miniatura|Transmisión con correa en una instalación industrial
Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. Son parte fundamental de los elementos u órganos de una máquina, muchas veces clasificados en uno de los dos subgrupos fundamentales, los elementos de transmisión propiamente dichos y los elementos de sujeción.
En automoción, el término "transmisión" se aplica a todo el sistema de transmisión mecánica, incluido el embrague, la caja de cambios, el eje de propulsión (para vehículos con tracción trasera), el diferencial y los ejes de transmisión final. Sin embargo, coloquialmente también se usa para referirse simplemente a la caja de cambios de un vehículo.
Historia
izquierda|miniatura|Transmisión antigua miniatura|Vista interior del molino de viento Pantigo. De abajo a arriba: rejilla de la tapa, rueda de freno, freno y balancín. El molino está ubicado en James Lane, East Hampton, condado de Suffolk, Long Island, Nueva York izquierda|miniatura|Antigua grúa accionada con engranajes ubicada en el puerto de Sevilla mini|Factoría accionada mediante poleas miniatura|izquierda|Transmisión por poleas y correa del accionamiento de una antigua máquina de coser mini|Mecanismo interior de una impresora Kyocera
Aunque se han encontrado algunos restos arqueológicos (como el mecanismo de Anticitera) que atestiguan que al menos en el se conocían los engranajes dentados en la Grecia antigua, no se dispone de evidencias que demuestren que los pueblos de la antigüedad dispusieran engranajes en sus máquinas, compuestas fundamentalmente de elementos más simples como palancas, poleas o tornos.
En China se han hallado engranajes helicoidales tallados en madera en una tumba real en la ciudad china de Shensi, que datan del año No sería hasta el cuando en la antigua Roma se comenzó a emplear engranajes en los molinos y sistemas de bombeo utilizados en la minería.
Las primeras transmisiones incluían unidades para transferir la rotación entre ejes dispuestos en ángulo recto y distintos tipos de engranajes, y fueron utilizadas en molinos de viento o fluviales, y en dispositivos arrastrados por animales de tiro, que accionaban máquinas como bombas hidráulicas, equipos de molienda o grúas. Es posible que esta tecnología se preservara en el mundo islámico hasta el .
Al comienzo del Renacimiento ya se disponía en Europa de los rudimentos de las transmisiones mecánicas, utilizadas en relojes destinados a edificios públicos como las catedrales. Figuras destacadas como Leonardo da Vinci (que diseñó una primitiva caja de cambios con una pieza cónica y otra cilíndrica) o el astrónomo danés Olaf Roemer estudiaron en sus tratados distintos tipos de transmisiones mecánicas.
Ya en el , figuras como los británicos Robert Willis (considerado uno de los primeros ingenieros mecánicos) o Christian Schiele, desarrollaron la tecnología necesaria para producir los engranajes de precisión que permitieron la creación de todo tipo de máquinas vinculadas con el perfeccionamiento de la máquina de vapor y el auge de la revolución industrial, la producción en masa de relojes, la fabricación de instrumentos científicos de gran exactitud, o el diseño de los primeros motores de explosión. En esta época, era habitual que la maquinaria de las plantas industriales fuese accionada mediante sistemas de transmisión de poleas y correas, dispuestas sobre una serie de ejes horizontales suspendidos del techo del taller, que a su vez eran impulsadas por una máquina de vapor o una rueda hidráulica.
El comienzo del vio la progresiva popularización de los automóviles con motores de combustión interna, en cuyas transmisiones (primero con correas, luego con cadenas y finalmente con ejes) la caja de cambios se convirtió en un elemento imprescindible. El perfeccionamiento de la metalurgia permitió la creación de las primeras transmisiones manuales modernas, y ya en una fecha tan temprana como 1903, el industrial francés André Citroën inventó los innovadores engranajes helicoidales dobles.Development of Gear Technology and Theory of Gearing (inglés). La primera caja de cambios manual sincronizada apareció en un Cadillac en 1929, y en 1940 General Motors introdujo el sistema Hydramatic, la primera transmisión completamente automática que utilizaba un convertidor de par hidráulico.Till Schauen: Schalt-Hilfe. In: Last & Kraft. Heft 6/2014, VF-Verlagsgesellschaft, Mainz 2014, , S. 18–21. Durante el resto del , aparecieron algunos nuevos sistemas, como la transmisión variable continua desarrollada por DAF en los Países Bajos. Su transmisión Variomatic se usó en varios vehículos construidos por DAF y Volvo hasta la década de 1980, y posteriormente encontró aplicación en las motocicletas ligeras.
En el campo del ferrocarril, la progresiva sustitución de las máquinas de vapor por locomotoras diésel en líneas no electrificadas, propició la aparición de las transmisiones diésel-hidráulicas y de las transmisiones diésel-eléctricas (que no son estrictamente transmisiones mecánicas), debido a la dificultad de transmitir grandes potencias de tracción mediante embragues de fricción convencionales.
Al comienzo del , la creciente tendencia a sustituir los vehículos con motor de explosión por motores eléctricos, permite aventurar la progresiva desaparición de las cajas de cambios mecánicas en los automóviles, debido a la capacidad de los motores eléctricos de ajustar su par modificando la intensidad de la corriente eléctrica que se les suministra. De hecho, la Unión Europea ha previsto que en 2035 todos los automóviles vendidos en su territorio sean eléctricos.
En cualquier caso, los sistemas de transmisión mecánica van a seguir formando parte de numerosas máquinas que desplazan objetos de forma preferentemente lineal, en las que debe asegurarse el sincronismo exacto entre distintas partes en movimiento, como impresoras e impresoras 3D, grúas y maquinaria de construcción, robótica, y todo tipo de máquinas dedicadas industrialmente al procesado o al embalaje de diversos productos, especialmente alimentarios.
Consideraciones generales miniatura|Engranaje reductor simple mini|Transmisión de un molino de viento utilizado como bomba hidráulica
En la gran mayoría de los casos, estas transmisiones se realizan a través de elementos rotativos, ya que la transmisión de energía por rotación requiere mucho menos espacio que cuando se realiza por traslación.
Una transmisión mecánica es una forma de intercambiar energía mecánica distinta a las transmisiones neumáticas o hidráulicas, ya que para ejercer su función emplea el movimiento de cuerpos sólidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisión.
Típicamente, la transmisión cambia la velocidad de rotación de un eje de entrada, lo que resulta en una velocidad de salida diferente. En la vida diaria las transmisiones se asocian habitualmente con los automóviles. Sin embargo, se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ángulo recto en molinos de viento o agua y máquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevación (norias).
En general, las transmisiones reducen una rotación inadecuada con alta velocidad y bajo par motor del eje de salida del impulsor primario a una velocidad más baja con par de giro más alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automóviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes gracias al empleo de una caja de cambios, un conjunto de engranajes y reductores de velocidad que permite regular la relación de la velocidad de rotación y del momento entre dos dispositivos giratorios, como el motor y las ruedas de un vehículo. En estos casos, la mayoría de las relaciones (llamadas usualmente «marchas» o «cambios») se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro; aunque las relaciones más altas pueden ser sobremarchas que aumentan la velocidad de salida.
Su uso más común es en vehículos motorizados, donde la transmisión adapta la salida del motor de combustión interna a las ruedas motrices. Dichos motores deben operar a una velocidad de rotación relativamente alta, una circunstancia inadecuada cuando el vehículo debe arrancar, parar o circular a baja velocidad. La transmisión reduce la velocidad más alta del motor a la velocidad más lenta de las ruedas, aumentando el par de giro en el proceso. Las transmisiones también se utilizan en bicicletas, en máquinas fijas y allá donde sea necesario adaptar diferentes velocidades de rotación y pares.
A menudo, una transmisión tiene múltiples relaciones de transmisión (o simplemente "engranajes") con la capacidad de cambiar entre ellas a medida que varía la velocidad. Esta conmutación puede realizarse manualmente (por el operador) o automáticamente (por una unidad de control). También se suele poder controlar el sentido de giro (adelante y atrás). Además, existen transmisiones de relación única, que simplemente cambian la velocidad y el par (y, a veces, la dirección) de la salida del motor.
También se emplean transmisiones en equipamiento naval, agrícola, industrial, de la construcción y de la minería. Adicionalmente a las transmisiones convencionales basadas en engranajes, estos dispositivos suelen emplear transmisiones hidrostáticas y accionadores eléctricos de velocidad ajustable. Entre los mecanismos alternativos figuran los convertidores de par y la transformación de potencia, como por ejemplo la transmisión diésel-eléctrica y las máquinas hidráulicas. También existen configuraciones híbridas como las transmisiones automáticas utilizadas en automoción, que emplean un sistema de válvulas para cambiar de marcha variando la presión de un fluido en respuesta a las revoluciones del motor, la velocidad del vehículo y la apertura del acelerador.
Transmisiones simples y de relaciones múltiples miniatura|left|Caja de engranajes principal y rotor de un helicóptero Bristol Sycamore miniatura|Engranajes de una caja de cambios de cinco velocidades + marcha atrás del Volkswagen Golf 1600 (2009) miniatura|izquierda|Caja de cambios seccionada de un Amphicar, con la transmisión opcional de la hélice miniatura| Tansmisión de un tractor con 16 marchas hacia adelante y 8 hacia atrás mini|300px|Esquema de un aerogenerador, con su sistema de transmisión con multiplicador
Las transmisiones simples, a menudo denominadas reductores porque aminoran la velocidad de giro (aunque en ocasiones están diseñadas para aumentarla), a veces incluyen un cambio de dirección del eje de giro en ángulo recto (como por ejemplo, es habitual en los helicópteros, véase la imagen). Se utilizan a menudo en equipos agrícolas, donde un motor principal sirve de toma de fuerza horizontal para distintos sistemas accionados por ejes verticales, como los dispositivos de corte de las segadoras, los mecanismos para esparcir semillas o abonos, o los tornillos sin fin que permiten cargar el grano en silos o camiones. Los equipos más complejos, como las cosechadoras y los quitanieves, tienen accionamientos con salidas en más de una dirección. También los helicópteros usan una caja de cambios de par dividido, donde la potencia se toma del motor en dos direcciones distintas para el rotor principal y el secundario.