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¿Cómo funciona la caja de cambios?

La caja de cambios es un elemento indispensable de la transmisión de un vehículo, que está formada también por el embrague, el árbol de transmisión, el grupo cónico-diferencial y los palieres como integrantes principales.

El objetivo de la caja de cambios consta de tres partes principales. Por un lado, tiene la capacidad de invertir el sentido de giro para que el par motor permita arrancar y pasar de una marcha a otra. Además, debe ofrecer el par necesario para que el vehículo pueda moverse manteniendo el giro del motor. Finalmente, tiene que ser capaz de desacoplar el motor de la transmisión para que el vehículo quede en punto muerto o parado.

La caja de cambios cuenta con una serie de ruedas dentadas que se disponen en tres árboles que, conjuntamente con otros elementos, forman el conjunto:

Primario: recibe el movimiento a la mismas revoluciones de giro del motor y en su mismo sentido. En las cajas longitudinales suele llevar únicamente un piñón conductor.

Intermedio: inexistente en las cajas transversales, es el denominado contraeje u opuesto y consta de un piñón corona que engrana con el árbol primario, así como de varios piñones que forman parte de un todo con el eje y que giran en el sentido opuesto al motor.

Secundario: consta de varios engranajes conducidos que están sueltos, pero pueden unirse mediante un sistema de desplazables. Su sentido de giro coincide con el del motor si se trata de una caja de cambios longitudinal y es opuesto en el caso de las transversales.

Eje de marcha atrás: lleva un piñón interpuesto entre los árboles intermedio y secundario (caja de cambios longitudinal) o entre el primario y el secundario (transversal). De ese modo, invierte el sentido de giro habitual del árbol secundario. En este caso el dentado es recto y no helicoidal.

Palanca de cambios o levas del volante: es la parte que controla el conductor y con la que selecciona las marchas a través del movimiento de los selectores.

Selectores: son los encargados de desplazar el piñón correspondiente a la marcha seleccionada por el conductor a través de la palanca de cambios o las levas del volante.

Piñones: ruedas dentadas de diferentes tamaños que, en función de su tamaño y posición determinan la velocidad de giro y el par motor que se transmite a las ruedas.

Carcasa: se trata de la cubierta que protege todos los componentes de la caja de cambios, además de asegurar la lubricación de los mismos, pues está llena de aceite. Suele estar fabricada en acero, aluminio o magnesio.

Al seleccionar una marcha con la palanca de cambios, se activa el selector de ejes, que serán movidos por el motor. El dispositivo sincronizador protegerá el cambio de marcha hasta igualar la velocidad de los engranajes.

El propulsor acciona el eje principal, el cual impulsa al eje intermedio. El eje intermedio gira los engranajes en el eje principal, aunque éstos giran libremente hasta que se bloquean por medio del dispositivo sincronizador, que está calzado al eje.

El dispositivo sincronizador es el que realmente acciona el conductor, a través de la palanca que mueve el los selectores para engranar la marcha. El anillo sincronizador, un dispositivo de retardo, es el 'refinamiento' final en la caja de cambios, pues evita el acople de un cambio hasta que las velocidades del eje se sincronizan.

Como regla general, con la primera marcha se logra que las ruedas giren a un tercio de la velocidad generada por el motor, pero con el triple de fuerza. Las marchas sucesivas permiten aumentar la velocidad a costa de fuerza de un modo similar al de los platos y los piñones de una bicicleta.

Todos los vehículos dotados de motor de combustión deben incluir una caja de cambios que adapte el par motor a las necesidades del movimiento y, para ello, constan generalmente de cinco o seis velocidades si el cambio es manual, siendo habitualmente más de siete si es automático.

Cuando el punto muerto está seleccionado, es decir, no engranamos ninguna marcha, todos los piñones del eje de salida giran libremente mientras que los del intermedio están fijos, por lo que no hay transmisión de par ni movimiento.

En la primera velocidad, el piñón más pequeño del eje intermedio se bloquea, por lo que la transmisión llega al eje principal otorgando un alto par motor, pero baja velocidad. De ese modo, podemos arrancar en cualquier situación, por mucha pendiente que haya en la calzada.

Al meter segunda, la diferencia de tamaño de los piñones entre los ejes se reduce, por lo que la balanza entre par motor y velocidad se va equilibrado gradualmente a medida que subimos marchas. La tercera velocidad sigue permitiendo agilidad en la conducción, pues aún la entrega de par motor es mayor que la de velocidad al ser el piñón del eje intermedio algo mayor.

En la cuarta velocidad ambos ejes ofrecen ya una transmisión directa y no se produce aumento de par motor, pero es posible incrementar la velocidad en gran medida. La quinta y la sexta acentúan este efecto y permiten rodar a velocidad de crucero sin aumentar en exceso el consumo, especialmente en la última de estas cuando el vehículo dispone de ella.

Finalmente, la marcha atrás se acciona al interponerse un piñón entre los engranajes de los dos ejes, lo que propicia que el principal cambie su sentido.

Manual: es la más común y acostumbra a tener tres ejes. El eje primario recibe el par motor a través del embrague y lo transmite al eje intermediario. El conductor debe alterar la transmisión a través de la palanca de cambios.

Automática pilotada: es un tipo de caja automática que incluye un control electrónico para embrague y caja de cambios. Suele contar con dos embragues, uno para las relaciones pares y otro para las impares. Dentro de las cajas automáticas, es la de menor coste.

Automática con convertidor de par: tiene un convertidor que comunica la caja de cambios con la transmisión. Está dotada de trenes epicicloidales y es muy pesada, pero ofrece un buen rendimiento y es resistente. Su principio básico es tener la siguiente marcha preparada para reducir el tiempo de la operación.

Automática de variación continua: Es muy frecuente en ciclomotores, pero este tipo de caja (CVT) es poco utilizada en coches. Incorpora un controlador electrónico.

En las cajas manuales, los síntomas a tener en cuenta son los siguientes:

Bloqueo al intentar cambiar de marcha: Los bolillos de seguridad bloquean el acceso a más de una marcha a la vez, pero si se desgastan entrarán dos a la vez y el eje secundario se quedará atascado al girar a dos velocidades diferentes. Hay que colocar bolillos nuevos.

Ruido al meter una marcha: probablemente hablamos de un desajuste del embrague, algo que se suele solucionar con la tensión del cable del embrague y el reajuste del tope para que la operación de desembrague sea completa. Conviene revisar el desgaste de los sincronizadores y el estado de los anillos.

Dificultad para meter marcha: el mando del embrague podría estar desajustado y habría que tensar de nuevo el cable. En caso de persistir, es recomendable lubricar y ajustar el varillaje de accionamiento del cambio.

En lo que respecta a las cajas de cambios automáticas, los síntomas pueden ser:

Las marchas resbalan al intentar cambiar: mala lubricación, reponer el nivel de aceite.

Aceleración pobre en todas las marchas: Avería en el convertidor de par que impide que el rodamiento unidireccional funcione. Comprobar antes el nivel de aceite.

No cambia de marchas: avería general o mal ajuste del mando. Verificar presiones y ajustar el mismo o realizar revisión completa en el taller.

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