La caja de cambios por dentro

PASO A PASO

Del primario al manguito

1. 01

   Dos ejes y una pareja por marcha

   El eje primario recibe el giro del motor a través del embrague; el secundario lo saca hacia el grupo y el diferencial, y de ahí a las ruedas. Entre los dos, cada marcha hacia delante es una pareja de piñones, y su relación sale del número de dientes: cuanto más grande es el piñón del secundario frente al del primario, más corta es la marcha. Es la disposición de las cajas de dos ejes, la habitual en tracción delantera.

2. 02

   Piñones locos

   Es una caja de toma constante: los dientes de cada pareja están siempre en contacto. En cada pareja, un piñón va fijo a su eje y el otro gira loco, sobre un rodamiento. En punto muerto todos los locos giran arrastrados por su pareja, pero ninguno está unido a su eje, así que no transmiten. Según el diseño, unas parejas llevan el loco en el secundario (casi siempre 1.ª y 2.ª) y otras en el primario; el reel los pone todos en el secundario, que también es habitual.

3. 03

   El manguito

   Entre dos piñones locos va un cubo estriado al eje, que gira con él, y sobre el cubo, un manguito que puede deslizarse. La palanca mueve una horquilla y la horquilla empuja el manguito hacia un piñón: sus dientes interiores enganchan una corona de garras que lleva el piñón al costado (un embrague de garras, en inglés «dog clutch»). Desde ese momento el piñón queda unido al eje y esa marcha transmite.

4. 04

   El anillo sincronizador

   Las garras no pueden entrar si piñón y eje giran a velocidades distintas: rascarían. Por eso, antes, el manguito empuja un anillo cónico (a menudo de latón) contra un cono del piñón. Es un pequeño embrague de fricción: el roce frena el piñón al subir de marcha o lo acelera al bajar, junto con el primario y el disco del embrague, que van desembragados. Mientras hay diferencia, el anillo se queda un poco girado y sus dientes cortan el paso al manguito; cuando se igualan, cede y el manguito pasa.

5. 05

   La marcha atrás

   Para que el secundario gire al revés, la marcha atrás mete un tercer piñón, el intermedio, entre los dos ejes. En muchas cajas ese piñón se desplaza para engranar y no lleva sincronizador, así que si el primario aún gira al meterla, rasca. Honda, en el manual del Jazz, pide pisar el embrague y esperar unos segundos antes de meter la R, para que los piñones se paren y no rasquen. Otras cajas sí la llevan sincronizada, como la de seis marchas del Saab 9-3 de 2003.

6. 06

   La respuesta

   Al meter una marcha no engranas piñones, que ya lo estaban: deslizas un manguito. Su anillo iguala antes las velocidades del piñón y del eje, y solo entonces le deja enganchar las garras.

CÓMO FUNCIONA

Igualar antes de enganchar

Un ejemplo con relaciones redondas (1.ª 3,5:1 y 2.ª 2,0:1; cada caja tiene las suyas): en 1.ª, con el primario a 3000 rpm, el secundario va a 3000 / 3,5 = 857 rpm. El piñón loco de 2.ª, arrastrado por el primario, gira a 3000 / 2,0 = 1500 rpm. Para meter 2.ª hay que bajarlo a 857 rpm, y con él el primario: 857 × 2,0 = 1714 rpm.

Esa diferencia la come el cono del sincronizador. Al subir de marcha el piñón va más deprisa que el eje y hay que frenarlo; al bajar, va más despacio y hay que acelerarlo. En la patente US5269400 de Borg-Warner se ve el truco del anillo bloqueador: sus dientes quedan cruzados con los del manguito hasta que el roce de los conos ha igualado los giros; solo entonces el anillo gira un poco y deja pasar el manguito.

Cuanto más par hay que frenar, más superficie de roce hace falta. Por eso las marchas cortas, sobre todo en cajas que mueven mucho par, llevan a menudo sincronizadores de doble o triple cono: Mazda ya patentaba en los ochenta un doble cono para la 1.ª y la 2.ª de los camiones, donde el anillo tiene que frenar más, y la caja de seis del Saab 9-3 de 2003 lleva triple cono en 1.ª y 2.ª, doble en 3.ª, 4.ª y marcha atrás, y simple en 5.ª y 6.ª.

Antes del sincronizador, las cajas de piñones desplazables rascaban si el cambio no se hacía con cuidado (de ahí su apodo inglés, «crash box»). Cadillac llevó el sincronizador a los coches de serie a finales de los años veinte (las fuentes dan 1928 o 1929, según cuenten la presentación o el año-modelo).

EN CIFRAS

LO QUE SE OYE EN EL TALLER

Errores típicos

• SE OYEAl meter una marcha, la palanca mueve los piñones hasta que engranan.

  EN REALIDADEn las marchas hacia delante de una caja actual los piñones ya están engranados. La palanca solo desliza un manguito que une un piñón loco a su eje.

• SE OYEEl sincronizador es un engranaje más.

  EN REALIDADEs un embrague de fricción pequeño, un cono contra otro cono. No engrana nada; iguala velocidades y, mientras no lo consigue, impide que entre el manguito.

• SE OYESi rasca la marcha atrás, la caja está rota.

  EN REALIDADEn muchas cajas la marcha atrás no lleva sincronizador. Si el primario todavía gira, rasca; basta con esperar un instante con el embrague pisado, como recomiendan los fabricantes.