Una transmisión (también llamada caja de cambios ) es un dispositivo mecánico que utiliza un conjunto de engranajes (dos o más engranajes que trabajan juntos) para cambiar la velocidad, la dirección de rotación o la multiplicación/reducción del torque en una máquina . [1] [2]
Las transmisiones pueden tener una única relación de transmisión fija, varias relaciones de transmisión distintas o relaciones continuamente variables. Las transmisiones de relación variable se utilizan en todo tipo de maquinaria, especialmente en vehículos.
Las primeras transmisiones incluían los engranajes en ángulo recto y otros engranajes en molinos de viento , dispositivos impulsados por caballos y dispositivos impulsados por vapor . Las aplicaciones de estos dispositivos incluían bombas , molinos y polipastos . [ cita requerida ]
Las bicicletas tradicionalmente han utilizado transmisiones por buje o por desviador , pero existen otras innovaciones de diseño más recientes.
Dado que el par y la potencia de salida de un motor de combustión interna varían con sus rpm , los automóviles impulsados 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 suficiente aceleración y velocidad para un funcionamiento seguro y confiable a las velocidades de las autopistas modernas. Los ICE generalmente operan 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 serie, el diseño estándar de la transmisión era manual : la combinación de marchas la seleccionaba el conductor mediante 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, comenzaron a comercializarse en el mercado estadounidense automóviles que utilizaban varios tipos de transmisión automática . Estos vehículos utilizaban la propia potencia del motor para cambiar la relación de transmisión efectiva en función de la carga, de modo que el motor funcionara cerca de su velocidad de rotación óptima. En la actualidad, las transmisiones automáticas se utilizan en más de 2/3 de los automóviles a nivel mundial y en casi todos los automóviles nuevos en los EE. UU.
La mayoría de los automóviles de pasajeros que se fabrican actualmente con motores de gasolina o diésel utilizan transmisiones con relaciones de marcha adelante de 4 a 10 (también llamadas velocidades) y una relación de marcha atrás. Los vehículos eléctricos suelen utilizar una transmisión de marcha fija o de dos velocidades sin relación de marcha atrás.
Las transmisiones más simples utilizaban una relación fija para proporcionar una reducción de velocidad o un aumento de la misma, a veces junto con un cambio en la orientación del eje de salida. Ejemplos de tales 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 soportar las altas entradas de par de la turbina. [4] [5]
Muchas transmisiones, especialmente las destinadas al transporte, tienen múltiples marchas 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 la relación de marchas puede ser manual, semiautomática o automática.
Una transmisión manual requiere que el conductor seleccione manualmente las marchas [6] operando una palanca de cambios y un embrague (que generalmente es un pedal para los automóviles o una palanca manual para las motocicletas).
La mayoría de las transmisiones de los automóviles modernos utilizan engranajes sincronizados 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 sincronizadas .
Una transmisión manual secuencial es un tipo de transmisión no sincrónica que se utiliza principalmente en motocicletas y autos de carrera. 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 un 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 arrancar desde parado o para cambiar de marcha.
Una transmisión manual automatizada (AMT) es esencialmente una transmisión manual convencional que utiliza una actuación automática para operar el embrague y/o cambiar de marcha.
Muchas de las primeras versiones de estas transmisiones eran de funcionamiento semiautomático, como el 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 conocen como sistemas manuales sin embrague . [8] Las versiones modernas de estos sistemas que son de funcionamiento completamente 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 acción por parte del conductor para cambiar de marcha en condiciones normales de conducción.
El diseño más común de transmisiones automáticas es el automático hidráulico, que normalmente utiliza engranajes planetarios que funcionan mediante hidráulica . [11] [12] La transmisión está conectada al motor a través de un convertidor de par (o un acoplamiento de fluido antes de la década de 1960), en lugar del embrague de fricción utilizado por la mayoría de las transmisiones manuales y transmisiones de doble embrague. [13]
Una transmisión de doble embrague (DCT) utiliza dos embragues separados para conjuntos de engranajes pares e impares . [14] El diseño a menudo es similar a dos transmisiones manuales separadas con sus respectivos embragues contenidos dentro de una carcasa y funcionando como una unidad. [15] [16] En aplicaciones de automóviles y camiones, la DCT funciona como una transmisión automática, sin requerir la 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 un régimen constante mientras el vehículo se mueve a velocidades variables.
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 otros diseños.
Las cajas de cambios son a menudo una fuente importante de ruido y vibración en vehículos y maquinaria estacionaria. Los niveles de sonido más altos se emiten generalmente cuando el vehículo está engranado en marchas más bajas. La vida útil de diseño de los engranajes de relación más baja es más corta, por lo que se pueden utilizar engranajes más baratos, que tienden a generar más ruido debido a una relación de superposición más pequeña y una menor rigidez de malla, etc. que los engranajes helicoidales utilizados para las relaciones altas. Este hecho se ha utilizado para analizar el sonido generado por los vehículos desde fines de la década de 1960, y se ha incorporado a la simulación del ruido de las carreteras urbanas y al diseño correspondiente de barreras acústicas urbanas a lo largo de las carreteras. [17]
