Caja de cambio de velocidades

¿Por qué los automóviles necesitan una caja de cambio de velocidades?
La potencia y el par desarrollados por los motores térmicos varían en función del
régimen de giro. Normalmente el mayor par motor se obtiene a un régimen inferior al de la mayor potencia. La potencia de un motor varía fundamentalmente con el régimen.
Se observa que el par motor máximo se obtiene a 3000 rpm,
mientras que la potencia máxima a 5400 rpm.
Si el motor está trabajando en el intervalo fijado por
esas dos velocidades de giro y aumenta la resistencia a vencer
en la marcha del vehículo (ejemplo: subir una cuesta), se
provoca una disminución de la velocidad de régimen, pero
también un aumento del par motor desarrollado. Esto lleva a
una nueva condición de equilibrio a un régimen más bajo, por
lo que se dice que el funcionamiento del motor es estable en
el intervalo 3000-5400 rpm.
La velocidad de 3000 rpm es el límite inferior de
estabilidad de este motor. Si el motor está trabajando a un régimen inferior y aumenta la
resistencia a vencer en la marcha del vehículo, el régimen del motor cae, esto hará disminuir el
par y la potencia desarrollados. Por ello el motor se irá decelerando poco a poco hasta calarse.
Resulta evidente que hay que conseguir que el motor trabaje en el intervalo de
velocidades estable independientemente de la resistencia encontrada por el vehículo durante la
marcha. La caja de velocidades es el medio para conseguir dicho funcionamiento: es un
transformador de velocidad y par motor que altera par motor y velocidad de régimen, pero
respetando el producto de ambas (la potencia se conserva si despreciamos las pérdidas).

El par queda multiplicado por la relación de radios R2/R1 y la
velocidad de giro por la inversa de dicha relación. Si la relación de
radios fuese 3 el dibujo sería el de la derecha.
Esta posibilidad se aprovecha para transformar el par proporcionado por el motor, que
es prácticamente constante en el intervalo de funcionamiento estable, en otro par mayor capaz de
vencer la resistencia que se oponga a la marcha del vehículo. Para ello se montan entre el árbol
motor y el eje de las ruedas, parejas de engranajes con distintas relaciones de transmisión, de
manera que quedan acopladas las parejas de piñones más apropiadas a cada una de las
condiciones de marcha del vehículo.
Cajas de cambio automáticas pág. 2
La relación más corta de una caja de
velocidades ha de ser tal, que el par motor
resulte multiplicado lo suficiente para que el
vehículo:
1. Supere una pendiente
determinada, de un 25%
generalmente.
2. Sea capaz de arrancar en una
rampa del 15% con una
aceleración de 0.5 m/s2.

Bloque de camisas húmedas

El bloque es totalmente hueco y las camisas (C), no se introducen a presión, sino que se apoyan sobre el bloque formando las cámaras de agua, estando en contacto directo las camisas con el agua. Este bloque es el que mejor refrigeración ofrece, teniendo como inconveniente la dificultad de permanecer ajustadas en su montaje las camisas.

La estanqueidad o ajuste se asegura con un anillo (J) de caucho sintético especial o cobre en la parte inferior, y otro en la parte superior. Su montaje no presenta dificultad. El uso de camisas hace que se puedan emplear aleaciones ligeras en la fabricación de los bloques, con lo que la disminución de peso es muy considerable.

Bloque de camisas secas

En este tipo de bloque (figura 4), los cilindros van mecanizados igual que en el caso anterior, pero en su interior se alojan, a presión, otros cilindros (C) (acero especial), con las paredes más finas, denominadas camisas, que en este caso no están en contacto con el líquido del sistema de refrigeración, dificultando en parte la refrigeración del cilindro.

Su principal ventaja es que al producirse el desgaste de estas camisas se pueden colocar otras nuevas de la misma medida que las originales, con lo que se conserva el diámetro original de los pistones.

La bancada o cárter superior

Es la parte inferior del bloque, destinada a contener y sujetar el cigüeñal.

Existen tres tipos de bloques según el montaje y sujeción de los cilindros. Estos son:

o Bloque integral .

Lo forma una sola pieza, con cámaras para el líquido refrigerante. Los cilindros se obtienen en bruto, pasando después a realizarse una mecanización para conseguir un acabado perfecto. Con este sistema, el cilindro inicial fundido (hierro fundido) es de una medida menor que el cilindro final.

En el caso de un desgaste excesivo en las paredes de un cilindro, hay que rectificar todos a una medida superior y sustituir pistones, bulones y segmentos por otros de mayor diámetro para conseguir de nuevo un perfecto ajuste entre pistón y cilindro.

Bloque de cilindros

Es el elemento principal del motor. En él se pueden distinguir dos partes: los cilindros (C) y la bancada (B) o cárter superior (fig. 1).

Los cilindros

Son unas oquedades cilíndricas donde se desplazará el pistón realizando un movimiento lineal alternativo entre sus dos posiciones extremas (P.M.S. punto muerto superior y P.M.I. punto muerto inferior).

Los cilindros pueden formar parte del mismo bloque o ser independiente de éstos. Además el bloque está diseñado para:

o

Acoplar la bomba de refrigeración. o Los conductos necesarios para la circulación de la refrigeración y engrase. o Los apoyos del cigüeñal y el árbol de levas. o Los acoplamientos del distribuidor de encendido, filtro de aceite y bomba de gasolina.

Elementos fijos por orden de importancia

Son los que componen el armazón y la estructura externa del motor y cuya misión es alojar, sujetar y tapar los elementos del conjunto. Éstos son: el bloque de cilindros, culata, cárter y tapa de balancines.

Elementos de que consta el motor

Los elementos de que consta el motor son comunes a los dos tipos que existen: de explosión y de combustión. Actualmente existen pequeñas diferencias, al conseguirse grandes resistencias en los materiales y poco peso.

Estos elementos se pueden dividir en dos grandes grupos:

o Fijos.

o Móviles.