En una caja o transmisi�n autom�tica el cambio de velocidad se hace de manera simplificada y distinta en comparaci�n con una caja mec�nica; estas transmisiones poseen una serie de mecanismos y componentes los cuales acoplados entre si permiten que se lleve este cambio de velocidad, logrando as� el traslado de potencia desde el motor hasta otra aplicaci�n.Los mecanismos y componentes principales de las transmisiones autom�ticas son:
- Mecanismo de rueda libre.
- Tren de engranes epicloidal.
- Embrague de discos.
- Convertidor de par.
- Mecanismo de sobremarcha.
-Embrague hidraulico.
Al describir y entender el funcionamiento de cada uno de estos componentes se podr� interpretar mejor el funcionamiento del conjunto: La transmisi�n autom�tica.
Para ello es necesario saber que cada una de las transmisiones existentes no poseen siempre los componentes enunciados, algunas poseen mas otras menos pero comprendiendo el funcionamiento de cada uno de los mencionados se logra entender facilmente el funcionamiento total.
El mecanismo de rueda libre es un dispositivo que permite la transmisi�n del movimiento de giro de un eje a otro eje cuando gira en un sentido determinado, pero deja de transmitir el movimiento y el esfuerzo cuando el eje conductor cambia de sentido de giro o tambi�n cuando el eje conducido gira a mayor velocidad que el eje conductor.
El esquema muestra como el eje conductor puede transmitir movimiento al mecanismo de rueda libre el cual se sit�a en el interior de una caja o anillo fijo al eje conducido. Entre el n�cleo y el anillo se encuentran unos agujeros de secci�n variable en donde se apoyan unos rodillos con muelles que permiten o no el movimiento en un solo sentido y manteniendo la velocidad.
Este componente permite que el motor ahorre combustible al no ser necesario aplicar este en cantidad para realizar avance; sin embargo a veces para evitar que el motor se embale se utiliza un freno anulando el efecto de la rueda libre en algunas ocasiones como por ejemplo en funcionamiento de marcha atr�s en un veh�culo.
En las siguientes gr�ficas puede detallar el funcionamiento de la rueda libre:
Este mecanismo consiste en un pi��n central denominado planetario alrededor del cual y engranado con �l se hallan otros tres o cuatro pi�ones denominados sat�lites los cuales giran locos con relaci�n a los ejes montados en un soporte com�n a estos llamado caja o soporte de sat�lites y rodeando el conjunto se halla una corona dentada interiormente que engrana con los sat�lites.
Seg�n la disposici�n del tren de engranajes complementarios existen varias posibilidades de transformaci�n de movimientos (velocidades).
Se mantiene fijo el pi��n planetario y unimos la caja de sat�lites a un eje y la corona a otro eje, cuando se gira el eje de la caja de sat�lites �stas rodar�n sobre el planetario fijo y obligar�n a ponerse en movimiento a la corona, como se muestra en la figura.
Si se unen el planetario a la caja de sat�lites, estos no girar�n en sus ejes respectivos, arrastrando as� a la corona a la misma velocidad que la caja de sat�lites.
Se obtiene una transmisi�n directa de la velocidad entre los ejes de la caja de sat�lites y la corona.
Se tiene los ejes como en el caso anterior uno unido a la caja de sat�lites y otro a la corona, pero dejamos en libertad de girar el engranaje planetario.
Teniendo unido el pi��n planetario a un eje y la caja de sat�lites a otro eje; el eje del planetario es el conductor y existe una cierta resistencia a moverse por parte del eje conducido (caja de sat�lites), mientras la corona sea libre de moverse los pi�ones sat�lites girar�n locos en sus ejes y no habr� transmisi�n de movimiento del eje conducido.
Si el eje conductor es el de la caja de sat�lites y el eje conducido el del pi��n planetario, en este caso tampoco habr� transmisi�n de movimiento mientras exista bloqueo.
Estando unidos el pi��n planetario a un eje y la caja de sat�lites a otro, pero en este caso se mantiene la corona fija; y se supone que el eje conductor (planetario), al moverse hace girar la caja de sat�lites y as� el eje conducido.
En ambos casos se logra una transmisi�n del giro del eje conductor al conducido dependiendo la relaci�n entre las velocidades de giro de �stos y las dimensiones y del n�mero de dientes de los engranajes que constituyen el tren.
El objetivo de este mecanismo es de transmitir o no el movimiento de un eje a otro. Cuando el embrague est� en posici�n de transmitir el movimiento se dice que los ejes est�n acoplados y cuando est� en posici�n de no transmitir el movimiento se dice que los ejes est�n desacoplados.
Seg�n la figura:
En el extremo de uno de los ejes est� r�gidamente unido a una caja cil�ndrica (1) que tiene una pared lateral dentada en el interior; en el centro de la caja est� el otro eje tambi�n dentado (2).
Cuando los discos se encuentran separados unos de otros, cualquiera que sea el eje conductor no podr� arrastrar al otro eje pues no existe en este caso alguna uni�n mec�nica.
Este tipo de discos son met�licos (de diferente material los conductores a los conducidos) y funcionan en ba�o de aceite para disminuir la fricci�n en el funcionamiento de acople y desacople.
Para comprimir los discos unos contra otros y acoplar o desacoplar el embrague se utiliza la fuerza de presi�n hidr�ulica.
El funcionamiento de este mecanismo siempre se asemeja a el funcionamiento de dos ventiladores dispuestos enfrentados uno del otro. El primero se encuentra conectado y encendido, mientras que el otro apagado, el movimiento y la fuerza del aire que golpea las aspas del ventilador (apagado) hacen que este empiece a impulsarse e intentar mantener la velocidad hasta llegar al punto de igualar la velocidad del otro ventilador.
El convertidor se acciona al impulsar el aceite del c�rter hacia el rodete impulsor y de este el aceite va hacia los �labes de la turbina (rodete conducido), girando en el mismo sentido que la bomba.
Cuando el aceite sale de la turbina reacciona contra los �labes del estator aumentando la fuerza de giro (par - motor), antes de que la velocidad sea la misma de la bomba; cuando la velocidad de la turbina se va igualando a la de la bomba la fuerza o par- motor va disminuyendo, mientras que el estator permanece fijo debido al mecanismo de rueda libre que le impide girar en sentido contrario a los rodetes.
Cuando las velocidades de la bomba y la turbina son iguales termina la reacci�n sobre el estator y �ste gira en el mismo sentido que los rodetes, funcionando el conjunto corno un embrague hidr�ulico y con una relaci�n de velocidad y par de 1:1: es decir, el eje conducido unido a la turbina gira a igual velocidad y con la misma fuerza que el eje motor.
Este mecanismo de sobremarcha, supermarcha u overdrive es un cambio semiautom�tico de dos velocidades es decir que a cada velocidad se obtiene una velocidad m�s; la caja se usar�a de la siguiente manera: primera, segunda supersegunda, directa y superdirecta.
Estas marchas adicionales utilizan solo el 70% de las revoluciones del eje de la transmisi�n a la salida.
Las ventajas m�s notables que ofrece la sobremarcha son las de permitir mayores velocidades al veh�culo cuando el terreno lo permite.
Desconexi�n.
Conexi�n.
Funcionamiento en sobremarcha.
1. Desconexi�n
Todo el mecanismo queda fijo y de modo que el movimiento se transmite del eje secundario al eje de la transmisi�n como si no existiera la sobremarcha. Esto se logra fijando el pi��n planetario a la caja de sat�lites (Posici�n # 2� del funcionamiento del tren de engranajes planetarios) con lo cual, el eje secundario del cambio transmitir� el movimiento al eje de salida a trav�s de la caja de sat�lites y la corona, como si estas dos piezas estuvieran unidas.
2. Conexi�n
La sobremarcha conectada en directa con rueda libre; en este caso el pi��n planetario se deja libre de girar loco sobre el eje secundario. con lo cual el tren epicicloidal no transmite el movimiento de un eje a otro (corresponde a la posici�n # 3 del funcionamiento del tren de engranajes planetarios). La transmisi�n del movimiento se efect�a a trav�s de la rueda libre, siempre que el eje secundario tienda a arrastrar al eje de la transmisi�n, pero si este �ltimo gira m�s r�pidamente que el secundario no hay transmisi�n del movimiento hacia la caja de cambios y el motor.
3. Funcionamiento en sobremarcha
El pi��n planetario se encuentra fijo transmitiendo fija a la caja o c�rter del cambio con lo cual el movimiento se transmitir� a trav�s del tren de engranajes epicicloidales (posici�n # 1 del funcionamiento del tren de engranajes planetario).
Al girar el eje de salida m�s r�pidamente que el secundario no hay transmisi�n de movimiento a trav�s de la rueda libre.
Un embrague hidr�ulico est� formado por una rueda de paletas unida r�gidamente al extremo posterior del cig�e�al del motor, gira con este y sumergida en un ba�o de aceite, produciendo al girar en el l�quido un efecto parecido al del rotor de una bomba centr�fuga con lo cual transmite la energ�a de movimiento del motor al aceite, produciendo as� el movimiento de �ste.
Una segunda rueda de paletas similar a la primera est� en frente y paralela, el eje de esta segunda rueda forma el eje primario de la caja de cambio de velocidades; el aceite en movimiento hace girar esta segunda rueda entreg�ndole la energ�a de movimiento al motor. No existe una uni�n s�lida entre los dos elementos pero se transmite el movimiento.
Al ponerse en marcha el motor, las paletas del rodete impulsor comienzan a mover el aceite que es lanzado contra las paletas del rodete conducido; mientras la velocidad del rodete impulsor sea peque�a, el rodete conducido no es arrastrado por el aceite, pero a medida que aumenta la velocidad del motor el aceite va aumentando su velocidad y su capacidad de arrastrar al rodete conducido, cuando llega a la misma velocidad gira el rodete conducido.
Este sistema no produce choques por cambios bruscos de la velocidad del motor porque la uni�n no es s�lida entre los componentes.
Se tienen otras ventajas como el aumento de velocidad , en caso de alta aceleraci�n no es necesario cambiar las marchas gradualmente de primera a segunda y despu�s a tercera sino directamente o realizar el arranque en segunda.
Los embragues hidr�ulicos junto a sus ventajas, que los hacen pr�cticamente imprescindibles para el empleo de cajas de cambio autom�ticas, tienen dos inconvenientes: una cierta resistencia a la marcha del motor a ralent�, cuando no mueve el veh�culo, y un deslizamiento con el veh�culo en marcha incluso con el acoplamiento m�ximo, que se traduce en un mayor consumo de combustible y en un retardo en la respuesta del veh�culo a la aceleraci�n del motor.
EMBRAGUE FLUIDFRIC
Para evitar los problemas de los embragues hidr�ulicos sin perder sus ventajas, se usan unos embragues que combinan las propiedades hidr�ulicas y las de un embrague de fricci�n centr�fugo; estos se denominan Fluidfric utilizado en motores de veh�culos y maquinaria pesada.
La parte de embrague hidr�ulico se parece a la descrita anteriormente, mientras que el embrague centr�fugo est� formado por un plato unido al eje de salida del movimiento y unido a su vez con el embrague hidr�ulico, en donde se montan unas zapatas que se mueven radialmente.
Cuando el veh�culo est� detenido las zapatas se encuentran cerca del eje con la acci�n de un muelle sobre las mismas.
Cuando el motor se pone en marcha comienza a actuar el embrague hidr�ulico, permitiendo arranques suaves y marcha continuada del motor.
Adem�s cuando el veh�culo adquiere velocidad (eje de salida gira), las zapatas se separan del embrague centr�fugo.
Al quedar acoplado el embrague centr�fugo deja de actuar el embrague hidr�ulico evit�ndose el deslizamiento.
Esta disposici�n permite adem�s la puesta en marcha del motor haciendo rodar el veh�culo por una pendiente cuando se presentan dificultades con el motor de arranque o tambi�n, hacer que el motor act�e de freno en las bajadas.