Una caja de cambios es un método mecánico de transferir energía de un dispositivo a otro y se utiliza para aumentar el par y reducir la velocidad. El torque es la energía generada al doblar o torcer un material sólido. Este término se usa a menudo indistintamente con transmisión.
Ubicada en el punto de unión de un eje de potencia, la caja de cambios se usa a menudo para crear un cambio de dirección en ángulo recto, como se ve en una segadora rotativa o un helicóptero. Cada unidad se fabrica con un propósito específico en mente, y la relación de transmisión utilizada está diseñada para proporcionar el nivel de fuerza requerido. Esta relación es fija y no se puede cambiar una vez que se construye la caja. La única modificación posible después del hecho es un ajuste que permite aumentar la velocidad del eje, junto con la correspondiente reducción del par.
En una situación en la que se necesitan varias velocidades, se puede utilizar una transmisión con varias marchas para aumentar el par y reducir la velocidad de salida. Este diseño se encuentra comúnmente en transmisiones de automóviles. El mismo principio se puede utilizar para crear un engranaje de sobremarcha que aumenta la velocidad de salida al tiempo que reduce el par.
Una turbina eólica es un ejemplo de caja de cambios muy grande. La turbina se mueve a una velocidad de rotación lenta con una gran cantidad de par. La transmisión traduce esta potencia en una velocidad de rotación de par más rápida pero más baja del generador de electricidad. Debido al gran tamaño y la cantidad de energía que pueden generar, las turbinas eólicas tienen múltiples engranajes y etapas. Esta característica es necesaria para garantizar que el generador de electricidad pueda proporcionar una salida constante incluso cuando la velocidad de rotación de la turbina fluctúe.
En un automóvil, hay tres tipos de transmisión: automática, manual o continuamente variable. Un vehículo de transmisión manual proporciona el mejor ejemplo de una caja de cambios simple. Tanto en las transmisiones automáticas como en las de variación continua, las cajas de cambios son sistemas cerrados que requieren muy poca interacción humana.
La transmisión manual está disponible en dos sistemas diferentes: malla deslizante y malla constante. El sistema de malla deslizante utiliza engranajes rectos de corte recto. Los engranajes giran libremente y requieren la manipulación del conductor para sincronizar la transición de una velocidad a otra. El conductor es responsable de coordinar las revoluciones del motor con la velocidad requerida en la carretera. Si la transición entre engranajes no se sincroniza correctamente, chocan, creando un fuerte chirrido cuando los dientes del engranaje chocan.
El sistema de malla constante tiene juegos de engranajes helicoidales o helicoidales dobles cortados en diagonal que están mallados permanentemente. Se han agregado conos de fricción o anillos sincronizados a los engranajes para crear una transición más suave al cambiar de engranaje. Este tipo de transmisión se encuentra generalmente en autos de carreras y equipos agrícolas.