Caja de cambios CVT Extroid

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Video resumen Caja de cambios CVT Extroid

La caja de cambios influye mucho en el comportamiento del automóvil; prestaciones, consumo y contaminación.

Se basa en que relaciona la velocidad del automóvil con las RPM del motor, cuanto menor sea el régimen de giro del motor a la misma velocidad mejor para el consumo y la contaminación, pero ¿y las prestaciones?

Para que estas sean buenas o al menos suficientes, respuesta al acelerador, se ha de contar con buen par motor y disponible desde bajas RPM, es la razón de que los motores térmicos utilicen actualmente la sobrealimentación como un elemento más en el diseño.

Otra tecnología habitual es aumentar el número de relaciones de caja de cambios.

En este artículo vamos a tratar sobre un sistema de caja de cambios peculiar, con reducida utilización, pero técnicamente interesante.

Es una transmisión de variación continua o caja de cambios CVT que soporta elevados valores de par.

Antes de describir sus elementos y funcionamiento hacemos una introducción para posicionarla entre los demás tipos de cajas de cambios.

Caja de cambios por piñones de diferentes diámetros

Como el motor da un par determinado, y a bajas RPM es menor, se ha de multiplicar para iniciar la marcha e ir adaptándolo después a las diferentes condiciones de circulación, cada multiplicación de par es una relación de caja de cambios.

La caja que se ve en la imagen tiene 5 marchas, no se incluye la marcha atrás al no afectar al contenido de este artículo:

Dispone de piñones motor (negro) y de piñones ruedas (rojo) con diferentes diámetros, de piñón pequeño a grande multiplica el par y desmultiplica la velocidad y a la inversa.
Caja de cambios manual.
- El conductor inserta las relaciones moviendo la palanca de cambios; se ve cómo van entrando las cinco. Al subir las relaciones los piñones motor se hacen más grandes y los de ruedas más pequeños. Como en 5ª el piñón de motor tiene mayor diámetro que el de ruedas el efecto es desmultiplicar el par y multiplicar la velocidad, es una relación “larga”.
- La caja manual conecta con el motor mediante el embrague y lo acciona con el pedal el conductor.
- Los piñones se acoplan para las relaciones mediante sincronizadores, pues en realidad están engranados entre sí de forma constante y mediante los sincronizadores giran con el eje.
Caja de cambios pilotada o robotizada; se parte de una caja manual pero las inserciones de las marchas y el embrague no las realiza el conductor.
- La palanca tiene las posiciones P R N D + –, y son respectivamente, aparcamiento, marcha atrás, punto muerto, automático (“drive”) y subir o bajar una relación. El conductor posiciona la palanca y un sistema de accionamiento electrohidráulico o electrónico hace las acciones necesarias de insertar las relaciones, incluyendo al embrague (o embragues).
- La conexión con el motor es mediante uno o dos embragues en seco o dos multidisco en baño de aceite.
- La inserción de las relaciones se hace mediante sincronizadores, como en la caja manual, pero son accionados por el control electrónico.
Caja de cambios automática.
- Las posiciones de la palanca son como en la pilotada/robotizada y con las mismas funciones, P R N D + –, pero el funcionamiento, controlado electrohidráulicamente, es bastante diferente.
- La conexión con el motor es con convertidor de par, no hay contactos mecánicos, se transmite el par motor por torbellinos de aceite a presión.
- Los engranajes son epicicloidales, unos dentro de otros
- Se acoplan las relaciones agrupando o frenando engranajes mediante embragues o frenos con discos en baño de aceite.

Hay otro tipo genérico de caja de cambios automática, que al ser la base de este artículo la vamos a explicar después.

Piñones de diferentes diámetros; modificación del par y velocidad

Las diferentes relaciones permiten adaptar el par a las circunstancias de circulación; peso transportado, orografía y respuesta del motor entre otras.

En principio es mejor más número de relaciones, pero puede no ser fácil para todos los conductores saber cuál es la más adecuada en cada momento con caja manual.

Se ve en la imagen una caja de cambios manual de 6 relaciones con los sincronizadores, que es la más habitual:

Los piñones del motor (negro) van aumentando de diámetro de 1ª a 6ª y a la inversa en los de ruedas (rojo).
El conductor acciona la palanca de cambios para que se vayan insertando las relaciones, 1ª, 2ª, 3ª, 4ª, 5ª y 6ª pisando el pedal de embrague en cada operación.
Con caja pilotada/robotizada y automática el conductor pone la palanca en D (automático – “drive”) y las relaciones van pasando según se acelera o decelera gobernadas por el control electrónico, con distintas tecnologías en cada una de estos tipos de caja de cambios.
Los diferentes diámetros de los conjuntos de piñones de las 6 marchas determinan de la 1ª a la 6ª menos multiplicación de par y más aumento de velocidad, en 6ª se desmultiplica el par y se multiplica la velocidad.

En la caja pilotada/robotizada el accionamiento del embrague o embragues es controlado por el calculador electrónico, no hay pedal, y la inserción de las relaciones lo ejecuta un sistema electrohidráulico o electrónico haciendo intervenir a los sincronizadores.

Las diferencias con la caja manual es que el conductor no acciona el pedal de embrague, no hay, ni la inserción de las marchas, estas acciones son pilotadas.

En la automática el convertidor de par asume el resbalamiento de los cambios de relación, en lo que colaboran los embragues y frenos en baño de aceite que acoplan los engranajes epicicloidales.

Concepto de la caja de cambios CVT de transmisión de variación continua por correa o cadena

La transmisión de variación continua consiste en que no haya saltos de marchas, sino una variación progresiva y continua de la relación de transmisión; km/h y RPM.

La idea es que el piñón que viene del motor aumente de diámetro progresivamente a la vez que disminuye en proporción el que va a las ruedas.
Esto no es viable pero sirve como idea.
De cada piñón de motor y ruedas parte un eje.
En el lado izquierdo de cada eje acopla un árbol estriado y sobre cada uno de estos engrana una polea cónica.
En el lado derecho de cada eje se colocan dos árboles estriados como los anteriores.
Y sobre estos engranados dos poleas cónicas enfrentadas a las anteriores.
Sobre las poleas cónicas asienta una correa o cadena que apoya sobre las superficies cónicas.
El punto de partida es que el diámetro de apoyo de la correa sobre las poleas motor es pequeño, y grande sobre las de ruedas, esto equivale a una relación corta con mucha multiplicación de par y desmultiplicación de velocidad, es decir como la 1ª marcha de una caja manual.
Al separarse las poleas motor y juntarse las de ruedas van variando de forma continua los diámetros de asentamiento de la correa o cadena sobre las poleas, modificando progresivamente y sin saltos la relación de transmisión, este es el concepto de la caja de cambios CVT (“Continuously Variable Transmissión”).

Este sistema se ha utilizado en el automóvil y se sigue haciendo con bastantes evoluciones.

Al final hay enlaces a otros artículos del blog que aportan más información, entre estos el del “Daf Variomatic”, marca que utilizó en todos sus modelos de automóviles este sistema de transmisión con curiosas variaciones.

Aplicaciones de la caja de cambios CVT de transmisión de variación continua por correa o cadena

De las aplicaciones de la caja de cambios CVT por correa o cadena vamos a ver dos.

Automóvil de la imagen superior; con motor delantero transversal y tracción (delantera).
- La transmisión entre las poleas cónicas es mediante correa.
- La caja de cambios CVT está conectada al motor por un convertidor de par.
Automóvil de la imagen inferior; el motor es longitudinal delantero, por delante del eje, y la tracción es delantera.
- Las poleas cónicas están unidas por una cadena de transmisión.
- La conexión de la caja de cambios CVT con el motor es mediante un embrague multidisco en baño de aceite.

Entre estos dos sistemas de correa de goma y cadena hay otros que combinan los dos materiales.

Concepto de caja de cambios CVT Extroid

Se mantiene la idea de que los diámetros de los elementos encargados de variar las relaciones lo hagan de forma continua y progresiva, sin saltos.

La caja de cambios CVT Extroid está a continuación del convertidor de par como elemento de conexión con el motor.
Imagen ampliada de la caja de cambios CVT Extroid
Polea cónica curva acoplada al eje que viene de motor – convertidor (negra) es la polea de entrada motor.
Frente a esta se sitúa otra polea cónica curva en el árbol o eje que va a las ruedas motrices pasando por el diferencial (roja).
Sobre las poleas se colocan dos o más conjuntos de ruedas toroidales que asientan en las superficies curvas de las poleas.
Las ruedas toroidales disponen de sistemas para hacerlas girar y cambiar sus puntos de apoyo sobre las superficies curvas de las poleas cónicas, son electromecánicos, electrohidráulicos o ambos combinados y controlados por un calculador electrónico.
Con el motor en marcha la posición de partida de las ruedas toroidales sobre las poleas cónicas curvas es de reducido diámetro en las poleas motor y mucho diámetro en las de ruedas, es una relación corta.
Al acelerar se van girando las ruedas toroidales modificando progresivamente y de forma continua su posición sobre las superficies curvas de las poleas cónicas, aumenta el diámetro de apoyo sobre las poleas motor y se reduce en la de ruedas, alargándose los desarrollos de transmisión, más km/h para las mismas o menos RPM.
Al decelerar se invierte el giro de mando de las ruedas toroidales acortándose progresivamente los desarrollos de transmisión, y termina la animación en la posición de relación más corta.