Viru+: El sistema de transmisión de un Formula 1 (Parte II)
11 ago 2015  
engranajes

En la primera parte te hablé del embrague de un F1. Si quieres repasarla o aún no la has leído, haz click aquí.

En esta parte te enseñaré en que consiste un elemento de la transmisión muy importante, quizá el que más. Me estoy refiriendo a la caja de velocidades o caja de cambios.

CAJA DE CAMBIOS

¿Qué es una caja de velocidades? Es un dispositivo que se interpone entre el embrague y el diferencial y que sirve para multiplicar o reducir el par motor transmitido desde el motor a las ruedas. Puede parecer lioso pero no lo es en absoluto, y te pongo un ejemplo: Cuando hay que levantar pesos grandes no se suele hacer usando la fuerza bruta, sino que se usa algún tipo de dispositivo elevador. Estos dispositivos, todos, contienen algún elemento multiplicador de par, que no es más que un elemento que multiplica la fuerza que realizamos con nuestros brazos para poder elevar la carga sin mucho esfuerzo. Los multiplicadores de par pueden ser sistemas de poleas (polipastos) o trenes de engranaje. Los últimos serán de los que te hable más detenidamente.

Tú me dirás que todo esto es genial pero, ¿se podría conectar directamente el motor a las ruedas y así ahorrarnos la caja de velocidades? La respuesta es que físicamente es posible, y el coche podría andar pero sólo en llano o con pendiente negativa (esto es cuesta abajo). ¿Por qué no con pendiente positiva? La razón fundamental es porque para poner en movimiento un vehículo hay que vencer el par resistente de las ruedas, consecuencia del peso del vehículo y el rozamiento con el piso. Si las revoluciones del motor se transmiten íntegras a las ruedas, tendremos que éstas se mueven a la misma velocidad que el motor. Si intentas subir una cuesta, tenemos que el par resistente aumenta (consecuencia de la gravedad) pero el par que ofrece el motor no. ¿Qué ocurre? El motor no puede vencer esa resistencia y va disminuyendo sus rpm hasta calarse. Es por esto que se usa la caja de velocidades para poder mover el vehículo en toda circunstancia. Y es por esto mismo por lo que cuanto mayor es la pendiente a subir, necesitas engranar relaciones de cambio más cortas (que revolucionan más el motor).

Antes de conocer a fondo como trabaja una caja de cambios, necesitarás conocer el elemento principal que contiene la caja de cambios, esto es el engranaje, ruedas de engrane o, simplemente, engrane. Un engranaje o engrane es un mecanismo usado para transmitir potencia y se vale de dos ruedas dentadas que transfieren movimiento entre si. Un ejemplo gráfico para verlo mejor:

engranaje animación

En este ejemplo, verás una rueda de mayor tamaño que la otra. A la mayor se la denomina corona, a la menor piñón. La multiplicación del par viene dada por los diferentes números de dientes de cada rueda, consecuencia de sus diferentes diámetros. Lógicamente, las velocidades de rotación de cada rueda serán distintas. Los elementos de los que se compone una rueda de engranaje te los enseño en este otro gráfico:

800px-Partes_engranaje

 

Muchos elementos distintos, ¿verdad? Tranquilo/a que te explico lo que realmente se necesita conocer de una rueda de engranaje:

  • Diente: Es el encargado de transmitir el movimiento entre ruedas. El contorno del diente tiene una forma especial llamada evolvente o involuta del círculo, gracias a la cuál puede transmitir el movimiento circular de manera más eficaz. Los dientes de un engranaje siempre se tallan manteniendo la forma de evolvente y se tallan con radios de acuerdo en su valle para evitar tensiones que arruinarían el engranaje por fatiga de material.
  • Circunferencia de cabeza: Es la que delimita la parte exterior del engranaje. Es decir, la que delimita la altura del diente y la posición de su addendum o cabeza.
  • Circunferencia de raíz: Delimita la parte inferior del diente o dedendum. Los radios de acuerdo del entalle inferior del diente son tangentes a esta circunferencia.
  • Circunferencia primitiva: Sobre esta circunferencia se realiza el contacto entre dientes de dos ruedas de engranaje. Es la circunferencia que define las características constructivas de un engranaje. Una animación para entenderlo mejor:

Involute_wheel

 

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Involute_wheel.gif

  • Módulo: Es una medida de magnitud que resulta de dividir el diámetro de la circunferencia primitiva (en mm.) y el nº de dientes. Es una medida de gran importancia ,ya que dos ruedas de engranaje nunca podrán engranar si sus módulos son diferentes.
  • Nº de dientes: Se designa con la letra Z y es fundamental para calcular la relación de transmisión de un par de engranajes. Una rueda de engranaje nunca debe tener menos de 12 dientes en ninguna circunstancia. Depende del ángulo de presión el nº mínimo de dientes.
  • Paso circular: Longitud de la circunferencia primitiva entre un diente un vano consecutivos.

Al hablarte de las características y elementos de una rueda de engranaje, nombre una palabra extraña. ¿Qué es la evolvente o involuta del círculo? Es una curva plana de desarrollo cuyas normales son tangentes de la circunferencia. Pero como la definición teórica no es muy clara, una animación se entenderá mejor:

Animated_involute_of_circle

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Animated_involute_of_circle.gif

Curioso, ¿verdad? Pues la curva que ves en la animación, es la que verás en las caras de un diente de engranaje. La línea recta que ves que traza la curva es la normal que nos dice la definición. Y la circunferencia roja es la circunferencia primitiva en la que se basa la construcción de la evolvente.

Y, por ahora, creo que es suficiente. Publicaré más partes explicando más sobre los engranajes, con el objetivo de que entiendas mejor como funciona una caja de cambios.

Jero → http://www.twitter.com/jeroitim

Comentarios

  1. […] Tercera parte ya de esta viru+, donde sigo profundizando en el estudio de los engranajes que conforman la caja de cambios. ¿Cómo? ¿Qué no sabes de que hablo? Repasa la anterior viru+ pinchando aquí. […]

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