen 2

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PARTES DEL SISTEMA DE ENGRANE Y SINCRONIZACIÓN En el proceso de engrane del collarín con el sector dentado del piñón, existe un choque entre el estriado interno del collarín con el sector dentado del piñón por ser diferente al número de revoluciones de ambos elementos. Al girar a diferentes velocidades, no existe facilidad para que coincidan y engranen, produciéndose un fuerte rozamiento entre dientes y con ello una gran dificultad para que se engranen. Para igualar, facilitando este engrane, las revoluciones del collarín y las revoluciones del piñón respectivo que deseamos engranar, se ha diseñado el anillo sincronizador, el mismo que es empujado inicialmente por el desplazamiento del collarín. En este momento, la superficie cónica interna del anillo sincronizador se apoya sobre el sector cónico del piñón, obligándolo a frenarse, en donde los dos elementos intentan convertirse en solidarios, de tal manera, que se igualará su número de revoluciones con las revoluciones del collarín. Con el desplazamiento del collarín los dos elementos giran al mismo número de revoluciones y engranan el estriado con el sector dentado con gran facilidad. Entonces, cuando desplazamos el collarín de regreso, el sector dentado interno del collarín se desconecta del sector dentado del piñón y en este momento se desconecta la transmisión de fuerza. (ANIMACIÓN) Imagen 3

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COLLARÍN DE ENGRANE Y ANILLOS SINCRONIZADORES Imagen 4 El collarín está alojado en un sector estriado, el cual está a su vez alojado en el eje estriado de salida, de tal manera que los dos girarán solidario a este eje. A cada costado del collarín se alojan los anillos sincronizadores, que serán empujados por el collarín para frenar al piñón de la marcha seleccionada, cuando el anillo sincronizador se ponga en contacto con el sector cónico del piñón, una marcha hacia uno de los lados y otra marcha hacia el otro. Para mantener al collarín en la posición central, es decir en “ Neutro”, cuando no se desplaza, se han instalado tres “chavetas” con sus muelles de anillo; cuando el collarín es empujado para desplazarse sobre el estriado, las chavetas comprimen a los muelles y permiten desplazarse al collarín para el engrane. (ANIMACIÓN) ANILLOS SINCRONIZADORES

El anillo sincronizador está construido con aleaciones de bronce, justamente para que pueda resistir las altas fricciones que se producen durante su trabajo de frenado con el piñón seleccionado, desplazamiento producido para engranar una marcha. El anillo sincronizador tiene en su periferia un sector dentado, generalmente de igual número de dientes que los dientes del sector dentado del piñón con quien trabaja, es decir, del mismo número de ranuras que tiene el estriado interno del collarín, en el cual está alojado.

Imagen 5 La superficie cónica de fricción del anillo sincronizador está trabajada generalmente con un sistema ranurado, que permite el ingreso del aceite de lubricación y de varias ranuras de salida del aceite caliente, el cual llega a adquirir una alta temperatura durante este trabajo. Í n d ic e


ANILLOS SINCRONIZADORES DE ÚLTIMA GENERACIÓN

En los últimos diseños de cajas de cambio manuales, los anillos sincronizadores, que inicialmente debían tener mayores diámetros para conseguir una mayor superficie de frenado con el sector cónico del piñón, han sido remplazados por anillos dobles o triples.

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Este nuevo diseño permite tener un menor diámetro, pero al tener varias superficies cónicas con anillos múltiples, la superficie total de trabajo es mucho mayor a la superficie de un solo anillo más grande. También, dependiendo del esfuerzo que debe realizar, se instalan en las nuevas cajas mecánicas anillos sincronizadores dobles, cuando no requieren realizar mayores esfuerzos y se instalarán anillos sincronizadores triples para las marchas que realizan mayores esfuerzos de fricción, como por ejemplo en primera y segunda velocidad o en la marcha atrás.

ANILLOS SINCRONIZADORES DE SECTOR SEMICIRCULAR

Imagen 8

Como un sistema diferente de anillos de sincronización podemos encontrar al sistema con anillos semicirculares, los mismos que van alojados en un sector cilíndrico y ya no cónico, alojados en un sector cilíndrico de cada piñón. Estos anillos sincronizadores, a diferencia de los anteriores trabajan por compresión y también por fricción, directamente en contra del collarín en su parte externa, que antes de engranar con el sector dentado del piñón, debe presionar al anillo en contra del piñón, frenándolo y adquiriendo la misma velocidad de giro de él. Debajo del anillo sincronizador se dispone de dos bandas de bloqueo y un tope del anillo sincronizador, que evita su giro mientras realiza el trabajo de frenado.

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Este conjunto va armado en la superficie cilíndrica externa del piñón y un seguro que ingresa en una ranura de esta superficie se encarga de evitar que estos elementos salgan o se desplacen. TRABAJO DE LOS ANILLOS SINCRONIZADORES DE SECTOR SEMICIRCULAR

Estos anillos semicirculares estarán alojados a los lados del piñón de cada marcha, enfrentados con el collarín que se encargará de engranar a uno u otro lado, para engranar una marcha o la otra. Cuando el collarín se desplaza hacia un lado, el mismo estriado del collarín roza contra la superficie externa del anillo sincronizador, presionándolo hacia adentro y frenando de esta manera al piñón respectivo, igualando de esta forma el número de revoluciones del collarín con las revoluciones del piñón engranado. Con este empuje, el anillo se comprime y se vuelve solidario al piñón permitiendo simultáneamente engranar al collarín con el sector dentado del piñón.

Imagen 9

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COLLARÍN Y SECTOR DENTADO

El collarín está alojado en un sector dentado en el que se puede desplazar lateralmente para empujar al anillo sincronizador y engranar con el sector dentado del piñón de la respectiva marcha. Este sector dentado se aloja, como sabemos, en el eje estriado de salida por medio de otro estriado, lo que permite mantenerlo sólido durante su trabajo, pero a su vez permite retirarlo cuando se requiere realizar un mantenimiento o reparación de la caja de caja de cambios. Este sector dentado tiene una cavidad a cada lado para permitir ingresar al anillo sincronizador y en tres sectores de su periferia dispone de grandes ranuras que alojan a su vez a las chavetas, que como recordaremos sirven para mantener al cuerpo del collarín en la posición neutral y en cada marcha. Un collarín generalmente sirve para seleccionar dos marchas, es decir cuando se desplaza hacia un lado podrá engranar con el piñón de una marcha (por ejemplo la primera velocidad) y al desplazarse hacia el otro costado, engranará otra velocidad (por ejemplo la segunda velocidad). El tamaño del collarín generalmente depende del tamaño del anillo de sincronización, que generalmente está diseñado más grande para soportar mayor esfuerzo en las marchas más fuertes (por ejemplo 1a y 2a) y podrá ser más pequeño cuando realiza menores esfuerzos (por ejemplo 3a, 4a y 5a velocidades).

Imagen 10

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SELECCIÓN DE LAS VELOCIDADES

Cuando el conductor del vehículo, cuando necesita seleccionar una velocidad o marcha, mueve la palanca de cambios en una u otra dirección. La palanca obliga al eje del selector a posicionarse en una de las tres líneas durante su desplazamiento por el punto NEUTRAL, es decir hacia los lados izquierdo y derecho de la palanca. Cuando empuja o hala la palanca (hacia adelante o atrás), este movimiento obliga a desplazar al eje selector, el cual empuja a la horquilla de las dos marchas seleccionadas, por ejemplo al eje de la Primera y Segunda velocidades, al eje de la Tercera y Cuarta velocidades, o al eje de la Quinta y a la Marcha Atrás, que es la disposición más común en un vehículo. Al desplazarse cualquiera de los ejes de horquillas, la horquilla correspondiente empujará al Collarín de la velocidad seleccionada, el mismo que empujará inicialmente al anillo sincronizador, para finalmente, engranar con el sector dentado del piñón seleccionado.

Imagen 11

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SELECTOR, EJES Y SELECCIÓN Y HORQUILLAS Para entender mejor este proceso de mando de la palanca de cambios, del desplazamiento del eje de mando y de cada horquilla que está solidaria a cada eje de mando, las varillas solidarias con las horquillas correspondientes, desplazándose longitudinalmente, aunque lamentablemente no podremos ver el desplazamiento lateral de la palanca o desplazamiento del Neutro. Cuando se desplace la horquilla de color Violeta (ANIMACIÓN), inicialmente hacia adelante y luego hacia atrás. En este caso e imaginándonos el movimiento de la palanca selectora, debido al pivoteo de ella, esta se movería en sentido contrario, es decir que al desplazarse la horquilla hacia adelante, la palanca estaría moviéndose hacia atrás, lo que corresponde a la Marcha Atrás y al desplazarse hacia atrás la horquilla, la palanca estaría desplazándose hacia adelante hacia la Quinta Velocidad. De igual manera se moverá la horquilla Azul, que selecciona primeramente la Cuarta Velocidad y luego la Tercera Velocidad, para finalmente mover a la horquilla Verde, que seleccionará la Segunda Velocidad y al final la Primera Marcha.

Imagen 12

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SISTEMA DE BLOQUEO Y MANTENIMIENTO DE LAS VELOCIDADES Cuando la palanca selectora ha empujado a un eje selector y este empuja por medio de la horquilla a un Collarín para que engrane con la marcha que se desea seleccionar, existe un sistema que se encarga de mantenerlo en esta posición, independiente de que el conductor suelte la palanca en esta posición. Este sistema de manutención de la marcha permite que se pueda conducir, soltando la palanca selectora, una vez que ya ha sido empujada o halada al llegar hasta la marcha seleccionada. De esta función se encargan unas esferas metálicas, las mismas que al ser empujadas por la acción de unos muelles calibrados, se insertan en un ranurado del eje selector, deteniéndolo o bloqueándolo en esta posición. También se mantendrá bloqueado este eje en la posición Neutral, para mantener al Collarín respectivo sin engranar en ninguna de las dos marchas, cuando se ha seleccionado la posición Neutral, manteniendo a este collarín en la posición, mientras se está seleccionando otra marcha al mover a otro Collarín.

Imagen 13

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BLOQUEO ENTRE VARILLAS SELECTORAS

Para evitar que la palanca selectora, empuje dos varillas selectoras al mismo tiempo, se ha diseñado un sistema de seguridad, que consiste en un sistema de trabado de una de las varillas selectoras cuando la otra varilla cercana está en movimiento. De esto se encarga unas esferas o ejes (balines) de bloqueo, que se desplazan axialmente para bloquearse en el ranurado central de una varilla, cuando la otra varilla los empuja con el sector cilíndrico al desplazarse en sentido longitudinal.

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CIBERGRAFÍA 

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Cajas de cambios mecánicas: Inostroza, Darwin. "“Caja de Cambios Mecánica y sus componentes más Críticos." . mantenimiento Mundial, 10 2007. Web. 05 Oct 2012. . Cajas de Cambios: Dany, Meganeboy. "Cajas de cambio." . Aficionados a la Mecánica, n.d. Web. 15 Oct 2012. . Despiece caja de cambios: Wikiteka. (2010, Oct 10). Despiesede caja de cambio de 3 ejes. Retrieved from http://www.wikiteka.com/apuntes/despiesede-caja-de-cambio-de-3-ejes/ Caja Cambio seis velocidades: Dany, Meganeboy. "Cajas de cambio." . Aficionados a la Mecánica, n.d. Web. 15 Oct 2012. .

IMÁGENES            

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Imagen 1: © Sena 2012 Imagen 2: © Sena 2012 Imagen 3: © Sena 2012 Imagen 4: © Sena 2012 Imagen 5: © Sena 2012 Imagen 6: © Sena 2012 Imagen 7: © Sena 2012 Imagen 8: © Sena 2012 Imagen 9: © Sena 2012 Imagen 10: © Sena 2012 Imagen 11: © Sena 2012 Imagen 12: Dany, Meganeboy. "Cajas de cambio.". Aficionados a la Mecánica, n.d. Web. 15 Oct 2012. . Imagen 13: © Sena 2012 Imagen 14: © Sena 2012

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CRÉDITOS

Experto Temático: Carlos Edwin Abello Rubiano

Asesor Pedagógico: Luisa Fernanda González Guarnizo

Guionista: Alexandra Johanna Bazurto Galvis

Equipo de Diseño: Lina Marcela García López Dalys Ortegón Caicedo Nazly María Victoria Díaz Vera

Equipo de Programación: Charles Richard Torres Moreno Luis Fernando Amórtegui Garcia

Líder de Línea Julian Andres Mora Gómez

Líderes de Proyecto: Carlos Fernando Cometa Hortua Juan Pablo Vale Echeverry

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