A caixa de câmbio funciona com uma associação de polias (pinhões e coroas). Estas são ligadas por um eixo móvel se acopla a uma outra polia com tamanho diferente. O tamanho das polias são determinados pelo numero de dentes que esta contem. Assim quanto maior a polia, maior o numero de dentes.

 Em cada associação de polia se tem uma relação diferente, esta relação é um cociente entre as polias. Cada marcha tem uma polia específica, assim, cada marcha tem sua relação própria. Isto permite que o motor trabalhe com um giro que seja apropriado para a situação (sem muito desgaste).

No Jeep Ford/Willys CJ-5 de 3 marchas tem-se as seguintes relações:

Isso quer dizer que quando o jeep esta andando de marcha ré, eixo que liga o motor à caixa tem que girar 3,798 vezes para cada giro completo do eixo que liga a caixa de transferência as rodas (cardã).

Além da caixa de câmbio, o jeep possui uma outra polia se pode ser acoplada, quando necessário, chamada de reduzida. A função da reduzida e aumentar a força do jeep. Esta polia possui uma relação de 2,460, ou seja, o giro do motor aumenta 2,460 vezes para se ter a mesma rotação do cardã(eixo que liga a caixa e o diferencial).

A figura abaixo mostra onde se localiza a caixa e o diferencial, além de mostrar uma estrutura de canos de borracha usadas para fazer um respiro, já que estas peças aquecem devido ao atrito.

Esta figura mostra um corte na caixa de câmbio

Este equipamento fica localizado dentro do eixo traseiro e dianteiro e com função de corrigir as diferenças de velocidades das rodas ao entrarem em uma curva. Sendo assim, a roda que fica do lado de dentro da curva tem uma velocidade menor do que a roda que fica do lado de fora, assim estas diferenças tem que ser corrigidas para que não haja desgaste dos pneus e o jeep perca a estabilidade.

O diferencial é constituído de polias (pinhão)circulares e cônicas, estas polias são comandadas por alguns anéis que fazem com que as velocidades dos semi-eixos  (cada roda) tenham velocidades diferentes nas curvas ou outras situações diferentes, como atoleiros, pedras, buracos, etc...

Relação de diferencial: você sabe como funciona?

Para toda velocidade é necessária uma certa quantia de potência do motor, que é definido pela resistência do arrasto aerodinâmico do carro e do atrito com o solo. Em termos off-road contamos também com a resistência ou os desníveis do terreno. O que define o desempenho do Jeep em off-road, além da potência do motor é, principalmente, a relação do diferencial do jipe. Por exemplo: um diferencial com uma relação "longa", em trilha, muitas vezes requer mais potência e torque para locomover o veículo do que outro com uma relação "curta". Por outro lado, em deslocamentos em rodovias, um jipe com uma relação mais longa roda mais e com o motor em baixo giro, enquanto outro com relação curta precisa manter o motor em alto giro para manter a mesma velocidade. Qual então é a relação certa? Sempre vai depender do uso que você vai dar ao seu carro. Um jipe que desenvolve mais ou um que 'sobe em coqueiro'.

As expressões 'relação curta' e 'longa' se referem às relações de transmissão dos diferenciais. Uma relação de transmissão alta, que transforma muita rotação em poucas é chamada de 'curta' é dá ao carro mais força nas arrancadas e subidas. Já uma relação baixa, é chamada de longa e deixa o carro mais 'fraco' mas com desenvolvimento de velocidade final maior.

Para exemplificar, vamos citar o diferencial Dana 44 do Jeep Willys. Uma das relações mais comuns é a relação 43:8 que significa que a coroa tem 43 dentes e o pinhão 8. A relação desta combinação também é expressa pela divisão matemática de 43/8 - número de dentes da coroa dividido pelo número de dentes do pinhão - o que neste caso é 5.375. Podemos dizer com este número que o pinhão tem que girar 5,375 vezes para que a coroa complete uma volta. Como o valor 5,38 é alto, esta relação é chamada de 'curta'. Uma das relações do diferencial da F-1000 é a 46:13 que resulta em uma relação de transmissão de 3,54, uma relação longa.

No caso do diferencial Dana 44, existem no Brasil oito relações de transmissão diferentes que equipam de jipes a F-1000. A razão de tantas relações diferentes está na necessidade das montadoras em adequar uma relação específica para cada veículo. Isto acaba possibilitando também a mudança da relação do diferencial original. Mas porque alterar a relação do jipe?

Atualmente, são poucos os jipes que rodam com os pneus originais e a maioria dos 'jipeiros' opta por usar pneus maiores. No caso do Jeep por exemplo, quase não se vê os pneus originais, o militar 6.00 x 16. A grande maioria usa pneus com tamanho 7.50 x 16. O que acontece é que se altera a relação de transmissão desde o cardã até o solo. A relação diferencial não mudou mas mesmo assim a relação total ficou mais longa. Isto se deve ao fato de que o perímetro do pneu ser maior. Trocando em miúdos, com a mesma quantidade de voltas do cardã, o Jeep andou um espaço maior. No caso dos pneus 7.50 x 16, a diferença só é sensível logo após a troca dos pneus pois logo se acostuma com o novo desempenho do Jeep, que caiu devido à necessidade de maior torque. Quanto maior o pneu, maior será a queda. Com certeza, com um pneu 35x12,5 esta queda vai se tornar preocupante. O Jeep simplesmente não tem mais força para arrancar em terreno acidentado, sendo necessário o uso da reduzida. E está aí a solução: é preciso reduzir mais a relação coroa - pinhão para conseguir reduzir a relação de transmissão final. Quem usa a relação 44:9 pode experimentar a relação 43:8 ou 53:9.

Existe ainda outra possibilidade em que a mudança da relação é necessária: substituição do motor. É comum a troca de motores originais por modelos mais potentes e neste casos, quando o novo conjunto motor / caixa fica muito reduzido é indicada a mudança na relação do diferencial. Vale lembrar também, que estas duas modificações - motor mais potente e pneus maiores -, muito comum quando o assunto é adaptações, pode não comprometer a relação final do carro já que o novo motor deixa o carro mais reduzido mas o pneu maior compensa a diferença deixando a relação próxima à original.

Fonte: 4x4&Cia

O princípio físico usado na construção de uma caixa de câmbio é o de associações de polias, de mesmo eixo e acopladas. Nestes dois casos as equações são as mesmas, ou tem a mesma origem:

 v = w.r

onde,

v é a velocidade linear;

r é o raio da polia; ( nas caixas de câmbio o raio é substituído pelo numero de dentes, tomando que existe um certo padrão na na construção destes materiais)

w é a velocidade angular;

estas relações podem ser escritas da seguinte maneira:

• polias no mesmo eixo : wa=wb

(isso significa que todas as polias neste eixo tem a mesma velocidade angular, giram juntas no eixo)

• polias acopladas: Va=Vb

( significa que a velocidade de linear de uma polia e igual a velocidade da polia acoplada, mas como estas polias possuem raios  (tamanhos) diferentes as velocidades angulares (giros) serão diferentes.

Estas diferenças nos giros são responsáveis pelo equilíbrio de força e velocidade aplicadas no jeep.

Relações longas, ou seja, polias pequenas acopladas a polias grandes geram muita força e pouca velocidade(reduzida e primeira marcha/ou ré), já as polias grandes acopladas a polias pequenas geram pouca força e muita velocidade(terceira marcha).