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Uma caixa de câmbio (português brasileiro) ou caixa de velocidades (português europeu) de um automóvel serve para desmultiplicar a rotação do motor para o diferencial ou diretamente para as rodas, por forma a transformar a potência do motor em força ou velocidade, dependendo da necessidade.




De uma forma geral e simplificada, quanto maior a rotação do motor em relação à rotação do eixo, maior será a força e, quanto menor a rotação do motor em relação à rotação do eixo, maior será a velocidade. Note-se que o eixo não gira à mesma rotação nem da cambota, nem da saída do diferencial (semi-eixos). Em suma, a cada marcha ou velocidade da caixa a proporção rotação do motor/rotação do eixo varia solidariamente. Normalmente esta proporção expressa-se tecnicamente por 10:1, 9:1, 1:1.05, 1:8 e assim por diante. Entenda-se, portanto, uma caixa de velocidade como multiplicador de força e/ou velocidade do motor.



Na caixa de velocidades típicas existem duas séries principais de carretos:



1.a do veio principal, que recebe do volante do motor a rotação do motor por intermédio da embreagem,

2.e a do veio secundário (de saída), que transmite um submúltiplo dessa rotação ao eixo.

Os carretos do veio principal encontram-se em rotação livre, o que permite que, em ponto morto (i.e., sem nenhuma velocidade engatada), não ocorra a transferência da rotação. No entanto, os carretos do veio secundário (à excepção de um carreto isolado, o de marcha-atrás) encontram-se firmemente ligados ao veio secundário. A cada carrego do veio primário corresponde um outro carreto, devidamente engatado, do veio secundário. São as dimensões dos carretos (e o princípio da alavanca) que especificam a proporção da (des)multiplicação desejada — obedecendo a leis triviais da física.

Aquando da selecção de uma mudança, é engatado um carreto ao veio principal por meio de um bloqueador (do movimento livre do carreto para o veio) que, nos dias de hoje, desempenha a função de sincronizador. Com um funcionamento semelhante ao da embraiagem (transmissão por acoplagem), embora os carretos disponham de dentes que facilitam o encaixe do sincronizador, a força do veio principal transmite-se do carreto bloqueado para o carreto correspondente do veio secundário.

No caso da marcha atrás, entra em contacto um carreto suplementar do bloco secundário responsável pela mudança de direcção da rotação do eixo (e, consequentemente, da marcha). Este carreto (e aquele onde engrena respectivamente no veio primário) é de dimensões tipicamente semelhantes ao da primeira velocidade, o que permite ao automóvel dispor de força para realizar manobras em superfícies íngremes.