Relaciones de eje y transmisión final: reducción simple, reductora en el cubo y eje portal

La ficha técnica de una tractora da al eje trasero dos líneas: un tipo y un número. El tipo es un código o una frase corta —reducción simple, reductora en el cubo, portal—. El número es un decimal desnudo sin unidad: 2,31, o 3,70, o 5,41. Entre los dos fijan a qué velocidad gira el motor a velocidad de autopista, cuánto par llega a los neumáticos en una rampa, y para cuál de las dos tareas se compró el vehículo. Ninguno de los dos se puede ajustar después. Y a diferencia de la mayoría del vocabulario de la transmisión, ambos están definidos en el derecho de la UE, porque un reglamento europeo tuvo que nombrar antes las piezas para poder simular sus pérdidas.

El reglamento que nombra las piezas

Regulation (EU) 2017/2400 determina las emisiones de CO2 y el consumo de combustible de los vehículos pesados mediante simulación, no conduciéndolos. Article 2(1) lo aplica, con sujeción al segundo párrafo de Article 4, a camiones medianos, camiones pesados y autobuses pesados; ese segundo párrafo excluye la aplicación de Articles 5 to 23 —el bloque que llega hasta las disposiciones sobre ejes de Annex VII— a los camiones pesados de los grupos de vehículos 6, 7, 8, 13, 14, 15, 17, 18 y 19, a los camiones medianos de los grupos 51, 52, 55 y 56, y a cualquier vehículo con eje delantero motor de los grupos 11, 12 y 16. Article 2(3) excluye los vehículos todoterreno, los vehículos de usos especiales y los vehículos todoterreno de usos especiales tal como se definen en Annex I, Part A, points 2.1 to 2.3, de Regulation (EU) 2018/858. Article 9(1) impone la obligación al fabricante del vehículo: debe determinar las emisiones de CO2 y el consumo de combustible de cada vehículo nuevo —con excepción de los vehículos nuevos que utilicen las tecnologías de vehículo enumeradas en Appendix 1 to Annex III— que vaya a venderse, matricularse o ponerse en servicio en la Unión, utilizando la versión más reciente disponible de la herramienta de simulación; en el caso de los autobuses pesados, el fabricante del vehículo o el fabricante intermedio debe utilizar el método establecido en Annex I, point (2). Para las tecnologías exceptuadas solo se determinan los parámetros de entrada especificados en Table 5 of Annex III, no las emisiones de CO2 ni el consumo de combustible.

Una simulación necesita una cifra de pérdidas para cada componente de la transmisión, así que el reglamento tuvo que describir antes los componentes. Annex VII, titulado «Verifying axle data», hace eso para los ejes motores. Su paragraph 2 comienza indicando que las definiciones siguientes se aplican a los efectos de ese anexo —son el vocabulario de un procedimiento de certificación, no una definición jurídica general de eje—. Dentro de ese marco son el único lugar del derecho de la UE donde se fijan estos cinco términos.

Qué cuenta el número

La relación es un multiplicador entre el árbol y la rueda, y el reglamento la usa como tal. Annex VII calcula el rendimiento de cada punto de la retícula medido a partir del par de salida, el par de entrada y i_axle, la relación de eje; Appendix 3 del mismo anexo calcula el par de arrastre básico en el lado de la rueda como T_d0 = T₀ + T₁ × i_gear. El par se multiplica por la relación a la salida; la velocidad del árbol se divide por ella. Eso es todo lo que significa el decimal.

Appendix 2 muestra con qué precisión queda fijada. El documento de información del eje pide al fabricante declarar la línea de eje como SR, HR, SP, SRT o HRT, luego la relación de engranaje del eje, luego el diámetro de la corona, el desplazamiento vertical entre el piñón y la corona, el número de dientes del piñón y el número de dientes de la corona. La relación se declara junto con los números de dientes que la producen, no como una característica nominal, y el plano en el que se basa queda en poder de la autoridad de homologación.

Volvo publica la consecuencia práctica. Su RSS1370A, un eje solo hipoide de reducción simple homologado a 13 toneladas por eje y 70 toneladas de masa máxima del conjunto, figura en su ficha técnica con 2,06, 2,17, 2,31, 2,47, 2,64, 2,85 y 3,08:1. Entre el 2,31 y el 2,85 hay una diferencia del 23 por ciento en la velocidad del árbol de transmisión a una misma velocidad de rueda —ese porcentaje es un cálculo nuestro a partir de las dos relaciones publicadas, no una cifra de Volvo. Lo que la ficha no da es un motor: describe el eje como diseñado para un par de unidad de tracción eléctrica de 3550 Nm, su línea de especificaciones indica un par máximo de unidad de tracción eléctrica de 3500 Nm, y no aparece en ningún sitio un par de motor. La relación es una cifra de árbol a rueda, y es hasta ahí donde el documento permite leerla.

Dónde ocurre la reducción, y qué no resuelve eso

Coloque uno junto a otro dos ejes Volvo con la misma carga por eje y la misma masa del conjunto, y el efecto de una segunda reducción se aprecia en el propio hardware. El eje de reducción simple RSS1370A funciona de 2,06 a 3,08:1 con una corona de 485 mm. El RSH1370F, un eje solo con reductora en el cubo homologado a las mismas 13 toneladas por eje y 70 toneladas de masa del conjunto, lleva una corona de 295 mm y se lista por relación según el modelo: 3,46, 3,61, 3,76, 4,12 y 4,55:1 en el FE, el FH y el FM; 5,41:1 en el FH y el FM; y 4,67, 5,46, 6,18 y 7,21:1 solo en el FE. En esas dos fichas técnicas, la relación más baja del eje con reductora en el cubo queda por encima de la más alta del eje de reducción simple. Sin embargo, solo los pesos son comunes: la ficha del RSH1370F da un par de motor máximo de 3550 Nm, mientras que la del RSS1370A homologa el eje frente a una unidad de tracción eléctrica. La propia explicación de Volvo sobre el engranaje central es que la mayor parte de la reducción se produce en los engranajes del cubo y solo una pequeña parte en los engranajes centrales, lo que deja una pequeña diferencia de diámetro entre el piñón y la corona y un engranaje central de fácil mantenimiento con bajas pérdidas de transmisión. Leer los 485 mm y los 295 mm como la consecuencia visible de eso es interpretación nuestra; Volvo imprime los dos diámetros en fichas técnicas separadas y no establece comparación alguna entre ellos.

Si se amplía el marco más allá de esas dos fichas, el patrón deja de sostenerse, porque las propias páginas de modelo de Volvo las contradicen. En un chasis de obra, las dos familias aparecen una junto a otra en una misma tabla: la especificación del Volvo FMX clasifica sus ejes traseros en un grupo de reducción simple y un grupo con reductora en el cubo, con masas del conjunto homologadas que van de 44 toneladas en el RSS1344C/E a 150 toneladas en el RTH3815. La tabla de relaciones de eje trasero de esa página da para el RSS1370A/B 2,47, 2,64, 2,85, 3,08, 3,40, 3,67 y 4,11:1 —ninguno de los dos extremos coincide con el 2,06 a 3,08:1 de la ficha técnica, y su relación más alta queda por encima del valor más bajo del RSH1370F, 3,46. La columna de par también discrepa: da 3800 Nm para ambos ejes, frente a los 3550 Nm de la ficha del RSH1370F. La misma tabla indica el eje de reducción simple RSS1344C/E hasta 5,29:1 y el eje tándem de reducción simple RTS2310A hasta 4,63:1, ambos por encima de cualquier relación con reductora en el cubo que el FMX ofrece en el RSH1365. Dónde ocurre la reducción no determina dónde cae la relación; los rangos publicados se solapan, y Volvo no ha conciliado sus dos documentos. Esta página imprime los dos en lugar de elegir uno.

El reglamento también ordena las líneas por relación, aunque no para describirlas. Table 2 of Annex VII, dentro de point 6.4, fija la tolerancia de par de arrastre en Nm que una muestra puede exceder respecto a su eje homologado en la conformidad de la producción, y escalona esa tolerancia según la relación de engranaje, con el límite fijado por línea de eje: i ≤ 3 o > 3 para SR y SRT, ≤ 6 o > 6 para SP, ≤ 7 o > 7 para HR y HRT. El límite es un escalón de una tabla de tolerancias, no el borde del rango de relaciones de una línea, y se fija más alto para las líneas con reductora en el cubo que para las de reducción simple. Paragraph 3 del anexo añade la consecuencia de fabricación: las diferentes relaciones de eje de los ejes con reductora en el cubo, tándem con reductora en el cubo y portal simple —HR, HRT y SP— pueden medirse intercambiando solo la reductora del cubo.

El eje portal existe por la altura libre al suelo o un piso bajo

Paragraph 2(2) es la definición que conviene citar, y resulta poco habitual porque vincula una disposición mecánica a un concepto de vehículo. Un eje portal simple significa un eje que tiene típicamente un desplazamiento vertical entre el eje de giro de la corona y el eje de giro de la rueda «debido a la necesidad de una mayor altura libre al suelo o un piso rebajado que permita un concepto de piso bajo en autobuses urbanos». Una enmienda añadió la construcción: típicamente la primera reducción es un par cónico, la segunda un par de engranajes rectos —o helicoidales— con desplazamiento vertical cerca de las ruedas.

De ahí se siguen dos cosas. El desplazamiento es la finalidad del eje, no un efecto secundario de él: el reglamento nombra la mayor altura libre al suelo o el piso rebajado como la necesidad que produce esa disposición, y es la segunda de ellas la que hace posible un autobús urbano de piso bajo sobre su eje motor. Y el reglamento trata a los ejes portal como un caso especial de principio a fin. Appendix 2 tiene una línea que se usa solo para ejes portal, el ángulo entre el eje del piñón y el eje de la corona, en grados. Appendix 4 recoge dos criterios de familia exclusivos de los ejes portal —ángulo del piñón respecto a la horizontal dentro de ± 5°, ángulo entre los ejes del piñón y de la corona dentro de ± 3,5°— y exime a los ejes portal simples del criterio de geometría de la carcasa del eje que vincula a cualquier otra línea.

Solaris especifica el eje motor del Urbino 12 electric con tracción modular como un eje portal con estabilizador, accionado por un motor eléctrico central de 240 kW, en un autobús de 19.500 kg de masa máxima autorizada —hasta 20.000 kg según país y neumáticos—. Es la disposición que permite que un autobús urbano eléctrico de baterías mantenga su piso bajo sobre el eje motor.

Un tándem son dos componentes, no uno

Las dos últimas definiciones describen una transmisión pasante. Un SRT es un eje de reducción simple que además transmite par desde su brida de entrada, a través de una brida de salida, a otro eje; un HRT es un eje con reductora en el cubo con la misma capacidad. Esa transmisión pasante es lo que distingue un 6×4 de un 6×2, y la notación de configuración de ejes solo registra que dos ejes son motores, nunca cómo llega el par al segundo.

El reglamento contabiliza el par, no la unidad. Appendix 3 establece que los ejes tándem se calculan usando un rendimiento combinado para un eje con transmisión pasante, SRT o HRT, más el eje único correspondiente, SR o HR. El RTH3312 de Volvo muestra el hardware: dos unidades de piñón-corona espiral simple con reductora en el cubo, una caja de distribución de tipo recto cilíndrico en el eje trasero delantero con una relación de 1:1, tres bloqueos de diferencial, relaciones de 3,61 a 7,21:1, una carga de bogie máxima de 33.000 kg y una masa del conjunto máxima de 120.000 kg. La caja de distribución no realiza ninguna reducción; la cifra de la ficha de especificaciones sigue siendo la relación de la reductora del cubo. Masas del conjunto de ese orden son una homologación de transmisión del fabricante, no algo que un Estado miembro vaya a permitir solo con la placa.

Qué asume la ley cuando nadie mide el eje

Una familia de ejes puede certificarse por medición, o el fabricante puede aceptar los valores estándar de Appendix 3 to Annex VII. Esos valores son un rendimiento genérico para las pérdidas dependientes de la carga más un par de arrastre básico genérico, y se fijan por línea de eje.

Merece la pena extraer dos lecturas de esa tabla. La primera es el coste de no ser una de las cinco líneas nombradas: un eje que no encaja en ninguna de ellas se supone con un rendimiento de 0,90 y un par de arrastre básico de 150 + 50 × i Nm, frente a 0,98 y 70 + 20 × i Nm para un eje de reducción simple corriente. Ninguno de los dos pares de números es en sí mismo un par de arrastre —son los coeficientes T₀ y T₁, y el par de arrastre es lo que la fórmula devuelve a partir de ellos. La segunda lectura se sigue de eso: la cifra de arrastre crece con la relación, y nada más en la tabla lo hace. Aplicando la propia fórmula del reglamento a las relaciones anteriores, un eje de reducción simple a 2,31 obtiene un par de arrastre básico de 116,2 Nm y un eje con reductora en el cubo a 5,41 obtiene 178,2 Nm —cálculo nuestro a partir de Table 1 y las relaciones publicadas, no cifras impresas en el reglamento. Conviene ser exactos sobre qué mueve realmente esa comparación, porque mueve dos cosas a la vez. La columna de rendimiento está ligada a la línea de eje, no a la relación: todo eje SR puntúa 0,98 sea cual sea el número que lleve, y la caída a 0,97, 0,96 o 0,95 viene de ser un HR, un SRT o SP, o un HRT. Solo T_d0 responde a i_gear. Así que una relación numéricamente más alta se penaliza solo en el arrastre; la segunda penalización del ejemplo pertenece al cambio de línea, no al cambio de número.

Un apéndice aparte decide qué eje de una familia se somete a ensayo. Según Appendix 4, el eje matriz es el que tiene la relación de eje más alta; cuando más de dos ejes comparten esa relación, el fabricante debe presentar un análisis que identifique el eje más desfavorable.

Dónde aparece el número sobre el papel

Annex IV establece los expedientes que produce la simulación. En el expediente de registros del fabricante, point 1.7.4 es el tipo de eje —el modelo pone «single reduction axle» como ejemplo propio— y point 1.7.5 es la relación de eje. En el expediente de información al cliente, el documento breve que llega al comprador, toda la transmisión se reduce a un puñado de entradas: valores de la caja de cambios medidos o estándar, tipo de caja de cambios, número de marchas, retardador sí o no, y en point 1.2.8, la relación de eje. De todo lo que hay en la transmisión, la relación es uno de los pocos datos que la documentación garantiza que se comunicará al comprador.

Es una cifra que se lee junto con la caja de cambios, no sola. Annex IV expone la relación allí donde describe una transmisión eléctrica integrada: la relación de transmisión total más baja es la marcha más alta multiplicada por la relación de eje, cuando existe relación de eje. Una marcha más alta de toma directa y una marcha más alta multiplicadora llegan por tanto a la misma velocidad de circulación con números de eje distintos —el compromiso expuesto en las cajas de cambios automatizadas. El RSS1344C de Volvo ilustra la cuestión de la disponibilidad más que la de la teoría: el 3,70:1 se ofrece tanto en el FM como en el FH, el 4,11 y el 4,63:1 solo en el FM, y el 5,29:1 solo en el FM en 4×2. Esa ficha, como la del RSS1370A, está redactada en torno a un par de unidad de tracción eléctrica —2600 Nm— y no nombra ningún motor. Una relación que conviene a la ruta no siempre es una relación que figure en la lista de modelos.

Especifíquela partiendo del trabajo, no de la lista. Decida la pendiente cargada desde la que el vehículo debe volver a arrancar y la velocidad a la que pasará la mayor parte de sus horas, elija la línea de eje que cubra ambas cosas, y después elija la relación dentro de esa línea. Las cifras de potencia y par del folleto no le dirán cuál de esos dos vehículos está comprando; las dos líneas bajo «eje trasero» sí lo harán.