La caja de cambios manual es un elemento de transmisión fundamental, ubicado entre el motor y las ruedas. Sus funciones principales son:

• Modificar el número de revoluciones por minuto (RPM) del motor, aumentando o disminuyendo el par motor según las necesidades de la conducción.
• Invertir el sentido de giro para permitir la marcha atrás del vehículo.

Estos cambios de revoluciones y par se logran mediante un sistema de engranajes. Las cajas de cambios suelen utilizar entre cuatro y siete combinaciones de engranajes. La reducción total del giro del motor en cada marcha se realiza en dos fases:

1. Primera reducción: Se produce en la caja de cambios, según la marcha seleccionada.
2. Segunda reducción: Es fija para todas las marchas y se realiza en el grupo reductor del diferencial.

Engranajes: Diseño y Funcionamiento

Las cajas de cambios utilizan engranajes helicoidales en todas las marchas, excepto en la marcha atrás, que emplea dientes rectos. El diseño helicoidal iguala las cargas. La relación de transmisión (Rt) se calcula de la siguiente manera:

Rt = RPM piñón conductor / RPM piñón conducido

Módulo (M): Es la relación entre el diámetro primitivo (expresado en mm) y el número de dientes (Z). Se calcula con las siguientes fórmulas:

M = Diam. Primitivo / Z

M = Diam. Exterior / (Z + 2)

La relación de transmisión (Rt) también se puede calcular usando el número de dientes:

Rt = Nº dientes piñón conducido / Nº dientes piñón conductor

Trenes de Engranajes: Componentes y Configuración

La caja de cambios está compuesta por dos o tres ejes. Cada tren de engranajes está formado por un número determinado de engranajes que están engranados con piñones de otro eje. Los ejes principales son:

• Árbol primario: Recibe el movimiento directamente del motor.
• Árbol intermediario: Conecta el árbol primario con el secundario.
• Árbol secundario: Transmite el movimiento al diferencial.

Fórmula de la relación de transmisión (Rt):

Rt = Nº dientes piñón conducido / Nº dientes piñón conductor

Otros Componentes Esenciales de la Caja de Cambios Manual

• Árbol primario: Recibe el movimiento del disco de embrague y lo transmite al eje intermediario.
• Árbol intermediario: Compuesto por piñones solidarios. Tiene tantos piñones como marchas tenga la caja de cambios.
• Árbol secundario: Recibe el movimiento del árbol intermediario o del primario y lo transmite al diferencial. En él se monta el cubo dentado (un manguito metálico anclado al eje secundario mediante estrías internas; gira con el eje y tiene estrías externas donde se desplaza la corona desplazable).
• Piñones locos: Engranajes que giran libremente sobre el eje secundario. Pueden tener un cono de acoplamiento, un dentado de acoplamiento o ambos.
• Corona desplazable: Ancla el cubo dentado con el piñón loco, con la ayuda del sincronizador.
• Conjunto sincronizador: Su función es igualar las revoluciones de los engranajes que se van a acoplar durante el cambio de marcha. Está compuesto por: piñón loco, muelle, anillo sincronizador, corona desplazable y cubo dentado. Pueden ser simples, dobles o triples.

Sistema de Mando: Selección de Marchas

El sistema de mando transmite a la caja de cambios las decisiones de marcha del conductor. Sus componentes principales son:

• Horquilla: Unida a la barra desplazable y encajada en la acanaladura de la corona desplazable.
• Barra desplazable: Unida a la horquilla por un pasador. En el otro extremo tiene una escotadura donde se desplaza el dedo selector.
• Dedo selector: Unido al eje selector o de mando. Desplaza axialmente la barra desplazable seleccionada para conectar las marchas.
• Palanca de cambio y varillaje: La transmisión de las opciones de marcha del conductor al dedo selector se realiza mediante un sistema de varillaje (bielas y palancas) o cables Bowden.

Sistemas de Enclavamiento y Seguridad

Estos sistemas impiden que las marchas se salgan debido a las vibraciones. El sistema más común utiliza rebajes donde se alojan bolas presionadas por muelles antagónicos, inmovilizando la barra cuando hay una marcha engranada o en punto muerto. También existen dispositivos de seguridad que evitan que se introduzcan dos marchas a la vez, impidiendo el movimiento simultáneo de dos cerrojos.

Eje de Marcha Atrás

Es un tercer piñón situado entre el árbol intermediario y el secundario para invertir el sentido de giro del árbol secundario. Utiliza un dentado recto.

Cajas de Cambios con Dos Secundarios

Este diseño permite repartir los piñones de las marchas entre dos árboles secundarios, reduciendo la longitud total de la caja de cambios. Cada árbol secundario tiene un número determinado de piñones (por ejemplo, en el árbol secundario 1: 1ª, 2ª, 3ª y 4ª; en el árbol secundario 2: 5ª, 6ª y marcha atrás). Todos los piñones están engranados permanentemente con el primario.

Retenes, Rodamientos y Carcasas

• Retenes: Evitan la salida del aceite de la caja de cambios. Algunos tienen un sentido de giro específico.
• Rodamientos: Permiten el giro entre dos partes móviles, reduciendo la fricción y el ruido. Pueden ser de rodillos, agujas, bolas, axiales o de rodillos cónicos.
• Carcasa: Aloja todos los componentes de la caja de cambios.

Grupo Multiplicador y Divisor

Son dos conjuntos de engranajes que amplían las relaciones de las marchas. El multiplicador se instala a la salida del árbol secundario, y el divisor a la entrada del primario. Están compuestos por un planetario, portasatélites, satélites y una corona de dentado interior. La desmultiplicación se logra frenando la corona. El grupo divisor permite que la caja de cambios reciba del motor dos velocidades distintas: una rápida y otra lenta.

Lubricación de la Caja de Cambios

La lubricación se realiza por inmersión o barboteo, lubricando los componentes móviles para reducir la fricción y el desgaste. Se utiliza aceite de alto índice de viscosidad, y suelen incluirse imanes para retener virutas metálicas. Las propiedades del aceite son:

• Extrema presión.
• Untuosidad.
• Resistencia al cizallamiento.
• Antiespumante.
• Antioxidante.
• Anticorrosión.
• Viscosidad elevada.

Sustitución del Aceite (Valvulina)

1. Consultar el manual para conocer la cantidad y tipo de valvulina recomendada, así como la ubicación de los orificios de llenado y vaciado.
2. Quitar el tapón de vaciado y drenar completamente el aceite.
3. Reemplazar el tapón de vaciado (y la arandela, si la lleva).
4. Llenar con la cantidad exacta de valvulina, utilizando un inyector de aceite. En algunos casos, el tapón de llenado sirve como indicador de nivel. Si no es así, consultar el manual.

Señal del Velocímetro

Existen dos tipos de mecanismos:

• Electrónico (el más común): Funciona con un sensor instalado en una rueda dentada. El sensor genera una señal que varía en amplitud y frecuencia proporcionalmente a la velocidad del vehículo.
• Mecánico: Compuesto por dos engranajes: un piñón sinfín y un piñón de ataque.

Diagnóstico de Averías

Algunos problemas comunes incluyen:

• Ruido general en la caja de cambios.
• Ruido solo en una marcha específica.
• Dificultad para engranar todas las marchas.
• Dificultad y/o rascado al engranar una marcha específica.
• Las marchas se salen.

Precauciones al Desmontar y Montar Cajas de Cambios

• Asegurarse de que el problema está en el interior de la caja de cambios.
• Extraer el aceite antes de desmontar.
• Utilizar las herramientas adecuadas.
• Trabajar en un entorno limpio.
• El proceso de desmontaje y montaje es largo y requiere cuidado.
• Renovar tuercas autoblocantes, pasadores, muelles de retención, retenes, juntas de carcasa, arandelas, anillos de seguridad y anillos sincronizadores.
• Durante el montaje, inspeccionar cuidadosamente las piezas en busca de daños.
• Asegurarse de que todos los componentes estén correctamente montados y encajados.