CAMBIO - Definición - Significado

Su función y el principio en que se basa • En 1887 fue patentado el primer sistema por Karl Benz • Los diversos tipos • Cómo se proyecta y construye un cambio de velocidades • Consejos prácticos para llevar a cabo una conducción correcta • Los defectos y la manutención

El cambio de velocidades, comúnmente y de forma más sintetizada designado con la simple palabra «cambio», es un mecanismo capaz de variar convenientemente la relación entre el número de revoluciones del motor y el de las ruedas motrices de un vehículo.

Su función específica es la de adecuar el par del motor a la resistencia que presenta el vehículo bajo las diversas condiciones de marcha. A tal fin, nos basta la sola actuación sobre el órgano de regulación, es decir el acelerador, puesto que con esto no se consigue el correcto y pleno aprovechamiento de las posibilidades que ofrecen los motores con ciclo de Otto o Diesel. Las curvas características de los motores, o sea los diagramas de su potencia y de su par en función del número de revoluciones por minuto, no representan en realidad el ideal para las exigencias de la tracción. Por ejemplo, la curva del par de un motor de gasolina normal presenta un máximo (figura 1) a un cierto número de revoluciones nc, llamado régimen de par máximo, y es cóncava vista desde abajo (este trazado lo determina esencialmente la variación del rendimiento volumétrico).

A regímenes inferiores al de par máximo el funcionamiento del motor es inestable: si, por cualquier causa externa, como por ejemplo una cuesta, aumenta el par resistente, se rompe el equilibrio entre par motor y par resistente y disminuye el número de revoluciones del motor; con ello, disminuye a su vez el par motor, agravándose ulteriormente el equilibrio entre demanda y suministro de potencia y el motor quedaría parado. En realidad, la curva del par motor más bien se achata al alcanzar regímenes próximos al de par máximo, por lo que el funcionamiento del motor es aceptable a partir de un cierto número de vueltas nn. Naturalmente será posible aumentar el suministro de potencia, actuando sobre el acelerador, con lo que se logra una curva de par más elevada. Cuando se marcha consumiendo el máximo de potencia, no hay modo de intervenir y no es posible evitar el fenómeno arriba descrito. En el tramo descendente del par, o sea por encima del régimen de par máximo, el funcionamiento se estabiliza: si aumenta la demanda de par, disminuye n, aumenta el par motor y se logra el nuevo equilibrio; por el contrario, si disminuye el par resistente el motor se acelera, disminuye el par motor y se restablece el equilibrio a un nuevo régimen, superior al preexistente. No obstante, hay también un límite máximo de velocidad de rotación del motor, rebasado el cual se perjudica la integridad de los órganos mecánicos.

Por tanto, el motor puede funcionar aceptablemente dentro de un intervalo de regímenes más bien limitado: he aquí, pues, la necesidad manifiesta del cambio. Si se dispusiera de una sola relación de transmisión, adaptada por ejemplo a la marcha normal o a la velocidad máxima, desaparecería toda una vasta gama de velocidades; en particular, sería imposible una maniobra de arranque correcta, a pesar de la utilización del embrague. Por otra parte, el funcionamiento del motor en condiciones de máxima potencia, o bien de mínimo consumo, sólo seria posible a una determinada velocidad del vehículo: resultaría limitado en extremo el campo de aprovechamiento del motor.

Los fundamentos en que se basa el cambio aparecen evidentes, considerando dos engranajes de la transmisión entre motor y ruedas. A una cierta potencia transmitida entre los dentados corresponden dos pares (o momentos) diferentes, directamente proporcionales a los radios respectivos -por tanto, al respectivo número de dientes-, mientras que las velocidades angulares, o el número de revoluciones por unidad de tiempo, son inversamente proporcionales a ellos. Si se adopta una alta relación de transmisión (relación entre el número de vueltas del motor y el de las ruedas), podrá utilizarse el motor, por ejemplo, a régimen de potencia máxima aun manteniendo el vehículo a baja velocidad, y también será posible marchar con el motor a regímenes superiores a no, es decir, dentro del tramo estable de la curva de par, con el vehículo a velocidad muy limitada. Por el contrario, adoptando una relación de transmisión baja, podrán alcanzarse altas velocidades con el vehículo, sin rebasar por ello el régimen máximo.

Por tanto, el cambio es un mecanismo capaz de efectuar, dentro de la cadena de ruedas dentadas a través de la cual se realiza la transmisión, el paso de una combinación de engranajes a otras de diversa relación de transmisión; análogas consideraciones valen para cambios de distinta concepción, realizados en el curso de la evolución del automóvil.

Fue Karl Benz el primero en preocuparse del problema del cambio de la relación de velocidades para poder salvar cuestas pronunciadas. Ideó un dispositivo de cambio, llamado kripto (patente alemana DRP 43.638, que le fue concedida el 8 de abril de 1887); se componía de un tren de engranajes epicicloidales, que proporcionaba dos combinaciones: una de reducción y otra de transmisión directa, además de la marcha atrás.

La introducción en el campo automovilístico del primer cambio de engranajes corredizos se debe a Qottlieb Daimler y a Wilhelm Maybach; tuvo extraordinaria difusión durante el período 1894-1896, especialmente en los automóviles Panhard & Levassor propulsados por motores Daimler.

Cambio de engranajes desplazables

Los primeros cambios por engranajes eran de piñones desplazables (balador). Los esquemas adoptados eran esencialmente dos: de tres y de dos árboles. En el primero, se transmitía el movimiento, mediante un primer engranaje constante, del árbol primario o de entrada (solidario del cigüeñal) al árbol intermediario, sobre el cual iban montadas -de forma fija- una serie de ruedas dentadas. Del intermediario se transmitía el movimiento a un tercer árbol, llamado secundario (de salida), unido al par cónico y al diferencial. El secundario estaba alineado con el primario, y sus piñones podían ser desplazados axilmente, pero eran obligados a girar por medio de las estrías del árbol. Mediante el mando, cada una de las ruedas podía ser desplazada por turno para engranar con la correspondiente rueda del árbol intermediario. En la posición de punto muerto ninguno de los piñones del intermediario engranaba con los del secundario, la transmisión quedaba interrumpida y el vehículo podia permanecer parado aun con el motor en marcha.

Con este esquema era posible efectuar la toma directa: una de las ruedas del árbol estriado llevaba unos dientes frontales, que permitían su unión —sin que interviniera la correspondiente rueda del intermediario— directamente con la rueda del primario, dotada asimismo de dientes frontales. Primario y secundario venían a ser solidarios, sin partes en movimiento relativo, y con ello se obtenían notables ventajas desde el punto de vista del rendimiento, eliminando las pérdidas debidas a la transmisión por engranajes.

El segundo esquema se componía exclusivamente de dos árboles: el primario y el secundario, uno de ellos estriado y con piñones deslizables axilmente y el otro con piñones ensamblados. En este caso era imposible realizar la transmisión directa.

En ambos casos, para facilitar la entrada de las marchas, los dientes debían ser achaflanados. Para la marcha atrás, para la cual basta de ordinario una sola velocidad, había que invertir el sentido de rotación del árbol secundario, que no era accionado directamente por el primario o por el intermediario, sino mediante un árbol especialmente dispuesto de reenvío equipado con uno o dos piñones. En el primer caso, el piñón era interpuesto entre las dos ruedas de la primera velocidad: el movimiento resultaba invertido, pero la velocidad de la marcha atrás era igual a la de la primera. En el segundo caso, mientras el primer piñón engranaba con la rueda de la primera velocidad del intermediario, el segundo, de diámetro menor, lo hacía con la rueda correspondiente del secundario: la marcha atrás resultaba reducida con respecto a la primera. El cambio por engranajes desplazables fue el más difundido hasta los años treinta, pero después fue casi abandonado debido a algunas desventajas que comportaba con respecto al sistema de engranajes en toma constante. Sobre todo, al entrar una marcha, girando los piñones correspondientes a velocidades periféricas diferentes, se producía una sacudida, soportada a veces por las cabezas de uno o dos dientes solamente; el dentado estaba sometido así a esfuerzos excesivos y a un rápido desgaste, aun cuando, para robustecer los dientes, se recurría a módulos (relación entre diámetro primitivo y número de dientes de una rueda dentada) bastante elevados.

Otra desventaja del cambio por engranajes desplazables era la imposibilidad de la sincronización, al estar todos los piñones vinculados al movimiento rotatorio de los árboles, lo que ha resultado decisivo para su casi total abandono.

Cambio de engranajes en toma constante

En el cambio por engranajes en toma constante, el más difundido actualmente, cada uno de los pares de engranajes, correspondientes a las distintas marchas, está constituido por un piñón rígidamente ensamblado a su árbol y por otro que gira libre, no desplazable axilmente. Por tanto, ambos piñones permanecen engranados entre sí, o sea, en toma constante. Cuando no está puesta la marcha, no se transmite potencia entre los dos piñones, precisamente por girar loco uno de ellos. En el momento de entrar la marcha, este piñón se hace solidario de su árbol mediante un desplazable unido prismáticamente al mismo eje, por medio de estrías, y gobernado por la horquilla. El acoplamiento entre el desplazable y el piñón respectivo se efectúa por medio de dientes, que pueden ser frontales o periféricos. Con la primera solución los dientes frontales del. desplazable encajan con los respectivos dientes, igualmente frontales, del piñón libre; con la segunda, los dientes periféricos del desplazable, exteriores, vienen a encajar en el dentado correspondiente, interior, del mismo piñón; a veces, se construye el desplazable con dientes interiores y el piñón con dentado externo. Para la transmisión directa, uno de los desplazables hace solidario el piñón de salida del primario con el árbol secundario.

Con ello, los piñones libres están dotados de dos dentados distintos: uno, periférico, para la transmisión del movimiento del primario al secundario a través del árbol intermediario; el otro, frontal o periférico, para la conexión de las marchas. El choque en el momento del acoplamiento no lo soportan así uno o dos dientes solamente, sino todo el dentado destinado exclusivamente a esta función, con gran beneficio para el dentado principal periférico en engranaje constante.

En estos cambios de velocidades se adoptan comúnmente engranajes de dientes helicoidales (son más silenciosos que los de dientes rectos y permiten un contacto lateral más completo entre sus dientes, aunque producen cierto empuje axil); las ruedas de los árboles primario y secundario poseen los dientes oblicuos en el mismo sentido, opuesto al que tienen los de las ruedas del árbol intermediario. Para lograr un perfecto equilibrio de los empujes axiles la inclinación de los dientes ha de variar de un par de engranajes a otro, al ser diferentes los diámetros.

La construcción del cambio por engranajes en toma constante, que presenta las mismas dificultades o menores que la del tipo de piñones desplazables, resulta algo más cara. No obstante, esta ligera desventaja es ampliamente compensada por la posibilidad de aplicación de dispositivos sincronizadores. Para ahorrar uno o más piñones, en algunos cambios económicos la primera velocidad y la marcha atrás se obtienen con piñones desplazables, conforme al esquema ya explicado. Esto también permite evitar que los piñones de esas marchas que se usan con menor frecuencia, giren libres continuamente, a considerable velocidad relativa con respecto al árbol, y por tanto con notable desgaste por rozamiento. Esta solución, en la cual resulta algo difícil entrar la primera velocidad cuando el vehículo no está parado, va cayendo en desuso, pues se prefiere disponer también de primera sincronizada.

Cambios sincronizados

Tanto en los cambios de piñones desplazables como en los de toma constante, el acoplamiento de una marcha debe ir precedido del desembrague. Sin embargo, esto no evita choques perjudiciales entre los dientes, a menos que el conductor, dotado de pericia y sensibilidad, recurra a maniobras de relativa dificultad, como el doble embrague.

Por el contrario, puede obtenerse una maniobra de cambio satisfactoria mediante la adopción de acoplamientos sincronizadores, posibles solamente en los tipos por engranajes en toma constante. En este caso, los piñones libres y los desplazables estriados están provistos, además de dientes, también de conos de embrague. El primer contacto entre rueda y desplazable en el momento de entrar una marcha, se efectúa precisamente entre estos conos de embrague, y sólo cuando, tras el resbalamiento inicial, se igualan por el roce las velocidades de rotación de rueda y desplazable, tiene lugar el encaje de los dientes, que así se produce suavemente. El dentado de acoplamiento sigue siendo indispensable; de hecho, los sincronizadores entran en función sólo cuando está desembragado el motor y, por tanto, no se transmite potencia del primario al secundario: son, pues, de construcción relativamente simple y económica. Si se quisiera confiar a acoplamientos por sincronizadores de transmisión de toda la potencia motriz, la construcción de la caja de cambios resultaría muy complicada y engorrosa, y de peso y costo excesivos.

En los cambios sincronizados, los dientes destinados al acoplamiento del desplazable con la correspondiente rueda del secundario suelen ser periféricos, interiores o exteriores, bien distintos del dentado principal destinado únicamente al engrane del piñón del secundario con el correspondiente del intermediario. Como ya se ha dicho, se ha generalizado la sincronización de todas las marchas adelante, y sólo en los utilitarios la primera está dotada de entradas de dientes suavizadas; en algunos coches de lujo se sincroniza incluso la marcha atrás.

Naturalmente, también para los cambios sincronizados -como en los de balador y en los de engranajes en toma constante no sincronizados-son posibles dos soluciones: la de tres árboles, a la cual ya se ha hecho referencia, y la de dos árboles únicamente, muy apropiada sobre todo cuando el diferencial forma un solo bloque con la caja de cambios.

Cambios de acoplamiento rápido

Los cambios no sincronizados son ya de rara aplicación en el campo de los automóviles de serie: entre los escasos ejemplos hay que citar el Fiat 500, en el cual esta opción se debe con preferencia a motivos económicos. En cambio, se aplican corrientemente a vehículos pesados y a los de competición, sobre todo por razones de robustez.

La mayor parte de los coches para competición llevan tipos de cambios especiales no sincronizados, llamados de acoplamiento o engrane rápido. Los dientes de los acoplamientos entre desplazables y piñones libres son frontales y de forma cuidadosamente estudiada para facilitar su rápido encaje y para limitar los efectos que, en caso contrario, originaria el desgaste.

En las manos expertas de los pilotos, estos cambios permiten maniobras velocísimas con un uso limitado del embrague.

Dentro de esta tendencia constituye una excepción el Porsche, equipado con sincronizadores de patente propia, de anillos de doble conicidad que tienen, entre otras, la ventaja de impedir por sí mismos el desacoplamiento espontáneo de las marchas una vez colocadas, sin requerir los dispositivos especiales usualmente utilizados por tal fin.

Los cambios para coches de competición están construidos generalmente con piñones de dientes rectos, con el fin de evitar dispersiones de potencia; obviamente, en este campo no es un requisito indispensable un funcionamiento silencioso.

Cambios epicicloidales

Los cambios epicicloidales utilizan un tren más o menos complejo de engranajes epicicloidales, que permite varias posibilidades de reducción para la marcha adelante, y una marcha atrás, mediante la actuación sobre diversos órganos de freno, embrague y ruedas libres, por mandos mecánicos, electromagnéticos o hidráulicos. La toma directa se posibilita haciendo girar solidariamente todo el conjunto de engranajes.

Los cambios epicicloidales se aplicaron frecuentemente en los primeros coches norteamericanos. Sus estructura era relativamente simple, se empleaban metales normales y no requerían tratamientos onerosos; los cojinetes eran de bronce y la construcción era, por tanto, de coste reducido. En cuanto a los cambios por balador de aquella época eran más fáciles de maniobrar, pero presentaban la desventaja de proporcionar solamente dos marchas adelante y una marcha atrás. Sólo a costa de notables complicaciones podían construirse cajas de tres velocidades (Cadillac, 1906). Eran frecuentes las averías y el funcionamiento ruidoso. Cuando los cambios por balador alcanzaron un alto grado de perfección, se abandonaron en los Estados Unidos los cambios epicicloidales (pero el Ford T lo siguió utilizando hasta 1928), para ser adoptados de nuevo poco después en Europa (cambios Wilson y Cotal), en las transmisiones semiautomáticas y con preselector. Los cambios epicicloidales presentan una notable ventaja: su funcionamiento no requiere el desplazamiento de los piñones ni de los manguitos desplazables; lo que los hace especialmente aptos para la utilización de automatismos. Por este motivo se han difundido al afianzarse la transmisión *automática. Su funcionamiento es en la actualidad plenamente satisfactorio, debido a los perfecionamientos introducidos, adoptándose de modo corriente cambios epicicloidales de 3 y 4 relaciones y marcha atrás.

Número de marchas y elección de las relaciones

La elasticidad del motor es obviamente decisiva para la elección del número de marchas: un motor poco elástico requiere un número mayor de velocidades.

Un coche de carreras, por ejemplo, cuyo motor debe girar siempre al límite de su potencia máxima, requiere un cambio con un número elevado de marchas, en general cinco o seis. En los coches normales se adoptan usualmente cuatro marchas adelante y una marcha atrás, que con frecuencia se elevan a cinco en los coches de calidad o en los más veloces. Un número mayor de marchas no sería conveniente, por cuanto comportaría cajas de cambios complejas y caras, y obligaría al conductor a maniobras demasiado frecuentes, haciendo molesta la conducción. Mientras que en el pasado eran comunes los cambios de tres, o incluso de dos marchas solamente, hoy el recurso a las tres marchas se reserva en Europa, salvo raras excepciones, a los cambios automáticos, puesto que esa solución sería inadecuada para los motores actuales, más bien potenciados y no muy elásticos. Los cambios mauales de tres marchas se utilizan todavía en los coches norteamericanos, notoriamente dotados de motores de gran cilindrada, con curva de par aplanada, encendido menos avanzado y más elásticos que los europeos. También se adopta un reducido número de marchas en ciertos coches de competición, destinados a circuitos donde no es muy apreciable la diferencia entre las velocidades mínima y máxima (como, por ejemplo, Indianápolis).

En los vehículos pesados destinados al transporte de personas o de mercancías (sin transmisión hidráulica) que, dadas sus características, requieren siempre un par motor muy elevado, se recurre con frecuencia, antes que al aumento del número de las marchas, a la adopción de un reductor montado a la salida del cambio. Acoplando o desacoplando este último se duplica prácticamente el número de marchas disponibles, con una construcción bastante simple en su conjunto.

Un problema muy delicado en el proyecto de un cambio lo constituye la determinación de las relaciones. La primera elección concierne a la relación de desmultiplicación correspondiente al par cónico: de la distribución de la reducción entre éste y el cambio dependen en realidad la economía y la complejidad de este último. La relación total de desmultiplicación estará constituida por el producto de la del cambio por la del par cónico. Así vienen determinadas las relaciones de la cuarta velocidad y de la primera; la relación de la cuarta (o de la quinta, si las marchas son cinco), se elige de forma que el vehículo pueda alcanzar la máxima velocidad para la que ha sido construido, al bajar por una pendiente del orden del 2-3 %: si el vehículo pudiese alcanzar la máxima velocidad en llano, una vez en ligero descenso, difícilmente perceptible para el conductor, podría obligar inadvertidamente al motor a un giro excesivo con sus efectos perjudiciales. La relación de la primera velocidad está determinada por las condiciones que permiten vencer con una marcha estable una cuesta muy pronunciada, que en especiales circunstancias pueda encontrar el coche.

Las relaciones intermedias se eligen de modo que entre una marcha y otra no queden «huecos», es decir ascensiones imposibles de salvar, a potencia máxima, con ninguna de las dos marchas.

La sucesión geométrica de las relaciones, a la que parecería más obvio recurrir, no es la idónea para la tracción del automóvil. Es preciso tener presente que a velocidad baja es poco perceptible la resistencia del aire; por ello será posible extender el límite inferior de utilización de la primera; pasando a marchas superiores y aumentando, por tanto, la velocidad, será preciso aumentar de una a otra este límite inferior, debiendo proporcionar el motor la potencia suficiente para vencer la creciente resistencia del aire. Igualmente podrá preferirse disponer, por ejemplo, de una tercera «larga», para facilitar los adelantamientos, y de una cuarta más bien «corta».

En los cambios de cinco velocidades, si la cuarta funciona en toma directa, la quinta es una «multiplicada» (frecuentemente se llama también «superdirecta»): es decir, su relación es inferior a la unidad. De esta forma se puede rodar largo tiempo a gran velocidad, en particular por autopistas, manteniendo el motor a regímenes poco elevados y, por tanto, sin riesgo; con ello se obtiene también notable economía en el consumo de carburante. En este caso, el intervalo entre la velocidad máxima en quinta y la obtenida en cuarta será, generalmente, más bien pequeño, a veces incluso negativo: ello es debido a que el equilibrio entre la potencia resistente, que se opone al movimiento, y la potencia motriz, se consigue con el vehículo a velocidades que pueden ser inferiores a la correspondiente a la de régimen de máxima potencia; aparte de ello, la capacidad de aceleración en quinta velocidad no resultará muy brillante.

Antes de adoptar una quinta marcha se puede recurrir, con los mismos fines, al overdrive (sobremarcha) para la cuarta e incluso para la tercera. El overdrive funciona substancialmen-te de forma contraria a un reductor: al conectarlo, la relación de la cuarta (1:1 en toma directa), resulta multiplicada por una relación inferior a la unidad, y el motor puede girar a regímenes moderados marchando el vehículo, no obstante, a altas velocidades. Entre los inconveniente principales del overdrive, cabe destacar una mayor complicación en el manejo y un acoplamiento poco expedito.

Cambios de velocidades poco espaciadas

En los coches de competición se varían las combinaciones o relaciones de acuerdo con las características del recorrido del circuito, usándose frecuentemente cambios de velocidades poco espaciadas, llamados así por el hecho de que el escalonamiento de las relaciones de las diferentes marchas es muy poco espaciado. Ello se debe a que en algunos circuitos se corre siempre a velocidades muy elevadas, por lo que es preferible renunciar a la utilización del motor en las velocidades cortas del vehículo, para disponer, en compensación, de un mayor número de marchas para las altas velocidades; y viceversa, si el circuito es lento, es inútil que la máquina pueda alcanzar velocidades muy altas. En general, es preferible disponer de relaciones bastante cortas, con las que podrán obtenerse buenos tiempos en tramos mixtos; en los tramos más veloces será necesario entonces «despegarse» con anticipación para evitar velocidades de rotación excesivas, pero no se perderá lo ganado en el mixto.

Defectos de los cambios normales por engranajes

El defecto fundamental de la caja de cambios moderna reside en la limitación del número de marchas: lo ideal sería poder variar continuamente la relación de transmisión, lo que equivaldría en la práctica a disponer de un número infinito de marchas. Esto permitiría marchar, en cada velocidad, con el motor siempre al máximo de su curva de potencia, cuya magnitud sería regulada actuando sobre el acelerador. Este problema no se ha resuelto todavía de modo satisfactorio. El único cambio con variación continua de las relaciones, aplicado a automóviles, es el Variomatic de la Daf, muy práctico para el usuario, pero que aún no se ha adoptado en coches de cierta potencia, a excepción de esporádicas apariciones en los de carreras. En vehículos industriales pesados, sobre todo en los Estados Unidos, goza de renovado favor la transmisión hidrostática, también con variación continua, cuyas primeras tentativas se remontan ya a varios decenios. Por ahora se aplica poco a automóviles a causa de su peso, costo y complicación, y de su difícil manutención y reparación de las eventuales averías, aunque se prevé que pueda tener pronto cierto desarrollo. Otro defecto del cambio actual puede ser la molestia causada por el mando manual, sobre todo con tráfico intenso o por carreteras congestionadas. Con los perfeccionamientos y la difusión alcanzados en los últimos tiempos, el cambio automático ha resuelto parcialmente este problema, el cual no preocupa aún mucho a los aficionados a la conducción deportiva.

Un último inconveniente lo constituye el hecho de que el cambio manual está sujeto a los errores de quien lo maneja, cuando, por el contrario, la transmisión automática efectúa correctamente el cambio de marcha al número justo de revoluciones.

En cuanto concierne a la construcción de los cambios modernos, la caja puede fabricarse con fundición de hierro o con aluminio, sin que existan argumentos decisivos en la elección. La fundición tiene un mayor poder de amortiguamiento de las vibraciones; el aluminio permite en general un ahorro de peso y su fabricación resulta menos laboriosa. Las cajas de aluminio con nerviación adecuada, pueden alcanzar la misma rigidez que las de hierro fundido. La caja va unida solidariamente al motor; cuando el cambio presenta una posición distinta a la del motor, la caja va unida de modo elástico al bastidor o a la carrocería. Se practican en ella los alojamientos para los cojinetes, de bolas o de rodillos, para soporte de los árboles; las guías para los órganos de mando; las paredes divisorias para la distribución de la lubricación; los agujeros para la fijación de eventuales órganos auxiliares (por ejemplo, toma para el velocímetro, accionado por el secundario mediante tornillos sin fin); los orificios para la entrada y salida del aceite: el orificio de entrada sirve también para el control del nivel, y el de la salida está cubierto por un tapón magnético que atrae las impurezas metálicas que van a parar al aceite. Según el tipo de vehículo y su estructura, la caja del cambio puede contener también el diferencial, el par cónico y el convertidor de par. El embrague se aloja a veces en una campana a propósito, mientras que otras forma bloque con el cambio.

Por lo que concierne al mando del cambio, la palanca accionada por el conductor actúa sobre las barras correderas de mando, a las que desplaza al introducirse en las escotaduras montadas sobre los extremos de las mismas. Éstas, en general, en número de una a tres, accionan las horquillas, las cuales desplazan los manguitos hasta la posición deseada. Impulsados por resortes, unos fiadores de bolas se aplican contra las muescas de las barras correderas de mando, bloqueándolas ligeramente de forma que se mantengan en la posición de la marcha engranada o en punto muerto, si no actúa el conductor mediante la palanca. Dispositivos especiales de seguridad impiden el desplazamiento simultáneo de dos barras correderas y, por tanto, el engrane de dos marchas a la vez, o la tentativa de entrar una marcha sin antes desacoplar la precedente.

La disposición del cambio depende de la concepción general del coche, en particular de la posición del motor y del sistema de propulsión, delantera o trasera.

Los vehículos de concepción clásica, con el motor delantero y propulsión trasera, el cambio está situado usualmente a continuación del motor; en algunos coches se monta sobre el eje trasero, formando bloque con el diferencial, lo que comporta una distribución más racional de los pesos (por ejemplo, el Alfa Romeo Alfetta).

En los coches de tracción delantera con motor longitudinal el cambio puede ir detrás del motor (Lancia Fulvia) o delante (Renault 5): con la segunda solución el motor queda en posición más retrasada, con una distribución de los pesos más hacia el centro. Si el motor es transversal, el cambio se coloca generalmente en posición asimismo transversal, en bloque con el motor, debajo o detrás de éste: el grupo resulta compacto, pero el mando comporta algunas complicaciones.

En los automóviles con motor central longitudinal el cambio va montado detrás del motor, en voladizo; en los de motor trasero en voladizo el cambio está situado delante del motor. Si, en fin, el motor es trasero transversal, será transversal también el cambio, delante o detrás del motor mismo, según que el primero esté en voladizo (NSU) o central (Lamborghini Miura); pero también es posible la colocación en linea con el motor (Lamborghini Urraco).

En los coches de tracción delantera y en los de motor trasero, por regla general, también se incorpora el diferencial al grupo del cambio.

Manejo del cambio

La maniobra manual del cambio se efectúa mediante una palanca a propósito, la cual tiene asignada una posición para cada marcha y el punto muerto; la posición de cada marcha varía de un coche a otro; para entrar la marcha atrás es necesario usualmente presionar o alzar ver-ticalmente la palanca, antes de desplazarla, para evitar el peligro de engranar la marcha atrás por error. La palanca puede estar situada sobre el piso o en el tablero (como en algunos utilitarios Renault y Citroen) o debajo del volante. Esta última solución permite mantener libre la zona delantera del piso (pudiendo acomodar tres personas en los asientos anteriores) y tener la palanca al alcance de la mano, pero exige una serie de reenvíos en el mando del cambio, en los que inevitablemente llegan a producirse holguras, que le restan precisión. Además, la palanca en el volante resulta incómoda en las sucesiones rápidas de cambios de marcha, porque no deja mantener la mano apoyada sobre ella en los intervalos.

El manejo de un moderno camDio sincronizado no presenta dificultades ni siquiera para un conductor poco experto: basta soltar el pedal del acelerador, desembragar, llevar la palanca a la posición de la marcha deseada y embragar volviendo a pisar gradualmente el acelerador. La maniobra de un cambio no sincronizado es un poco más compleja y requiere una mayor pericia. Suponiendo, por ejemplo, que se pasa a una marcha superior, una vez se ha soltado el acelerador y desembragado, antes de llevar el engranaje desplazable o el manguito estriado a encajar con la rueda correspondiente, es preciso disminuir la velocidad angular del intermediario, de forma que tenga lugar el acoplamiento girando las ruedas a la misma velocidad periférica, evitando así la clásica «rascada» de dientes. El orden de las maniobras es, por tanto, el siguiente: 1) soltar el acelerador; 2) desembragar; 3) llevar la palanca a la posición de punto muerto; 4) volver a embragar un instante de forma que, al girar el motor en ralentí, el primario «frene» el árbol intermediario; 5) desembragar de nuevo; 6) entrar la marcha deseada; 7) soltar el pedal del embrague empezando a pisar el acelerador. En el caso de pasar a una marcha inferior, las tres primeras operaciones permanecen inalteradas; 4) volver a embragar y acelerar el primario y el intermediario con un golpe de acelerador bien dosificado; siguen las operaciones 5), 6), 7), análogamente al primer caso. (La descripción hecha se refiere a una caja de cambios con árbol intermediario, siendo válida también para los cambios de dos árboles.)

La doble acción sobre el embrague, necesaria en ambos casos, pero sobre todo al pasar a una marcha inferior (reducción), recibe el nombre de «doble embrague»; esta maniobra no resulta fácil si no se tiene una cierta experiencia y, mal efectuada, puede ser perjudicial.

El doble embrague puede efectuarse con ventaja, en todo caso también con cambios sincronizados, sobre todo en la reducción de marchas: se limitan así las sacudidas en la transmisión y el desgaste de los sincronizadores, que son más bien delicados.

Aparte de la función específica ya descrita -adecuar el par y la potencia motores a los resistentes- el cambio resulta muy útil también para moderar la marcha del vehículo en el descenso y para reducir el espacio necesario para el frenado. En el descenso, manteniendo una marcha corta, se obliga al motor a girar velozmente con la alimentación reducida al mínimo (naturalmente, con el acelerador suelto). El motor, antes que impulsar el vehículo, es impelido por él, lo que contribuye a moderar su marcha. La función de los frenos resultará así notablemente aligerada, se evitará su debilitamiento (fading) y se prolongará su duración. Como regla general, es aconsejable mantener en el descenso la misma marcha que se emplearía en la subida del mismo tramo; naturalmente será preciso evitar que el motor gire a velocidad excesiva.

En el frenado, la reducción de marchas producirá efectos análogos a los descritos. Si se efectúa el doble embrague, se deberá evitar interrumpir la acción sobre el freno para dar el acelerón (en caso contrario, el espacio de frenado podría aumentar en lugar de disminuir): se podrá actuar entonces, con el pie derecho, simultáneamente sobre el freno y sobre el acelerador (punta y tacón).

La reducción de marchas en el frenado ordinario, en correspondencia con las curvas u obstáculos que se han de salvar, resulta muy útil, entre otras cosas, porque permite tener ya seleccionada, una vez moderada la velocidad, una marcha idónea para proceder seguidamente a la aceleración, en condiciones de seguridad para cualquier eventualidad. En los frenados de emergencia se ha reducido un poco su utilidad con respecto al pasado, a causa de los progresos realizados en el sistema de frenado (servofrenos, correctores y distribuidores de frenado, dispositivos de antibloqueo de las ruedas): ante una dificultad imprevista, la utilización del cambio reducirá poco la distancia de parada, pero retrasará de todos modos el deterioro de los frenos.

Un último caso en el cual es aconsejable recurrir al cambio para frenar: cuando se marcha sobre firme helado o muy deslizante, frenar es muy peligroso; en cambio, reduciendo las marchas, con mucha suavidad y cautela, es posible moderar la marcha sin el peligro de bloquear las ruedas.

Manutención y lubricación

La lubricación de los cambios por engranajes desplazables no presentaba especiales dificultades: todas las ruedas dentadas -a excepción del piñón de la marcha atrás, loco sobre su eje- eran solidarias de sus árboles y, por tanto, no tenían rozamientos. El cárter se llenaba parcialmente de aceite, que los engranajes al girar esparcían por la caja (engrase por barboteo o salpicadura).

Para los cambios por engranajes en toma constante la lubricación por barboteo es posible también, y es en efecto la solución más frecuentemente adoptada; pero surgen mayores problemas: una parte de las ruedas van montadas libres sobre su eje y es preciso proceder, mediante canalizaciones, a la lubricación de sus acoplamientos.

Se obtienen mejores resultados con la lubricación a presión mediante bomba; esta solución es más costosa, pero permite reducir las pérdidas de rendimiento por barboteo del aceite, cuyo nivel en la caja puede mantenerse notablemente más bajo.

La manutención del cambio está prácticamente limitada a la substitución periódica del aceite, en general cada 10.000-20.000 km, pero no faltan modelos en los cuales no resulta necesario substitutir el aceite m'entras dura el vehículo.

Los aceites para cambios son distintos de los usados para motores. Entre los aditivos empleados se cuentan los de antiespuma y antidesgaste. En algunos coches -en particular, con motor transversal- el cambio forma bloque con el motor, con un único sistema de lubricación; pero a veces surgen problemas de una cierta dificultad, que la mayor parte de los constructores prefieren evitar recurriendo a cárteres independientes, en cada uno de los cuales se utiliza aceite diferente.