En la era de la innovación en vehículos eléctricos, la miniaturización e integración de los sistemas de transmisión son primordiales. Si bien las dimensiones radiales a menudo están restringidas por la densidad de potencia y la resistencia de los materiales, el espacio axial (dirección Y) ofrece una vía crítica para la optimización. A través del diseño estructural avanzado, la innovación en los procesos y las soluciones integradas, se puede lograr una reducción significativa del espacio axial sin comprometer, y a menudo mejorando, la eficiencia y la fiabilidad de la transmisión. Este resumen de conocimientos describe las estrategias clave para comprimir la huella axial de los sistemas de eje de transmisión eléctrica.

1. Integración del eje de entrada y del eje del motor

Un método principal para ahorrar espacio axial implica la integración del eje del motor con el eje de entrada de la caja de cambios, eliminando interfaces y componentes.

• Manguito de engranaje en el eje del motor: El engranaje se monta directamente en el eje del motor mediante un ajuste de estrías de tolerancia fina (típicamente H/h). Una sección de rodamiento lisa auxiliar en el eje con una holgura mínima (~0,05 mm) proporciona soporte adicional. Se prefiere una tuerca de seguridad sobre un circlip para la fijación final para evitar el juego axial (que puede ser de 0,1 a 0,2 mm con un circlip) durante las inversiones de fuerza.

• Diseño de eje de una sola pieza: Este enfoque avanzado integra completamente los ejes del motor y de entrada. Elimina el acoplamiento de estrías y puede eliminar la necesidad de al menos un rodamiento, ahorrando sustancialmente longitud axial. Los diseños pueden utilizar configuraciones de dos o tres rodamientos. Crucialmente, se debe permitir que un rodamiento flote para resolver la sobre determinación estática. Se requiere una validación cuidadosa al combinar rodamientos de bolas y de rodillos cilíndricos para evaluar posibles problemas de frecuencia lateral. Para la fabricación, se utiliza el bruñido de engranajes, con la distancia desde la cara del engranaje hasta la posición de sujeción recomendada que no exceda los 140 mm para la estabilidad del proceso.

2. Reducción del espacio del conjunto del eje intermedio

La optimización del eje intermedio y sus engranajes asociados presenta otra gran oportunidad para la compacidad.

• Ajuste a presión de estrías con circlip opcional: Los conjuntos tradicionales de ajuste a presión de estrías requieren cierta longitud axial para la estabilidad. La fuerza de prensado se controla típicamente por debajo de 20 kN para el prensado en caliente. Un chaflán de estrías externo ayuda al montaje. Se puede agregar un circlip para evitar el aflojamiento cuando las fuerzas axiales en el engranaje del eje intermedio y el engranaje de la primera reducción actúan en direcciones opuestas.

• Rodamiento de rodillos cónicos montado en el engranaje: Al integrar el asiento del rodamiento directamente en el engranaje, la carcasa se puede empotrar. Esto puede comprimir el ancho del rodamiento en aproximadamente la mitad, ahorrando alrededor de 10 mm. La ubicación del rodamiento en el engranaje de la primera reducción debe ser torneada con alta precisión.

• Forja integrada de engranajes grandes y eje: Forjar el engranaje grande y el eje como una sola pieza es una solución altamente integrada. El engranaje más pequeño se ajusta a presión. Este proceso se basa en la alta precisión de la estría (que requiere una excentricidad dentro de 0,04 mm) para garantizar la alineación final del engranaje, eliminando el bruñido posterior al montaje.

• Proceso de fabricación de engranajes gemelos: Esto implica mecanizar los engranajes grandes y pequeños como una unidad integrada. Antes del tratamiento térmico, el engranaje grande se talla y el engranaje pequeño se conforma (por ejemplo, mediante skiving). Después del tratamiento térmico, el engranaje grande se rectifica y el engranaje pequeño se bruñe. La distancia axial entre los dos engranajes se calcula con precisión, típicamente entre 9 y 12 mm. Una consideración clave es la gestión de la diferencia en la profundidad de carburación entre los engranajes de diferentes módulos durante el tratamiento térmico.

3. Resumen y aplicación en la industria

La compresión estratégica del espacio axial es una piedra angular del desarrollo moderno de transmisión eléctrica de alta densidad de potencia. Las técnicas descritas, desde la integración del eje y la optimización de los rodamientos hasta la forja y el mecanizado avanzados, demuestran un enfoque sistemático para ahorrar cada milímetro. La implementación de estas estrategias permite a los ingenieros diseñar sistemas de transmisión eléctrica más compactos, eficientes y robustos, lo que contribuye directamente a la mejora del empaquetado del vehículo, la reducción de peso y el rendimiento. El dominio de estos principios de optimización es esencial para mantenerse a la vanguardia de la tecnología de electrificación.