- La caja de cambios transmite la potencia del motor a las ruedas.
- Permite avanzar en retroceso sin invertir el giro del motor.
- Permite detenerse con el motor en marcha.
- Es parte de un sistema con embrague, diferencial, cardán y planetarias.
La caja de cambios es una de las componentes fundamentales de cualquier vehículo, y es responsable de transmitir eficientemente la potencia del motor a las ruedas. Para entender su función, podemos pensar en el principio de una bicicleta: cuando pedaleas más difícil cuesta arriba usando marchas bajas, o más fácil en terreno llano con marchas altas.
En el examen de conducir, la pregunta ‘¿Qué función tiene la caja de cambios?’ se presenta con frecuencia, y todas las respuestas siguientes son correctas: garantiza la transmisión de potencia a las ruedas, permite avanzar en retroceso sin invertir el sentido de giro del motor y permite detenerse con el motor en marcha.
Sistema de transmisión y el papel de la caja de cambios
La transmisión de un automóvil utiliza la caja de cambios para transformar la potencia generada por el motor en rotaciones de las ruedas, con el objetivo de mover todo el vehículo. El proceso comienza con el combustible del tanque, que es aspirado por la bomba de combustible e inyectado en los cilindros a través de los inyectores.
El motor mezcla el combustible con el aire exterior a través del sistema de admisión y, mediante una chispa (o por compresión en el caso di diesel), se produce una pequeña explosión que pone en movimiento el pistón. Cada pistón está conectado al cigüeñal, llamado así por su forma especial, que recibe la fuerza y la transforma en un movimiento de rotación.
El movimiento de rotación del cigüeñal llega al volante —una placa de metal de masa simple o doble— que recibe este movimiento y lo transfiere a la caja de cambios a través del embrague, es decir, la placa de embrague.
Diferencia entre transmisión y la caja de cambios
Es importante aclarar que la transmisión de un coche no se limita solo a la caja de cambios. La caja de cambios forma parte de un sistema más complejo que incluye embrague, diferencial, cardan y planetarias. Todas estas componentes trabajan juntas para asegurar la transmisión eficiente de la potencia.
Principio de funcionamiento y componentes de la caja de cambios
Toda la potencia del motor pasa por la caja de cambios antes de llegar a las ruedas, independientemente del tipo de tracción —tracción total, delantero, trasera o AWD—. El papel básico de la caja de cambios es controlar la velocidad y el par transmitido a las ruedas, permitiendo adaptarse a las condiciones del tráfico.
Estructura interna
Una caja de cambios estándar tiene dos árboles principales:
- Árbol principal: recibe la energía (el movimiento de rotación) del volante
- Árbol secundario: transmite la potencia procesada a las ruedas
Estos dos árboles están equipados con piñones de diferentes tamaños, que crean relaciones específicas para cada marcha.
Las relaciones y el funcionamiento de los piñones
La caja de cambios debe adaptarse a dos requisitos diferentes:
- A bajas velocidades: necesita más par (por ejemplo, al salir desde cero con la primera marcha)
- A altas velocidades: ya que hay inercia, no necesita tanto par para continuar la marcha
Para la primera marcha, el piñón del eje principal (con aproximadamente 35 dientes) se acopla con un piñón mucho más grande del eje secundario (con 55 dientes), proporcionando una relación de aproximadamente 3,5:1.
Explicación de la relación
Mientras el piñón del eje principal da 3,5 vueltas, el del eje secundario da solo una vuelta, resultando en un par mayor a la salida. Así, en las ruedas, la caja de cambios entrega una rotación 3,5 veces menor que la rotación actual del motor, pero con un par significativamente mayor.
Sistema de cambio de velocidades
La palanca de cambios acciona una o varias crestas que desplazan los piñones entre sí, seleccionando la configuración preestablecida por el fabricante para cada marcha. A medida que cambias a marchas superiores, los piñones acoplados están cada vez más cercanos en número de dientes y tamaño, proporcionando un viaje suave y una aceleración lineal.
En las marchas donde la relación cae por debajo de 1:1, el piñón del eje secundario tiene menos dientes que el del principal, girándose más rápido y ofreciendo una velocidad de crucero estable, contribuyendo a reducir el consumo.
El impacto de las marchas en el consumo
La relación entre la marcha y el consumo de combustible es directa. Los caballos de fuerza de un coche se calculan en función del par, y el consumo de combustible está ligado a la potencia/par generado por el motor.
Para mover un coche de 1,5 toneladas desde parado se necesita más potencia (par) que para mantener una velocidad de crucero constante de 130 km/h en autopista. Por ello, el consumo más alto se registra en el tráfico urbano, donde se utilizan marchas con relaciones altas para salir desde cero y acelerar.
Preconceptos sobre potencia y consumo
Existen conceptos erróneos sobre los coches con muchos caballos de potencia. Un motor 1.8 turbo de gasolina de 220 CV puede consumir lo mismo que un 3,0 biturbo de gasolina de 500 CV cuando ambos motores se utilizan en las mismas condiciones de marcha. La diferencia radica en la forma de usarlo y las demandas específicas del momento.
Ejemplo práctico de relaciones de engranajes
Para una comprensión más clara, aquí hay un ejemplo típico de relaciones para una caja de cambios de 6 velocidades:
- 1ª marcha: 3,78:1
- 2ª marcha: 2,12:1
- 3ª marcha: 1,36:1
- 4ª marcha: 0,97:1
- 5ª marcha: 0,77:1
- 6ª marcha: 0,65:1
- Retroceso: 3,25:1
Observa que la marcha atrás tiene casi la misma relación que la 1ª marcha, ya que necesitamos partir desde cero y, por lo tanto, requerimos un par mayor.
Tipos de cajas de cambios modernas
Existen numerosos nombres y tipos de cajas, sobre todo cuando se trata de las automáticas:
- Cajas secuenciales
- Cajas hidramáticas (cajas automáticas de generación más antigua)
- DSG (Direct Shift Gearbox) - muy apreciado en Volkswagen
- CVT (Transmision Continuamente Variable) - popular en Toyota
- Cajas con convertidor de par
- Cajas robotizadas
Diferencias de costo y mantenimiento
Todas las cajas de cambios cumplen la misma función fundamental: transmitir la potencia del motor a las ruedas; sin embargo, no todas cuestan lo mismo ni funcionan igual. Una caja automática siempre será más cara que una manual, debido a la complejidad de los componentes.
Las cajas automáticas modernas incluyen características adicionales:
- Dos embragues que trabajan directamente en el aceite
- Mecatrónica (ausente en las cajas manuales)
- Convertidor de par (específico de las cajas automáticas)
- Sistemas electrónicos de control avanzados
Mantenimiento de la caja de cambios
Los costos de mantenimiento varían según la marca y el modelo del coche. Sin embargo, ya sea una caja de cambios manual o automática, es esencial recordar que debe cambiarse el aceite de la caja periódicamente.
El concepto de ‘Lifetime Oil’ no existe en la realidad y es solo una estrategia de marketing utilizada por los fabricantes. El aceite de la caja de cambios se degrada con el tiempo y requiere reemplazo para asegurar un funcionamiento óptimo y la longevidad de sus componentes.
Comprender el papel y el funcionamiento de la caja de cambios le puede ayudar a tomar decisiones más informadas al comprar un vehículo y a mantener la transmisión en óptimas condiciones mediante un mantenimiento adecuado.
