

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 o reducción del par en una máquina . [ 1 ] [ 2 ]
Fue inventado por Louis Renault (el fundador de Renault ). Carl Benz se le había adelantado , ya que en 1886 utilizó piñones y cadenas que conectaban un eje auxiliar con un embrague para proporcionar una segunda marcha, la más baja, en el primer automóvil práctico, su Patent-Motorwagen Nr. 2 , que funcionaba con correa .
Una transmisión puede tener una relación de transmisión fija o variable ; una transmisión de relación variable puede tener múltiples relaciones de transmisión discretas o ser continuamente variable . Las transmisiones de relación variable se utilizan en muchos tipos de maquinaria, especialmente en vehículos.
Aplicaciones
Primeros usos
Las primeras transmisiones incluían engranajes de ángulo recto y otros mecanismos de transmisión en molinos de viento , dispositivos accionados por caballos y dispositivos accionados por vapor . Entre las aplicaciones de estos dispositivos se encontraban bombas , molinos y polipastos .
bicicletas
Tradicionalmente, las bicicletas han utilizado transmisiones con engranajes en el buje o con desviador , pero existen otras innovaciones de diseño más recientes.
automóviles

Dado que el par y la potencia de un motor de combustión interna (MCI) varían con su velocidad (de rotación) , los automóviles propulsados por MCI requieren múltiples relaciones de transmisión para mantener el motor dentro de su rango de potencia óptimo, lo que permite obtener una potencia óptima, una mayor eficiencia de combustible y un funcionamiento suave. También se necesitan múltiples relaciones de transmisión para proporcionar la aceleración y la velocidad suficientes para un funcionamiento seguro y fiable a las velocidades actuales de las autopistas. Los MCI suelen operar en un rango de aproximadamente 600–7000 rpm, mientras que las velocidades del vehículo requieren que las ruedas giren en el rango de 0–1800 rpm. [ 3 ]
En los primeros automóviles de producción en masa, la transmisión estándar era manual : el conductor seleccionaba las marchas mediante una palanca que las desplazaba a lo largo de sus ejes. A partir de 1939, comenzaron a comercializarse en Estados Unidos automóviles con diversos tipos de transmisión automática . Estos vehículos utilizaban la propia potencia del motor para modificar la relación de transmisión efectiva en función de la carga, manteniendo así el motor funcionando cerca de su velocidad de rotación óptima. Actualmente, las transmisiones automáticas se utilizan en más de dos tercios de los automóviles a nivel mundial y en casi todos los vehículos nuevos en Estados Unidos.
La mayoría de los turismos fabricados actualmente con motores de gasolina o diésel utilizan transmisiones con entre 4 y 10 marchas hacia adelante (también llamadas velocidades ) y una marcha atrás. Los vehículos eléctricos suelen utilizar transmisiones de relación fija o de dos velocidades sin marcha atrás , ya que los motores eléctricos pueden funcionar de forma eficiente en un rango de velocidad más amplio, incluso hasta detenerse, y cambiar de dirección eléctricamente. Los vehículos eléctricos con más de un eje motriz suelen tener motores y sistemas de transmisión delanteros y traseros independientes, en lugar de ejes de transmisión longitudinales.

motocicletas
Ratio fijo
Las transmisiones más sencillas utilizaban una relación fija para reducir la velocidad o aumentarla, a veces junto con un cambio en la orientación del eje de salida. Ejemplos de este tipo de transmisiones se encuentran en helicópteros y aerogeneradores . En el caso de un aerogenerador, la primera etapa de la caja de engranajes suele ser un engranaje planetario, para minimizar el tamaño y, al mismo tiempo, soportar los altos pares de torsión generados por la turbina. [ 4 ] [ 5 ]
Multirrelación
Muchas transmisiones, especialmente las utilizadas en el transporte, cuentan con varias marchas que se emplean para modificar la relación entre la velocidad de entrada (por ejemplo, la velocidad del motor) y la velocidad de salida (por ejemplo, la velocidad del vehículo) según las necesidades de cada situación. La selección de marchas (relación) puede ser manual, semiautomática o automática.
Manual
Una transmisión manual requiere que el conductor seleccione manualmente las marchas [ 6 ] mediante el accionamiento de una palanca de cambios y un embrague (que suele ser un pedal para los coches o una palanca de mano para las motocicletas).
Las primeras transmisiones manuales no estaban sincronizadas y utilizaban engranajes de dientes rectos, lo que significa que, al moverse, los engranajes producen un zumbido distintivo y fuerte. Hoy en día, solo son aplicables a maquinaria pesada como camiones, autobuses y tractores, ya que pueden soportar fuerzas mayores, o a motocicletas y coches de carreras por su diseño sencillo y la reducción de peso en comparación con las transmisiones manuales comunes.
La mayoría de las transmisiones de los automóviles modernos utilizan un diseño sincronizado 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 .
- Transmisión de tractor de 16 velocidades (más 8 marchas atrás)

Animación de una transmisión manual secuencial de 4 velocidades.
Manual secuencial
Una transmisión manual secuencial es un tipo de transmisión no síncrona que se utiliza principalmente en motocicletas y coches de carreras. Produce cambios de marcha más rápidos que las transmisiones manuales sincronizadas, gracias al uso de embragues de garras en lugar de sincronizadores. [ 7 ] Las transmisiones manuales secuenciales también limitan al conductor a seleccionar la marcha siguiente o la anterior, en orden sucesivo.
Debido a que las transmisiones secuenciales están diseñadas para reducir la complejidad, el peso y el tamaño en sus aplicaciones, a diferencia de las transmisiones manuales comunes, que están diseñadas para la simplicidad de uso y el funcionamiento silencioso, utilizan engranajes rectos ( engranajes cilíndricos ), que producen un zumbido muy característico al girar. Las transmisiones secuenciales pueden producir más de un zumbido distinto según el diseño específico, pero generalmente el zumbido más audible cambia de tono con (corresponde a) la velocidad de las ruedas (eje de salida) y se vuelve más audible cuanto más rápido giran los engranajes.
Manual no sincronizado (caja de perros)
Conocida como "caja de cambios de garras", es una variante moderna de la transmisión manual no sincronizada, de engranaje constante, utilizada en aplicaciones de alto rendimiento, como las carreras. Este tipo de transmisiones manuales carecen de la sincronización propia de las cajas de cambios sincronizadas y emplean únicamente embragues de garras diseñados específicamente para este tipo de transmisiones. Para el acoplamiento, la horquilla selectora desliza un embrague de garras con dientes en su lateral directamente sobre el lateral de un engranaje de engranaje constante con un conjunto similar de dientes o ranuras, lo que acopla los dientes de la garra con el engranaje. Este diseño permite cambios más rápidos y sin embrague, a diferencia de las cajas de cambios sincronizadas, pero ofrece la ventaja del engranaje constante, a diferencia de las antiguas transmisiones no sincronizadas utilizadas en los primeros automóviles.
Dado que la primera marcha se usa principalmente para arrancar, y tener la segunda y la tercera marcha una frente a la otra proporciona una ventaja de tiempo con el cambio más común de segunda a tercera o viceversa durante las carreras, la mayoría de las cajas de cambios de tipo dog box utilizan un patrón de cambio llamado "dog leg", que coloca la primera marcha en la posición inferior izquierda, lo que significa que la segunda marcha está en la posición superior central, la tercera en la posición inferior central, y así sucesivamente. La marcha atrás suele estar, aunque no siempre, en la posición superior izquierda.
Semiautomático
En una transmisión semiautomática , parte del funcionamiento está automatizado (a menudo, la activación del embrague), pero se requiere la intervención del conductor para arrancar desde parado o para cambiar de marcha.
Manual automatizado / manual sin embrague
Una transmisión manual automatizada (AMT, por sus siglas en inglés) es esencialmente una transmisión manual convencional que utiliza un sistema de accionamiento automático para accionar el embrague y/o cambiar de marcha.
Muchas versiones antiguas de estas transmisiones eran semiautomáticas, como Autostick , que controlaba automáticamente solo el embrague , pero aún requería 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 totalmente automáticas, como Selespeed y Easytronic , pueden controlar automáticamente tanto el embrague como los cambios de marcha, sin ninguna intervención del conductor. [ 9 ] [ 10 ]
Automático
En condiciones normales de conducción, una transmisión automática no requiere ninguna intervención del conductor para cambiar de marcha.
Automático hidráulico
El diseño más común de transmisiones automáticas es la automática hidráulica, que normalmente utiliza engranajes planetarios accionados mediante hidráulica . [ 11 ] [ 12 ] La transmisión se conecta al motor mediante 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 ]
Transmisión automática hidráulica (vista en sección)
- Vista en sección de una transmisión automática hidráulica ZF 6HP.
Doble embrague (DCT)
Una transmisión de doble embrague (DCT) utiliza dos embragues separados para los conjuntos de marchas pares e impares . [ 14 ] El diseño suele ser similar al de dos transmisiones manuales separadas con sus respectivos embragues contenidos en una misma carcasa y funcionando como una sola unidad. [ 15 ] [ 16 ] En aplicaciones para automóviles y camiones, la DCT funciona como una transmisión automática, sin necesidad de intervención del conductor para cambiar de marcha.
Relación de variación continua
Una transmisión continuamente variable (CVT) permite cambiar de marcha de forma fluida a través de un rango continuo de relaciones de transmisión . Esto contrasta con otras transmisiones que ofrecen un número limitado de relaciones de marcha en pasos fijos. La flexibilidad de una CVT con un control adecuado puede permitir que el motor funcione a velocidad constante mientras el vehículo se desplaza a velocidades variables.
Las transmisiones CVT se utilizan en automóviles, tractores, vehículos todoterreno , motonetas, motos de nieve , bicicletas y maquinaria para movimiento de tierras .
El tipo más común de transmisión CVT utiliza dos poleas conectadas por una correa o cadena ; sin embargo, en ocasiones también se han utilizado otros diseños.
Ruido y vibración
Las cajas de cambios suelen ser una fuente importante de ruido y vibración en vehículos y maquinaria estacionaria. Generalmente, se emiten niveles de sonido más altos cuando el vehículo utiliza marchas bajas. La vida útil de los engranajes de baja relación es menor, por lo que se pueden usar engranajes más baratos, que tienden a generar más ruido debido a una menor relación de solapamiento y una menor rigidez de engranaje, entre otros factores, que los engranajes helicoidales utilizados para las relaciones altas. Este hecho se ha utilizado para analizar el sonido generado por los 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 acústicas urbanas a lo largo de las carreteras. [ 17 ]
Diseño de engranajes
Los engranajes son elementos de máquinas destinados a transmitir potencia, y su diseño adecuado está definido por una norma.
Las normas ISO 6336 [ 18 ] y AGMA 2001 [ 19 ] proporcionan información sobre el procedimiento de diseño y definen el método de cálculo para verificar si los engranajes son seguros con respecto a diferentes mecanismos de falla.
Sin un diseño y una fabricación correctos de los engranajes, la transmisión podría presentar baja eficiencia, alto ruido, vibración y aspereza (NVH) y una vida útil reducida.
Los engranajes presentan varios mecanismos de fallo, entre los que se incluyen: desgaste , rozamiento, picaduras, micropicaduras , fractura del flanco del diente y fractura por fatiga de la raíz del diente.
Estos mecanismos se deben a diversos fenómenos: fricción , contacto (presión de Hertz, deslizamiento/rodadura), fatiga por flexión y falta de lubricación . Todos estos fenómenos pueden ocurrir simultáneamente y provocar la falla de la caja de cambios.
Véase también
Referencias
- ↑ JJ Uicker; GR Pennock; JE Shigley (2003). Teoría de máquinas y mecanismos (3.ª ed.). Nueva York: Oxford University Press. ISBN 9780195155983.
- ↑ B. Paul (1979). Cinemática y dinámica de maquinaria plana . Prentice Hall.
- ↑ Naunheimer, Harald; Bertsche, Bernd; Ryborz, Joaquín; Novak, Wolfgang (2011). "Conversión de energía: selección de relaciones". Transmisiones Automotrices: Fundamentos, Selección, Diseño y Aplicación . Saltador. págs. 100-114 . doi : 10.1007/978-3-642-16214-5_4 . ISBN 978-3-642-16214-5Consultado el 21 de enero de 2023 .
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- ↑ Hogan, C. Michael; Latshaw, Gary L. (21–23 de mayo de 1973). La relación entre la planificación de carreteras y el ruido urbano . Actas de la Conferencia Especializada de la División de Transporte Urbano de la ASCE. Chicago, Illinois: Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles, División de Transporte Urbano. Archivado del original el 18 de mayo de 2007. Recuperado el 12 de septiembre de 2007 .
- ↑ "ISO 6336-1:2019 Cálculo de la capacidad de carga de engranajes rectos y helicoidales Parte 1: Principios básicos, introducción y factores de influencia general" . ISO .
- ↑ "ANSI/AGMA 2001 - Factores de clasificación fundamentales y métodos de cálculo para dientes de engranajes rectos y helicoidales de perfil evolvente" .
- Transmisión de potencia mecánica
- Mecanismos (ingeniería)