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

La página de especificaciones de Volvo Trucks UK & Ireland para el FMX da a cada eje trasero dos cosas: un tipo y un conjunto de números. El tipo es una frase corta —reducción simple, reductora en el cubo—. Cada número es un decimal desnudo sin unidad: 2,31, o 3,70, o 5,41. El número es la reducción entre el árbol de transmisión y las ruedas; el tipo indica cómo se produce esa reducción. Y esos tipos, junto con el eje portal, están definidos en el derecho de la UE, en el anexo de un reglamento europeo que certifica las pérdidas de par de los ejes motores.

El reglamento que nombra las piezas

El Reglamento (UE) 2017/2400 determina las emisiones de CO2 y el consumo de combustible de los vehículos pesados mediante simulación, no conduciéndolos. El artículo 2, apartado 1, lo aplica, con sujeción al artículo 4, párrafo segundo, a camiones medios, camiones pesados y autobuses pesados; ese párrafo segundo excluye la aplicación de los artículos 5 a 23 —el bloque que llega hasta las disposiciones sobre ejes del anexo VII— a los camiones pesados de los grupos de vehículos 6, 7, 8, 13, 14, 15, 17, 18 y 19, a los camiones medios de los grupos 51, 52, 55 y 56, y a cualquier vehículo con eje motor delantero de los grupos 11, 12 y 16. El artículo 2, apartado 3, excluye los vehículos todoterreno, los vehículos especiales y los vehículos especiales todoterreno tal como se definen en la parte A, puntos 2.1 a 2.3, del anexo I del Reglamento (UE) 2018/858. El artículo 9, apartado 1, impone la obligación al fabricante de vehículos: debe determinar las emisiones de CO2 y el consumo de combustible de todo vehículo nuevo —con excepción de los vehículos nuevos que utilicen las tecnologías de vehículos que figuran en el apéndice 1 del anexo III— que vaya a venderse, matricularse o ponerse en servicio en la Unión, utilizando la última versión disponible de la herramienta de simulación; en el caso de los autobuses pesados, el fabricante de vehículos o el fabricante provisional utilizarán el método establecido en el punto 2 del anexo I. Para las tecnologías exceptuadas solo se determinan los parámetros de entrada especificados en el cuadro 5 del anexo III, no las emisiones de CO2 ni el consumo de combustible.

La simulación toma las pérdidas de par del eje como dato de entrada —valores normalizados conforme al artículo 13, apartado 5, o valores certificados conforme al artículo 14, apartado 7— así que el reglamento tuvo que describir antes los ejes. El anexo VII, titulado «Verificación de los datos del eje», hace eso para los ejes motores. Su punto 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—.

Qué cuenta el número

La relación es un multiplicador entre el árbol y la rueda, y el reglamento la usa como tal. El punto 4.4.4 del anexo VII calcula la pérdida de par de un eje en el lado de entrada como el par de entrada menos el par de salida dividido por i_gear, la relación de transmisión del eje; el punto 6.2.3 calcula la eficiencia de cada punto medido en un ensayo de conformidad a partir del par de salida, el par de entrada y i_axle, la desmultiplicación final; el apéndice 3 del mismo anexo calcula el par de resistencia básico en el lado de la rueda como T_d0 = T₀ + T₁ × i_gear. En esas fórmulas el par llega a las ruedas multiplicado por la relación, menos las pérdidas. La otra mitad —la velocidad del árbol dividida por ella— el reglamento no la escribe como fórmula; las fichas técnicas de Volvo lo expresan en palabras, la del RSS1370A dice que en un eje trasero de reducción simple la velocidad de giro se reduce en un único escalón en la transmisión final.

El apéndice 2 muestra cómo se declara la relación. La ficha de características del eje pide al fabricante la línea de eje —SR, HR, SP, SRT o HRT— y la relación de transmisión del eje, y entre las especificaciones del engranaje, el diámetro de la corona, la excentricidad vertical del piñón/corona, el número de dientes del piñón y el número de dientes de la corona; el punto 1.13 pide la relación de transmisión con reducción de cubo.

Volvo publica la consecuencia práctica. Su RSS1370A, un eje individual hipoide de reducción simple con una capacidad nominal de 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. Dos fabricantes de vehículos publican ese mismo extremo alto de la lista desde el otro lado: el folleto de IVECO de febrero de 2024 para el S-Way recoge nuevas relaciones de eje trasero de 2,17 y 2,06 en su apartado «Best performer in TCO», los mismos dos números que lleva la ficha técnica de Volvo, y la ficha técnica en inglés de julio de 2026 de Ford Trucks para el F-MAX da 2,31 en su fila de especificaciones para el F-MAX y el F-MAX L y 2,17 para el F-MAX LL; su tabla de neumáticos y quinta rueda da 2,47 en todas las filas del F-MAX y el F-MAX L, con 2,31 como alternativa en las filas de 315/70 R22.5, y 2,17 y 2,31 en el F-MAX LL.

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 máxima del conjunto, y sus fichas técnicas difieren en el rango de relaciones y en el tamaño de la corona. El eje de reducción simple RSS1370A funciona de 2,06 a 3,08:1 con una corona de 485 mm. El RSH1370F, un eje individual con reductora en el cubo con la misma capacidad nominal de 13 toneladas por eje y 70 toneladas de masa máxima 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 refiere la capacidad del eje a una unidad de tracción eléctrica. La propia explicación de Volvo sobre el engranaje central es que su diseño de engranaje cónico en espiral se emplea sobre todo en ejes traseros donde la mayor parte de la reducción se produce en los engranajes del cubo y solo una pequeña parte en los engranajes centrales; la diferencia de diámetro entre el piñón y la corona es pequeña, y eso, dice Volvo, da como resultado 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.

Ampliar el marco más allá de esas dos fichas hace que el patrón deje de sostenerse. La ficha técnica de Volvo para el RSS1370B, la versión B del mismo eje de reducción simple, con la misma capacidad nominal de 13 toneladas por eje y 70 toneladas de masa máxima del conjunto, lo da a 3,40, 3,67 y 4,11:1, y las dos relaciones más altas de esa lista quedan por encima del valor más bajo del RSH1370F, 3,46. La página de especificaciones de Volvo Trucks UK & Ireland para el Volvo FMX pone las dos familias una junto a otra en una misma tabla: clasifica sus ejes traseros en un grupo de reducción simple y un grupo con reductora en el cubo, con masas máximas del conjunto aprobadas que van de 44 toneladas en el RSS1344C/E y el RSS1244B a 150 toneladas en el RTH3815. Su tabla de relaciones de eje trasero da para las dos versiones, bajo la designación combinada RSS1370A/B, 2,47, 2,64, 2,85, 3,08, 3,40, 3,67 y 4,11:1 —las relaciones de la ficha A a partir de 2,47 y las tres de la ficha B, sin el 2,06, 2,17 y 2,31 de la ficha A; esa correspondencia es nuestra lectura de los tres documentos, no una línea que imprima Volvo. 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 la página del FMX ofrece en el RSH1365. Dónde ocurre la reducción no es lo que determina dónde cae la relación; los rangos publicados se solapan. Donde los documentos sí difieren es en el par: la página del FMX da 3800 Nm para el RSS1370A/B y para el RSH1370F, las fichas técnicas del RSS1370B y el RSH1370F dan un par de motor máximo de 3550 Nm, y la del RSS1370A refiere la capacidad de ese eje a un par de unidad de tracción eléctrica de 3550 Nm. Los dos documentos dan cifras distintas, y ninguno explica la diferencia.

El reglamento también ordena las líneas por relación, aunque no para describirlas. Cuando el control de conformidad de la producción se hace midiendo el par de resistencia —punto 6.1, letra c), del anexo VII, uno de tres métodos que se aplican «previo acuerdo entre la autoridad de homologación y el solicitante»—, el punto 6.4.1, letra b), exige que el par de resistencia del eje ensayado «será inferior al par de resistencia correspondiente del eje homologado de tipo o se situará dentro de las tolerancias indicadas en el cuadro 2». En sus columnas para ejes medidos después del rodaje, el cuadro 2 escalona esa tolerancia, en Nm, según la relación de transmisión, con el límite fijado por línea de ejes: 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 reducción de cubo que para las de reducción simple. El punto 3 del anexo añade una consecuencia de ensayo: podrán medirse diferentes desmultiplicaciones finales de ejes con reducción de cubo y ejes pórtico simples —HR, HRT y SP— cambiando únicamente la reducción de cubo.

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

El punto 2, definición 2), es la que conviene citar, y es la única de las cinco que vincula una disposición mecánica a un concepto de vehículo. Un eje pórtico simple —el eje portal de este artículo— significa un eje que presenta por lo general una excentricidad vertical entre el eje de giro de la corona y el eje de giro de la rueda «debido a la demanda de una mayor altura libre sobre el suelo o de un piso rebajado para autobuses urbanos de piso bajo». La definición continúa describiendo la construcción: por lo general, la primera reducción es un engranaje cónico y la segunda, un engranaje recto con excentricidad vertical junto a las ruedas. El Reglamento (UE) 2022/1379 añadió «(o un engranaje helicoidal)» a esa frase.

De ahí se siguen dos cosas. La excentricidad es la finalidad del eje, no un efecto secundario de él: el reglamento nombra la mayor altura libre sobre el suelo o el piso rebajado como la necesidad que produce esa disposición, y vincula la segunda de esas necesidades, con sus propias palabras, a los «autobuses urbanos de piso bajo» —el propio reglamento define piso bajo como los códigos de vehículo CE, CF, CG y CH del Reglamento (UE) 2018/858 (anexo I, cuadro 3, nota 2). Y el reglamento trata a los ejes pórtico como un caso especial en el anexo I y en los apéndices del anexo VII. El anexo I usa la línea de eje para clasificar los autobuses pesados completos y completados: según el punto 1.2.3, letra d), y su figura 1, un autobús de piso bajo de código de vehículo CE o CG es «de acceso bajo» cuando su tipo de eje no es pórtico simple; con un eje pórtico simple solo es de acceso bajo si hay un escalón en el pasillo central, y el valor por defecto es que no lo es. El apéndice 2 tiene una línea que se usa solo para ejes pórtico, el ángulo entre el eje del piñón y el eje de la corona, en grados. El apéndice 4 recoge dos criterios de familia exclusivos de los ejes pórtico simples —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 pórtico simples del criterio de geometría interior de la caja del eje que se aplica a todas las demás líneas.

Solaris especifica el eje motor del Urbino 12 electric con tracción modular, un autobús urbano eléctrico de baterías, como un eje portal con estabilizador, junto a un motor eléctrico central de 240 kW, en un autobús de 19.500 kg de masa bruta del vehículo —hasta 20.000 kg según país y neumáticos—. La ficha técnica nombra el eje; no dice cuál de las dos necesidades de la definición cumple.

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 transfiere par desde su brida de entrada, a través de una brida de salida, a otro eje; un HRT es un eje con reducción de cubo con la misma capacidad. En un bogie tándem motor como el RTH3312 de Volvo, la transmisión pasante es cómo se acciona el segundo eje: el eje de salida de la caja de transferencia mueve la transmisión final del segundo eje a través de un árbol de transmisión. La notación de configuración de ejes solo registra que dos ejes son motores, nunca cómo llega el par al segundo.

El reglamento contabiliza el conjunto, no la unidad. Para un tándem medido, el punto 4.4.8.5 del anexo VII suma los mapas de pérdidas de los dos ejes simples en un mapa combinado; para los valores normalizados, el apéndice 3 establece que los ejes tándem se calculan usando una eficiencia combinada 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. Los 120.000 kg son una capacidad nominal del eje, no un peso permitido: los límites legales y la propia placa del vehículo son techos distintos.

Qué asume la ley cuando nadie mide el eje

Una familia de ejes puede certificarse por medición, o el fabricante puede aceptar los valores normalizados del apéndice 3 del anexo VII. Esos valores son una eficiencia genérica para las pérdidas dependientes de la carga más una pérdida genérica del par de resistencia básico, 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 una eficiencia de 0,90 y un par de resistencia 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 resistencia —son los coeficientes T₀ y T₁, y el par de resistencia es lo que la fórmula devuelve a partir de ellos. La segunda lectura se sigue de eso: la cifra de resistencia 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 resistencia básico de 116,2 Nm y un eje con reducción de cubo a 5,41 obtiene 178,2 Nm —cálculo nuestro a partir del cuadro 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 eficiencia 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, en los valores normalizados, una relación numéricamente más alta se penaliza solo en la resistencia; la segunda penalización del ejemplo pertenece al cambio de línea, no al cambio de número.

Un apéndice aparte decide cómo se elige el eje de origen de una familia. Según el punto 4.1 del apéndice 4, el eje de origen es el que tiene la relación de eje más alta; en caso de que más de dos ejes tengan la misma relación de eje, el fabricante «deberá presentar un análisis con el fin de determinar el eje más desfavorable como eje de origen». Las características que «pudieran afectar a las pérdidas de par» deberán también identificarse y tenerse en cuenta en la selección (punto 4.3), y la autoridad de homologación «podrá considerar» que la pérdida de par en el peor de los casos de la familia se caracteriza mejor ensayando ejes adicionales (punto 4.2).

Dónde aparece el número sobre el papel

El anexo IV establece los archivos que produce la simulación, cada uno con la obligación de recoger la información enumerada «si procede». En el archivo de registros del fabricante, el punto 1.7.4 es el tipo de eje —el modelo pone «eje de reducción simple» como ejemplo propio— y el punto 1.7.5 es la relación de eje, que el modelo llama «desmultiplicación final». En el archivo de información del cliente, el documento breve que debe acompañar a los camiones y a los autobuses pesados completos o completados cuando se matriculan, se venden o entran en servicio, la transmisión y el eje se reducen a un puñado de entradas: valores de la caja de cambios medidos o normalizados, tipo de caja de cambios, número de marchas, ralentizador sí o no, y en el punto 1.2.8, la relación de eje. De las seis entradas del eje en el archivo de registros, puntos 1.7.1 a 1.7.6, solo la relación se repite en el archivo de información del cliente; el tipo de eje permanece en el archivo de registros del fabricante. Para los vehículos que utilizan las tecnologías enumeradas en el apéndice 1 del anexo III, el artículo 9, apartado 1, exige únicamente los parámetros de entrada del cuadro 5 del anexo III, una lista que no incluye ni la relación de eje ni el tipo de eje.

Es una cifra que se lee junto con la caja de cambios, no sola. El anexo IV expone la relación allí donde describe un tren de potencia eléctrico integrado: el punto 1.14.6 del archivo de registros del fabricante es la relación de transmisión total más baja, «la marcha más alta por la desmultiplicación final, si procede». Multiplicándolo, una última marcha de toma directa y una última marcha superdirecta (overdrive) llegan a la misma relación total con números de eje distintos —cálculo nuestro, no una línea que imprima el reglamento; el lado de la caja de cambios de esa disyuntiva está en las cajas de cambios automatizadas. El RSS1344C de Volvo ilustra la cuestión de la disponibilidad más que la de la teoría: de los dos modelos que cubre la ficha, el 3,70:1 se ofrece tanto en el FM como en el FH, el 4,11 y el 4,63:1 en el FM pero no en el FH, 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 en la que se fabrica un eje no siempre es una que se ofrezca en todos los modelos.

Para qué sirve cada eje, Volvo lo dice con sus propias palabras en cada ficha técnica. El RSS1370A «has fast ratios and is intended for high speed heavy transports»; el RSS1344C «is intended for high-speed transport on good roads»; el RSH1370F «is designed to be used for heavy transports on demanding and hilly roads»; el RTH3312 «is designed for heavy, demanding haulage and train weights of up to 120 ton».