Este documento describe los componentes y funcionamiento básicos de las cajas de cambios de los tractores agrícolas. Explica que las cajas de cambios tienen varias velocidades para adaptarse a los diferentes requerimientos de trabajo del tractor mediante el engranaje de pares de piñones en los ejes primario, intermediario y secundario. También incluye gráficos y ecuaciones para el diseño de engranajes y la transmisión de potencia a través de la caja de cambios.

4. Funciones:
Transmitir la potencia a las ruedas
Cambiar el torque y velocidad del motor en el torque y la
velocidad requerida por las ruedas en cada trabajo.

5. Conceptos Básicos:
BHP
Torque
BHP La potencia del motor a una determinada
velocidad de régimen de giro del motor es
siempre la misma
Combustible
V (rpm)
TE: Torque en el motor
NE: Velocidad en el motor (rpm)
Se cumple que: Tw: Torque en la rueda
TE.NE.η = TW.NW ≈ Constante (1) Nw: Velocidad en la rueda (rpm)
η: Eficiencia de transmisión
Debe haber un medio de cambiar la relación de giro entre el motor y las ruedas para
cumplir los diferentes requerimientos de trabajo del tractor.

6. Pérdidas de potencia en las transmisiones
0.87 – 0.90
MOTOR
0.96 – 0.98
0.90 – 0.92
TRANSMISION
0.85 – 0.89
0.75 – 0.81
T
D 0.44 – 0.96
F EJE
0.92 – 0.93
BARRA DE TIRO
0.80 – 0.89
Por cada par de engranajes se pierde entre 3 y 4 % de potencia.
P TDF = (0.87 – 0.90). PM P BT = (0.75 – 0.81). PM

7. Como se cumple le relación 1. se tienen las siguientes curvas de tiro –
velocidad de avance del tractor.
70000
60000
20 40 60 80
Tiro en barra de tiro (kg)
50000
40000
30000
20000
10000
0
0,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Velocidad del tractor (km/h)
P.V
HP = η
274.4

8. La complejidad de la transmisión de potencia se ha ido incrementando con el
tiempo.
1941: 4 velocidades
1962: 8 velocidades
2004: 16 – 18 - 20 velocidades adelante y atraz.
Las transmisiones variables se pueden clasificar en:
1. Cambios selectivos, radio fijo (convencional) Automáticas, cambios hidráulicos o
manuales
2. Cambios selectivos, radio fijo mas un planetario
3. Planetarios en serie
Se puede equipar para que la transmisión se
4. Hidrodinámica (hidrocinética) mas cambios pueda bloquear para condiciones de carga
selectivos estable
5. Hidrostática
En pequeños tractores de jardín y en
6. Mecánica de variación infinita. combinadas en sistemas de correa en V

9. La diferencia entre la transmisión de un tractor y un
automóvil es:
En el tractor a cualquier cambio se puede trabajar
continuamente bajo muchos rangos de carga
En un automóvil la transmisión puede fallar si trabaja en
cambios bajos a toda potencia por tiempos prolongados.

10. Diseño de los dientes de los piñones
Los engranajes fallan por flexión o por su uso. Por eso se han desarrollado
ecuaciones para su cálculo según estos dos criterios.
Esfuerzo de superficie: Es el factor que mas afecta la duración por uso, esta
gobernado por las propiedades del material.
Ecuación de Buckingham para la carga límite de desgaste en un engrane recto:
 σ 2 senφ  1 1  2N
Fw = D p bKQ k = 
 4 x0.35  E + 

Q=
  p E g  n+ N
Fw: Carga equivalente, sobre la cual se espera un desgaste rápido. (lb)
Dp: Diámetro de paso del menor piñón o engrane. (in)
b: Ancho de la cara del engrane. (in)
σ: Límite de endurecimiento de la superficie del material.
Ep: Modulo de elasticidad del material del piñón
Eg: Módulo de elasticidad del material del engrane
n: Número de dientes en el piñón
N: Número de dientes en el engrane.
σ = 400 xBHN − 10000 psi Para algunos aceros de engranes

11. Ecuación de Barth. Esfuerzo de trabajo seguro en función de velocidad del diámetro
de paso de los engranes y de su exactitud.
A
σc = σ.
A +V
σc: Esfuerzo seguro de trabajo del material
σ: Esfuerzo estático seguro del material
A: Factor que depende de la seguridad de los engranajes
V: Velocidad del diámetro de paso
Con A = 2000 y σ = 240000, La mayoría de los engranajes de los tractores fallan en
el 10% del valor de σ = 240.000
El límite de velocidad del diámetro de paso para los engranajes es de 10.16 m/seg
aprox.

12. El esfuerzo por flexión no es un limitante en los engranajes, pero este factor debe ser
chequeado. Se tiene la fórmula de Lewis.
Fs: Resistencia del diente (lb)
Fs = σpby σ: Esfuerzo de trabajo seguro del material, psi
p: Paso circular, in
b: ancho de la cara del engrane, in
y: factor de forma del diente.
Cálculo de y: De la figura, y=2x/3p, considerando el engrane como una barra fija a
un lado y cargada al otro.

13. Valores de y para la ley de Lewis con dientes a 20°
No. dientes y No. dientes y No.dientes y
10 0.064 19 0.100 43 0.126
11 0.072 20 0.102 50 0.130
12 0.078 21 0.104 60 0.134
13 0.083 23 0.106 75 0.138
14 0.088 25 0.108 100 0.142
15 0.092 27 0.111 150 0.146
16 0.094 30 0.114 300 0.150
17 0.096 34 0.118 cremallera 0.154
18 0.098 38 0.122

14. El esfuerzo para tractores de oruga es menor que para los de rueda, por lo
cual una oruga puede transmitir más del 50% de la potencia del motor según
los fabricantes.

15. Transmisión de Carga
Para el diseño y selección de transmisiones en tractores se debe conocer la
experiencia de uso de varios cambios para varios porcentajes de máxima
potencia en el PTO y el la barra de tiro.
Para el TDF del tractor y de las máquinas se debe conocer la magnitud de la
carga torsional impuesta debido a las altas inercias de las partes del tractor o
del implemento.
Datos para diseño de transmisiones de tractores
% de Carga de máxima operación Horas totales
Velocidad Rango mph
95 75 50 25
Baja 1.5 – 3 45 250 180 125 600
Despacio 3.0 – 5.0 730 1825 1990 555 5100
Media 5.0 – 9.0 940 860 350 50 2200
Alta 10 – 25 50 200 150 200 600
Reversa 0.5 – 5.0 20 65 125 90 300
Potencia en Correa 80 600 470 50 1200
Horas Motor 1865 3800 3265 1070 10000
PTO 100 300 240 160 800

16. NECESIDAD DE LA CAJA DE CAMBIOS
Potencia: Trabajo realizado en la unidad de tiempo:
W P= potencia.   Producto escalar:
P= W= Trabajo. W = F •d
t Fuerza . Distancia
t= Tiempo.
 
W F •d Si están en la F •d
p= = N=
t t misma dirección t
Como d/t = v P = F •V
La expresión anterior sólo es válida si la dirección de la fuerza y de
la velocidad son coincidentes.

17. BHP
Torque
En los tractores agrícolas la potencia del motor a
una determinada velocidad de régimen de giro del
BHP
motor es siempre la misma. Por lo tanto, Si se
aumenta la velocidad de avance V del tractor, disminuye su
fuerza F, pues el valor de la potencia requerida al motor
sobrepasará a la de su capacidad al determinado régimen de
Consumo específico
V (rpm) giro
Si no hubiera medio de variar la relación de giro entre el motor y las ruedas, el tractor
marcharía siempre a la misma velocidad debido a la relación constante de los engranajes
en la transmisión.
El trabajo no siempre es el mismo, porque, por ejemplo, arar cuesta arriba requiere
mayor esfuerzo que en llano, de modo que si el tractor está adecuado para esto último, le
faltará potencia en las partes empinadas, y entonces se recurre a que vaya más despacio
para que el producto no sobrepase el máximo valor de N permitido por el motor.
No todas las labores requieren la misma velocidad. y el transporte por carretera, se hace
a unos 30 Km/h.

18. Estas necesidades se satisfacen con el cambio de velocidades.
- Eje primario: unido al embrague transmite el giro del motor y termina en un piñón fijo,
engranado constantemente con otro que mueve el denominado eje intermediario o
contraeje.
- Eje intermediario en el que hay varios engranajes fijos a él con distintos tamaños que
independientemente transmiten a otros situados en el eje secundario.
-Eje secundario, en prolongación pero separado del eje primario estriado con ranuras a
lo largo en las que pueden deslizarse engranajes desplazables que giran solidarios con el
árbol secundario y que el usuario puede mover adelante y atrás con la palanca de mando
del cambio.
Dichos engranajes forman parejas de transmisión con los del eje intermediario.

19. El engranaje del eje primario es más
pequeño que el del intermediario que
conecta con él de modo que el
intermediario gira más despacio que el
motor.
Si el tractorista hace engranar el
engranaje de mayor diámetro del eje
secundario con el menor del eje
intermediario el giro se transmite al eje
secundario de nuevo reducido. Como es
la combinación que da la velocidad de
giro del secundario más baja, se le
llama primera velocidad.
A la relación entre el radio del
engranaje del intermediario y el del
secundario se le llama relación de
transmisión.

20. Si la pareja de engranajes que se
conectan es la de siguiente tamaño
del secundario y del intermediario
accionando la palanca del cambio,
produciendo el previo desengrane
de la anterior pareja el giro del
motor llega al secundario menos
rebajado, menos demultiplicado,
ésta sería la segunda velocidad.
.

21. Combinando adecuadamente las parejas de engranajes
correspondientes del eje intermediario y del secundario se
obtienen las diferentes velocidades hacia delante de la caja de
cambios

22. Para moverse el tractor hacia
atrás, se mueve el
desplazable correspondiente
del eje secundario a
engranar con un engranaje
intermedio, que invierte el
giro del correspondiente del
eje intermediario, y así el eje
secundario girará en sentido
contrario al normal y las
ruedas también, con lo que
el tractor se desplazará
marcha atrás

23. Hay una posición de los engranajes en la que ninguno conecta con otro, es
decir, que no se transmite movimiento porque el eje intermediario gira en
vacío, sin que ningún engranaje desplazable del eje secundario engrane con su
correspondiente del eje intermediario. Esta posición se llama punto muerto.
Cada vez que se desengrana o engrana una pareja de piñones del cambio, es
necesario desconectar el giro del motor, y para ello se desembraga
previamente, volviendo a embragar con suavidad progresiva después de actuar
sobre la palanca del cambio.
Se desprende que la misión de la caja de cambios es, de acuerdo con la fuerza
que exige la realización de una labor determinada, adaptar la velocidad de
avance del tractor de manera que el aprovechamiento de la potencia del motor
sea máximo.
Es evidente que una velocidad larga desarrollará menos fuerza que una
velocidad corta, y viceversa.
Esto explica claramente que los tractores agrícolas actuales dispongan de una
caja de cambios con una gama amplia de velocidades, con el fin de poder
adaptarse a las exigencias de las muy diferentes labores que deben realizar en
la explotación agrícola.

24. 1.- Eje secundario
2.- Hidráulico
3.- Diferencial
4.- Trompeta

25. COMPONENTES BÁSICOS y
FUNCIONAMIENTO DE LA CAJA DE
CAMBIOS
La necesidad de los tractores agrícolas de disponer de un elevado número de
velocidades les obliga a disponer de un grupo reductor o multiplicador colocado
antes de la caja de cambios.
El grupo reductor es accionado mediante una palanca llamada palanca
reductora, que oscilando sobre una rótula mueve varios engranajes desplazables
que engranan en sus correspondientes engranajes de diferente tamaño montados
sobre el eje de salida del grupo reductor. Cada engranaje desplazable se desliza
sobre un eje estriado que recibe el movimiento del disco de embrague.
Accionada por el eje de salida del grupo reductor hay una caja de cambios que,
como se ha expuesto, en esencia consta de tres ejes denominados: primario,
intermediario y secundario.
El eje primario recibe el movimiento del grupo reductor y tiene dos piñones en
toma constante, uno engranando con el grupo reductor y el otro engranando
constantemente con un engranaje del eje intermediario.

27. EMBRAGUE-CAJA DE CAMBIOS 1.- Embrague
2.- Reductora
3.- Caja de cambios

28. 1.- Embrague
2.- Reducción primario-intermediario
3.- Reductora
4.- Caja de cambios
5.- Diferencial
6.- Reducción final
7.- Toma de fuerza

29. El eje intermediario lleva varios engranajes de diferentes tamaños
solidarios a él, uno en toma constante con otro del eje primario que es por
donde recibe el movimiento, otro engranado con un pequeño engranaje
inversor de sentido de giro para conseguir la marcha atrás, y otros que
engranan alternativamente, según se desee, con los correspondientes del
eje secundario para conseguir las diferentes velocidades que ofrece la caja
de cambios.
Sobre el eje secundario van colocados engranajes desplazables,
independientes unos de otros, que pueden deslizarse sobre el estriado de
este eje. Cada desplazable va unido a un collarín, en la garganta del cual
se aloja una horquilla que se acciona por medio de la palanca de cambio
mediante unas barras.
Hay que indicar que al ser los desplazables interiormente estriados y el eje
secundario también, los piñones pueden deslizarse longitudinalmente
sobre él pero, si giran engranados con su correspondiente engranaje del
eje intermediario que les da movimiento, transmiten su movimiento al eje
secundario que girará a su misma velocidad y transmitirá su par motor
correspondiente.

30. El funcionamiento del grupo reductor es en esencia como sigue:
La palanca reductora tiene dos, tres y hasta cuatro posiciones: velocidades
largas, medias, cortas y punto muerto.
Poniendo la palanca en la posición de velocidades largas el engranaje más
grande del desplazable engrana con el correspondiente que es el más pequeño
del eje conducido, con lo cual se consigue un mayor régimen de revoluciones
en el eje de salida del grupo reductor.
Poniendo la palanca en la posición de punto muerto no hay conexión entre los
engranajes del desplazable y los del eje conducido, por lo que no hay
transmisión de movimiento.
Colocando la palanca en la posición de velocidades medias o cortas los
engranajes más pequeños del eje motor engrana con los más grandes del eje
conducido según correspondan, con lo cual se obtienen regímenes de
revoluciones medios o cortos, del eje de salida del grupo reductor.
De esta forma se consiguen a la entrada de la caja de cambios dos
velocidades diferentes de giro en el eje primario, lo cual multiplica por dos el
número de combinaciones de marchas de la caja de cambios.

31. 4'
2 3
1 6
1.- Eje estriado con engranajes cilíndricos
de dientes rectos desplazables.
2-2'.- Primera reducción.
3-3'.- Segunda reducción.
5 4-4'.- Reducción para conexión al
primario de la caja de camibos.
5.- Eje liso con engranajes cilíndricos de
4 dientes rectos fijos en él.
6.- Eje de salida de reductora.
3'
2'

32. 1.- Embrague
2.- Eje primario
3.- Eje intermediario
4.- Eje secundario

33. Si, por ejemplo, en la caja de cambios la palanca de cambio puede ocupar cinco
posiciones: punto muerto, primera velocidad, segunda velocidad, tercera
velocidad y marcha atrás.
En la posición de punto muerto no se encuentra engranado ningún piñón del eje
secundario con ninguno del eje intermediario, por lo que no hay transmisión de
movimiento.
Al colocar la palanca de cambio en la posición de primera velocidad el engranaje
desplazable se desliza hacia la izquierda engranando su engranaje con el
correspondiente del intermediario. Al ser este pequeño y el conducido grande, la
velocidad de giro del eje secundario será pequeña.
Para pasar a segunda velocidad habrá que pasar la palanca de cambio de la
posición de primera a punto muerto, con lo cual el engranaje desplazable de
primera velocidad queda desconectado del intermediario. A continuación la
palanca pasa a la barra correspondiente al desplazable correspondiente que
engrana con el correspondiente del eje intermediario con lo que se obtiene una
velocidad de giro en el eje secundario mayor que la alcanzada en la primera
velocidad.

34. Para pasar a la tercera velocidad la palanca pasará primero por el
punto muerto desengranando los piñones de la segunda velocidad, y
después pasará a la posición de tercera velocidad, con lo que el
engranaje correspondiente se desplazará al correspondiente del eje
primario.
Para poner la marcha atrás pasando por el punto muerto, se
desplaza la palanca hacia la posición de marcha atrás con lo cual el
engranaje desplazable correspondiente engrana con el de marcha
atrás, el cual a su vez está engranado constantemente con el
correspondiente del intermediario. El engranaje inversor está
situado entre el eje intermediario y el secundario, lo cual provoca un
cambio del sentido de giro del secundario, haciendo que el tractor se
desplace en sentido contrario que en las demás velocidades.

42. 1
2
4ª 3ª
3 1ª
4 2ª
Para evitar que con las vibraciones y los movimientos bruscos que sufre el tractor en las labores
agrícolas, los engranajes desplazables del secundario puedan cambiar de posición por sí solos, las
barras que mueven a las horquillas llevan unas muescas esféricas en las que se aloja un fijador
consistente en una bola presionada por un muelle. Al cambiar de velocidad la fuerza que se ejerce
sobre la palanca de cambio se transmite a la bola, la cual al remontar la muesca esférica presiona al
muelle hacia el lado contrario de donde está la muesca, permitiendo así el desplazamiento de las
barras.
Además de éstos, existe un fijador de seguridad consistente en un pequeño bulón situado entre ambas
barras que, al estar desplazada una de ellas en la posición de velocidad, bloquea a la barra opuesta en
la posición de punto muerto, impidiendo de esta forma que puedan ponerse dos velocidades a la vez,
lo que provocaría el bloqueo o la rotura de la caja.

43. CAJA DE CAMBIOS CON ENGRANAJES EN TOMA CONSTANTE
Los engranajes de la caja de cambios anterior son cilíndrico
de dientes rectos. Esto ocasiona ruidos de funcionamiento y
dificultad al cambiar de marcha.
En la caja de cambios con engranajes en toma constante los
engranajes del eje secundario y del intermediario permanecen
conectados constantemente.
2 5
Los engranajes del secundario no van unidos al eje mediante
estrías, pudiendo girar libremente sobre dicho eje. Además, 4
estos engranajes llevan adosado a uno de los lados un piñón
más pequeño, que se denomina piñón lateral.
Entre cada dos engranajes del eje secundario va colocado un
1
desplazable que en su parte central lleva un orificio estriado
que puede deslizar por el estriado correspondiente que en
esta zona lleva el eje secundario.
En ambos lados de los desplazables van talladas
interiormente dos coronas dentadas acoplables a sus
correspondientes piñones laterales. 3 5'
En la posición de punto muerto el desplazable se encuentra 2'
situado entre los piñones, sin engranar con ninguno de ellos.
Aunque el eje intermediario esté girando y los piñones del
secundario en toma constante también giren, no hay
transmisión de movimiento, pues éste no llega al eje
secundario al girar libremente sobre él los engranajes de
transmisión de movimiento desde el eje intermediario.

44. Para conectar una velocidad se desliza el desplazable a uno de los lados, con lo
que la corona interior de éste engrana con el piñón lateral del engranaje, pasando
el movimiento al eje secundario a través del propio desplazable.
En esta caja de cambios con cada desplazable se pueden conseguir dos
velocidades, girando el eje secundario con una velocidad de giro determinada
por la relación entre los engranajes correspondientes del eje intermediario y del
secundario.
Para reducir ruidos en la transmisión los engranajes se construyen del tipo
cilíndrico con dientes helicoidales.

45. 5
2
4
1.- Eje secundario.
1 2-2'.- Pareja de engranajes cilíndricos con
dientes helicoidales en toma constante.
y piñones laterales solidarios.
3.- Eje intermediario.
4.- Desplazable con manguito central
estriado y coronas laterales.
5-5'.- Pareja de engranajes correspondientes
a otra marcha.
3
5'
2'

46. CAJA DE CAMBIOS
SINCRONIZADA
En las cajas de cambios anteriores, al intentar conectar engranajes que no giran a
su misma velocidad, hay dificultad para hacer coincidir los dientes del primero
con los huecos del segundo, lo que se traduce en un fuerte golpeteo de uno contra
otro, desgastes, roturas y dificultad de cambio de marcha.
Esto desaparece cuando los dos engranajes o los dos piñones están quietos o
cuando giran a la misma velocidad.
Hasta la aparición de las cajas de cambios sincronizadas para poder realizar
cambios de velocidad era preciso detener el tractor o, con gran destreza,
aprovechar el momento en que los dientes se mueven a la misma velocidad.

47. En la práctica se hace el doble embrague. Esto consiste en pisar el embrague,
poner punto muerto, soltar el embrague, acelerar el motor, volver a pisar el
embrague y poner la velocidad elegida. La explicación es la siguiente: el
secundario gira a más velocidad que el intermediario, acelerando en punto
muerto aumenta el régimen de giro del intermediario y no del secundario. Una
aceleración, por exceso o por defecto, en el doble embrague, traerá como
consecuencia no igualar el movimiento de los dientes y, por tanto, el rozamiento
de piñones, es por ello que se precisa de destreza y práctica para hacerlo.

48. Los constructores de automóviles solucionaron este problema hace algunos años,
mediante el cambio sincronizado que actualmente se usa también en los tractores
por la gran ventaja que supone el poder cambiar de velocidad sin detener la
marcha del tractor.
El cambio sincronizado es un cambio de marchas con engranajes en toma
constante en el que los piñones laterales llevan adosada una pieza en forma de
tronco de cono llamada cono de sincronización. Entre los engranajes hay un
núcleo solidario con el eje secundario. Unidos al núcleo van dos piñones
llamados piñones de sincronismo, desplazables cuyo interior tiene una cavidad
de forma cónica. Sobre el núcleo se sitúa un desplazable cilíndrico con estrías
interiores coincidentes con el dentado del núcleo, y que, por la parte exterior,
lleva una garganta en la que se aloja la horquilla del cambio de velocidad.
El piñón lateral, el piñón de sincronismo y la corona son del mismo diámetro y
tienen iguales sus dientes. El desplazable cilíndrico desplaza también al piñón de
sincronismo hasta un cierto punto en el que entran en contacto cono y
contracono.

49. Al tomar contacto la fricción entre ellos hace que alcancen una
misma velocidad de giro. A este proceso se le denomina fase de
sincronización.
Al seguir deslizándose el desplazable y haber equivelocidad de
giro, engranará con toda facilidad con el piñón lateral ya que ambos
giran a la misma velocidad después de la fase de sincronizado. A
este proceso se le denomina fase de transmisión.
Al quitar el pie del pedal del embrague el movimiento se transmite
del eje intermediario al piñón del secundario, de éste al piñón
lateral y, por medio del desplazable, al núcleo y eje secundario.
Aunque la caja de cambios sea sincronizada es conveniente, al
reducir de velocidad, hacer el doble embrague pues con ello se
alarga considerablemente la duración de los mecanismos de
sincronización.

50. 10 1.- Eje secundario.
2
2-2'.- Pareja de engranajes cilíndricos con
5 6 dientes helicoidales en toma constante.
3
3' 3-3'.- Piñón solidario al engranaje.
4 4' 4-4'.- Cono de sincronización.
1 7 5.- Desplazable con corona interior de igual
9 paso que el piñón.
6.- Tallado en desplazable idéntico al del piñón.
7.- Fiador de muelle y bola.
8 8.- Escotadura para la horquilla de desplazamiento.
9.- Contracono de sincronización.
10-10'.- Pareja de engranajes cilíndricos de
dientes helicoidales correspondiente
a otra marcha.
10'
2'

52. CAMBIOS REALES DE LOS TRACTORES
AGRÍCOLAS
El cambio de marchas de los tractores sirve para transformar la velocidad
de giro del motor en un número determinado de velocidades de las ruedas
motrices a la vez que se modifica su par motor.
Su necesidad es consecuencia de la relativa falta de elasticidad de los
motores de combustión interna, que no pueden emplearse correctamente
más que entre límites de velocidad bastante estrechos.
Bloques de marchas:
Permite ampliar el número de marchas sin alargar excesivamente la
transmisión. Así por ejemplo, para 24 marchas sólo son necesarios 2
bloques, uno con 6 marchas (1ª, 2ª, 3ª, 4ª, 5ª y 6ª) y otro con 4 (L, lenta,;
M, media; H, alta y R retroceso), con lo que en vez de 24 pares de
engranajes sólo se necesitan 10 pares.

53. Uno de los casos más sencillos de un cambio de marchas de
engranajes es el de algunos motocultores. Está compuesto de sólo
dos ejes, uno primario de entrada y otro secundario de salida.
El eje primario es accionado desde el motor y lleva tres
engranajes desplazables a lo largo del que conectan
independientemente con otros tres del eje secundario.
Para cada régimen de giro n r.p.m. del motor se obtienen tres
regímenes distintos del eje secundario: n1, n2 y n3.
Las relaciones de transmisión respectivas son:
n z2 n z4 n z6
i1 = = ; i2 = = ; i3 = =
n1 z 1 n2 z 3 n3 z 5
Actualmente los tractores no llevan una única palanca de mando
para el cambio de velocidades, sino dos o más, para manejar el
bloque reductor y la caja de cambios.

54. Los tractores modernos llevan acoplado en la caja de cambios el denominado inversor y el
superreductor.
El inversor hace posible invertir el sentido de desplazamiento sin mas que actuar sobre una
palanca que invierte el sentido de rotación de todos los engranajes. El mecanismo inversor
usa un tren de engranajes planetarios y es particularmente útil en los trabajos con cargador
frontal, horquillas, niveladoras y para maniobrar en espacios restringidos.
El superreductor permite obtener velocidades sumamente bajas, necesarias en trabajos como
excavación, despedregado y plantación.
Este mecanismo está situado delante de la caja de cambios y utiliza pares de engranajes
cilíndricos con grandes reducciones de demultiplicación.

55. ESCALONAMIENTO DE LAS RELACIONES DE
MARCHA
El escalonamiento lógico de las
relaciones de demultiplicación de
las cajas de cambios se puede
demostrar que es aquel en el que
dichas relaciones están en
progresión geométrica, pues así se
consigue el máximo
aprovechamiento de la elasticidad
del motor del tractor.
Si la curva de par del motor del
tractor es la que se presenta en la
figura, se sabe que el régimen del
motor al realizar una determinada
labor debe variar desde a para
trabajar en la denominada zona
flexible.

56. Si en unos ejes cartesianos se presentan en abscisas el máximo
régimen de giro del secundario necesario para que el tractor
circule a la velocidad punta deseada y en ordenadas y
correspondientes a la zona flexible del motor del tractor. Una caja
de cambios de cuatro marchas adelante tendrá en dichos ejes la
representación:
Primario
n máx
1ª 2ª 3ª 4ª
n mín
α1
α2
α3
α4
n1 n2 n3 n4 n5
Secundario
Las relaciones de demultiplicación primario/secundario vendrán
dadas por:

57. Las relaciones de demultiplicación primario/secundario vendrán
dadas por:
nmáx ' nmín
Primario r5 = = tgα 4 r5 = = tgα 4
n máx n5 n4
1ª 2ª 3ª 4ª
nmáx ' nmín
n mín r4 = = tgα 3 r4 = = tgα 3
n4 n3
α1
α2 nmáx nmín
r3 = = tg α 2 '
r3 = = tg α 2
α3 n3 n1
α4
n1 n2 n3 n4 n5 nmáx ' nmín
Secundario
r2 = = tg α 1 r2 = = tg α 1
n2 n1
Las relaciones de transmisión expuestas cumplen que:
' ' '
r4 = r4 ; r3 = r3 ; r2 = r2
Además cumplen que:
2
r4 • r2 = r3

58. nmáx nmín
r5 = = tgα 4 '
r5 = = tgα 4 Primario
n5 n4 n máx
1ª 2ª 3ª 4ª
n ' n
r4 = máx = tgα 3 r4 = mín = tgα 3 n mín
n4 n3
α1
α2
n ' n
r3 = máx = tg α 2 r3 = mín = tg α 2 α3
n3 n1
α4
nmáx ' nmín n1 n2 n3 n4 n5
r2 = = tg α 1 r2 = = tg α 1 Secundario
n2 n1
nmáx nmáx n máx nmín
Efectivamente: • = •
n4 n2 n3 n1
n máx nmín n máx nmáx nmin nmáx
Pero como: r4 = r ⇒4
'
= ⇒ • = •
n4 n3 n4 n2 n3 n2
nmín nmáx nmáx nmín
• = •
n3 n2 n3 n3
Por lo que: 2
r4 • r2 = r3
Luego el escalonamiento lógico de las velocidades de una caja de cambios
cumple la condición de que las relaciones de demultiplicación están en
progresión geométrica.

60. CAJA DE CAMBIOS Y ESFUERZO DE TRACCIÓN
La potencia producida en el motor se transmite a las ruedas motrices del tractor en forma de un
par motor a una velocidad angular, de forma que cumple la expresión:
N =M • n
Siendo:
N = Potencia.
M = Par motor.
n = Régimen de giro.
El par motor en cada rueda se puede obtener como el producto de la fuerza periférica en ella
por su radio real.
M
r
U

61. Esta fuerza periférica se transmite al suelo en la zona de contacto rueda suelo, caracterizada
por un determinado coeficiente de adherencia.
Dicho coeficiente de adherencia es un indicador de la máxima fuerza periférica que puede
tener una rueda motriz, ya que:
Umáx =µ• Pa
Siendo Pa el peso activo sobre la rueda motriz.
Si la fuerza periférica posible en la rueda debido al par motor supera el valor de Umáx, la
respuesta será un resbalamiento total con los consiguientes problemas que ello ocasiona.
Las marchas muy lentas generan valores de par motor en las ruedas que superan ampliamente
los valores permisibles de Umáx en los suelos, si bien estas marchas son necesarias porque se
utilizan para labores muy específicas que requieren velocidades de desplazamiento muy
reducidas. Lógicamente el motor no desarrolla toda su potencia.

62. CAJA DE ENGRANAJES PLANETARIOS
Estas cajas de cambio están basadas en la transmisión y reducción de movimiento a través de
trenes de engranajes planetarios, los cuales, como puede verse en la figura siguiente pueden
moverse libremente sin transmitir movimiento alguno, pero si se bloquea uno de los componentes,
los restantes giran transmitiéndose el movimiento con la relación de transmisión resultante según
la relación existente entre sus piñones. Si se bloquean dos de los componentes, el conjunto queda
bloqueado, moviéndose todo el sistema a la velocidad de rotación recibida.
Mediante este sistema pueden conseguirse distintas reducciones, frenando y dando
movimiento a los distintos componentes del tren. Si se combinan varios trenes de engranajes con
distintas reducciones entre ellos, se puede obtener una gama de velocidades que entran
automáticamente al actuar sobre sus componentes por medio de embragues de fricción y cintas
de frenado.
Los engranajes planetarios se utilizan modernamente no sólo en las cajas de cambios de los
tractores, sino también en los trenes de reducción finales de las ruedas. En las cajas de cambios
de engranajes planetarios se puede prescindir del embrague, verificándose el acoplamiento
mediante cintas de freno que actúan sobre los elementos.

63. 1.- Corona
2.- Satélite
3.- Portasatélites
4.- Planetario

67. Se clasifican los sistemas de engranajes planetarios en epicicloide e hipocicloide según que el
engranaje fijo sea interior o exterior. La nomenclatura normalmente utilizada en los sistemas de
engranajes planetarios es la de llamar al engranaje interior planeta, al que rueda sobre el satélite y
al exterior corona.
El estudio de las relaciones de transmisión en los engranajes planetarios es en cierto modo
complejo. Así, en los reductores epicicloides, para su estudio se tiene:
ωp
rp
rs
ωs ω
rps ps

68. Considerando la velocidad del punto de contacto se obtiene:
ω • rs + p • rp =ω • rps
s ω ps
Como rps =rp + s ⇒
r
ω • rs + p • rp =ω • (rps + s )
s ω ps r
Operando se tiene:
ω • rs + p • rp =ω • rp + ps • rs
s ω ps ω
(ω −ω ) • rs =(ω −ω ) • rp ⇒ s −ω ) • rs =−ω −ω ) • rp
s ps ps p (ω ps ( p ps
ω − ps
p ω r
=− s (I)
ω − ps
s ω rp

69. ωs
rps rs
ωps
rc
ωc
En los reductores hipocicloidales, igual que en el caso anterior se tiene:
ω • rps +ω • rs =ω • rc
ps s c
Como rps = rc −rs ⇒
ωps • (rc −rs ) +ωs • rs = ωc • rc ⇒
ωps • rc −ωps • rs + ωs • rs = ωc • rc
(ωs −ωps ) • rs = (ωc −ωps ) • rc ⇒

70. ω − ps rc
s ω
= (II)
ω − ps rs
c ω
Multiplicando (I) y (II) se tiene:
ω− ps ω − ps
p ω s ω r
• = c⇒
−
ω− ps ω− ps
s ω c ω rp
ω − ps
p ω r
= c (III)
−
ω − ps
c ω rp
Las ecuaciones (I), (II) y (III) relacionan las velocidades de giro de corona, satélite,
portasatélites y planetario en función de sus radios.
MANDOS DE CAJAS DE CAMBIOS. LUBRICACIÓN
El desplazamiento de los sincronizadores para seleccionar las velocidades se realiza por medio
de unas horquillas, acopladas a estos y sujetas a unas varillas que se mueven accionadas por la
palanca de cambios.

71. 1
2
3ª
4ª M.A.
3 1.- Palanca del cambio de marchas.
1ª 2.- Rótula esférica.
3.- Placa selectora.
4.- Extremo de conexión a varillas.
4 2ª

72. Ver video

74. Como se dijo previamente, para evitar que las velocidades puedan salirse y permanezcan fijas
en el lugar seleccionado, el mecanismo de mando situado en la tapa de la caja de cambios lleva
un sistema de enclavamiento, a base de bolas de acero y muelles situados en un alojamiento de la
tapa y que presionan sobre unas escotaduras practicadas en las varillas que las mantienen fijas en
su soporte por la presión que ejercen los muelles sobre la bola.
Para seleccionar las velocidades correctamente y evitar la selección de una velocidad cuando
otra esté metida, se coloca un dispositivo en la palanca de cambios. Éste consiste en una placa
selectora, de forma que, para pasar de una velocidad a otra hay que pasar por un punto muerto, lo
que hace desacoplar la velocidad que estaba metida.
Para la lubricación de engranajes en las cajas de cambios y diferenciales se emplean aceites
minerales clasificados dentro del grupo de las valvulinas SAE 80 y SAE 90.
Los aceites lubricantes empleados en cajas de cambios tienen que formar una película
consistente entre los flancos de los dientes en contacto, cuya misión es reducir el rozamiento entre
ellos y el desgaste subsiguiente. Esta película debe ser resistente a la compresión, para evitar que
se rompa con las intensas presiones de trabajo.

75. Además, han de servir de elemento refrigerador y, durante las elevadas temperaturas de
funcionamiento, no han de perder su poder lubricante. Tienen que ser también resistentes al frío,
con objeto de que, en invierno, sean posibles una perfecta lubricación y el arranque del vehículo.
Deben ser resistentes a la corrosión, no atacar las juntas ni presentar tendencia a la formación
de espuma.
Diversos aditivos a base de azufre, cloro, plomo, fósforo, cinc y sus combinaciones,
proporcionan al aceite lubricante las características deseadas.
CAMBIO HIDROSTÁTICO DE VELOCIDADES.
En esencia es el siguiente:
8
6
4
3 7
1.- Depósito.
5 2.- Filtro de malla.
2 3.- Bomba de caudal.
4.- Motor alternativo.
5.- Válvula reguladora de presión.
9 6.- Distribuidor 6/3.
7.- Motor hidrostático.
1 10
8.- Manómetro con pulsador.
9.- Filtro magnético.
10.- Rueda motriz.

76. El funcionamiento es como sigue:
El aceite hidráulico, de características adecuadas, contenido en el depósito, pasa a través de
un filtro de malla y llega hasta la bomba de caudal variable de regulación manual por medio de
tuberías de baja presión. Dicha bomba accionada por el motor alternativo del tractor envía el
aceite por tuberías de alta presión hasta el distribuidor manual de tres posiciones y seis vías. En
las tuberías de impulsión hasta el distribuidor se coloca un manómetro con pulsador que permite
conocer a voluntad del usuario la presión de trabajo regulada por la válvula limitadora de presión.
Cuando no se actúa sobre la palanca del distribuidor el aceite llega a él y retorna al depósito a
través del filtro magnético. Cuando se tira de dicha palanca el aceite llega al distribuidor y sale a
alta presión de él dirigiéndose hacia una de las entradas del motor hidrostático reversible
haciéndolo que gire en un sentido. El aceite sin presión sale del motor, llega de nuevo al
distribuidor y a través del filtro magnético llega al depósito.
Cuando se tira de la palanca del distribuidor el aceite sale de él pero llega al motor por la
entrada por la que, en la posición anterior del distribuidor, salía. El motor gira en sentido contrario
y el tractor avanza cambiando de dirección de marcha.

77. Para cambiar la velocidad de marcha el usuario actúa sobre una palanca que modifica el
caudal de la bomba, con ello se tiene un variador continuo de velocidad lo que hace que el tractor
tenga infinito número de marchas hacia delante y hacia atrás.