Una caja de cambios preselectora es un tipo de transmisión manual que se utiliza principalmente en turismos y coches de carreras en la década de 1930, en autobuses de 1940-1960 y en vehículos blindados de 1930 a 1970. La característica definitoria de una caja de cambios preselectora es que la palanca de cambio de marcha permite al conductor "preseleccionar" la siguiente marcha, normalmente con la transmisión en la marcha actual hasta que el conductor presiona el "pedal de cambio de marcha" en el momento deseado.
El diseño eliminó la necesidad de que el conductor dominara la sincronización de usar un pedal de embrague y una palanca de cambios para lograr un cambio suave en una transmisión manual no sincronizada. [1] La mayoría de las transmisiones de preselector evitan por completo un embrague controlado por el conductor. Algunos usan uno únicamente para partir desde parado. [2] Las cajas de cambios con preselector eran más comunes antes de la adopción generalizada de la transmisión automática, por lo que se consideraron en comparación con el tipo de transmisión manual de " caja de cambios de choque ".
Las cajas de cambios con preselector a menudo se comercializaban como cajas de cambios "autocambiables", [1] sin embargo, esta es una descripción inexacta ya que se requiere que el conductor elija la marcha (y a menudo accione manualmente el cambio de marcha). Una transmisión automática es una verdadera "caja de cambios autocambiable", ya que puede cambiar de marcha sin la participación del conductor.
Hay varios diseños mecánicos radicalmente diferentes de la caja de cambios del preselector. El más conocido es el diseño de Wilson. [3] Algunas cajas de cambios, como la Cotal, cambian de marcha inmediatamente cuando se mueve el control, sin requerir el pedal de cambio de marcha independiente.
Beneficios
En comparación con las transmisiones manuales contemporáneas (no sincronizadas ), las cajas de cambios preseleccionadoras eran más fáciles de operar para los conductores, ya que no requerían técnicas como el doble desembrague . Las cajas de cambios de preselector también tenían tiempos de cambio más rápidos, podían manejar mayores salidas de potencia y tenían menos masa y podían cambiar bajo carga. [ cita requerida ]
Una ventaja de diseño de muchas cajas de cambios preseleccionadoras es que los componentes de fricción son frenos , [4] en lugar de embragues . Esto significó que las bandas de freno no giratorias podrían usarse para las piezas que están sujetas a desgaste, lo que da como resultado un diseño más simple que un componente giratorio como un embrague típico. Los componentes de desgaste también podrían montarse en el exterior del mecanismo (en lugar de enterrarse dentro de él), proporcionando un acceso más fácil para el mantenimiento y el ajuste.
Diseños
Wilson
El tipo más común de caja de cambios preselectora era la Wilson, que utilizaba un diseño epicicloidal . [5] [6] Un precursor de la caja de cambios Wilson fue la caja de cambios epicicloidal de control manual que se utilizó en los coches Wilson-Pilcher de 1901-1904 fabricados en el Reino Unido. Uno de los directores de la empresa, Walter Gordon Wilson , se había convertido en un defensor de los beneficios de la caja de cambios epicíclica, que permitía transmitir grandes pares sin dejar de ser controlable mediante una pequeña fuerza de entrada. [7] Walter Wilson fue uno de los principales inventores del tanque blindado durante y después de la Primera Guerra Mundial , [8] y fue responsable del tanque británico Mark V de 1918 que usaba una caja de cambios de dirección eypicyclic. [9] [10] La Lanchester Motor Company en el Reino Unido también produjo coches con cajas de cambios epicicloidales controladas manualmente desde 1900 y construyó un tanque experimental (la Lanchester Gearbox Machine o Experimental Machine K ) equipado con una caja de cambios epicicloidal. [11]
Walter Wilson continuó experimentando con cajas de cambios epicicloidales para automóviles y en 1928 se inventó su "caja de cambios Wilson". Walter y uno de los copropietarios de Armstrong Siddeley Motors formaron la empresa Self-Changing Gears Ltd. (inicialmente llamada Improved Gears Ltd. ) para diseñar y construir la caja de cambios Wilson. [12] El Armstrong Siddeley Thirty de 1929 fue uno de los primeros coches en utilizar la caja de cambios Wilson. [13] La caja de cambios también fue construida bajo licencia por otros fabricantes, incluidos Cord, ERA, Daimler y Maybach. [14] [15]
El conductor preseleccionó la siguiente marcha usando una palanca montada en el volante, luego presionó el 'pedal de cambio de marcha' (a menudo ubicado en lugar del pedal de embrague habitual ) para activar el cambio de marcha en el momento deseado. [16] [17]
La caja de cambios Wilson se produjo con una variedad de embragues. El más conocido es el volante fluido , utilizado para turismos como el Daimler (Armstrong Siddeley utilizó un embrague centrífugo). [2] Los autos deportivos usaban un embrague centrífugo Newton . [2] Este era un embrague seco de placas múltiples , similar a los embragues manuales de carreras de la época, pero con la placa de presión accionada centrífugamente para acoplarse a alrededor de 600 rpm. [18] Los autos de carreras puros, como el ERA , evitaban un embrague por completo y confiaban en el acoplamiento progresivo del freno de banda de la caja de cambios en la marcha más baja al arrancar. [2] Cuando está equipado con un embrague centrífugo o un acoplamiento de fluido, comenzar desde parado implicaba simplemente seleccionar la primera marcha, luego el embrague se enganchaba automáticamente una vez que se presionaba el pedal del acelerador. En otros coches, el pedal de cambio de marcha funcionaba como un embrague al arrancar desde parado.
La caja de cambios Wilson se basó en una serie de engranajes epicicloidales, acoplados de una manera ingeniosa que también fue invención de Wilson. Engranajes sucesivos accionados por combinación o 'reducción de la reducción' proporcionada por el engranaje anterior. [19] Se requería un epicicloidal separado para cada marcha intermedia, con un embrague de cono para la marcha superior recta y otro epicicloidal para la marcha atrás. [20] Se proporcionaron cuatro marchas, en un momento en que muchos coches (especialmente los estadounidenses) por lo general solo tenían una caja de cambios de tres velocidades. Esto se debió al mercado deportivo, o incluso de carreras, de la caja de cambios Wilson, por lo que las relaciones podrían estar más espaciadas . Aunque esta misma disposición de epicíclicos se convertiría en el precursor de la transmisión automática de posguerra, [2] el uso de la transmisión automática de un convertidor de par, junto con la amplia banda de potencia y el exceso de potencia de los motores V8 de EE. UU., por tanto, menos proporciones eran aceptables. A diferencia de las cajas de cambios "crash" de la primera mitad del siglo XX, las ruedas dentadas de una caja preselectora están engranados permanentemente en un diseño epicicloidal .
El cambio de marcha con la caja Wilson se basaba en el control de las bandas de freno que mantenían el anillo de cada epicicloidal en una posición fija. La banda de freno a seleccionar fue controlada por una leva giratoria, movida por la palanca de cambios. Solo se activó una banda para cada selección de marcha. Esta pequeña palanca manual no podía proporcionar suficiente potencia para enganchar y bloquear la banda de freno, de ahí la necesidad del pedal. El movimiento real de las bandas de freno fue controlado por el mecanismo de "palanca", una característica distintiva del diseño de Wilson. [20] Cuando se presionó y soltó el pedal, una serie o 'barra colectora' de palancas en forma de dedos fueron presionadas hacia arriba por un resorte helicoidal fuerte, contra una serie de conexiones ligeras o 'puntales de operación'. [21] La posición de cada varillaje se controlaba mediante el árbol de levas de selección de marchas. Si la leva (para cada engranaje) mantenía el varillaje en su lugar, en lugar de permitir que se moviera fuera del camino, el dedo de la barra colectora presionaría, a través del puntal de operación, sobre las palancas que controlan las bandas de freno. Estos conmutadores proporcionaron el apalancamiento adicional necesario para mantener la banda de freno en su lugar, bajo la fuerza del resorte helicoidal, hasta que se presionara el pedal. Otra característica del diseño de Wilson fue el uso de tuercas autoajustables en cada banda para compensar el desgaste. La acción de enganchar y desenganchar cada banda fue suficiente para hacer avanzar las tuercas de trinquete y así ajustar el desgaste eliminando cualquier holgura. [20] [21]
Otros diseños epicíclicos
Total
Durante las décadas de 1920 y 1930, varios fabricantes de automóviles de lujo franceses utilizaron una caja de cambios preselectora de tres o cuatro velocidades fabricada por Cotal. Un aspecto único de la caja de cambios Cotal fue el uso de embragues electromagnéticos (en lugar de frenos de banda) para acoplar los engranajes. [22] Una desventaja de este enfoque era que una pérdida de energía eléctrica significaba que el motor ya no podía accionar las ruedas. Los embragues se controlaban mediante un simple tablero de instrumentos o un interruptor montado en una columna, descrito como "una cereza en un palillo de cóctel", [2] y relés. No había acción servo mecánica, por lo que no se necesitaban la leva de Wilson o los arreglos de palanca y el pedal de cambio de marcha.
de Normanville
Durante la década de 1930, los automóviles Humber fueron equipados con una caja de cambios preselectora de cuatro velocidades producida por Laycock-de Normanville . [23] Era muy similar al Wilson, pero utilizaba la activación hidráulica directa de las bandas de freno (seleccionadas a través de una palanca en la columna de dirección) evitando así la necesidad de un pedal de cambio de marcha.
Talbot
Varios automóviles Talbot en la década de 1930, como el Talbot AX65 Darracq de 1932-1935 , usaban una "caja de cambios de aceleración" diseñada por Georges Roesch, basada en las patentes de Wilson. [24] [25] [26] La caja de cambios Roesch se revisó ampliamente tanto en diseño como en materiales, lo que resultó en una caja de cambios más liviana que pudo soportar tres veces la potencia de la caja de cambios Wilson. [27] [28]
Esta caja de cambios preseleccionaba automáticamente la primera marcha cuando se activa la marcha atrás. Al acoplar la segunda marcha, la caja de cambios preseleccionaba la tercera y la cuarta cuando se acoplaba la tercera. [2] Luego alternaría entre la tercera y la cuarta hasta que se preseleccionara otra marcha manualmente. [29] Las versiones iniciales se produjeron sin ningún tipo de embrague, sin embargo, pronto se añadió un embrague centrífugo al diseño. Descrito por Talbot como el 'Embrague del tráfico'. [28] Este era un dispositivo simple, con dos zapatas que se balanceaban radialmente (similar a un freno de tambor).
Viratelle
Una de las primeras cajas de cambios con preselector fue un prototipo de caja de cambios de motocicleta de tres velocidades patentado por fr: Marcel Viratelle en Francia en 1906, el diseño y la producción eran muy compactos. [30] [31] [32]
Tanques de tigre
El tanque blindado alemán Tiger I de 1942-1945 utilizó una forma de caja de cambios preseleccionada que fue construida por Maybach y ofrecía 8 relaciones. El mecanismo de cambio era hidráulico para reducir el esfuerzo del conductor. Los embragues se utilizaron en combinaciones, lo que permitió muchas más relaciones que los actuadores. Había tres cilindros hidráulicos, cada uno con dos posiciones y embragues de garras de control para trenes de engranajes dispuestos en cuatro ejes. Los cilindros fueron controlados por una válvula giratoria en una palanca de cambios de cuadrante simple y activados empujando la palanca hacia los lados en su compuerta. La combinación de los tres cilindros permitió ocho relaciones diferentes, aunque a la inversa, estas se limitaron a las cuatro más bajas. [33] Cuando los británicos estudiaron un tanque Tiger I capturado en 1943, los motores Armstrong Siddeley realizaron el informe sobre la caja de cambios. [34]
Comparación con otras transmisiones
Cajas de cambios de embrague múltiple
Una caja de cambios de embrague múltiple evita las dificultades de cambiar de marcha al evitar la necesidad de cambiar en absoluto. Funciona como una serie de cajas de cambios independientes, cada una controlada por un embrague independiente, entrelazadas para evitar la selección múltiple. Seleccionar una marcha es cuestión de seleccionar el embrague adecuado. Una ventaja de este tipo es que es sencillo organizar la operación remota, ya que no hay un varillaje de cambio de marcha como tal, simplemente una duplicación de un varillaje de embrague.
Relación única por embrague
Este tipo de caja de cambios apareció en las pruebas de caja de cambios de Oldbury en marzo de 1917, probando diferentes transmisiones en ocho tanques pesados británicos . [8] Cada relación tiene su propio eje y su propio embrague. Siempre que los embragues estén enclavados de modo que solo se pueda acoplar uno a la vez, el sistema es sencillo.
A principios de la década de 1980, esta transmisión se desarrolló para autobuses urbanos en el Reino Unido como Maxwell , con una caja de cambios de cuatro velocidades. Los autobuses del Reino Unido son en su mayoría de dos pisos con motores transversales montados en la parte trasera. [35] Su uso también implica mucha conducción de arranque y parada, por lo que el embrague se desgasta mucho en las cajas de cambios convencionales. La ventaja de esta disposición fue el uso de cuatro embragues, todos de fácil mantenimiento desde el exterior del conjunto del motor, sin necesidad de quitar el motor. Los embragues eran embragues húmedos de placas múltiples alimentados con aceite. Las primeras cajas de cambios ganaron reputación por su falta de confiabilidad y en 1985 los desarrolladores originales, Brockhouse, las autorizaron a Avon Maxwell Transmissions. Una versión desarrollada, con una bomba de aceite ampliada, estaba disponible como actualización para la mayoría de los autobuses del Reino Unido. [36] Una característica inusual de esta caja de cambios era la capacidad de acoplar la primera y la segunda marcha simultáneamente. Este actuó como un retardador hidráulico de 50 hp .
Embrague doble
La idea del cambio rápido solo con embrague también se ha desarrollado como la transmisión de doble embrague, en automóviles recientes de alto rendimiento. Esto combina la simplicidad de una caja de cambios con los cambios rápidos de un diseño basado en embrague. Efectivamente, hay dos cajas de cambios independientes, cada una de las cuales ofrece relaciones alternativas del conjunto general, y los dos embragues seleccionan qué caja de cambios está en efecto. Los cambios dentro de la caja de cambios se realizan automáticamente, para predecir qué relación necesitará el conductor a continuación. Siempre que la siguiente relación se haya seleccionado correctamente (es decir, la computadora adivinó correctamente en cuanto a un cambio ascendente frente a un cambio descendente), el cambio en sí es simplemente un movimiento rápido del embrague. Sin embargo, los cambios inesperados pueden confundir al sistema y primero debe seleccionar la relación correcta antes de activar el embrague, lo que produce un cambio mucho más lento.
Transmisiones semiautomáticas
Las transmisiones semiautomáticas, generalmente en forma de transmisiones manuales sin embrague, solo automatizan el sistema de embrague y han utilizado varios sistemas de control diferentes para facilitar el funcionamiento del embrague, al tiempo que requieren la intervención del conductor para cambiar manualmente de marcha. Estos sistemas fueron introducidos por numerosos fabricantes de automóviles de producción, antes de la llegada y producción de las transmisiones automáticas hidráulicas , desde mediados de la década de 1930 hasta principios y mediados de la década de 1990. Estos sistemas eliminarían por completo el pedal del embrague o retendrían el pedal del embrague, pero solo se requeriría que el embrague se accionara para realizar arranques desde una posición estacionaria, no para cambiar de marcha.
Posteriormente se introdujeron más avances y desarrollo, y se utilizaron varios otros métodos para automatizar el proceso de operación del embrague y la selección de marchas simultáneamente, sobre todo con la moderna transmisión manual automatizada , introducida por varios fabricantes de automóviles en la década de 1990, pero que fue pionera por Isuzu , con su transmisión NAVi5 , en 1985.
Usar
Carros pasajeros
- 1929-1959 Armstrong Siddeley - varios modelos [2] [37] [38]
- 1929-1941 Maybach - varios modelos
- Daimler de 1930 a 1950 : varios modelos, comenzando con el Daimler Double-Six de 1930 . [39] [40] El presidente de Daimler informó a los accionistas en su Junta General Anual en noviembre de 1933: "La transmisión de volante fluido de Daimler ahora tiene tres años de éxito y más de 11.000 vehículos, que van desde turismos de 10 CV hasta el doble de los omnibuses de cubierta, que suman más de 160.000 hp, incorporan esta transmisión ... aún no se ha demostrado que cualquier otro sistema ofrezca todas las ventajas de la transmisión fluida por volante de Daimler. Nuestros automóviles Daimler, Lanchester y BSA siguen siendo lo que nos propusimos hacerlos - los aristócratas de su clase y tipo ... También hemos recibido numerosas consultas de los mercados extranjeros. (Aplausos) ". [41]
- 1931-1937 Crossley Ten y Crossley Regis utilizaron la caja de cambios ENV Tipo 75 [38]
- 1932-1934 MG tipo K
- 1932-1938 Riley Nine , Riley 12/4 , Riley 12/6 y varios otros modelos durante este tiempo
- 1934-1935 Estoque Lagonda
- 1936-1937 Cordón 810/812
- 1948 Tucker 48
Automovilismo
Se utilizaron cajas de cambios preselectoras en varios coches de carreras y motos, incluido el International Six Days Trial 1921 y 1922 - Suiza, donde las motocicletas Marcel Viratelle se introdujeron con motocicletas de serie; la ERA R4D de 1935 , [42] y coches de escalada como la Auto Union de la década de 1930 ' Flechas de plata ' .
Autobuses
Varios autobuses construidos en el Reino Unido alrededor de 1940 a 1960 tenían transmisión preselectora, incluidos los construidos por Leyland, [ cita requerida ] Daimler y AEC. El tipo AEC RT , un autobús comúnmente utilizado en Londres durante este período, usaba aire comprimido para accionar los cambios de marcha, [43] [44] mientras que otras cajas de engranajes usaban accionamiento mecánico.
El funcionamiento típico de los autobuses de Londres era que tenían una primera velocidad muy baja, solo se usaba en colinas, por lo que el conductor al arrancar seleccionaba la segunda velocidad, pisaba y sueltaba el pedal de cambio para activar la transmisión y luego seleccionaba la tercera, listo para cambiar de marcha. la mudanza, todo esto hecho mientras el autobús aún estaba parado. Al arrancar, solo se presionó el pedal del acelerador, y el eventual cambio a la tercera marcha se hizo simplemente presionando el pedal de cambio de marcha.
Vehículos blindados
- 1937-1943 Matilda II
- 1939-1945 Panzer 38 (t) y el Praga LT-38 relacionado
- 1939-1945 Panzer III , usando la caja de cambios Maybach-Variorex
- 1940-1974 Daimler Dingo
- 1943-1945 Stridsvagn m / 42
- 1952-1971 Daimler Hurón
- 1952-1976 Alvis Saracen
- 1958-1972 Alvis Saladin
- 1963-197? OT-64 SKOT
- 1972-19 ?? Vehículo blindado de reconocimiento Fox
- 1993-2002 Challenger 2 [45]
Motocicletas
Algunas motocicletas James de la década de 1950 se fabricaron con motores Villiers y una caja de cambios preselectora. [ cita requerida ] Estos fueron operados presionando el pedal de cambio hacia abajo para seleccionar la 1ª marcha, luego tirando de la palanca del embrague y en su retorno la marcha se enganchó y condujo hacia adelante. Al presionar nuevamente el pedal de cambio, se seleccionó la 2ª marcha, que se enganchó solo después de que la palanca se haya jalado nuevamente.
Vagones
Algunos de los primeros vagones con motor de gasolina y diésel de la década de 1930 usaban la caja de cambios preselectora Wilson. Los vagones GWR 'Flying Banana' con motor AEC tenían una caja de cambios de este tipo. [46]
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