Caja de cambios para niños
La caja de cambios o caja de velocidades es una parte muy importante de los vehículos, como los coches o las motos. Su trabajo principal es ayudar a que las ruedas reciban la fuerza necesaria para que el vehículo se mueva desde que está parado y para que siga avanzando, superando la resistencia del aire, el roce con el suelo y las subidas.
Contenido
¿Cómo funciona la caja de cambios?
Los motores de los coches, como los de gasolina o diésel, necesitan girar a una velocidad mínima para producir suficiente fuerza. Imagina que el motor es como un ciclista: necesita pedalear a cierta velocidad para tener energía. La caja de cambios ayuda a que el motor siempre gire en su "punto ideal" de fuerza, sin importar si el vehículo va lento o rápido.
La relación entre el motor y las ruedas
El motor gira muy rápido, pero las ruedas necesitan girar más lento y con más fuerza para mover el vehículo. La caja de cambios usa diferentes combinaciones de engranajes para cambiar la velocidad de giro del motor a la velocidad de giro de las ruedas. Cuando la velocidad de las ruedas disminuye, la fuerza que reciben (llamada par motor) aumenta. Esto es como usar una bicicleta con marchas: en una marcha baja, pedaleas más rápido pero avanzas lento, con mucha fuerza para subir una cuesta. En una marcha alta, pedaleas más lento pero avanzas rápido en terreno plano.
La caja de cambios también permite que el vehículo se mueva hacia atrás, invirtiendo el sentido de giro de las ruedas. Está conectada al motor a través del embrague (en coches manuales) o un convertidor de par (en coches automáticos).
¿Por qué es tan importante la caja de cambios?
Los motores de combustión interna tienen una zona donde funcionan de manera más eficiente, entregando mucha fuerza y gastando menos combustible. Si el motor gira demasiado rápido o demasiado lento fuera de esta zona, pierde fuerza y puede sufrir más desgaste. La caja de cambios permite que el conductor (o el sistema automático) cambie de marcha para mantener el motor en esa zona ideal, sin que la velocidad del vehículo cambie de forma brusca. Así, el motor trabaja mejor, dura más y el vehículo se mueve de forma suave y eficiente.
Partes principales de la caja de cambios
La caja de cambios manual está formada por varias ruedas dentadas (engranajes) que se encuentran dentro de una carcasa. Estas ruedas están dispuestas en varios ejes:
- Árbol primario: Recibe el movimiento directamente del motor. Gira en el mismo sentido que el motor.
- Árbol intermedio: Tiene varios engranajes que se conectan con el árbol primario y con el árbol secundario. Gira en sentido contrario al motor. (En algunas cajas, este eje no existe).
- Árbol secundario: Aquí están los engranajes que se conectan con las ruedas del vehículo. Estos engranajes pueden girar libremente o unirse al eje para transmitir el movimiento, según la marcha que se elija. Gira en el mismo sentido que el motor (en cajas longitudinales) o en sentido inverso (en cajas transversales).
La posición de cada engranaje se controla con unas piezas llamadas horquillas, que se mueven desde la palanca de cambios. Las cajas de cambios modernas tienen sincronizadores, que ayudan a que los engranajes giren a la misma velocidad antes de unirse, haciendo que los cambios de marcha sean suaves y sin ruidos.
Eje de marcha atrás
Hay un engranaje especial para la marcha atrás. Este engranaje se interpone entre los otros ejes para invertir el sentido de giro y permitir que el vehículo retroceda. Cuando se activa la marcha atrás, también se encienden las luces traseras del vehículo.
La carcasa de la caja de cambios
Todos estos engranajes y ejes están dentro de una carcasa, que suele ser de aluminio. Esta carcasa protege las piezas internas y contiene el aceite que las lubrica para que funcionen sin problemas y duren mucho tiempo.
Tipos de cajas de cambios
Existen diferentes tipos de cajas de cambios, que se clasifican principalmente por cómo se accionan:
Cajas de cambios manuales
Son las cajas más tradicionales. El conductor selecciona las marchas usando la palanca de cambios y el embrague. Dentro de la caja, los engranajes y otras piezas están lubricados con aceite. Los cambios de marcha se realizan de forma mecánica, aunque algunos sistemas modernos pueden automatizar este proceso.
Un ejemplo avanzado son las cajas de cambios manuales automatizadas de doble embrague, como la DSG. Tienen dos embragues, uno para las marchas pares y otro para las impares, lo que permite cambios de marcha muy rápidos y suaves, y pueden funcionar tanto en modo manual como automático.
Cajas de cambios automáticas
En estas cajas, el sistema decide por sí mismo cuál es la mejor marcha en cada momento, basándose en la velocidad del vehículo, la fuerza del motor y otros factores. No necesitan que el conductor use un embrague ni cambie de marcha manualmente. Las cajas automáticas modernas son controladas por un sistema electrónico que asegura cambios de velocidad muy suaves.
A diferencia de las manuales que usan engranajes cilíndricos, las automáticas suelen usar un sistema llamado "trenes epicicloidales" para lograr las diferentes relaciones de transmisión.
Comparación de sistemas
| Tipo | Ventajas | Desventajas | |
|---|---|---|---|
| Automática (trenes epicicloidales) |
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| Manual |
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| Doble embrague |
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| Variador continuo (CVT) |
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La caja de velocidades de Leonardo da Vinci
Leonardo da Vinci, un famoso inventor y artista, diseñó hace mucho tiempo lo que podría considerarse un precursor de las cajas de cambios modernas. Su diseño incluía dos piezas, una cilíndrica y otra cónica, que con engranajes permitían cambiar la velocidad. Esto demuestra que la idea de cambiar la velocidad para aprovechar mejor la fuerza de un motor no es nueva.
Galería de imágenes
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Caja de cambios de motocicleta.
Véase también
En inglés: Transmission (mechanics) Facts for Kids
