Tipos de Cajas de Cambios y Cómo Funciona

Hay algunas cosas en el mundo del automóvil que simplemente das por sentado. Las cajas de cambios son el ejemplo perfecto. Todos los conductores saben cómo usarlas y la mayoría de los entusiastas de los automóviles entienden en qué marcha deben estar para obtener el mejor rendimiento. Pero, ¿Cuántas personas pueden explicar realmente lo que hace una caja de cambios?

No muchos, lo sabemos. Pero eso es perfectamente comprensible, ya que no solo es bastante difícil de entender, sino que, a primera vista, comprender las cajas de cambios no parece ser una gran ventaja. Sin embargo, conocer tu coche lo más que puedas, siempre será una ventaja, aunque no lo creas.

Caja de Cambios

La caja de cambios es una parte tan importante del tren de fuerza del vehículo como el motor. Transmite el par motor a las ruedas y también proporciona varias relaciones de transmisión para permitir que la velocidad del motor se adapte a diferentes situaciones de conducción.

Creemos que hay mucho que decir para comprender las funciones básicas de tu automóvil. En muchos casos, la información que te compartimos, puede ayudarte a cuidar mejor tu vehículo, lo que con suerte significa que durará más.

Te enseñaremos los conceptos básicos de cómo funciona una Caja de Cambios, y los diferentes tipos de transmisiones que te puedes encontrar en el mercado.

Función de la Caja de Cambios

Las cajas de cambios convierten el par del motor en la tracción de las ruedas necesaria para superar la resistencia al movimiento. Como los motores solo funcionan en un rango de velocidad estrecho, las cajas de cambios lo transforman en las velocidades de rueda necesarias para el funcionamiento normal.

Junto con un embrague, las cajas de cambios también garantizan un arranque cómodo.

Tipos De Transmisión. Tipos de Cajas de Cambios

Se hace una distinción básica entre transmisión manual y automática, aunque, lógicamente, existen otras transmisiones más avanzadas en el mercado. Vamos a verlas.

1. Caja de Cambios Manual

La transmisión manual de tu automóvil es uno de sus elementos más importantes. Conecta el motor al tren motriz y controla la cantidad de energía que usa de un momento a otro.

Sin embargo, para la mayoría de las personas, es un completo misterio cómo funciona. La importancia de las transmisiones automáticas ha disminuido la necesidad de comprender cómo funciona esta caja mágica debajo de nuestros pies.

Los sistemas de transmisión manual emplean los siguientes componentes para transmitir el par a las ruedas:

• Embrague de arranque y separación.
• Caja de cambios sincronizada de varios pasos.
• Mecanismo de cambio para transmitir el movimiento de cambio de la palanca de cambios a la caja de cambios.

En las cajas de cambios manuales, la velocidad del motor se introduce a través del eje de entrada. La velocidad de salida, es decir, la velocidad que sale de la caja de cambios, es el producto de varias relaciones de transmisión que surgen de las diferentes velocidades de los engranajes engranados.

Las cajas de cambios manuales normalmente tienen un par de ruedas dentadas para cada velocidad, y las ruedas dentadas se engranan constantemente. Sin embargo, solo una rueda dentada de estos pares de ruedas se fija a su eje.

Estas ruedas dentadas se denominan engranajes de velocidad. Las ruedas dentadas son opuestas a estas ruedas libres sobre su eje cuando no están acopladas. Cuando se acopla una marcha, uno de los pares de ruedas dentadas cambia a transmisión de potencia.

Para ello, un anillo deslizante accionado por la palanca de cambios bloquea la rueda dentada de rueda libre en su eje.

¿Cómo funciona una transmisión manual?

Si has conducido un automóvil con transmisión manual, o si has viajado en un automóvil con transmisión manual, entonces ya sabes sobre el pedal del embrague y la palanca de cambios. Estas son las dos entradas por las que un conductor opera una transmisión manual.

Debajo de todo eso se encuentra lo que parece ser un mecanismo elaborado: una serie de ejes y engranajes que zumban y que de alguna manera se traducen en un impulso hacia adelante, o hacia atrás.

Aunque los diagramas pueden resultar intimidantes, una transmisión es una pieza de maquinaria engañosamente simple. Todo lo que tienes que hacer es dividirlo en sus componentes básicos.

¿Qué es el embrague?

La carcasa de la transmisión contiene tres ejes que interactúan entre sí. Uno de ellos está conectado al motor (el eje de entrada), otro está conectado al diferencial (el eje de salida) y el tercer eje, a menudo llamado eje intermedio o contraeje, interactúa con los otros dos a través de un sistema de engranajes.

Mientras tu automóvil está encendido, el eje del motor siempre está girando, incluso cuando el coche está parado. Cuando pisas el pedal del embrague, estás activando el embrague de fricción, que se encuentra entre el volante del motor y el eje de entrada.

El propósito del embrague es desacoplar el motor de la transmisión. Mientras se presiona el pedal, el motor y la transmisión continúan girando, pero giran independientemente uno del otro, sin que el par se transfiera del motor a la caja de cambios.

Esto es lo que te permite cambiar de marcha. Sin un embrague de fricción y un medio para desacoplar estos dos sistemas, todo se rompería.

Debido a que utiliza la fricción para funcionar, terminarás necesitando reemplazar el embrague con el tiempo. Es similar a reemplazar las pastillas de freno, donde los materiales de fricción simplemente se desgastan con el tiempo.

Puedes extender la vida útil de tu embrague si has tenido mucha práctica con los manuales y puedes evitar los cambios abruptos y la conducción agresiva.

¿Qué es la palanca de cambios?

El eje intermedio y el eje de salida interactúan mediante un sistema de engranajes entrelazados. La diferencia entre estos es que los engranajes del eje intermedio están fijos y giran con el eje mismo, mientras que los engranajes del eje de salida no están fijos y giran libremente sin girar el eje.

Esto permite que el automóvil esté inactivo en punto muerto sin avanzar. Los engranajes en sí están emparejados en diferentes tamaños, creando diferentes relaciones de transmisión. Las relaciones exactas varían, pero las conocerás más comúnmente como primera marcha, segunda marcha, etc.

La palanca de cambios es responsable de enganchar físicamente los engranajes en el eje de salida, bloqueándolos en su lugar para que gire el eje y envíe el torque a las ruedas motrices.

Al mover la palanca de cambios a su posición, se activan las horquillas del selector de velocidades. Estas horquillas, a su vez, están conectadas a una serie de embragues de garras, que no deben confundirse con el embrague de fricción, que son responsables de accionar cada marcha.

Las transmisiones modernas están equipadas con sistemas de sincronización que evitan que los dientes del embrague de garras raspen contra una marcha que podría estar girando a una velocidad diferente.

Los anillos de sincronización se desarrollaron para facilitar el funcionamiento de una transmisión manual y eliminar el terrible chirrido que solía ocurrir cuando los dientes del embrague de garras chocaban contra las ruedas dentadas.

Todo esto sucede en un instante. Una vez que quitas el pie del pedal del embrague, la energía puede viajar desde el motor, a través de la transmisión y a las ruedas motrices, impulsando tu vehículo hacia adelante.

A medida que el motor se acerca a los límites de su banda de RPM, cambias a una relación de transmisión más alta para mantener el motor dentro del rango más efectivo.

2. Caja de Cambios Automática

A diferencia de una caja de cambios manual, los siguientes componentes se utilizan para la transmisión de par en una caja de cambios automática:

• Convertidor de par hidrodinámico.
• Elementos selectores para transmitir el par al cambiar de marcha.
• Caja de engranajes planetarios con juegos de engranajes planetarios para proporcionar las diferentes velocidades.
• Módulo mecatrónico.
• Bomba de aceite o bomba de paletas.
• Bloqueo de estacionamiento.
• Palanca selectora.

¿Cómo funciona una transmisión automática?

En lugar de un embrague de separación, las cajas de cambios automáticas están provistas de un llamado convertidor de par hidrodinámico para el arranque. No es necesario desconectar el motor de la caja de cambios, ya que las cajas de cambios automáticas se cambian bajo carga y, por lo tanto, transmiten el par motor incluso durante el cambio de marcha.

Mientras que las cajas de cambios manuales utilizan un embrague y un cambio sin motor, las cajas de cambios automáticas emplean un cambio con motor. Esto se implementa mediante elementos selectores que utilizan presión de aceite para ajustar automáticamente la velocidad del motor a la nueva marcha seleccionada, sin desconexión del motor de la caja de cambios.

El conductor no tiene que quitar el pie del acelerador. Los cinco elementos selectores de la última caja de cambios de 8 velocidades adoptan la forma de embragues multidisco y frenos multidisco.

En una caja de cambios automática, las distintas velocidades las proporciona la caja de cambios planetaria con sus diferentes juegos de engranajes planetarios que permiten relaciones de reducción o aumento. Se pueden obtener varias marchas hacia adelante y una marcha atrás conectando varios conjuntos de engranajes planetarios.

En una caja de cambios automática, el control electrónico de la transmisión hidráulica adopta la forma de un módulo mecatrónico. Este es el “corazón” de la caja de cambios donde los programas de cambio, la adaptación de la presión de cambio al par motor y las funciones de protección son implementadas por la electrónica.

Ventajas de la caja de cambios automática

Bloqueo de estacionamiento: A diferencia de las cajas de cambios manuales, las cajas de cambios automáticas están provistas de un bloqueo de estacionamiento.

Se trata de un mecanismo de bloqueo para el eje de salida de la caja de cambios que se acopla en la posición P de la palanca selectora, para detener el desplazamiento del vehículo en todas las situaciones.

Son más seguras: El bloqueo de estacionamiento de una caja de cambios automática detiene el rodaje de un vehículo parado.

El control electrónico de la transmisión hidráulica evita que el conductor realice cambios de marcha no permitidos y, por lo tanto, protege la caja de cambios contra daños derivados de un uso incorrecto.

Presenta retención de valor: El hecho de que las cajas de cambios automáticas sean cada vez más populares debido a las ventajas que ofrecen, significa que pueden hacer una contribución significativa a la retención de valor.

Además, a menudo se espera que los vehículos de clase de lujo tengan una caja de cambios automática, lo que nuevamente las convierte en un factor de retención de valor.

Protege el ambiente: La reducción del par de arrastre en la caja de cambios, hizo posible reducir el consumo de combustible. Las cajas de cambios automáticas modernas utilizan hasta un 6% menos de combustible que las cajas de cambios manuales.

Se pueden lograr más ahorros en combinación con los sistemas de arranque y parada y el uso de nuevas tecnologías como la transmisión híbrida.

3. Caja de Cambios Híbrida

Si bien las cajas híbridas también se conocen como manumáticas, no es un término oficial, aunque es la mejor manera de resumir este tipo de caja de cambios, que es básicamente una caja de cambios automática convencional pero con la opción de control manual completo mediante levas, botones o una palanca de cambios secuencial.

En la práctica, a menudo es casi imposible diferenciar en la carretera entre éstos y las versiones más orientadas al confort de las cajas de cambios manuales sin embrague que nombraremos más adelante.

Y aunque, como todas las cajas de cambios automáticas, algunas cambian más rápido que la mayoría de las cajas de cambios manuales, incluso las mejores cajas de cambios manuales no pueden cambiar de marcha tan rápido como las manuales sin embrague orientadas al rendimiento.

Si bien la mayoría de los vehículos de alto rendimiento no usan esta configuración, algunos más grandes sí lo hacen, como el Audi RS6 y muchos AMG Mercedes, por ejemplo.

Estos autos quieren una combinación de comodidad y rendimiento que la mayoría de los manuales sin embrague, e incluso las cajas de embrague gemelas, luchan por lograr.

Otra razón por la que los autos usan manumáticas es que algunas cajas de cambios automáticas son increíblemente fuertes, por lo que algunos autos están equipados con ellas simplemente porque no hay una caja de cambios manual confiable que pueda mantener esos niveles de potencia.

4. Caja de Cambios Manual sin Embrague

Si bien este tipo de caja de cambios se instala en una amplia variedad de vehículos, la mayoría de ellas se instalan en autos de alto rendimiento, debido al potencial de cambio de marchas ultrarrápido de este estilo, más rápido que incluso los mejores autos de cambio manual.

Una caja de cambios manual sin embrague, en realidad tiene un embrague. Simplemente no tiene pedal, ya que son simplemente cajas de cambios manuales convencionales con el embrague operado automáticamente como parte del sistema de la caja de cambios.

Los ejemplos de esta configuración en los automóviles de producción van desde la caja Smartcar de cambio lento, las cajas manuales sin embrague en muchos Alfa Romeo, así como los Citroëns y Vauxhalls actuales, hasta las cajas de cambios ultrarrápidos en algunos Ferrari, Aston Martins, Lamborghinis y el superdeportivo Lexus LFA.

La principal desventaja de este tipo de caja de cambios es que, no importa cuán inteligente sea la ECU que la controla, no leen la mente. Por lo tanto, los sistemas tienden a ser súper suaves, pero inútiles en términos de rendimiento.

También pueden ser cambios increíblemente rápidos, pero espasmódicos durante la conducción a baja velocidad, como los instalados en muchos superdeportivos.

5. Caja de Cambios de Doble Embrague

Utilizadas por primera vez en los coches de carreras Porsche Le Mans y los coches de rally Audi del Grupo B a principios de los 80, estos se conocen, según el fabricante, por varios acrónimos de tres letras: DSG, DCT, PDK, MCT, LDF y más.

Pero todo se reduce a lo mismo: una versión muy inteligente de una caja de cambios manual sin embrague, que usa dos embragues separados, uno para las marchas impares y otro para las marchas pares.

El motivo de los dos embragues separados es lo que hace que las cajas de cambios de doble embrague sean especiales. Significa que la siguiente marcha, ya sea hacia arriba o hacia abajo, puede ser preseleccionada por la caja de cambios, lo que permite un tiempo de cambio de marcha increíblemente rápido que es prácticamente indetectable.

Se estima que es más de 60 veces más rápida que la mayoría de los cambios de marcha manuales convencionales. Es por eso que los automóviles equipados con doble embrague tienden a tener mejores cifras de aceleración que la versión de transmisión manual idéntica del mismo automóvil.

Con cajas de cambios de doble embrague instaladas en una amplia gama de coches de alto rendimiento, como los de alto rendimiento de Audi y VW, y el Nissan GT-R, las mejoras de embrague del mercado de accesorios que permiten que las cajas de doble embrague manejen los enormes niveles de potencia de los coches tuneados ya están ampliamente disponibles también.

6. Caja de Cambios CVT

Es posible que nunca hayas oído hablar de este tipo de caja de cambios, a pesar de que hay bastantes autos de producción que usan esta configuración, y se conoce como CVT, que significa transmisión continuamente variable.

La teoría es fantástica. Proporciona una cantidad literalmente infinita de relaciones de cambio entre sus ajustes mínimos y máximos, lo que permite que el motor se mantenga en las RPM ideales para un rendimiento máximo o economía a través de una gama más amplia de velocidades que una transmisión normal.

Pero la realidad es que, al menos por ahora, la CVT no es la mejor caja para un automóvil de alto rendimiento. No explicaremos exactamente cómo funciona un CVT, ya que es un tanto compleja.

Pero lo que da es un impulso muy suave, aunque un poco extraño. Cuando decimos sensación extraña, realmente necesitas conducir una para experimentarla.

Las velocidades que aumentan sin que las revoluciones se muevan, es algo normal en la transmisión CVT, al igual que las revoluciones que cambian enormemente independientemente de las entradas del acelerador, lo que para alguien acostumbrado a una transmisión manual suena como un embrague que patina mal.

La sensación es tan extraña que muchos autos CVT actuales tienen cambios de marcha falsos incorporados en la forma en que se conduce el automóvil, para que los conductores sientan que el automóvil sube y baja de velocidad como una automática convencional, aunque en realidad la caja no tiene cualquier engranaje como tal.

Las configuraciones actuales de CVT no están realmente diseñadas para el uso del rendimiento y tienden a no responder cuando se conduce con fuerza en comparación con las transmisiones más orientadas al rendimiento.

Pero un día, en un futuro no muy lejano, estamos bastante convencidos de que las cajas CVT se instalarán en la mayoría de los coches de carretera y de alto rendimiento.

7. Caja de Cambios Secuencial

Si bien no es algo que encontrarás en un automóvil de carretera de producción, las cajas manuales secuenciales se encuentran en casi todos los automóviles de deportes de motor de alta gama, y ​​para un rendimiento máximo sin concesiones, actualmente es lo último.

Este tipo de caja de cambios está lejos de ser refinada. De hecho, son extremadamente ruidosas y espasmódicas cuando conduces lentamente, por eso no las encuentra en los autos de producción.

Pero como una caja que cambia hacia arriba y hacia abajo tan rápido como un rayo, y que también puede soportar una gran cantidad de castigos, estas son las mejores.

Las velocidades de cambio de marcha son tan bajas como 20 milisegundos, más rápidas que la mayoría de las cajas de cambios de doble embrague, y lo hacen a la vez que son enormemente fuertes para su tamaño. Simples y livianas también son, algo muy demandado en competiciones.

Ser una caja secuencial significa, por supuesto, que solo puede subir y bajar marchas una a la vez. Pero en el fragor de las carreras, esto suele ser algo bueno para evitar cambios de marcha. Las cajas secuenciales se pueden cambiar con una palanca convencional, botones o paletas montadas en el volante.

Y mientras que los coches están equipados con embragues, cuando el coche se conduce con fuerza, el embrague se utiliza exclusivamente para arrancar desde parado. El resto se puede hacer sin embrague y, a menudo, con el acelerador a fondo.

¿Por qué mi Coche Necesita una Caja de Cambios?

El hecho de que tu automóvil acelera con fuerza pero solo alcanza velocidades bajas en marchas más bajas, y acelera lentamente y puede alcanzar velocidades altas en marchas más altas, es algo que todos sabemos y damos por sentado. Pero, ¿por qué sucede eso realmente?

Bueno, aunque la mayoría de nosotros no podemos explicarlo fácilmente, saber por qué es una excelente manera de comprender cómo la modificación o actualización de tu caja de cambios podría mejorar enormemente el rendimiento.

Las Diferentes Marchas en la Caja de Cambio

Una caja de cambios es capaz de multiplicar y dividir el par motor y las RPM entregadas del motor. Cuanto menor sea el engranaje, mayor será la multiplicación de par y mayor será la división de RPM.

La 5º Marcha

Comenzando desde arriba, la 5a marcha es una marcha de sobremarcha, lo que significa que la salida de par de la caja de cambios es menor que la salida de par del motor. Esto significa que el par es bajo, pero las RPM son mucho más altas de lo que está entregando el motor, lo que permite que el automóvil alcance una velocidad máxima decente.

La 4º Marcha

La cuarta marcha es una marcha de 1: 1, por lo que el par y las RPM transmitidas por el motor, entran a la caja y salen exactamente iguales, sin cambio.

La 3º Marcha

La tercera es 1,3: 1, por lo que, aunque las RPM de salida se han reducido un poco, la velocidad máxima en esta marcha es menor que las marchas anteriores, y el par es un tanto más alto, dando el primer ejemplo obvio de por qué los coches aceleran mucho más en marchas más bajas.

La 2º Marcha

En la segunda, las cosas están más bajas nuevamente, con una salida de RPM apenas superior a la mitad de la velocidad del motor, por lo que la velocidad máxima en esta marcha es aproximadamente la mitad de lo que es posible en la cuarta marcha 1: 1.

Pero la salida de torque es bastante alta, obteniendo un buen par en las ruedas para vencer la inercia del coche.

La 1º Marcha

La primera marcha, en la mayoría de los coches es increíblemente corta. Las RPM de salida están muy por debajo de las 1.500 rpm. Mucho menos de la mitad de la velocidad del motor, lo que significa que cambiarás una marcha antes de alcanzar una velocidad significativa. El torque, por otro lado, se ha multiplicado de forma tal, que puedes arrancar desde posición estática sin problemas.

La enorme multiplicación de par en primera marcha es la razón por la que incluso los coches más lentos pueden hacer girar las ruedas en primera con un poco de esfuerzo.

¿El inconveniente? La velocidad desarrollada es mucho menor, y el motor te pedirá cambio de velocidad apenas esté vencida la inercia inicial.

Para Cerrar

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Ahora que comprendes lo que hacen las marchas, es evidente que, siempre que estés feliz de renunciar a la velocidad máxima, las marchas más bajas mejorarán drásticamente la aceleración y la potencia de tu coche.

Y siempre que no necesites todo el torque, las marchas más largas pueden brindarte la enorme velocidad máxima que puedas necesitar.

Una caja de cambios con una 1ra más larga, una 5ta más corta y marchas bien espaciadas entre ellas, se convierte en una caja de cambios muy utilizable con una buena aceleración en todas las marchas.

Esto hace que sea mucho más fácil mantener el motor en su banda óptima de poder y rendimiento.