Felix Maocho

Para quien le interese lo que a nosotros nos interesa

Meccano – Caja de cambio compacta de seis marchas y marcha atrás

Por Félix Maocho
19/11/2012

Si hay algo que admiro, es la capacidad de imaginar el funcionamiento de varios engranajes combinados, reconozco que esa habilidad está más allá de mis facultades.

Pudiera, (con dificultad), llegar a construir un modelo tan complejo como el que hoy voy a mostrar, pero lo que es absolutamente imposible que fuera posible yo el que lo imaginara y diseñara, porque mi cerebro no es capaz de v visualizar el funcionamiento de aparatos complejos.

No le ocurre así Alan Wenbourne el autor de esta caja de cambios compacta con seis velocidades y marcha atrás que hou muetro. Según cuenta en un artículo publicado en la wen del club  SELMEC, pensó que él podría llegara diseñar y construir una caja de engranajes de seis velocidades y marcha atrás, más compacta y adecuada para incluir en maquetas realistas de automóviles que las que hasta entonces se habían disel ñado con Meccano.

Supongo que todos sabemos lo que es una caja de cambios, un sistema de engranajes que reduce las revoluciones que produce un motor a base de coseguir con ello mayor potencia. Los automóviles y otros vehículos suelen llevar una caja que en lineas generales sigue el siguiente esquema

Por un extremo entra un eje que transmite las revoluciones que produce el motor del automóvil y por el otro extremo sale otro eje que da a la transmisión las trevoluciones que haran girar las ruedas. Lógicamente aun que aparezcan alineados, el eje de entrada no es el mismo que el eje de salida, porque en un eje rotan a la misma velocidad tosdos sus puntos.

Para transmitir la rotación se coloca un tercer eje que hace de puente que mediante engranajes recibe el giro del eje de entrada y lo transmite al eje de salida. Así pues lo mínimo que interviene en una caja de cambios lineal son tres ejes el de entrada (IN) el de salida (OUT) y un eje puente (L1) y cuatro engranajes trabajando dos a dos, un par que pasa a las revoluciones del eje IN al L1 y otro par en el otro extremo que pasa del L1 al OUTn En función del número de dientes de que tiene cada par de engranajes que entran en la transmisión de las rotaciones variará la velocidad de rotación del eje de salida.

Si todos los dos ejes que engranan tiene engranajes iguales, las mismas revoluciones del eje de entrada se medirán en el eje de salida, pero si el par de engranajes es diferente y uno es pequeño por ejemplo de 19 dientes y el otro mayor por ejemplo de 22 dientes por cada vuelta que de el pequeño, el mayor solo habrá dado un 19/22 vueltas es decir, el eje de salida rotara solo 0,863 revoluciones de lo que rote el de entada, si se pusieran al revés es decir que el engranaje de 22 dientes moviera al de 19 dientes, por cada vuelta de el eje de entrada, daría 22/19 vueltas es decir el eje de salida rotaíia a 1,157 revoluciones de las revoluciones que rote el de la entrada.

Pero eso no es una caja de cambios sino una reductora pues lo que hace es cambiar la velocidad de giro del eje de salida en una relación fija e invariable. Para transformarlo en una caja de cambios habrà que permitir que cambien los engranajes que transmiten las revoluciones. Una forma sencilla de conseguirlo seria mover el eje L1 adelante y atras de un punto A a uno B de forma que en un punto entraran en funcionamiento unos pares de engranajes y en el otro otro par, así tendríamos una caja de cambios de dos marchas, en el punto a establecería una relación X y en el B una relación Y y el paso de una a otra se haría moviendo la palanca de cambios.

Vista la teoría de lo que es una caja de cambios sencilla pasemos a una complicada. EN nuestro caso una caja de cambios basada en un eje de entrada (IN) y uno de salida (OUT) y tres ejes puente que transmiten entres si las revoluciones del eje IN al eje OUT, dos que se pueden desplazar (L1) y (L2) y uno que no se desplaza, solo rota, (L3) situado en línea entre los ejes (IN) y (OUT)´

  • El eje (IN) posee dos engranajes a y b, de 22 y 19 engranajes y se apoya en el engranaje c, que es solidario al eje L3
  • El eje L1 se posiciona en dos puntos A y B según la palanca de cambios esté a derecha o izquierda. Tiene tres engranajes j, k, l de 22,25 y 19 dientes respectivamente
  • El eje L2 se posiciona en cuatro lugares C,D,E y F según vaya avanzando ella palanca de marcha, y posee así mismo  otros tres engranajes  g,h,j de 19, 25, y 19 engranajes.
  • El eje L3 no se desplaza y tiene dos engranajes uno en un extremo, el c de 25 dientes, y otro en el medio el d, de 19 dientes, mientras que el otro extremo se apoya libre en el engranaje e qye es solidario al eje OUT
  • El eje de salida (OUT) tiene dos engranajes el e de 19 dientes que además apoya el engranaje L3 y el f de 25 dientes,

Tal como se representa el esquema hay metida la 2ª marcha, el eje L1 esta en B el L2 esta en C y el movimiento se transmite del eje IN al L1 a través de los engranajes (b, k) , del L1 al L3 del engranaje a través del (j,c), del L3 al L2 a través del (c,g) y el eje L2 al OUT por la pareja (h,f)

Según esta relación las vueltas del eje de salida OUT en relacion a las vientas de entrada seran la multiplicación de cada un de los coeficientes que producen cada pareja de engranajes:

La relacion de  (b, k) será 19/25, de (j,c) será 19/25, de (c,g) 25/19 y de (h,f) 25/19 o sea en conjunto 19x19x25x25/25x25x19x19  eliminando elementos iguales queda 1

Es decir en este caso la velocidad de giro de entrada es igual a la velocidad de giro de salida, o lo que es lo mismo como sino hubiéramos hecho nada, lo cual puede parecer sorprendente pero es normal, mientras que el motor de un coche gira a altísimas por ejemplo unas 7000 revoluciones en relación a giro de las ruedas del coche en un motor eléctrico de los que utilizamos en mecano las revoluciones de salida no pasan de unos cientos.

Si nos fijamos bien cuando el eje L1 está en A, marchas  R, 1ª, 3ª y 5ª engrana (b,k) y (l, h)  (19/25)x(19/25) con una reducción de resultado igual a 0,577 y cuando está en B (mas a la izquierda de lo pintado en el esquema), marcha, 2ª, 4ª, 6ª engrana (j,a) y (l,h)  (22/22)x(19/25) o sea 0,760

Por su parte el eje L2 en la posición C, (marchas 5ª y 6ª), engrana (c,g) (h,e). (25/19)x(25/19) o sea 1,731. en la posición D, (marchas 3ªy 4ª) engrana (d,h)(h,e) (19/25)x(25/19) o sea 1,000, en la posuición E (marchas 4ªy3ª) engrana (d,h) (1,f) (19/25)x(19/25) o sea 0,577

Un caso especial lo presenta la marcha atrás ( R), para que se produzaca el giro en dirección contraria añ de entrada hace falta que el número de pares de engranajes que participan en la transmisión de las revoluciones sea impar pues casda par de engranajes cambia la dirección de giro que tenia el eje de entrada. Para conseguir esto en la posición F del eje L2  el engranaje h entra en contaco directo con el ecgranaje l del eje L1, por lo que ademas el engranaje l traspasa eje L2 queda en el vacio y sin utilidad. En este caso los pares de engranajes que interviene en traspaso de revoluciones son solamente (l,h) (1,f) (25/19)x(19/25) o sea 1,000

Con todo esto el movimiento de la caja de cambios se resiume en este cuadro

Gear Lay shaft positions Gears in mesh
(drive path)
Ratio
L1 L2
1st B C a-j; l-c-g; h-e 0.76:1
2nd A C b-k; l-c-g; h-e 1:1
3rd B D a-j; l-c; d-h-e 1.316:1
4th A D b-k; l-c; d-h-c 1.731:1
5th B E a-j; l-c; d-h; i-f 2.278:1
6th A E b-k; l-c; d-h; i-f 2.997:1
Reverse A F b-k; l-h; i-f 2.278:1

Lógicamente al modelo que presento no llegó solo en un intento, sino en sucesivas mejoras realizadas sobre cajas de cambio hechas con mecano ya existentes de constructores que le precedieron, En su caso partió de una caja de cambios diseñada por Tony Bolton que en septiembre de 1997 aparece descrita en el Constructor Quarterly, donde se sugiere la posibilidad de hacer una versión mas compacta.

Trabajando sobre esa idea, consiguió construir una modificación que resulto ser una pulgada, más corta. La caja de cambio es en su funcionamiento básicamente igual que la inicial, pero el cambio de determinadas pieza permitió acortarla una pulgada. En la imagen se ve la nueva configuración y entre paréntesis se indican las piezas relevantes del modelo original que han sido sustituidas.

El modelo es ahora de 4 ½” de largo en vez de 5 ½” de largo. Aunque como soporte se utiliza una placa plana de o un 5 ½” porque solo tenía dos de 4 ½” que utilizó en los laterales. Sin embargo, la mayor placa de base puede valer para alojamiento de un  embrague

A un nivel superior se sitúan dos ejes que en sí, no tiene relación con la transmisión del movimiento, pero que serán los encargados de transmitir los movimientos de la palanca de cambios a los ejes L1 y L2, o sea, serán con su movimiento los que cambiarán las marchas.

Según cuenta Wenbourne, una de las partes más difíciles de diseñar y construir en la caja de cambios es el mecanismo de cambio de marcha, que según él resulta tan difícil de diseñar como la propia caja de cambios. Se complica aquí el diseño con la necesidad de hacerle tambien compacto, pues no tendría sentido hacer una caja de cambios diminuta y luego un sistema de cambio de marchas muy voluminoso

A la vista de su solución hemos de reconocer que su solución venció el reto que se había propuesto. Dos engranajes, uno de corona marcada cobn el número 17 que es solidaria a la palanca de cambios y gira con el movimiento de adelante y atrás y lo transmite mediante un engranaje (26n) situado en un eje vertical a uno de estos ejes auxiliares a través de otro engranaje (26p) a un tormillo sinfín amarillo que veíamos en la imagen frontal de la caja de cambios que es el que al avanzar o retroceder el eje L2. Por un procedimiento similar trasmite el movimiento de derecha izquierda al eje L1, pero no llego a deducirlo por las fotografías que poseo.

Acaba con ello lo que es en si la caja de cambios, cuyo aspecto final es la que se ve en la fotografía del inicio del post. Sin embargo como sin darlo mayor importancia, Alan Wenbourne, nos añade de regalo el embrague, mecanismo que librea de trabajo a la caja de cambios motivo por el cual es mas posible pasar de unos h juegos de engranajes a otros.

 

Cuando conducimos y vamos a cambiar de marcha por un lado levantamos el pié del acelerador, con lo que disminuyen las vueltas del motor y simultáneamente pisamos el embrague liberando a la caja de cambios de seguir tirando del automóvil, y posteriormente cambiamos la marcha.

 

El embrague que nos muestra Alan es una replica de un embrague de diafragma pero el Meccano no tiene piezas para simular un resorte de diafragma. Utiliza por ello la pieza (145a)  Strip circular de 2 ½ ” de diámetro que aunque no es un resorte, simula su acción. Esta pieza se monta sobre unos tormillos que rodean unos resortes como sw ve wbrew anmbos discos rojos y friccionan con una rueda de caucho situada entre el disco rojo y la rueda dentada negra, de forma que cuando retroceden por la presion ejercida en el pedal del embrague dejan de entrar en contacto.

Montada junto a la caja de cambios tiene este aspecto

 

Ya solo falta enlazar esta caja a un motor por un extremo y a la diferencial del punte trasero de un coche para tener el diseño completo de la tracción de un automóvil. Sobre la forma de diseñar una diferencial ya escribí un post hace tiempo

En esta filmación se ve la tansmision al completo en una exhibición de Meccano del Club SELMEC

Félix Maocho

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Articulo adaptado al español de un post de SELMAC

Traduci

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19 noviembre 2012 - Posted by | General

2 comentarios »

  1. Muy interesante el artículo del sr Wenbourne , y un buen trabajo de adaptación el tuyo!
    Sólo comentar que hacer la caja tan compacta requiere usar piñones de sólo 3 mm de grosor, que no forman parte del catálogo Meccano, sino que hay que comprar a fabricantes de reproducciones, que están desarrollando piezas nuevas a petición de los aficionados.

    Comentario por Club Meccano de Catalunya | 15 diciembre 2012 | Responder

    • Gracias por tu aclaración Antoni. De un a caja de cambios como esta, puedo escribir, pero no creo que tuviera habilidad suficiente para copiarla, no digo ya para diseñarla, está calramente fuera de mis capacidades.

      Comentario por felixmaocho | 15 diciembre 2012 | Responder


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