Al...que no sabe que hay dentro de un huevo...

Bueno...el tipo nunca supo qué tenía el huevo por dentro...le encantaba la cascarita...pero, alguna vez supo hacer un agujero...a los martillazos...

¡A los martillazos!...cosas de negros...con un ladrillo es suficiente...

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Bien, terminemos con  las deliradas y hablemos una buena vez, de mecánica...la verdadera; claro...llevará un poco de tiempo, y de lectura, y de paciencia, y de comprensión...la "caja de cambios" se lo merece...pero, no la "caja de cambios", donde se cambian "verdes"...esos "verdes" que ya estamos requeteacostumbrados a verlos y palparlos, y negociar con ellos...diríamos mejor...la caja de velocidades...que es el nexo entre el motor, que genera potencia, y las ruedas, que es donde aplicamos dicha potencia, y de allí al piso o terreno, donde esa potencia la podemos "negociar"...como se hace con los "verdes"...el prólogo es simple y hacia el vamos...

La caja de velocidades es un dispositivo mecánico que se interpone entre el motor y las ruedas tractoras, para modificar el número de revoluciones de las mismas e invertir el sentido de giro, cuando las necesidades de la marcha de un vehículo, así lo requieran.

Actúa, por lo tanto y prestar atención a esto, como transformador de velocidad y convertidor mecánico de par motriz...ahora bien, si un motor de combustión interna transmitiera la fuerza, o par, o potencia que genera, a las ruedas, probablemente sería suficiente para que el vehículo se moviese en terreno plano y llano...pero, al subir una pequeña pendiente, la resistencia a rodar, o par resistente aumentaría...entonces, el motor no tendría suficiente fuerza para continuar a la misma velocidad, disminuyendo esta gradualmente, el esfuerzo cada vez es mayor, lo mismo que la pérdida de potencia, y podría llegar a pararse...para evitar esto y poder superar el par resistente, es necesario colocar un artefacto que permita hacer variar el par motor, según las necesidades de marcha.

Resumiendo, con la caja de cambios se "disminuye" o "aumenta" la velocidad del vehículo y de igual manera, "aumenta" o "disminuye" la fuerza del vehículo.

Como el par motor se transmite a las ruedas tractoras  y origina en ellas, una fuerza de impulsión, que vence las resistencias que se oponen al movimiento, la potencia transmitida (Wf) debe ser igual, en todo momento, a la potencia absorbida en la llanta; es decir...

Cm = par desarrollado por el motor

Cr = par resistente en las ruedas

n = número de revoluciones en el motor

n1 = número de revoluciones en las ruedas

De no existir la caja de velocidades, el número de revoluciones del motor (n), se transmitirá íntegramente a las ruedas (n = n1), con lo cual, el par a desarrollar por el motor (Cm), sería igual al par resistente en las ruedas tractoras (Cr).

Según esto, si en algún momento el par resistente (Cr) aumentara, habría que aumentar  igualmente la potencia del motor, para mantener la igualdad Cr = Cm.

En tal caso, se debería contar con un motor de una potencia exagerada, capaz de absorber en cualquier circunstancia los diferentes regímenes de carga que se originan en las ruedas durante un desplazamiento (subidas, tipos de caminos, vientos, etc.)

La caja de cambios, por lo tanto, se coloca en los vehículos para obtener, por medio de engranajes, el par motor necesario en las diferentes condiciones de marcha, aumentando el par de salida a cambio de reducir el número de revoluciones en las ruedas. Con la caja de velocidades se logra mantener, dentro de unas condiciones óptimas, la potencia desarrollada por el motor.

Relación de transmisión

Según la fórmula expresada anteriormente, los pares de transmisión son inversamente proporcionales al número de revoluciones...

En consecuencia, la relación (n/n1) es la desmultiplicación que hay que aplicar en la caja de cambios para obtener el aumento de par necesario en las ruedas, que está en función de las ruedas dentadas o engranajes, que , valga lo dicho, engranan entre sí, o del número de dientes de los mismos.

Cálculo de velocidades para una caja de cambios

Para calcular las distintas relaciones de desmultiplicación que se deben acoplar en una caja de cambios, hay que establecer las mismas en función del par máximo transmitido por el motor, ya que dentro de este régimen, es donde se obtiene la mayor fuerza de impulsión en las ruedas.

Para ello, basta representar en un sistema de ejes coordenados, las revoluciones máximas del motor, que están relacionadas directamente con la velocidad obtenida en las ruedas, en función de su diámetro y la reducción en el puente trasero o "diferencial".

Siendo "n", el número de revoluciones máximas del motor y "n1", el número de revoluciones al cual se obtiene el par de transmisión máximo del motor (par motor máximo), dentro de ese régimen deben establecerse las sucesivas desmultiplicaciones en la caja de cambios.

Entre estos dos límites (n y n1) se obtiene el régimen máximo y mínimo en cada desmultiplicación para un funcionamiento del motor a pleno rendimiento.

Cajas de Velocidades Manuales o de "Engranajes Paralelos"

Esta caja de cambios es la más utilizada en la actualidad para vehículos de serie, por su sencillo funcionamiento. Está constituida por una serie de engranajes de acero al carbono, que se obtienen por estampado en forja, y sus dientes tallados en máquinas especiales, con un posterior tratamiento de temple y cementación, para obtener la máxima dureza y resistencia al desgaste.

Estos engranajes, acoplados en juegos de pares de transmisión, van montados sobre unos ejes paralelos, que se apoyan sobre cojinetes o rulemanes, en el interior de una carcaza, que suele ser de fundición gris o de aluminio, y sirve de alojamiento a los engranajes y demás dispositivos de accionamiento, así como de recipiente para el aceite de lubricación de todo el conjunto.

Los engranajes, dispuestos de manera que funcionen en "toma constante" para cada par de relaciones, son de dientes "helicoidales", que permiten un más silencioso trabajo y una mayor superficie de contacto, con lo cual, al ser menor la presión que sobe ellos actúa, se reduce el desgaste en los mismos. Los números de dientes del engranaje "conductor" y del "conducido" son "primos" entre sí, para repartir el desgaste por igual entre ellos y evitar vibraciones en su funcionamiento.

Ahora seguiremos con el famoso cálculo, que los preguntones de siempre se niegan a utilizar, pero que de alguna forma u otra, lo tendrán que saber si quieren tener algún resultado ventajoso...hay que partir de datos reales y para ello se utilizarán datos reales suministrados por algún fabricante, en este caso francés...

Es necesario aclarar que, por mi parte, y para que no sea tan engorroso este apunte, he utilizado el famoso "paste and copy", y por supuesto, después de algún acomodamiento técnico en las letras...

Ejemplo: Peugeot 405

Cilindrada (cc). 1998

Potencia (CV/rpm): 155/5600

Par Máximo (mkgf): 19,3/3500

Neumáticos: 195/55 R14

Relación de transmisión

rt (1er. velocidad) = 13/38 = 0,342

rt (2da. velocidad) = 23/43 = 0,534

rt (3ra. velocidad) = 25/32 = 0,781

rt (4ta. velocidad = 32/31 = 1,032

rt (5ta. velocidad) = 37/28 = 1,321

rt (M.A.: marcha atrás) = 12/40 = 0,30

Pero, además de la reducción provocada en la caja de velocidades, también tenemos que tener en cuenta, que en el puente trasero o "diferencial", hay una reducción, este dato también lo proporciona el fabricante, en el manual de uso...

rt (G.C.: grupo piñón-corona diferencial) = 0,225

Ahora, tenemos que calcular el número de revoluciones que tenemos en las ruedas tractoras, después de la reducción de la caja de velocidades y el grupo diferencial (rt). Para ello, hay que multiplicar la relación de transmisión de cada velocidad de la caja de cambios por la relación que hay en el puente trasero:

rt (nº velocidad): es la relación de transmisión total, se calcula multiplicando la rt (caja de cambios) por la rt (diferencial o puente trasero).

Pmax: es la Potencia máxima del motor a un número de revoluciones determinado por el fabricante.

nº rpm a Pmax: se calcula multiplicando rt por nº rpm a potencia máxima.

Con estos datos, ahora, podemos calcular la velocidad del vehículo, a máxima potencia, para cada marcha de la caja de velocidades. Para calcular la velocidad del vahículo, necesitamos saber las medidas de los neumáticos y llanta, este dato, también lo proporciona el fabricante. En este caso tenemos unas medidas 195/55 R14.

Para calcular la velocidad necesitamos saber el diámetro de la rueda ( Ø ).

El diámetro de la rueda (Ø) es la suma del diámetro de la llanta más el doble del perfil del neumático.

El diámetro de la llanta es 14", para pasarlo a milímetros (mm) tenemos que multiplicar: 14"x 25,4 mm = 355,6 mm.

El perfil del neumático es el 55% de 195 (195/55) = 107,2mm

Por lo tanto, el diámetro de la rueda = Ø de la llanta + el doble perfil del neumático = 355,6 + (107,2 x 2) = 570,1 mm.

Ahora ya podemos calcular la velocidad (v) del vehículo a máxima potencia para cada una de las marchas de la caja de velocidades.

v = velocidad (km/h)

Pi = 3,14

Ø = diámetro de la rueda (en metros)

nc = nº de rpm en la rueda tractora

k = constante

Utilizando estos datos, tenemos:

Que es una constante...para simplificar cosas...digamos...

ahora, maquinita de calcular, o el excel y listo...

v (1ra. velocidad) = k x nc = 0,107 x 430,64 = 46,20 km/h

v (2da. velocidad) = k x nc = 0,107 x 672 = 71,90 km/h

v (3ra. velocidad) = k x nc = 0,107 x 974,4 = 104,26 km/h

v (4ta. velocidad) = k x nc = 0,107 x 1299,3 = 139,02 km/h

v (5ta. velocidad) = k x nc = 0,107 x 1663,2 = 177,96 km/h

v (M.A.) = k x nc = 0,107 x 371,2 = 39,71 km/h

Por lo tanto y viendo en un cuadrito...

Con estos resultados, tenemos que la velocidad máxima de este vehículo cuando desarrolla su máxima potencia es de 177,96 km/h. Este dato no suele coincidir con el que proporciona el fabricante, ya que la velocidad máxima del vehículo es mayor que la de la máxima potencia y llegaría hasta el Nº de rpm en que se produce el corte de inyección del motor (o el corte de encendido, en otros casos).

Por último, sabiendo qe este motor ofrece la máxima potencia a 5600 rpm, podemos hacer el gráfico anterior, sabiendo a que velocidad es conveniente actuar sobre la caja de cambios, y elegir la velocidad adecuada...

El par motor al igual que la velocidad, también será transformada en la caja de cambios y grupo diferencial.

Para calcularlo también se utiliza la relación de transmisión (rT).

Y se podría hacer al igual que este...en mi caso se los dejo a ustedes...y no olvidar...con cualquier software, esto se hará más fácil...pero lo principal es, saber cómo se hace...y tenerlo en cualquier cajoncito del cerebro...alguna vez le será de utilidad.