Transmisión mecánica para niños
Una transmisión mecánica es un sistema que ayuda a mover la energía de un lugar a otro dentro de una máquina. Piensa en ella como los "músculos" de una máquina que transfieren la fuerza para que algo se mueva. Son una parte muy importante de casi todas las máquinas.
En los coches, la palabra "transmisión" se usa para todo el sistema que lleva la energía del motor a las ruedas. Esto incluye el embrague, la caja de cambios, el eje que transmite la fuerza (si el coche es de tracción trasera), el diferencial y los ejes finales. A veces, la gente usa "transmisión" para referirse solo a la caja de cambios del coche.
Contenido
¿Cómo funcionan las transmisiones mecánicas?
Las transmisiones mecánicas suelen usar piezas que giran, como los engranajes o las correas. Esto es porque transmitir energía girando ocupa menos espacio que moverla en línea recta.
A diferencia de los sistemas que usan aire (neumáticos) o líquidos (hidráulicos), una transmisión mecánica usa el movimiento de piezas sólidas. Por ejemplo, los engranajes y las correas de transmisión son piezas sólidas que se mueven.
Normalmente, una transmisión cambia la velocidad a la que gira un eje. Esto significa que la velocidad de entrada es diferente a la velocidad de salida. Aunque las asociamos mucho con los coches, las transmisiones se usan en muchísimas máquinas, incluso en algunas que no se mueven.
Las primeras transmisiones se usaban en molinos de viento o de agua. También se veían en máquinas que eran movidas por animales. Estas máquinas servían para bombear agua, moler granos o levantar objetos.
En general, las transmisiones pueden reducir una velocidad muy alta del motor a una velocidad más baja. Al mismo tiempo, aumentan la fuerza de giro (llamada par de giro). Muchos sistemas, como los de los coches, pueden elegir entre varias velocidades diferentes. Esto se logra con una caja de cambios, que es un conjunto de engranajes. La caja de cambios permite ajustar la relación entre la velocidad del motor y la velocidad de las ruedas.
La mayoría de las relaciones de la caja de cambios (las "marchas") sirven para reducir la velocidad del motor y aumentar la fuerza. Sin embargo, las marchas más altas pueden ser "sobremarchas". Estas aumentan la velocidad de salida para ahorrar combustible cuando el coche ya va rápido.
El uso más común de las transmisiones es en vehículos. Aquí, la transmisión adapta la fuerza del motor de combustión interna a las ruedas. Los motores de combustión necesitan girar a una velocidad relativamente alta. Esto no es bueno cuando el vehículo necesita arrancar, parar o ir despacio. La transmisión reduce la velocidad del motor a la velocidad más lenta de las ruedas, aumentando la fuerza en el proceso. Las transmisiones también se usan en bicicletas, máquinas fijas y donde sea necesario adaptar diferentes velocidades y fuerzas de giro.
A menudo, una transmisión tiene varias relaciones de velocidad. Se puede cambiar entre ellas a medida que la velocidad varía. Este cambio puede ser manual (lo hace el conductor) o automático (lo hace un sistema de control). También suelen permitir controlar el sentido de giro (hacia adelante y hacia atrás). Además, existen transmisiones de una sola relación. Estas solo cambian la velocidad y la fuerza de la salida del motor.
También se usan transmisiones en barcos, equipos agrícolas, industriales, de construcción y de minería. Además de las transmisiones con engranajes, hay sistemas que usan líquidos (hidrostáticos) y motores eléctricos con velocidad ajustable.
Un poco de historia
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Se han encontrado restos muy antiguos, como el mecanismo de Anticitera. Esto demuestra que en la Grecia antigua, hace mucho tiempo (alrededor del siglo II antes de Cristo), ya se conocían los engranajes con dientes. Sin embargo, no hay pruebas de que los pueblos antiguos usaran muchos engranajes en sus máquinas. Sus máquinas eran más simples, con palancas, poleas o tornos.
En China, se encontraron engranajes helicoidales de madera en una tumba real. Estos datan del año 50 después de Cristo. En la antigua Roma, en el siglo III después de Cristo, se empezaron a usar engranajes en molinos y sistemas de bombeo para la minería.
Las primeras transmisiones movían la rotación entre ejes que estaban en ángulo recto. Se usaban en molinos de viento o de agua, y en máquinas movidas por animales. Estas máquinas hacían funcionar bombas de agua, equipos para moler o grúas.
En el Renacimiento, en Europa, ya se conocían los principios de las transmisiones mecánicas. Se usaban en relojes grandes para edificios públicos como las catedrales. Personas importantes como Leonardo da Vinci y el astrónomo danés Olaf Roemer estudiaron diferentes tipos de transmisiones.
En el siglo XIX, ingenieros como Robert Willis y Christian Schiele mejoraron la tecnología para hacer engranajes muy precisos. Esto permitió crear todo tipo de máquinas. Fue clave para la máquina de vapor y la revolución industrial. En esa época, las fábricas usaban sistemas de poleas y correas para mover sus máquinas.
A principios del siglo XX, los automóviles con motores de combustión se hicieron populares. En sus transmisiones, la caja de cambios se volvió esencial. Primero usaban correas, luego cadenas y finalmente ejes. En 1903, André Citroën inventó los engranajes helicoidales dobles. La primera caja de cambios manual sincronizada apareció en un Cadillac en 1929. En 1940, General Motors lanzó el sistema Hydramatic, la primera transmisión completamente automática. Más tarde, en el siglo XX, aparecieron sistemas como la transmisión variable continua (CVT) de DAF.
Hoy en día, los coches eléctricos son cada vez más comunes. Los motores eléctricos pueden ajustar su fuerza fácilmente, por lo que no necesitan cajas de cambios mecánicas. Se espera que en el futuro, muchos coches sean eléctricos y no las usen.
Sin embargo, las transmisiones mecánicas seguirán siendo muy importantes. Se usarán en máquinas que mueven objetos en línea recta. Por ejemplo, en impresoras e impresoras 3D, grúas, maquinaria de construcción, robótica y máquinas industriales.
Tipos de transmisiones
Aquí tienes algunas de las formas más comunes de transmisión:
- Barras en mecanismos articulados: Como los que se ven en las locomotoras de vapor.
- Cables: La mayoría solo tiran, pero hay cables especiales que también transmiten torsión.
- Cadenas.
- Correas o bandas.
- Engranajes: Son muy importantes en las cajas de cambios.
- Ruedas de fricción: Transmiten movimiento al tocarse, como las ruedas de un vehículo.
- Discos de fricción: Transmiten movimiento al presionarse, como un disco de embrague.
- Chavetas y ejes nervados.
- Juntas cardán y juntas homocinéticas: Permiten transmitir el movimiento aunque los ejes no estén perfectamente alineados.
- Árbol de levas.
- Poleas.
Transmisiones en vehículos
El tren motriz de un vehículo es el conjunto de piezas que llevan la energía del motor a las ruedas. No incluye el motor, pero sí todo lo demás.
En los coches, la transmisión se conecta al cigüeñal del motor. Esto se hace con una polea, un embrague o un acoplamiento hidráulico. Esto es necesario porque los motores de combustión no pueden funcionar por debajo de una velocidad mínima sin apagarse. La energía de la transmisión va a través de un eje de transmisión a uno o más diferenciales. Estos, a su vez, mueven las ruedas. Un diferencial permite que las ruedas de un mismo eje giren a velocidades diferentes. Esto es muy importante para que el coche no patine al tomar curvas.
¿Cómo funcionan en los coches?
La función del tren motriz es conectar el motor (que produce la energía) con las ruedas (que usan esa energía para moverse). Esta conexión puede ser larga, ya que el motor y las ruedas pueden estar en extremos opuestos del vehículo. Además, la velocidad del motor y la de las ruedas son diferentes. La transmisión se encarga de que estas velocidades coincidan correctamente. A medida que el coche cambia de velocidad, la velocidad ideal del motor debe mantenerse constante para que funcione bien. Por eso, la relación de la caja de cambios debe cambiar.
Hay cuatro tipos principales de transmisiones en los coches, según cómo se elige la relación de velocidad:
- Transmisión manual: El conductor usa el embrague y una caja de cambios con varias marchas. Los coches antiguos no tenían marchas sincronizadas. Esto significaba que el conductor tenía que hacer un truco con los pedales para cambiar. Hoy en día, las cajas de cambios manuales son más fáciles de usar. También existen las caja de cambios de doble embrague, que cambian de marcha muy rápido.
- Transmisión semiautomática: Usa cajas de cambios como las manuales. Pero el embrague o el cambio de marchas se hacen de forma automática. El conductor solo pulsa un botón o mueve una palanca. No suele tener pedal de embrague.
- Transmisión variable continua (CVT): Tiene un sistema de poleas y correas que ajusta la relación de velocidad automáticamente. Se adapta a la velocidad del coche y a la presión del acelerador. No tiene palanca de cambios ni pedal de embrague.
- Transmisión automática: Usa un convertidor de par en lugar del embrague. Los engranajes son diferentes a los de una caja manual. El conductor solo usa el acelerador y el freno. El sistema elige la marcha más adecuada de forma automática. Tampoco tiene pedal de embrague. La palanca de cambios se usa para estacionar, arrancar, ir hacia atrás o elegir el modo de conducción.
Diseños como la transmisión robotizada (una transmisión semiautomática controlada por una computadora) han hecho que la diferencia entre las transmisiones manuales avanzadas y las automáticas sea casi imperceptible para el usuario.
Partes de una transmisión
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Las partes exactas de un tren de transmisión varían según el tipo de vehículo:
- Coche con transmisión manual:
* Volante de inercia (a veces de doble masa) * Embrague * Caja de cambios (con superdirecta a veces) * Árbol de transmisión * Eje trasero (con Sistema de propulsión y diferencial)
- Coche con transmisión automática:
* Convertidor de par * Caja de cambios * Árbol de transmisión * Eje trasero (con diferencial)
- Coche de tracción delantera:
* Embrague * Transeje (que incluye la caja de cambios, el sistema de propulsión y el diferencial) * Ejes de transmisión y juntas homocinéticas en cada rueda
- Vehículo todoterreno con tracción en las cuatro ruedas:
* Embrague * Caja de cambios * Caja de transferencia * Freno de transmisión * Ejes de transmisión, delantero y trasero * Ejes delantero y trasero (con Sistema de propulsión, diferencial de deslizamiento limitado y a veces Eje pórtico)
Transmisiones simples y con varias relaciones
Las transmisiones simples a menudo se llaman "reductores". Esto es porque suelen reducir la velocidad de giro, aunque a veces la aumentan. A veces también cambian la dirección del eje de giro, como en los helicópteros. Se usan mucho en equipos agrícolas. Por ejemplo, un motor principal puede mover diferentes sistemas con ejes verticales, como los de las segadoras o los que esparcen semillas.
Los equipos más complejos, como las cosechadoras, tienen sistemas que mueven piezas en varias direcciones. Los helicópteros también usan una caja de cambios especial. Esta toma la energía del motor en dos direcciones diferentes para el rotor principal y el rotor de cola.
La caja de cambios en un aerogenerador (molino de viento para generar electricidad) convierte la rotación lenta de la turbina en una rotación mucho más rápida para el generador eléctrico. Son muy grandes y complejas. Pesan varias toneladas y suelen tener tres etapas para lograr una relación de velocidad muy alta. La primera etapa suele ser un engranaje planetario.
Por otro lado, las transmisiones con varias relaciones se usan cuando se necesitan diferentes velocidades. Esto es muy importante en los vehículos. Permiten regular la fuerza del motor, que es muy diferente al arrancar o al ir a toda velocidad. Para esto, se usan las cajas de cambios. Estos dispositivos permiten variar la relación entre las vueltas del motor y las de las ruedas.
Por ejemplo, al arrancar, las ruedas deben girar muy despacio. Una caja de cambios mecánica permite que un engranaje pequeño del motor se conecte con uno más grande de las ruedas. Así, las ruedas giran mucho más despacio que el motor (la "primera" marcha). Pero cuando el coche ya va rápido, la velocidad del motor y de las ruedas es más parecida. Se puede conectar el cigüeñal del motor directamente a las ruedas (la "cuarta" marcha o "directa").
Desde que aparecieron los coches a finales del siglo XIX, se han desarrollado muchos tipos de sistemas con varias relaciones. Están las transmisiones manuales (el conductor elige la marcha) y las transmisiones automáticas (un sistema electrónico elige la marcha). También existen las transmisiones semiautomáticas y la transmisión variable continua (CVT). Estas últimas han hecho que la diferencia entre las cajas de cambios manuales y automáticas sea menos notoria para el conductor.
Además de las transmisiones con engranajes, también son comunes los equipos de transmisión hidrostática y los sistemas eléctricos de velocidad ajustable.
Véase también
En inglés: Drivetrain Facts for Kids
- Transmisión de bicicleta
- Máquina simple
- Caja de cambios
- Embrague
- Diferencial (automóvil)
- Transmisión Hotchkiss
- Transmisión por tubo de empuje
- Electromecánica
- Dos ruedas motrices
- Tracción en las cuatro ruedas
- 6×4 (transmisión)
- Tracción en las seis ruedas
- Tracción en las ocho ruedas
- Tracción en H
- Tractor oruga
- Transmisión de vehículos híbridos
- Sistema de propulsión, formado por la transmisión más el motor
