ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZOINGENIERA AUTOMOTRIZ PARTES Y PIEZAS AUTOMOTRICESNombre: Ivn Torres 1269Fecha: 21/07/2015Tema: Cajas de cambios, partes, tipos y diseo de ejes.CAJAS DE CAMBIOSFuncin:El sistema de cambio de marchas manual ha evolucionado notablemente desde los primeros mecanismos de caja de cambios de marchas manuales sin dispositivos de sincronizacin hasta las actuales cajas de cambio sincronizadas de dos ejes.Independientemente de la disposicin transversal o longitudinal y delantera o trasera, las actuales cajas de cambios manuales son principalmente de dos tipos: De tres ejes: un eje primario recibe el par del motor a travs del embrague y lo transmite a un eje intermediario. ste a su vez lo transmite a un eje secundario de salida, coaxial con el eje primario, que acciona el grupo diferencial. De dos ejes: un eje primario recibe el par del motor y lo transmite de forma directa a uno secundario de salida de par que acciona el grupo diferencial.El motor del vehculo no tendra suficiente potencia para ponerlo en movimiento sin recurrir a las reducciones de engranajes proporcionadas por la caja de velocidades y el diferencial.El mecanismo de cambio de velocidades es necesario para: Mantener al vehculo en marcha, a pesar de las variaciones de carga y de la carretera, con el nmero de revoluciones en el motor conveniente en cada caso. Ahorrar combustible. Que el vehculo tenga marcha de reversa.Componentes principales:

Flecha de entrada (flecha de embrague): Propulsada por el disco de embrague, la flecha de entrada y el engrane de entrada impulsan a todos los dems engranes.Contrafecha (flecha del grupo de engranes): Mantiene en posicin los contraengranes; stos se acoplan con el engrane de entrada y de salida.Contraengranes (engranes de grupo): Montados sobre la contraflecha, transmiten potencia del engrane de entrada hacia los engranes de salida proporcionando una reduccin de engranaje.Flecha de salida (flecha principal): Sostiene los engranes de salida, que estn acoplados con los contraengranes y con el engrane loco de reversa.Engranes de salida (engranes de la flecha principal): Montados sobre la flecha de salida; pueden conectarse y desconectarse de la flecha de salida; estn acoplados con los contraengranes y con el engrane loco de reversa.Sincronizadores: Utilizados para facilitar el cambio de engranes, tambin fijan los engranes a las flechas.Horquillas de cambio: Utilizadas para desplazar los sincronizadores o los engranes.Acoplamiento de cambio: Conecta la palanca de cambios con las horquillas de cambio.Palanca de cambios: Palanca operada por el conductor para el cambio de velocidades.Cojinetes: Cojinetes de balas, rodillos, aguja y de tipo buje utilizados para soportar los engranes sobre las flechas y las flechas de la transmisin en la caja.Caja: Carcasa que contiene y soporta flechas, engranes, sincronizadores y el lubricante.Pin motor final (slo en cajas de traccin delantera): Engrane de salida final, que propulsa el engrane corona del diferencial.

Tipos de cajas de cambio.Segn el tipo de embrague.Dependiendo del mandoque accione estos muelles, tendremos los siguientes embragues: Mecnicos: una varilla o un cable tira de la palanca que comprime los muelles para liberar el disco de embrague. Electromagnticos: el disco y la maza estn fabricados en material ferromagntico. Haciendo pasar una corriente elctrica por una bobina, se imantan y giran solidarios (o se separan, si cortamos el paso de corriente). Hidrulicos: en este caso es un mbolo (cilindro esclavo) el que acciona la palanca del embrague. La presin hidrulica la generamos con otro mbolo que est en el pedal que pisamos (cilindro maestro). Neumticos: igual que los hidrulicos, pero funcionan por vaco o por aire comprimido. Normalmente aparecen en camiones o maquinaria pesada. Robotizados: en realidad son embragues hidrulicos o neumticos, pero, en lugar de pisar un pedal, es un circuito hidrulico con electrovlvulas el que acciona el mecanismo.

Segn el tipo de engranesLos distintos tipos de cajas de cambio dependen ms de cmo es el mecanismo que acopla y desacopla el motor a la transmisin, de ah que nos hayamos detenido tanto en el apartado anterior. La caja de cambios en s tiene muchas menos variedades; bsicamente hay tres, segn los engranajesque conforman las distintasrelaciones de cambio: Dedientes rectos: tienen la ventaja de ser muy robustas y permiten cambiar de marcha sin utilizar el embrague. Suelen utilizarse en competicin. Son muy ruidosas y de accionamiento tosco, al carecer demecanismos de sincronizado. Dedientes helicoidales: los engranajes tienen el dentado inclinado, siguiendo unacurva helicoide. Son menos ruidosas y su accionamiento es ms sencillo gracias al trabajo de unos discos intermedios llamadossincros. Son las llamadascajas de cambio sincronizadas. Esos discos evitan que, al cambiar de marcha, coincidan dos dientes enfrentados. Asimismo, igualan las velocidades de giro para hacer ms fcil el accionamiento y que las marchas no rasquen. Detrenes epicicloidales: las distintas relaciones de cambio se consiguen variando lasvelocidades de rotacin relativasen un juego depiones epicicloidales. Son las ms empleadas en los cambios automticos tradicionales conconvertidor de par. Para frenar uno u otro elemento del tren epicicloidal se aplica presin hidrulica a unos discos que los bloquean o bien se utilizan embragues electromagnticos.

Cajas de cambio CVT o de variador continuo.DAF es un fabricante holands de camiones, pero, a mediados de los aos 50 y 60, manufacturaba pequeos utilitarios que empleaban una transmisin sencillamente genial. Su inventor fueHuub van Doorne.La relacin de dimetros de las poleas establece el desarrollo del cambio. Hay infinitas relaciones. El sistema lo forman dospoleas de paso variableque, bsicamente, estn integradas cada una por dos conos que se pueden acercar o separar. Entre ellos se coloca una correa. Si acercamos los conos uno frente a otro, obligamos a la correa a deslizarse por el canal formado por ambos, de manera que rodea a los conos por la parte demayor circunferencia. Como la correa no se puede alargar ni acortar, la polea contraria debe alejar los conos, de ese modo, la correa se hunde en el canal de su paso variable y recorre una circunferencia demenor permetro.La relacin entre la circunferencia que arrastra la correa en una de las poleas (la unida al motor) y la circunferencia de lapolea arrastrada(la unida a las ruedas) determina larelacin de cambio. Como hayinfinitas posicionesde las poleas, hayinfinitas relacionesde cambio.Esta transmisin est limitada por la potencia que la correa es capaz de arrastrar. Hasta principios de los aos 90, estaba destinada a motores de pocos caballos (ciclomotores y utilitarios), pero una nueva correa, formada por diminutoseslabones metlicosde forma muy elaborada, ha permitido incorporarla a mecnicas ms potentes, siendoAudicon suMultitronicySubarucon elCVTlasmarcasque ms explotan este sistema.

Cajas de cambios semi-automticosEste tipo de cajas de cambio naci a causa de las pesadas direcciones sin asistencia y las altas prestaciones que a mediados de los aos 30 del siglo XX empezaban a alcanzar los automviles. Marcas comoDelageproducan coches capaces de llegar a velocidades muy elevadas; soltar una mano del volante en esas circunstancias era una temeridad. Por ello, proliferaron una serie de cajas de cambio conpreselector. El conductor escoga la relacin con un pequeobolicheque se manejaba suave y rpidamente, volva a aferrarse al volante con ambas manos y, para que la caja de cambios metiese esa marcha, ya a punto de entrar en la curva, deba pisar un pedal de embrague. El accionamiento eraelectromagntico; eran muy fiablesy ms fciles de manejar de lo que pueda parecer. Tenan la peculiaridad de contar el mismo nmero de relaciones hacia delante que hacia atrs. Los principales fabricantes de estos cambios eranCotalyWilson. Suelevado precioy peso las fueron dejando en desuso y en los aos 60 slo los autobuses y camiones las utilizaban.

Cajas de cambio automticos.Aqu el conductor no necesita intervenir para nada ms que cambiar el sentido de la marcha o estacionar. Tanto el embrague como las marchas funcionan de maneracompletamente autnoma-o, si lo queremos, podemos seleccionarlas de forma manual con palancas, levas, teclas, etc.- y distinguimos los siguientes sistemas:

Caja automtica convencionalcon convertidor de par. Se trata de una caja de cambios de trenes epicicloidales y convertidor de par. Son robustas, pero tienen dos inconvenientes: elpesoy lasprdidas por resbalamientodel convertidor hidrulico. Son las denominadasTiptronicdel grupo VAG,SteptronicdeBMW, etc. Poco a poco, su uso se reduce, debido a sus prdidas energticas y al aumento del consumo de combustible que suponen. Caja de cambios manual robotizada de disco simple.Bsicamente, es una caja de cambios manual de embrague monodisco a la que se le aade un sistema formado por electrovlvulas y una unidad de control que acciona el embrague y el selector del cambio.Los pioneros en comercializar este tipo de cajas de cambio fueronBMWcon los famososSMGyAlfa Romeocon losSelespeed. Antes, su funcionamiento no era demasiado fino, ni fiable. Ahora, han mejorado mucho en las ltimas generaciones y estn proliferando bastante gracias a su reducido coste de produccin. Aqu tenemos las empleadas porPSAen losPeugeot 308yCitron C4 Picasso, o la novsimaASGpresentada en elVW Up!y en elSeat Mii.

Caja de cambios manual robotizada de doble disco hmedo:Se encuadran aqu las famosascajas de cambio de doble embraguedel grupo VAG llamadasDSGy lasPDKdePorsche. Se trata de un invento de la marca de Stuttgart para la competicin. Su idea bsica es que cunto ms tiempo tardamos en cambiar de marcha, menos tiempo est el motor empujando y peores cronos hacemos. A Porsche se le ocurri reducir segundos lanzando uncambio de doble embrague.

DISEO DE EJES.Una flecha es un elemento rotatorio, por lo general de seccin transversal circular, que se emplea para transmitir potencia o movimiento. Ella constituye el eje de rotacin u oscilacin de elementos como engranes, poleas, volantes de inercia, manivelas, catarinas y miembros similares y, adems, controla la geometra de su movimiento. Un eje es un elemento no giratorio que no transmite par de torsin que se utiliza para soportar ruedas rotatorias, poleas y elementos parecidos. El eje de un automvil no es un eje verdadero. El trmino es un remanente de la era de caballo y la calesa, cuando las ruedas giraban sobre elementos no rotatorios.Un eje no giratorio puede disearse con facilidad y analizarse como una viga esttica, pero no justifica la atencin especial que se le da en este captulo a los ejes giratorios que estn sometidos a carga por fatiga.

Materiales para fabricar ejesLa deflexin no se ve afectada por la resistencia sino por la rigidez, representada por el mdulo de elasticidad, que es esencialmente constante en todos los aceros. Por esa razn, la rigidez no puede controlarse mediante decisiones sobre el material, sino slo por decisiones geomtricas.La resistencia necesaria para soportar esfuerzos de carga afecta la eleccin de los materiales y sus tratamientos. Muchos ejes estn hechos de acero de bajo carbono, acero estirado en fro o acero laminado en caliente, como lo son los aceros ANSI 1020-1050.La operacin de equilibrado de un sistema de masas con movimiento de rotacin uniforme consiste en introducir nuevas masas, de manera que el sistema total de fuerzas de inercia sea idnticamente nulo. Esta definicin lleva implcita la condicin de que el centro de masas del conjunto est sobre el eje de rotacin, ya que de lo contrario la resultante de las fuerzas de inercia no sera nula. Por tratarse de movimiento de rotacin, la proyeccin de las fuerzas de inercia sobre el eje de rotacin es nula. Por ser rotacin uniforme tampoco dichas fuerzas dan momento respecto al mencionado eje de rotacin.De todo esto se deduce que las ecuaciones de equilibrio dinmico no sern seis sino slo cuatro:Fyi = 0 M yi = 0

Fzi = 0 M yi = 0 El valor y disposicin geomtrica de las masas necesarias para el equilibrado deben representar tambin cuatro incgnitas para que el sistema sea determinado. Por tanto sern introducidas dos nuevas masas solidarias con el eje de excntricas: ma, mb, con su centro de gravedad impuesto a la misma distancia del eje x que el de las excntricas pero con ngulos: a, b desconocidos, de tal manera que el sistema total de fuerzas de inercia sea idnticamente nulo.Diseo del soportado del eje.Se efectan diversos supuestos para determinar la configuracin ptima del soportado del eje Las solicitaciones tenidas en cuenta en este estudio son las fuerzas de inercia correspondientes a discos de excntricas y rodamientos, as como las fuerzas de inercia correspondientes a las masas de equilibrado, consideradas stas para una velocidad de giro de 1000 rpm.Como herramientas de simulacin se emplean: Elaboracin de la geometra mediante SOLID EDGE. Preproceso mediante el cdigo FEMAP: importacin de geometra, realizacin del mallado, definicin de materiales, aplicado de cargas y definicin de condiciones de contorno. Solver mediante cdigo NASTRAN para anlisis por elementos finitos (emplea criterio de distorsin de Von Mises).El rgimen de elasticidad en un estado tensional triple se mantiene mientras.

Referencias. http://www.autocasion.com/actualidad/reportajes/111443/que-tipos-de-cajas-de-cambio-existen/ http://ruc.udc.es/bitstream/2183/7343/3/RodriguezGarcia_JuandeDios_TD_2010_02de2.pdf