Una transmisión (también llamada caja de cambios ) es un dispositivo mecánico que utiliza un conjunto de engranajes (dos o más engranajes trabajando juntos) para cambiar la velocidad, la dirección de rotación o la multiplicación/reducción del par en una máquina . [1] [2]
Las transmisiones pueden tener una única relación de transmisión fija, múltiples relaciones de transmisión distintas o relaciones continuamente variables. Las transmisiones de relación variable se utilizan en todo tipo de maquinaria, especialmente en vehículos. Los engranajes de cambio (que en realidad son ruedas dentadas en combinación con una cadena de rodillos ) y los engranajes de cubo (que utilizan engranajes epicicloidales o solares y planetarios ) son mecanismos funcionalmente similares utilizados en las bicicletas .
Las primeras transmisiones incluían transmisiones en ángulo recto y otros engranajes en los molinos de viento , dispositivos impulsados por caballos y dispositivos impulsados por vapor . Las aplicaciones de estos dispositivos incluyeron bombas , molinos y polipastos . [ cita necesaria ]
Dado que el par y la potencia de salida de un motor de combustión interna varían con sus rpm , los automóviles propulsados por ICE requieren múltiples relaciones de transmisión para mantener el motor dentro de su banda de potencia para producir potencia óptima, eficiencia de combustible y funcionamiento suave. También se necesitan múltiples relaciones de transmisión para proporcionar aceleración y velocidad suficientes para una operación segura y confiable a velocidades de autopista modernas. Los ICE normalmente funcionan en un rango de aproximadamente 600 a 7000 rpm, mientras que las velocidades del vehículo requieren que las ruedas giren en el rango de 0 a 1800 rpm. [3]
En los primeros automóviles producidos en masa, el diseño de transmisión estándar era manual : la combinación de marchas era seleccionada por el conductor a través de una palanca (la palanca de cambios ) que desplazaba las marchas y los grupos de marchas a lo largo de sus ejes. A partir de 1939, los automóviles que utilizaban varios tipos de transmisión automática estuvieron disponibles en el mercado estadounidense. Estos vehículos utilizaban la propia potencia del motor para cambiar la relación de transmisión efectiva dependiendo de la carga para mantener el motor funcionando cerca de su velocidad de rotación óptima. Las transmisiones automáticas se utilizan ahora en más de 2/3 de los automóviles en todo el mundo y en casi todos los automóviles nuevos en Estados Unidos.
La mayoría de los turismos producidos actualmente con motores de gasolina o diésel utilizan transmisiones con entre 4 y 10 relaciones de marcha adelante (también llamadas velocidades) y una relación de marcha atrás. Los vehículos eléctricos suelen utilizar una transmisión de piñón fijo o de dos velocidades sin relación de marcha atrás.
Las transmisiones más simples utilizaban una relación fija para proporcionar una reducción de marcha o un aumento de la velocidad, a veces junto con un cambio en la orientación del eje de salida. Ejemplos de este tipo de transmisiones se utilizan en helicópteros y turbinas eólicas . En el caso de una turbina eólica, la primera etapa de la caja de cambios suele ser un engranaje planetario, para minimizar el tamaño y al mismo tiempo soportar las altas entradas de par de la turbina. [4] [5]
Muchas transmisiones, especialmente para aplicaciones de transporte, tienen múltiples engranajes que se utilizan para cambiar la relación entre la velocidad de entrada (por ejemplo, las rpm del motor) y la velocidad de salida (por ejemplo, la velocidad de un automóvil), según sea necesario para una situación determinada. La selección de marcha (relación) puede ser manual, semiautomática o automática.
Una transmisión manual requiere que el conductor seleccione manualmente las marchas [6] accionando una palanca de cambios y un embrague (que suele ser un pedal para automóviles o una palanca manual para motocicletas).
La mayoría de las transmisiones de los automóviles modernos utilizan sincronizadores para sincronizar las velocidades de los ejes de entrada y salida. Sin embargo, antes de la década de 1950, la mayoría de los automóviles utilizaban transmisiones no síncronas .
Una transmisión manual secuencial es un tipo de transmisión no síncrona que se utiliza principalmente para motocicletas y coches de carreras. Produce tiempos de cambio más rápidos que las transmisiones manuales sincronizadas, mediante el uso de embragues de garras en lugar de sincronizados. [7] Las transmisiones manuales secuenciales también restringen al conductor a seleccionar la marcha siguiente o anterior, en orden sucesivo.
Una transmisión semiautomática es aquella en la que parte de la operación está automatizada (a menudo el accionamiento del embrague), pero se requiere la intervención del conductor para salir de un punto muerto o cambiar de marcha.
Una transmisión manual automatizada (AMT) es esencialmente una transmisión manual convencional que utiliza accionamiento automático para operar el embrague y/o cambiar entre marchas.
Muchas de las primeras versiones de estas transmisiones tenían funcionamiento semiautomático, como Autostick , que controla automáticamente solo el embrague , pero aún requiere la intervención del conductor para iniciar los cambios de marcha. Algunos de estos sistemas también se denominan sistemas manuales sin embrague . [8] Las versiones modernas de estos sistemas que son de funcionamiento totalmente automático, como Selespeed y Easytronic , pueden controlar tanto el funcionamiento del embrague como los cambios de marcha automáticamente, sin ninguna intervención del conductor. [9] [10]
Una transmisión automática no requiere ninguna intervención del conductor para cambiar de marcha en condiciones normales de conducción.
El diseño más común de transmisiones automáticas es la automática hidráulica, que normalmente utiliza juegos de engranajes planetarios que funcionan mediante sistemas hidráulicos . [11] [12] La transmisión está conectada al motor a través de un convertidor de par (o un acoplamiento hidráulico antes de la década de 1960), en lugar del embrague de fricción utilizado por la mayoría de las transmisiones manuales y de doble embrague. [13]
Una transmisión de doble embrague (DCT) utiliza dos embragues separados para juegos de engranajes pares e impares . [14] El diseño es a menudo similar a dos transmisiones manuales separadas con sus respectivos embragues contenidos dentro de una carcasa y funcionando como una sola unidad. [15] [16] En aplicaciones de automóviles y camiones, el DCT funciona como una transmisión automática, sin necesidad de intervención del conductor para cambiar de marcha.
Una transmisión continuamente variable (CVT) puede cambiar sin problemas a través de un rango continuo de relaciones de transmisión . Esto contrasta con otras transmisiones que proporcionan un número limitado de relaciones de transmisión en pasos fijos. La flexibilidad de una CVT con un control adecuado puede permitir que el motor funcione a RPM constantes mientras el vehículo se mueve a diferentes velocidades.
Las CVT se utilizan en automóviles, tractores, vehículos side-by-side , scooters, motos de nieve , bicicletas y equipos de movimiento de tierras .
El tipo más común de CVT utiliza dos poleas conectadas por una correa o cadena ; sin embargo, en ocasiones también se han utilizado varios otros diseños.
Las cajas de cambios suelen ser una fuente importante de ruido y vibraciones en vehículos y maquinaria estacionaria. Generalmente se emiten niveles de sonido más altos cuando el vehículo está engranado en marchas más bajas. La vida útil de diseño de los engranajes de relaciones más bajas es más corta, por lo que se pueden usar engranajes más baratos, que tienden a generar más ruido debido a una relación de superposición más pequeña y una rigidez de malla más baja, etc., que los engranajes helicoidales utilizados para relaciones altas. Este hecho se ha utilizado para analizar el sonido generado por vehículos desde finales de la década de 1960 y se ha incorporado a la simulación del ruido de las carreteras urbanas y al diseño correspondiente de barreras contra el ruido urbano a lo largo de las carreteras. [17]
