¿Qué es una caja de cambios?

Una caja de cambios es un método mecánico de transferir energía de un dispositivo a otro y se utiliza para aumentar el par mientras se reduce la velocidad. El par es la potencia generada a través de la flexión o torsión de un material sólido. Este término a menudo se usa indistintamente con transmisión.

Ubicada en el punto de unión de un eje de potencia, la caja de cambios se usa a menudo para crear un cambio de dirección en ángulo recto, como se ve en una cortadora de césped rotativa o un helicóptero. Cada unidad se fabrica con un propósito específico en mente y la relación de transmisión utilizada está diseñada para proporcionar el nivel de fuerza requerido. Esta relación es fija y no se puede cambiar una vez construida la caja. La única modificación posible después del hecho es un ajuste que permita aumentar la velocidad del eje, junto con la correspondiente reducción del par.

En una situación en la que se necesitan múltiples velocidades, se puede usar una transmisión con múltiples engranajes para aumentar el par mientras se reduce la velocidad de salida. Este diseño se encuentra comúnmente en transmisiones de automóviles. El mismo principio se puede utilizar para crear un engranaje de sobremarcha que aumente la velocidad de salida mientras disminuye el par.

Una turbina eólica es un ejemplo de una caja de cambios muy grande. La turbina se mueve a una velocidad de rotación lenta con una gran cantidad de par. La transmisión traduce esta potencia en la velocidad de rotación del par más rápida pero más baja del generador de electricidad. Debido al gran tamaño y la cantidad de energía que pueden generar, las turbinas eólicas tienen múltiples engranajes y etapas. Esta característica es necesaria para garantizar que el generador de electricidad pueda proporcionar una salida constante incluso cuando fluctúa la velocidad de rotación de la turbina.

En un automóvil, hay tres tipos de transmisión:automática, manual o variable continua. Un vehículo de transmisión manual proporciona el mejor ejemplo de una caja de cambios simple. Tanto en las transmisiones automáticas como en las de variación continua, las cajas de cambios son sistemas cerrados que requieren muy poca interacción humana.

La transmisión manual está disponible en dos sistemas diferentes:malla deslizante y malla constante. El sistema de malla deslizante utiliza engranajes rectos de corte recto. Los engranajes giran libremente y requieren la manipulación del conductor para sincronizar la transición de una velocidad a otra. El conductor es responsable de coordinar las revoluciones del motor con la velocidad requerida en carretera. Si la transición entre los engranajes no está sincronizada correctamente, chocan, creando un fuerte chirrido cuando los dientes del engranaje chocan.

El sistema de engrane constante tiene conjuntos de engranajes helicoidales o dobles helicoidales cortados en diagonal que están permanentemente engranados entre sí. Se han agregado conos de fricción o anillos sincronizados a los engranajes para crear una transición más suave al cambiar de marcha. Este tipo de transmisión generalmente se encuentra en autos de carreras y equipos agrícolas.