Resumen de los conceptos básicos y el funcionamiento de las cajas de cambios manuales de los vehículos. Incluye cálculos de relaciones de transmisión y gráfica de escalonamiento del cambio de marchas

1. CAJAS DE CAMBIOS MANUALES
Sergi Amorós

2. 1. Definición
 Conjunto mecánico que se intercala entre el embrague
y el diferencial.
 Capaz de transmitir y transformar el par motor.
 El vehículo puede hacer las siguientes acciones gracias
a la caja de cambios:
- Subir o bajar pendientes
- Parar o invertir la velocidad
Se selecciona la velocidad inicialmente, y se cambia a
las otras de forma manual.

3. 2. Sus funciones
 Permite selecciona la velocidad apropiada, haciendo
posible la marcha atrás.
 Permite aprovechar al máximo la potencia del motor.
 Transforma las revoluciones del motor para la salida.

4. 3. Elementos constituyentes
Los elementos que forman las cajas de cambios
manuales, básicamente son los siguientes:
 Ruedas dentadas: Se trata del engranaje, una de ellas es
la conductora y la otra, la conducida.
 Rodamientos: Elementos que reducen el rozamiento y
el desgaste facilitando el giro del sistema.
 Retenes: Se destinan a evitar pérdidas entre la unión de
los ejes y los rodamientos.

5. 3. Elementos constituyentes
 Sincronizadores: Se encaran de igualar las velocidades
de los piñones y sus ejes.
 Mecanismo de enclavamiento: La varilla del cambio se
enclava por medio de bolas y muelles. La presión
ejercida impide que la varilla se desplace y quite la
marcha por vibraciones.
 Dispositivo interbloqueo: Se interponen bolas o calas
para evitar que una vez seleccionada una marcha,
pueda engranarse otra.

6. 4. Relaciones de transmisión
 A través de los trenes de engranajes se consigue
multiplicar y desmultiplicar las revoluciones del motor
en la caja de cambios.
 La relación de transmisión depende del número de
dientes de la rueda motriz (Z1), y del número de
dientes de la rueda conducida (Z2).

7. 4. Relaciones de transmisión
 Con tal de conocer la relación de transmisión de una
marcha debemos emplear el siguiente cálculo:
Rt = Z2 / Z1
 Podemos conocer la relación de transmisión, a través
de las revoluciones de entrada y de salida:
Rt = N1 rpm eje entrada / N2 rpm eje salida

8. 4. Relaciones de transmisión
 Cada velocidad del cambio tiene su propia relación de
transmisión, basándose en los dientes de cada
engranaje.
 Una vez establecidas las relaciones de transmisión de
la caja de cambios en cuestión, debemos representar el
gráfico con todas marchas y sus circuitos
correspondientes.

9. 4. Relaciones de transmisión
 Tomando el ejemplo de una caja de cambios de un
tractor, el resultado sería el siguiente:

10. 5. Gráfica de escalonamiento
 Cuando conocemos las relaciones de transmisión de
una caja de cambios, podemos realizar la gráfica de
escalonamiento del cambio. Para ello, realizaremos
siempre los mismos pasos del ejemplo de a
continuación:
Realizar la gráfica de escalonamiento de un
cambio que tiene las siguientes relaciones de
transmisión:
1ª (3.44/1) 2ª (1.94/1) 3ª (1.28/1) 4ª (0.96/1) 5ª (0.8/1)

11. 5. Gráfica de escalonamiento
Conociendo además los siguientes datos:
- El par máximo se consigue a 3300 rpm
- La potencia máxima se consigue a 5700 rpm
- En 5ª marcha y a 1000 rpm la velocidad es 32.5km/h
1. Debemos localizar dos puntos en la gráfica
(velocidad/rpm) para determinar el recorrido de la 5ª
marcha.
El primer punto es: v= 32.5 y rpm = 1000, o (32.5,1000)

12. 5. Gráfica de escalonamiento
A través de una regla de tres, encontramos el segundo
punto, tomando 3300 rpm de los datos iniciales:
1000 rpm -> 32.5 km/h
3300 rpm -> X km/h
3300 rpm -> 106.59 km/h
Así pues los dos puntos que define la 5ª marcha son:
(32.5,1000) y (106.59,3300)

13. 5. Gráfica de escalonamiento
2. Para calcular el resto de la gráfica necesitamos
conocer la salida de rpm en la 5ª marcha (la más
larga).
Rt5 = N1 / N5
Rt5 = 1000 / 0.80
Rt5 = 1250 rpm
De este modo podremos proceder a calcular el resto
de marchas para finalizar la gráfica correctamente.

14. 5. Gráfica de escalonamiento
3. Para calcular la 4ª velocidad nos basamos en los
datos encontrados previamente, buscando primero
las revoluciones en par máximo, y después en
velocidad máxima. De la siguiente forma:
N4 = N1 / Rt4
N4 = 1000 / 0.96
N4 = 1041 rpm
Vel. -> (1041 · 32.3) / 1250 = 26.9 km/h
Vel. (par máximo) -> (3300 · 26.9) / 1000 = 88.7 km/h

15. 5. Gráfica de escalonamiento
Los puntos que definen la 4ª marcha son los siguientes:
(26.9,1000) y (88.7,3300)
4. Seguimos con los cálculos de las demás marchas
hasta obtener todos los datos necesarios para
completar el gráfico.

16. 5. Gráfica de escalonamiento
 Los puntos que definen las marchas restantes son los
siguientes:
3ª -> (20.18,1000) y (66.59,3300)
2ª -> (13.32,1000) y (43.95,3300)
1ª -> (7.51,1000) y (24.79,3300)
Para finalizar, simplemente dibujamos la gráfica
(revoluciones / velocidad) con todos los datos
recogidos.

17. 5. Gráfica de escalonamiento
Unimos todos los puntos de forma que nos quede de la
siguiente manera:

18. FIN