Funcionamiento de una caja de velocidades (simplificado)

Funcionamiento de una caja de velocidades (simplificado)

Si hay algo que nos explota la cabeza, es comprender cómo trabaja una caja de cambios de una moto.

Una imagen (o mejor un video), vale más que mil palabras.
En este caso, algún amigo de Brasil desarrolló esta animación, la cual es perfecta para comprenderlo.

Es de una caja de 4 velocidades.

https://www.youtube.com/watch?v=xHJzrqzMcPk

Empecemos el análisis:

Al poner un cambio con el pié, movemos la estrella selectora, la cual va acoplada al tambor selector, este último es un tambor ranurado, en cuyas ranuras van colocadas las horquillas selectoras.
Cada vez que cambiamos de marcha, el tambor gira y produce que las horquillas se desplacen lateralmente. Este desplazamiento lateral empuja a los engranajes móviles de la caja y los obliga a moverse lateralmente, los cuales acoplan con otros engranajes.

Estrella Selectora:



Tambor Selector (es el tambor ranurado):



Horquilla Selectora:


(Fuente de las imagenes: Manual de Taller Honda Titán 150)

Ejes y sus engranajes:

Hay un eje primario (en realidad en mecánica general se debe denominar "árbol", y no eje, un eje por definición es algo que no gira, un arbol sí gira, pero bueno, usemos eje para no confundir), este eje primario recibe el movimiento desde el acople del embrague (recibiendo el movimiento de giro desde el cigueñal).

Hay un eje secundario, el cual transmite el movimiento al piñón de la transmisión.

Para comprenderlo:

_ Los engranajes plateados (uno en cada eje) son fijos al eje y no pueden desplazarse lateralmente. Si gira el eje, gira el engranaje, y viceversa.

_ Los engranajes de color verde no están solidarios al eje, es decir, pueden girar "loco" sobre su eje. Pero, no tienen desplazamiento hacia los costados.

_ Los engranajes de color rojo sí son solidarios al eje, es decir, si el eje gira, gira el engranaje rojo. Estos engranajes rojos tienen la propiedad de poder desplazarse hacia ambos laterales, y de engranar lateralmente a los de color verde (sobre su mismo eje), para transmitirle su movimiento.
Estos de color rojo son los que reciben el empuje lateral desde las horquillas selectoras (se ven en color amarillo en el video), cada vez que cambiamos de marcha, y cuando lo hacemos, terminamos moviendo esos engranajes rojos de lugar.

Análisis:

Punto muerto:

En los 6 a 8 segundos del video, el embrague está acoplado y la moto en punto muerto. Ninguno de los dos engranajes rojos se vinculan lateralmente con alguno verde, por ende: gira el eje primario, pero el eje secundario no gira ya que los verdes están desacoplados de los rojos (los verdes del secundario giran "loco").

Primera velocidad

Al poner primera, 12 segundos a 15 segundos del video, engranamos lateralmente el rojo del eje secundario con el verde del eje secundario (este verde recibe movimiento desde un engranaje plateado del primario). Si bien el verde suele girar "loco", ahora no puede hacerlo, debido a que lo engranó lateralmente el rojo, y el rojo sí es solidario al eje secundario, por lo cual lo traba y le transmite el movimiento al eje.

Como vemos, el plateado es muy chico en diámetro, y el verde es el más grande en diámetro, con lo cual hay una relación de transmisión de baja velocidad pero de muy alto torque en el eje secundario, por ello la primera marcha es una marcha de poca velocidad pero de mucho torque (mucha fuerza).

Segunda velocidad

Al poner segunda, 20 segundos a 24 segundos del video, engranamos lateralmente el rojo del eje primario con el verde del eje primario (con lo cual este verde ya no gira loco, sino que recibe movimiento desde el engranaje rojo del primario). Si bien el verde suele girar "loco", ahora no puede hacerlo, debido a que lo engranó lateralmente el rojo, y el rojo sí es solidario al eje primario, por lo cual le transmite el movimiento.
El verde del primario, le transmite el movimiento al plateado del secundario, haciendo que el eje secundario gire.

Hay una relación de transmisión en donde se logra un poco más de velocidad, pero menor torque (fuerza) en el eje secundario.

Tercera velocidad

Al poner tercera, 29 segundos a 32 segundos del video, engranamos lateralmente el rojo del eje primario con el otro verde del eje primario (con lo cual este verde ya no gira loco, sino que recibe movimiento desde el engranaje rojo del primario). Si bien el verde suele girar "loco", ahora no puede hacerlo, debido a que lo engranó lateralmente el rojo, y el rojo sí es solidario al eje primario, por lo cual le transmite el movimiento.
El verde engranado del primario, le transmite el movimiento al rojo del secundario (el cual no está engranado lateralmente a ningún verde), haciendo que el eje secundario gire.

Hay una relación de transmisión en donde se logra un poco más de velocidad, pero menor torque (fuerza) en el eje secundario.

Cuarta velocidad

Al poner cuarta, 36 segundos a 38 segundos del video, desacoplamos el rojo del eje primario, y acoplamos el rojo del secundario con el otro verde del eje secundario (con lo cual este verde ya no gira loco, por estar trabado con el rojo del secundario). Si bien el verde suele girar "loco", ahora no puede hacerlo, debido a que lo engranó lateralmente el rojo, y el rojo sí es solidario al eje secundario, por lo cual le transmite el movimiento.
El rojo solidario al primario, le transmite el movimiento al verde del secundario, haciendo que el eje secundario gire.

Como vemos, este engranaje verde acoplado del secundario, es el más chico en diámetro en el eje secundario, por lo cual, hay una relación de transmisión en donde se logra la mayor velocidad, pero el menor torque (fuerza) en el eje secundario.

Por último, en el video puede apreciarse la transmisión final que como sabemos es externa al motor, mediante pinón, cadena y corona.

Espero que me haya explicado, y quienes no sabían sobre ésto, ahora puedan tener alguna noción. Es una de las partes más complicadas de la mecánica de un motor, y donde el tambor selector es verdaderamente una obra de arte de todo este conjunto, para mover las horquillas de un modo tan perfectamente sincronizado.

Se puede ver cómo trabaja el tambor selector desplazando lateralmente a las horquillas selectoras, en el siguiente video:

https://www.youtube.com/watch?v=p1nuiQDw6Hs