El dispositiu i el principi de funcionament de la caixa de canvis

Perquè un cotxe es mogui a la carretera, no n’hi ha prou amb tenir un motor potent i eficient sota el capó. El parell motor del cigonyal s’ha de transmetre d’alguna manera a les rodes motrius del vehicle.

Amb aquest propòsit, es va crear un mecanisme especial: una caixa de canvis. Penseu en la seva estructura i propòsit, així com en la diferència de les diferents modificacions de KP.

La finalitat de la caixa de canvis

En resum, la caixa de canvis està dissenyada per transferir el parell de la unitat de potència a les rodes motrius. La transmissió també converteix la velocitat del cigonyal de manera que el conductor pugui accelerar el cotxe sense engegar el motor a rpm màximes.

Aquest mecanisme s’adapta als paràmetres del motor de combustió interna per tal de maximitzar tot el recurs del motor sense danyar-ne les parts. Gràcies a la transmissió, la màquina pot avançar i retrocedir.

Tots els cotxes moderns tenen una transmissió que permet desactivar temporalment l’acoblament rígid del cigonyal amb les rodes motrius. Això permet que el cotxe ralenti, per exemple, apropant-se sense problemes a un semàfor. Aquest mecanisme també permet no apagar el motor quan el cotxe s’atura. Això és necessari per recarregar la bateria i per utilitzar equips addicionals, com ara un aire condicionat.

Cada proposta comercial ha de complir els requisits següents:

• Proporcionar tracció del cotxe i un consum de combustible econòmic, en funció de la potència i el volum del motor;
• Facilitat d'ús (el conductor no s'ha de distreure de la carretera quan canvia la velocitat del vehicle);
• No feu soroll durant el funcionament;
• Alta fiabilitat i eficiència;
• Dimensions mínimes (tant com sigui possible en el cas de vehicles potents).

Dispositiu de caixa de canvis

Al llarg de la història de la indústria de l’automòbil, aquest mecanisme s’ha anat modernitzant constantment, a causa del qual avui dia hi ha una gran varietat de transmissions que presenten moltes diferències significatives.

El dispositiu de qualsevol caixa de canvis inclou:

• Habitatge. Conté totes les parts necessàries que asseguren l'acoblament del motor a l'eix motriu, des del qual la rotació es subministra a les rodes.
• Dipòsit de petroli. Atès que en aquest mecanisme les parts entren en contacte entre si sota una forta càrrega, la lubricació assegura el seu refredament i crea una pel·lícula d’oli que protegeix contra el desgast prematur dels engranatges.
• Mecanisme de transmissió de velocitat. Segons el tipus de caixa, el mecanisme pot incloure eixos, un conjunt d'engranatges, un engranatge planetari, un convertidor de parell, discos de fricció, corretges i politges.

Classificació KP

Hi ha diversos paràmetres segons els quals es classifiquen totes les caselles. Hi ha sis signes d’aquest tipus. En cadascun d’ells, el parell es subministra a la roda motriu segons el seu propi principi i té un mètode diferent de selecció de marxes.

Mitjançant la transmissió del flux de potència

Aquesta categoria inclou els següents KP:

• Caixa de canvis mecànica. En aquesta modificació, la presa de força es realitza mitjançant una transmissió d'engranatges.
• Caixa de canvis amb eixos coaxials. La rotació també es transmet a través d’un tren d’engranatges, només els seus elements es fabriquen en forma cònica o cilíndrica.
• Planetari. La transmissió de la rotació es realitza a través d’un conjunt d’engranatges planetaris, els engranatges dels quals es troben en un pla.
• Hidromecànica. En aquesta transmissió, s'utilitza una transmissió mecànica (principalment de tipus planetari) junt amb un convertidor de parell o un acoblament de fluid.
• CVT. Es tracta d’un tipus de caixa de canvis que no utilitza cap transmissió per passos. Molt sovint, aquest mecanisme funciona conjuntament amb un acoblament de fluid i una connexió de corretja.

Pel nombre d’eixos principals amb engranatges

Quan es classifiquen les caixes de canvis pel nombre d’eixos, es distingeixen:

• Amb dos eixos i engranatge d'una sola etapa de l'eix. No hi ha cap transmissió directa en aquestes transmissions. Molt sovint, aquestes modificacions es poden trobar als cotxes amb tracció davantera. Alguns models amb motors muntats posteriorment també tenen una caixa similar.
• Amb tres eixos i engranatge de l'eix en dues etapes. En aquesta categoria, hi ha versions amb eixos coaxials i no coaxials. En el primer cas, hi ha una transmissió directa. En secció transversal, té unes dimensions més petites i una longitud lleugerament més gran. Aquestes caixes s’utilitzen en cotxes amb tracció posterior. La segona subcategoria no té transmissió directa. Bàsicament, aquesta modificació s’utilitza en vehicles i tractors de tracció total.
• Amb múltiples eixos. En aquesta categoria de caixa de canvis, els eixos poden tenir un nombre d’enganxaments seqüencial o no seqüencial. Aquestes caixes de canvis s’utilitzen principalment en tractors i màquines eina. Això permet més engranatges.
• Sense eixos. Aquests punts de control no s’utilitzen en el transport ordinari. Entre aquests models hi ha versions coaxials i no alineades. S’utilitzen principalment en tancs.

Classificació de caixes d’engranatges planetaris

Les caixes d’engranatges planetaris es divideixen segons els paràmetres següents:

• Dos, tres, quatre o més graus de llibertat quan es desconnecten tots els elements de fricció;
• El tipus d’engranatges planetaris que s’utilitzen en el mecanisme és epicíclic (la corona principal té una disposició interna o externa de dents).

Per mètode de control

En aquesta categoria, hi ha aquests quadres:

• Manual. En aquests models, el conductor selecciona l’engranatge desitjat. Hi ha dos tipus de transmissions manuals: el canvi es realitza mitjançant els esforços del conductor o mitjançant un servo. En ambdós casos, el control el duu a terme una persona, només la segona categoria de la caixa de canvis té un servoaparell. Rep un senyal del conductor i, a continuació, estableix l’engranatge seleccionat. Les màquines solen utilitzar un servoaccionament hidràulic.
• Automàtic. La unitat de control electrònic determina diversos factors (el grau de pressió de l’accelerador, la càrrega provinent de les rodes, la velocitat de l’eix del cigonyal, etc.) i en funció d’això es determina a si mateixa quan ha d’engegar una marxa amunt o avall.
• Robot. Es tracta d’una caixa electromecànica. En ell, els engranatges s’encenen en mode automàtic, només el seu dispositiu és com el de la mecànica ordinària. Quan la transmissió robotitzada funciona, el conductor no participa en el canvi de marxa. La pròpia unitat de control determina quan ha d’engegar quina marxa. En aquest cas, el canvi es produeix gairebé imperceptiblement.

Pel nombre d'engranatges

Aquesta classificació és la més senzilla. En ell, totes les caixes es divideixen pel nombre d'engranatges, per exemple, quatre, cinc sis, etc. Aquesta categoria inclou no només els models manuals, sinó també els automàtics.

Tipus de transmissió

La classificació més habitual és pel tipus de caixa:

• Mecànica. En aquests models, la selecció i el canvi de marxa es realitzen íntegrament pel conductor. Bàsicament es tracta d'una caixa de canvis amb diversos eixos, que funciona a través d'un tren d'engranatges.
• Màquina. Aquesta transmissió funciona en mode automàtic. La selecció d’un equip adequat es basa en els paràmetres que mesura el sistema de control de la caixa de canvis.
• El robot és una mena de caixa de canvis mecànica. El disseny d’aquesta modificació pràcticament no és diferent de la mecànica convencional: té un embragatge i els engranatges es comprometen a través de la connexió de l’engranatge corresponent a l’eix impulsat. L’ordinador només controla el control d’engranatges i no el conductor. L’avantatge d’aquesta transmissió és el canvi més suau possible.

Caixes de canvis específiques de disseny

A més de les transmissions conegudes, també es poden utilitzar modificacions úniques als vehicles. Aquest tipus de caixes tenen un disseny específic i, amb ell, el seu propi principi de funcionament.

Bezvalnaya KP

Les transmissions que no utilitzen eixos premuntats s’anomenen sense eix. En el seu disseny, tenen diverses files d’engranatges situats en dos eixos paral·lels. Els engranatges es connecten bloquejant els embragatges.

Els engranatges estan situats en dos eixos. Dos d’ells estan fixats estretament: al líder s’instal·la a la primera fila i al seguidor, a l’última. Els engranatges intermedis situats sobre ells poden exercir el paper de motor o de tracció, en funció de la relació d'engranatges generada.

Aquesta modificació permet augmentar la relació de transmissió en ambdues direccions. Un altre avantatge d’aquesta transmissió és l’augment de la potència de la caixa. Un dels inconvenients més greus és la presència obligatòria d’un sistema automàtic auxiliar amb l’ajut del qual es realitzen canvis d’engranatges.

Caixa de canvis no sincronitzada

Un altre tipus de caixes específiques és una no sincronitzada o que no té sincronitzadors al disseny. Pot ser un tipus de malla permanent o tipus d'engranatge lliscant.

Per canviar de marxa en una caixa d’aquest tipus, el conductor ha de tenir una certa habilitat. Ha de ser capaç de sincronitzar independentment la rotació d’engranatges i acoblaments, determinant el temps de transició d’engranatges a engranatges, així com igualar la velocitat de rotació del cigonyal amb l’accelerador. Els professionals es refereixen a aquest procediment com a refàs o doble pressió de l’embragatge.

Per realitzar un desplaçament suau, el conductor ha d’experimentar-se en l’operació d’aquests mecanismes. Un tipus de transmissió similar s’instal·la en tractors americans, motocicletes, de vegades en tractors i cotxes esportius. En les transmissions no sincronitzades modernes, l’embragatge es pot ometre.

Caixa de canvis de lleva

Les caixes de càmeres són una mena de model no sincronitzat. La diferència és la forma de les dents de mallat. Per millorar l'eficiència de la caixa de canvis, s'utilitza una forma rectangular o un perfil de lleva de les dents.

Aquestes caixes són molt sorolloses, per tant s’utilitzen en vehicles lleugers principalment en cotxes de carreres. Durant la competició, no es presta atenció a aquest factor, però en un cotxe normal aquesta transmissió no proporcionarà l'oportunitat de gaudir del viatge.

KP seqüencial

Una caixa de canvis seqüencial és un tipus de transmissió en què el canvi descendent o ascendent es realitza exclusivament per un pas. Per fer-ho, s’utilitza un mànec o un interruptor de peu (en motocicletes) que permet moure l’engranatge a la cistella només una posició cada vegada.

Una transmissió automàtica com Tiptronic té un principi de funcionament similar, però només imita l’acció d’aquesta transmissió. La clàssica caixa de canvis seqüencial s’instal·la als cotxes F-1. La velocitat de commutació en ells es realitza mitjançant palanques.

CP preselectiu

A la versió clàssica, la caixa de canvis preseleccionada requeria una selecció preliminar de la següent marxa abans que la caixa de canvis canviés a ella. Sovint semblava així. Mentre el cotxe es movia, el conductor va posar la següent marxa al selector. El mecanisme es preparava per canviar, però ho va fer per ordre, per exemple, després de prémer l’embragatge.

Anteriorment, aquestes caixes de canvis es feien servir en equipament militar amb transmissió no sincronitzada, sense eix o planetària. Aquestes modificacions de caixes van facilitar el funcionament de mecanismes complexos fins que es van desenvolupar caixes sincronitzades mecàniques i automàtiques.

Actualment s’utilitza una caixa de preselecció, però es coneix més com a transmissió de doble embragatge. En aquest cas, el propi ordinador prepara la transició a la velocitat desitjada connectant per endavant un eix adequat amb l’engranatge enganxat al disc no fixat. Un altre nom d’aquest tipus en el seu disseny modern és un robot.

Elecció de la caixa de canvis. Què és millor?

Moltes de les caixes de canvis que s’indiquen només s’utilitzen en equips especials o en màquines eina. Les principals caixes de canvis que s’utilitzen àmpliament en el transport lleuger són:

• Transmissió manual. Aquest és el tipus de transmissió més senzill. Per tal que el moviment de rotació es transmeti des de la unitat de potència a l’eix de la caixa de canvis, s’utilitza una cistella d’embragatge. En prémer el pedal, el conductor desconnecta l’eix motor de la caixa del motor, cosa que li permet seleccionar un engranatge adequat per a una velocitat determinada sense perjudicar el mecanisme.
• Transmissió automàtica. El parell del motor es subministra mitjançant una transmissió hidràulica (convertidor de parell o acoblament de fluid). El fluid de treball actua com a embragatge del mecanisme. Condueix, per regla general, una caixa de canvis planetària. Tot el sistema està controlat per una unitat de control electrònic que analitza les dades de molts sensors i selecciona la relació de transmissió en conseqüència. Entre les caixes automàtiques, hi ha moltes modificacions que utilitzen diferents esquemes operatius (segons el fabricant). Fins i tot hi ha models automàtics amb control manual.
• Transmissió robòtica. Aquests KP també tenen les seves pròpies varietats. N’hi ha de tipus elèctric, hidràulic i combinat. Per disseny, el robot és bàsicament similar a una transmissió manual, només amb un doble embragatge. El primer subministra el parell motor des de les rodes motrius, mentre que el segon prepara automàticament el mecanisme per accionar el següent engranatge.
• Transmissió CVT. En una versió comuna, el variador consta de dues politges, que estan interconnectades per una corretja (una o més). El principi de funcionament és el següent. La politja s’expandeix o llisca i fa que la corretja es mogui cap a un element de diàmetre més gran o menor. A partir d’això, la relació de canvis canvia.

Aquí teniu un gràfic de comparació de cada tipus de caixa amb els seus avantatges i desavantatges.

Tipus de caixa:	Com funciona?	dignitat	Limitacions
MKPP	Canvi manual, engranatges sincronitzats.	Una estructura senzilla, econòmica per reparar i mantenir, estalvia combustible.	Un principiant ha d’acostumar-se al funcionament sincronitzat del pedal de l’embragatge i el gas, especialment quan s’inicia un turó. No tothom pot engegar l’engranatge adequat de seguida. Requereix un ús suau de l'embragatge.
Transmissió automàtica	La bomba hidràulica crea la pressió del fluid de treball, que acciona la turbina, i que transmet la rotació a l’engranatge planetari.	Condueix còmodament. No requereix la intervenció del conductor en el procés de canvi de marxa. Canvia d’engranatges, aprofitant al màxim tot el recurs del motor. Elimina el factor humà (quan el conductor activa accidentalment la primera velocitat en lloc de la tercera). Canvia les marxes sense problemes.	Alt cost de manteniment. La massa és superior a la de la transmissió manual. En comparació amb el tipus de transmissió anterior, aquest comportarà un major consum de combustible. L’eficiència i la dinàmica són menors, sobretot amb un estil de conducció esportiu.
Робот	El doble embragatge us permet preparar la següent marxa per enganxar-la mentre conduïu. Molt sovint, les transmissions parelles estan lligades a un grup i les senars a l’altre. Internament similar a una caixa mecànica.	Màxima suavitat de commutació. No requereix la intervenció del conductor en el procés de treball. Consum econòmic de combustible. Alta eficiència i dinàmica. Alguns models tenen la possibilitat de seleccionar el mode de funcionament.	La complexitat del mecanisme comporta una baixa fiabilitat, un manteniment freqüent i costós. Tolera malament les condicions difícils de la carretera.
Variador (CVT)	El parell es transmet mitjançant un convertidor de parell, com en una màquina automàtica. El canvi d’engranatges es realitza movent la politja de l’eix motor, que empeny la corretja a la posició desitjada, a partir de la qual augmenta o disminueix la relació de transmissions.	Canvi sense sacsejades, més dinàmic en comparació amb un automàtic convencional. Permet estalviar una mica de combustible.	No s’utilitza en unitats de potència potents, ja que la transmissió és de corretja. Alt cost de manteniment. Requereix el funcionament correcte dels sensors, dels quals es rep el senyal per al funcionament de la CVT. Tolera malament les condicions difícils de la carretera i no li agrada remolcar.

A l’hora de decidir el tipus de transmissió, cal procedir no només de les capacitats financeres, sinó de centrar-se més en si aquesta caixa és adequada per al cotxe. No en va, els fabricants de la fàbrica emparellen cada unitat de potència amb una caixa específica.

Una transmissió manual és més adequada per a un conductor actiu que entengui les complexitats del control d’automòbil d’alta velocitat. La màquina és més adequada per a aquells que els agrada la comoditat. El robot proporcionarà un consum raonable de combustible i està adaptat per a una conducció mesurada. Per als amants del funcionament més suau de la màquina, és adequat un variador.

Pel que fa a les especificacions tècniques, és impossible assenyalar la caixa perfecta. Cadascun d’ells és bo en les seves condicions i amb habilitats de conducció específiques. En un cas, és més fàcil que un principiant comenci operant diverses transmissions automàtiques; en un altre, és preferible desenvolupar l'habilitat d'utilitzar la mecànica.

Preguntes i respostes:

Com funciona la caixa de canvis? La transmissió manual consta d'un conjunt d'engranatges que formen diferents relacions de transmissió. La transmissió automàtica està equipada amb un convertidor de parell i politges de diàmetre variable (variador). El robot és un anàleg de la mecànica, només amb doble embragatge.

Què hi ha dins de la caixa de canvis? Dins de qualsevol caixa de canvis hi ha un eix motriu i un eix conduït. Segons el tipus de caixa, als eixos s'instal·len politges o engranatges.