Introducción

La caja de cambios es un elemento de transmisión que se interpone entre el motor y las ruedas
para modificar el numero de revoluciones de las mismas e invertir el sentido de giro cuando las
necesidades de la marcha así lo requieran. Actúa, por tanto, como transformador de velocidad
y convertidor mecánico de par.
Si un motor de explosión transmitiera directamente el par a las ruedas, probablemente seria
suficiente para que el vehículo se moviese en terreno llano. Pero al subir una pendiente, el par
resistente aumentaría, entonces el motor no tendría suficiente fuerza para continuar a la misma
velocidad, disminuyendo esta gradualmente, el motor perdería potencia y llegaría a pararse;
para evitar esto y poder superar el par resistente, es necesario colocar un órgano que permita
hacer variar el par motor, según las necesidades de la marcha. En resumen, con la caja de
cambios se "disminuye" o "aumenta" la velocidad del vehículo y de igual forma se "aumenta" o
"disminuye" la fuerza del vehículo.

Como el par motor se transmite a las ruedas y origina en ellas una fuerza de impulsión que
vence las resistencia que se opone al movimiento, la potencia transmitida (Wf) debe ser igual,
en todo momento, a la potencia absorbida en 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

Si no existiera la caja de cambios el número de revoluciones del motor (n) se transmitiría

íntegramente a la ruedas (n = n1), con lo cual el par a desarrollar por el motor (C m) sería igual
al par resistente en las ruedas (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 la ruedas durante un desplazamiento.
La caja de cambios, por tanto, se dispone en los vehículos para obtener, por medio de
engranajes, el par motor necesario en las diferentes condiciones de marcha, aumentado el par
de salida a cambio de reducir el número de revoluciones en las ruedas. Con la caja de cambios
se logra mantener, dentro de unas condiciones óptimas, la potencia desarrollada por el motor.

Relación de transmisión (Rc)

Según la formula expresada anteriormente, los pares de transmisión son inversamente
proporcionales al numero de revoluciones:

Por tanto, 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 esta en función de los diámetros
de las ruedas dentadas que engranan entre sí o del número de dientes de las mismas.
 

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 efectuada en el puente.
Siendo "n" el número de revoluciones máximas del motor y "n1" el numero 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 limites (n y n1) se obtiene el régimen máximo y mínimo en cada desmultiplicación
para un funcionamiento del motor a pleno rendimiento.

Cambios manuales
Cajas de cambio de engranajes paralelos
Esta caja de cambio es la mas utilizada en la actualidad para vehículos de serie, por su sencillo
funcionamiento. Esta constituida por una serie de piñones de acero al carbono, que se obtienen
por estampación en forja y sus dientes tallados en maquinas especiales, con un posterior
tratamiento de temple y cementación para obtener la máxima dureza y resistencia al desgaste.
Estos piñones, acoplados en pares de transmisión, van montados sobre unos árboles paralelos
que se apoyan sobre cojinetes en el interior de una carcasa, que suele ser de fundición gris o
aluminio y sirve de alojamiento a los piñones y demás dispositivos de accionamiento, así como
de recipiente para el aceite de lubricación de los mismos.
Los piñones, engranados en toma constante para cada par de transmisión, son de dientes
helicoidales, que permiten un funcionamiento mas silencioso y una mayor superficie de
contacto, con lo cual, al ser menor la presión que sobre ellos actúa, se reduce el desgaste en
los mismos. Los números de dientes del piñón conductor y del conducido son primos entre sí,
para repartir el desgaste por igual entre ellos y evitar vibraciones en su funcionamiento.
Ahora vamos
hacer el
calculo de una
caja de

cambios a partir de los datos reales que nos proporciona el fabricante:

Ejemplo: Peugeot 405 Mi16

Cilindrada (cc): 1998
Potencia (CV/rpm): 155/5600
Par máximo (mkgf): 19,3/3500
Neumáticos: 195/55 R14

Relación de transmisión

rt (1ª velocidad) = 13/38 = 0,342

rt (2ª velocidad) = 23/43 = 0,534
rt (3ª velocidad) = 25/32 = 0,781
rt (4ª velocidad) = 32/31 = 1.032
rt (5ª velocidad) = 37/28 = 1,321
rt (M.A: marcha atrás) = 12/40 = 0,30

ademas de la reducción provocada en la caja de cambios también tenemos que tener en

cuenta que en el grupo diferencial hay una reducción, este dato también lo proporciona el
fabricante.
rt (G.C: grupo piñón-corona diferencial) = 14/62 = 0,225

Nota: El fabricante nos puede proporcionar la relación de transmisión en forma de fracción (rt 1ª
velocidad = 13/38) o directamente (rt 1ª velocidad = 0,342).

Ahora tenemos que calcular el numero de revoluciones que tenemos en las ruedas después de
la reducción de la caja de cambios y 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
grupo diferencial:

nº rpm a
rt (caja rt
rT Pmax.
cambios) (diferencial)
(5600)
1ª 13/38 = 14/62 = 430,64
0,0769
velocidad 0,342 0,225 rpm
2ª 23/43 = 14/62 =
0,120 672 rpm
velocidad 0,534 0,225
3ª 25/32 = 14/62 = 974,4
0,175
velocidad 0,781 0,225 rpm
4ª 32/31 = 14/62 = 1299,3
0,232
velocidad 1,032 0,225 rpm
5ª 37/28 = 14/62 = 1663,2
0,297
velocidad 1,321 0,225 rpm
M.A
12/40 = 14/62 = 371,2
(Marcha 0,0675
0,30 0,225 rpm
atras)

rT (nª velocidad): es la relación de transmisión total, se calcula multiplicando la rt (caja

cambios) x rt (diferencial).
Pmax: es la potencia máxima del motor a un numero de revoluciones determinado por el
fabricante.
nº rpm a Pmax: se calcula multiplicando rT x nº rpm a potencia máxima.
 

Con estos datos ahora podemos calcular la velocidad a máxima potencia para cada marcha de
la caja de cambios. Para calcular la velocidad necesitamos saber las medidas de los
neumáticos y llanta, este dato también lo proporciona el fabricante. En este caso tenemos unas
medidas de neumático195/55 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 mas 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) = 107,2 mm

Por lo tanto diámetro de la rueda = diámetro de la llanta + el doble del 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 marcha
de la caja de cambios.

v = velocidad (km/h)
Pi = 3,14
Ø = diámetro de rueda (metros)
nc = nº rpm del motor
k = constante

Utilizando estas formulas tenemos:

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

v (2ª velocidad) = k x nc = 0,107 x 672 = 71,90 km/h
v (3ª velocidad) = k x nc = 0,107 x 974,4 = 104,26 km/h
v (4ª velocidad) = k x nc = 0,107 x 1299,3 = 139,02 km/h
v (5ª 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

nº de velocidad a
velocidad Pmax.
1ª velocidad 46,20 km/h
2ª velocidad 71,90 km/h
3ª velocidad 104,26 km/h
4ª velocidad 139,02 km/h
5ª velocidad 177,96 km/h
M.A
(marcha 39,71 km/h
atrás)

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.

Sabiendo que 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 escoger la
velocidad adecuada.
  

El par motor al igual que la velocidad, también será transformado en la caja de cambios y grupo
diferencial. Para calcularlo se utiliza también la relación de transmisión (rT).

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

Con los datos que tenemos, para calcular el par en las ruedas podemos aplicar la siguiente
formula:

Cr (1ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,0769 = 250,9 mkg

Cr (2ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,120 = 160.83 mkg
Cr (3ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,175 = 110,28 mkg
Cr (4ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,232 = 83,18 mkg
Cr (5ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,297 = 64,98 mkg
Cr (M.A.) = 19,3 mkg/ 0,0675 = 285,9 mkg

nº de par en las
velocidad ruedas
1ª velocidad 250,9 mkg
2ª velocidad 160.83 mkg
 3ª velocidad 110,28 mkg
4ª velocidad 83,18 mkg
5ª velocidad 64,98 mkg
M.A (marcha
285,9 mkg
atrás)

Te puedes descargar este archivo en formato PDF, donde se explica otra manera alternativa de
hacer los calculos de la relación de transmisión de una caja de cambios.

Cajas de cambio manuales

El sistema de cambio de marchas manual ha evolucionado notablemente desde los primeros
mecanismos de caja de cambios de marchas manuales sin dispositivos de sincronización hasta
las actuales cajas de cambio sincronizadas de dos ejes.
Independientemente de la disposición transversal o longitudinal y delantera o trasera, las
actuales cajas de cambios manuales son principalmente de dos tipos:

 De tres ejes: un eje primario recibe el par del motor a través del embrague y lo
transmite a un eje intermediario. Éste a su vez lo transmite a un eje secundario de
salida, coaxial con el eje primario, que acciona el grupo diferencial.
 De dos ejes: un eje primario recibe el par del motor y lo transmite de forma directa a
uno secundario de salida de par que acciona el grupo diferencial.

En ambos tipos de cajas manuales los piñones utilizados actualmente en los ejes son de
dentado helicoidal, el cual presenta la ventaja de que la transmisión de par se realiza a través
de dos dientes simultáneamente en lugar de uno como ocurre con el dentado recto tradicional
siendo además la longitud de engrane y la capacidad de carga mayor. Esta mayor suavidad en
la transmisión de esfuerzo entre piñones se traduce en un menor ruido global de la caja de
cambios. En la marcha atrás se pueden utilizar piñones de dentado recto ya que a pesar de
soportar peor la carga su utilización es menor y además tienen un coste más reducido.
En la actualidad el engrane de las distintas marchas se realiza mediante dispositivos de
sincronización o "sincronizadores" que igualan la velocidad periférica de los ejes con la
velocidad interna de los piñones de forma que se consiga un perfecto engrane de la marcha sin
ruido y sin peligro de posibles roturas de dentado. Es decir, las ruedas o piñones están
permanentemente engranadas entre sí de forma que una gira loca sobre uno de los ejes que es
el que tiene que engranar y la otra es solidaria en su movimiento al otro eje. El sincronizador
tiene, por tanto, la función de un embrague de fricción progresivo entre el eje y el piñón que gira
libremente sobre él. Los sincronizadores suelen ir dispuestos en cualquiera de los ejes de
forma que el volumen total ocupado por la caja de cambios sea el más reducido posible.
Existen varios tipos de sincronizadores de los cuales destacan: sincronizadores con cono y
esfera de sincronización, sincronizadores con cono y cerrojo de sincronismo, sincronizadores
con anillo elástico, etc.
El accionamiento de los sincronizadores se efectúa mediante un varillaje de cambio que actúa
mediante horquillas sobre los sincronizadores desplazándolos axialmente a través del eje y
embragando en cada momento la marcha correspondiente. Los dispositivos de accionamiento
de las distintas marchas dependen del tipo de cambio y de la ubicación de la palanca de
cambio.
A continuación se van a estudiar los dos tipos de cajas de cambios. La primera caja de cambios
es una caja manual de tres ejes con disposición longitudinal de un vehículo de propulsión
trasera. La segunda, es una caja manual de dos ejes con disposición transversal, de un
vehículo con tracción delantera con tracción delantera por lo que el grupo cónico-diferencial va
acoplado en la salida de la propia caja de cambios.

La situación de la caja de cambios en el vehículo dependera de la colocacion del motor y del

tipo de transmisión ya sea está delantera o trasera.

 
Estas dos disposiciones de la caja de cambios en el vehículo son las mas utilizadas, aunque
existe alguna mas, como la de motor delantero longitudinal y tracción a las ruedas delanteras.

Caja de cambios manual de tres ejes.

Este tipo de cajas es el más tradicional de los usados en los vehículos actuales y tiene la
ventaja principal de que al transmitir el par a través de tres ejes, los esfuerzos en los piñones
son menores, por lo que el diseño de éstos puede realizarse en materiales de calidad media.
En la figura inferior se muestra un corte longitudinal de una caja de cambios manual de cuatro
velocidades dispuesta longitudinalmente. El par motor se transmite desde el cigüeñal del motor
hasta la caja de cambios a través del embrague (Q). A la salida del embrague va conectado el
eje primario (A) girando ambos de forma solidaria. De forma coaxial al eje primario, y
apoyándose en éste a través de rodamiento de agujas, gira el eje secundario (M) transmitiendo
el par desmultiplicado hacia el grupo cónico diferencial. La transmisión y desmultiplicación del
par se realiza entre ambos ejes a través del eje intermediario (D).

El eje primario (A) del que forma parte el piñón de arrastre (B), que engrana en toma constante
con el piñón (C) del árbol intermediario (D), en el que están labrados, además, los piñones (E,
F y G), que por ello son solidarios del árbol intermediario (D). Con estos piñones engranan los
piñones (H, I y J), montados locos sobre el árbol secundario (M), con interposición de cojinetes
de agujas, de manera que giran libremente sobre el eje arrastrados por los respectivos pares
del tren intermediario.

El eje primario recibe movimiento del motor, con interposición del embrague (Q) y el secundario
da movimiento a la transmisión, diferencial y, por tanto, a las ruedas. Todos los ejes se apoyan
en la carcasa del cambio por medio de cojinetes de bolas, haciéndolo la punta del eje
secundario en el interior del piñón (B) del primario, con interposición de un cojinete de agujas.
Para transmitir el movimiento que llega desde el primario al árbol secundario, es necesario
hacer solidario de este eje a cualquiera de los piñones montados locos sobre él. De esta
manera, el giro se transmite desde el primario hasta el tren fijo o intermediario, por medio de los
piñones de toma constante (B y C), obteniéndose el arrastre de los piñones del secundario
engranados con ellos, que giran locos sobre este eje. Si cualquiera de ellos se hace solidario
del eje, se obtendrá el giro de éste.

La toma de velocidad se consigue por medio de sincronizadores (O y M), compuestos

esencialmente por un conjunto montado en un estriado sobre el eje secundario, pudiéndose
desplazar lateralmente un cierto recorrido. En este desplazamiento sobre el estriado el
sincronizador se acopla con los piñones que giran locos sobre el árbol secundario.

En la figura inferior se muestra el despiece de una caja de cambios de engranajes helicoidales,

con sincronizadores, similar a la descrita anteriormente. El eje primario 5 forma en uno de sus
extremos el piñón de toma constante (de dientes helicoidales). Sobre el eje se monta el cojinete
de bolas 4, en el que apoya sobre la carcasa de la caja de cambios, mientras que la punta del
eje se aloja en el casquillo de bronce 1, emplazado en el volante motor.
En el interior del piñón del primario se apoya, a su vez, el eje secundario 19, con interposición
del cojinete de agujas 6. Por su otro extremo acopla en la carcasa de la caja de cambios por
medio del cojinete de bolas 28. Sobre este eje se montan estriados los cubos sincronizadores,
y "locos" los piñones. Así, el cubo sincronizador 10, perteneciente a tercera y cuarta
velocidades, va estriado sobre el eje secundario, sobre el que permanece en posición por los
anclajes que suponen las arandelas de fijación 9, 13 y 14. En su alojamiento interno se
disponen los anillos sincronizadores 7 (uno a cada lado), cuyo dentado engrana en el interior
de la corona desplazable del cubo sincronizador 10. Estos anillos acoplan interiormente, a su
vez, en las superficies cónicas de los piñones del primario por un lado y del secundario 11 por
otro.
Cuando la corona del cubo sincronizador 10 se desplaza lateralmente a uno u otro lado, se
produce el engrane de su estriado interior, con el dentado de los anillos sincronizadores 7 y,
posteriormente, con el piñón correspondiente en su dentado recto (si se desplaza a la
izquierda, con el piñón del primario y a la derecha con el 11 del secundario). En esta acción, y
antes de lograrse el engrane total, se produce un frotamiento del anillo sincronizador con el
cono del piñón, que iguala las velocidades de ambos ejes, lo que resulta necesario para
conseguir el engrane. Una vez logrado éste, el movimiento es transmitido desde el piñón al
cubo sincronizador y de éste al eje secundario.

En el secundario se montan locos los piñones 15 (de segunda velocidad) y 26 (de primera
velocidad), con los correspondientes anillos sincronizadores 17 y cubo sincronizador. Cada uno
de los piñones del secundario engrana en toma constante con su correspondiente par del tren
intermediario 20, quedando acoplados como se ve en la figura superior.
En el tren intermediario se dispone un piñón de dentado recto, que juntamente con el de
reenvío 23 y el formado en el cubo sincronizador de primera y segunda velocidades,
constituyen el dispositivo de marcha atrás.
  

Funcionamiento
Constituida una caja de cambios como se ha explicado, las distintas relaciones se obtienen por
la combinación de los diferentes piñones, en consecuencia con sus dimensiones.
En las cajas de cambio de tres ejes, el sistema de engranajes de doble reducción es el utilizado
generalmente en las cajas de cambio, pues resulta mas compacto y presenta la ventaja
sustancial de tener alineados entre si los ejes de entrada y salida. Para la obtención de las
distintas relaciones o velocidades, el conductor acciona una palanca de cambios, mediante la
cual, se produce el desplazamiento de los distintos cubos de sincronización (sincronizadores),
que engranan con los piñones que transmiten el movimiento.
En esta caja de cambios (figura superior) se produce una doble reducción cuando los piñones
de "toma constante" (B y C) son de distintas dimensiones (nº de dientes). Por eso para calcular
la reducción, tendremos utilizar la siguiente formula para la saber el valor de reducción. Por
ejemplo en 1ª velocidad tendremos:

rt = relación de transmisión
B, C, G, J = nº de dientes de los respectivos piñones

1ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (N) hacia la derecha, produce el enclavamiento
del correspondiente piñón loco (I) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con
ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la
oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene la máxima reducción de giro, y por ello la
mínima velocidad y el máximo par.

 
  

2ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (N) hacia la izquierda, produce el enclavamiento
del correspondiente piñón loco (J) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con
ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la
oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso
anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

3ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (O) hacia la derecha, produce el enclavamiento
del correspondiente piñón loco (H) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con
ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la
oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso
anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.
  

4ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (O) hacia la izquierda, produce el enclavamiento
del correspondiente piñón de arrastre o toma constante (B) del eje primario, que se hace
solidario con el eje secundario, sin intervención del eje intermediario en este caso. Con ello, el
giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose una
conexión directa sin reducción de velocidad. En esta velocidad se obtiene una transmisión de
giro sin reducción de la velocidad. La velocidad del motor es igual a la que sale de la caja de
cambios, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

Marcha atrás (M.A.)

Cuando se selecciona esta velocidad, se produce el desplazamiento del piñón de reenvio (T),
empujado por un manguito. Al moverse el piñón de reenvio, engrana con otros dos piñones
cuya particularidad es que tienen los dientes rectos en vez de inclinados como los demás
piñones de la caja de cambios. Estos piñones pertenecen a los ejes intermediario y secundario
respectivamente. Con esto se consigue una nueva relación, e invertir el giro del tren secundario
con respecto al primario. La reducción de giro depende de los piñones situados en el eje
intermediario y secundario por que el piñón de reenvio actúa únicamente como inversor de giro.
La reducción de giro suele ser parecida a la de 1ª velocidad. Hay que reseñar que el piñón del
eje secundario perteneciente a esta velocidad es solidario al eje, al contrario de lo que ocurre
con los restantes de este mismo eje que son "locos".

En la caja de cambios explicada , se obtienen cuatro velocidades hacia adelante y una hacia
atrás.

Sincronizadores
Las cajas de cambio desde hace muchos años utilizan para seleccionar las distintas
velocidades unos dispositivos llamados: sincronizadores, cuya constitución hace que un
dentado interno ha de engranar con el piñón loco del eje secundario correspondiente a la
velocidad seleccionada. Para poder hacer el acoplamiento del sincronizador con el piñón
correspondiente, se comprende que es necesario igualar las velocidades del eje secundario
(con el que gira solidario el sincronizador) y del piñón a enclavar, que es arrastrado por el tren
intermediario, que gira a su vez movido por el motor desde el primario.
Con el vehículo en movimiento, al activar el conductor la palanca del cambio para seleccionar
una nueva relación, se produce de inmediato el desenclavamiento del piñón correspondiente a
la velocidad con que se iba circulando, quedando la caja en posición de punto muerto. Esta
operación es sencilla de lograr, puesto que solamente se requiere el desplazamiento de la
corona del sincronizador, con el que se produce el desengrane del piñón. Sin embargo, para
lograr un nuevo enclavamiento, resulta imprescindible igualar las velocidades de las piezas a
engranar (piñón loco del secundario y eje), es decir, sincronizar su movimiento, pues de lo
contrario, se producirían golpes en el dentado, que pueden llegar a ocasionar roturas y ruidos
en la maniobra.
Como el eje secundario gira arrastrado por las ruedas en la posición de punto muerto de la
caja, y el piñón loco es arrastrado desde el motor a través del primario y tren intermediario,
para conseguir la sincronización se hace necesario el desembrague, mediante el cual, el eje
primario queda en libertad sin ser arrastrado por el motor y su giro debido a la inercia puede ser
sincronizado con el del eje secundario. Por esta causa, las maniobras del cambio de velocidad
deben ser realizadas desembragando el motor, para volver a embragar progresivamente una
vez lograda la selección de la nueva relación deseada.
  

En la figura inferior tenemos un sincronizador con "fiador de bola", donde puede verse el
dentado exterior o auxiliar (1) del piñón loco del eje secundario (correspondiente a una
velocidad cualquiera) y el cono macho (2) formado en el. El cubo deslizante (7) va montado
sobre estrías sobre el eje secundario (8), pudiendose deslizarse en él un cierto recorrido,
limitado por topes adecuados. La superficie externa del cubo está estriada también y recibe a la
corona interna del manguito deslizante (3), que es mantenida centrada en la posición
representada en la figura, por medio de un fiador de bola y muelle (6).
  

Para realizar una maniobra de cambio de velocidad, el conductor lleva la palanca a la posición
deseada y, con esta acción, se produce el desplazamiento del manguito deslizante, que por
medio del fiador de bola (6), desplaza consigo el cubo deslizante (7), cuya superficie cónica
interna empieza a frotar contra el cono del piñón loco que, debido a ello, tiende a igualar su
velocidad de giro con la del cubo sincronizador (que gira solidario con el eje secundario).
Instantes después, al continuar desplazandose el manguito deslizante venciendo la acción del
fiador, se produce el engrane de la misma con el dentado auxiliar del piñón loco sin ocasionar
golpes ni ruidos en esta operación, dado que las velocidades de ambas piezas ya están
sincronizadas. En estas condiciones, el piñón loco queda solidario del eje secundario, por lo
que al producirse la acción de embragado, será arrastrado por el giro del motor con la relación
seleccionada
Caja de cambios manual de dos ejes

Este tipo de cajas de cambio ha tenido su desarrollo fundamentalmente para disposiciones de

vehículos con tracción delantera. Estas cajas de cambio sólo poseen dos ejes de forma que no
poseen un tercer eje intermediario. El eje primario obtiene su giro directamente del motor y lo
transmite a un eje secundario que a su vez acciona el conjunto diferencial. De esta forma el
tamaño del conjunto caja-diferencial se reduce quedando todo bajo un conjunto compacto. La
transmisión de todo el par mediante sólo dos ejes obliga a los piñones a soportar cargas mucho
más elevadas que sus homólogos de las cajas de tres ejes. Por tanto es preciso emplear
materiales de mayor calidad en la fabricación de estos piñones.

En las figuras siguientes tenemos el despiece de una caja de cambios de dos ejes de 5
velocidades.

 
 

 
  

En los esquemas siguientes se muestra un corte longitudinal de una caja de cambios manual
de cinco velocidades de dos ejes con disposición transversal.
El eje primario (1) va apoyado sobre la carcasa sobre dos rodamientos y contiene los piñones
solidarios (6, 7, 8, 9, 10) y el piñón loco (11) de 5ª velocidad, con su propio sincronizador (12).
El eje secundario (15) está apoyado también en la carcasa mediante dos rodamientos y
contiene los piñones locos (14, 17, 18, 20) y el piñón solidario (13) de 5ª velocidad. En el
extremo del eje secundario va labrado el piñón de ataque a la corona del diferencial (5). Este
eje cuenta con dos sincronizadores el de 1ª/2ª (19) y el de 3ª/4ª (16), este sincronizador sirve
ademas como piñón solidario para la marcha atrás.
  

Los sincronizadores están dispuestos de tal forma que: un primer sincronizador (16) entre los
piñones locos de 3ª y 4ª en el eje secundario (15), otro sincronizador (12) exclusivo para la 5ª
marcha en el eje primario y un tercer sincronizador (19) en el eje secundario entre los piñones
locos de 1ª y 2ª marcha.
Observar que el sincronizador (16) de la 3ª y 4ª tiene en su corona desplazable un dentado
recto exterior que hace la función de piñón de marcha atrás. La marcha atrás se acciona al
conectar el piñón de marcha atrás (9) del eje primario con la corona del sincronizador mediante
un piñón auxiliar (12) de marcha atrás que invierte el giro del eje secundario.
Todos los pares de piñones están permanentemente engranados de forma que sólo el piñón
loco de la marcha seleccionada se mueve solidario a su eje a través de su correspondiente
sincronizador. Mientras los demás piñones locos giran libremente arrastrados por sus
homólogos solidarios del otro eje.

Funcionamiento

El funcionamiento de las distintas marchas es el siguiente:

1ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (19) hacia la derecha, produce el enclavamiento
del correspondiente piñón loco (20) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con
ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la
oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene la máxima reducción de giro, y por ello la
mínima velocidad y el máximo par.
 

2ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (19) hacia la izquierda, produce el enclavamiento
del correspondiente piñón loco (18) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con
ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la
oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso
anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.
3ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (16) hacia la derecha, produce el enclavamiento
del correspondiente piñón loco (17) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con
ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la
oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso
anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.
4 ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (16) hacia la izquierda, produce el enclavamiento
del correspondiente piñón loco (14) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con
ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la
oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso
anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.
5ª velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 5ª (12) hacia la derecha, produce el enclavamiento del
correspondiente piñón loco (14) del eje primario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el
giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la
oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso
anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.
  

Marcha atrás (M.A.)

Cuando se selecciona esta velocidad, se produce el desplazamiento del piñón de reenvio,
empujado por un manguito. Al moverse el piñón de reenvio, engrana con otros dos piñones,
uno unido a eje primario (9) y el otro lo forma el sincronizador de 3ª/4ª cuya corona externa
tiene labrados unos dientes rectos. Una particularidad de los piñones que intervienen en la
marcha atrás, es que tienen los dientes rectos en vez de inclinados como los demás piñones de
la caja de cambios.
Con este mecanismo se consigue una nueva relación, e invertir el giro del tren secundario con
respecto al primario. La reducción de giro depende de los piñones situados en el eje primario y
secundario por que el piñón de reenvio actúa únicamente como inversor de giro. La reducción
de giro suele ser parecida a la de 1ª velocidad.
  

Se comprueba en las siguientes figuras como hay cajas de cambios diseñadas de tal manera
que se sitúan los sincronizadores tanto en el eje primario (2) como en el secundario (12) y los
piñones no son todos solidarios en un eje y locos en el otro, sino que se distribuyen en los dos
ejes por igual. En el eje primario tenemos como piñones solidarios (6, 7 y 8) y como locos (3 y
5). En el eje secundario tenemos como piñones solidarios (12 y 14) y como locos (9 y 11). La
marcha atrás se hace intercalando un piñón de reenvio entre el piñón solidario del eje primario
(7) y la corona externa dentada del sincronizador de 1ª/2ª. Se aprecian claramente los dientes
rectos de los piñones que intervienen en la marcha atrás.
  

En la figura inferior puede verse el sistema de mando de la caja de cambios anterior. La

palanca de cambios (8) transmite un movimiento en cruz de izquierda a derecha y hacia
adelante o hacia atrás indistintamente, que es interpretado por el eje/palanca (6) transformando
dicho movimiento en uno de giro en semicírculo y otro movimiento en forma vertical de arriba a
abajo o al revés. El Eje/palanca con su movimiento acciona una de las barras desplazables (4)
que tienen acopladas de forma solidaria las horquillas (7) que a su ves mueven los
sincronizadores (1 y 2) y el piñón de reenvio (3). Las barras desplazables (4) están dotadas
cada una de ellas de unas escotaduras (5), en las que puede alojarse una bola presionada por
un muelle. Estas escotaduras sirven para fijar las barras en una posición concreta para impedir
el desplazamiento de la mismas, como consecuencia de las vibraciones o sacudidas que se
producen con la marcha del vehículo.Esto evita que se pueda salir una marcha una vez que
esta engranada.
  

Otro ejemplo: de caja de cambios, diferente a la anterior, que se acoplaria a un vehículo con
motor longitudinal y tracción delantera. La disposición de los piñones y sincronizadores se
reparte en ambos ejes como en el caso anterior y la marcha atrás funciona de igual manera.