Análisis de engranajes ultraligeros en la transmisión de motores eléctricos de alta velocidad

Abstract

Este trabajo se dedica al análisis de los diseños de engranajes empleados en los sistemas de transmisión de vehículos eléctricos con motores de elevadas velocidades de giro, superiores a las actuales. Este incremento en la velocidad angular tiene como objetivo mejorar la densidad de potencia y desarrollar máquinas más compactas y ligeras, sin sacrificar la potencia. Sin embargo, esta evolución tecnológica plantea nuevos desafíos en el diseño de la transmisión, ya que trabajar a altas velocidades de giro impone exigencias mecánicas severas sobre los engranajes, especialmente en lo que respecta a esfuerzos dinámicos, fatiga y estabilidad estructural. El trabajo consiste en el estudio comparativo de distintos diseños de aligeramiento en los engranajes (como rebajes, agujeros y otros ajustes estructurales, además de diferentes materiales) con el objetivo de encontrar diseños que resistan adecuadamente los esfuerzos estáticos, dinámicos y cíclicos, sin que ello implique un aumento excesivo del coste de fabricación (para mantener la aplicabilidad del diseño en vehículos de producción en serie) ni del peso. Este último punto es especialmente crítico, ya que un sobrepeso en los engranajes podría anular las ventajas logradas al aligerar la máquina eléctrica. A lo largo del trabajo se presentarán los aspectos técnicos y los cálculos necesarios para evaluar la idoneidad de los diferentes diseños de engranajes, sus planos correspondientes además de la documentación de pliego de condiciones y presupuesto para su fabricación.

This project is dedicated to the analysis of gear designs used in the transmission systems of electric vehicles equipped with high-speed electric machines, operating at rotational speeds significantly higher than current standards. This increase in angular velocity aims to improve power density and enable the development of more compact and lightweight machines without compromising power output. However, this technological evolution introduces new challenges in transmission design, as high speed operation imposes severe mechanical demands on gears, particularly regarding dynamic loads, fatigue, and structural stability. The study consists of a comparative analysis of different gear lightening designs (such as reliefs, holes, and other structural adjustments, along with different material options) with the goal of identifying designs capable of withstanding static, dynamic, and cyclic loads without causing excessive manufacturing costs (to ensure feasibility for mass production) or added weight. The latter is especially critical, as any excess weight in the gears could offset the benefits gained by lightening the electric machine. Throughout the project, the technical aspects and calculations required to evaluate the suitability of the different gear designs will be presented, along with detailed drawings and the associated documentation, including technical specifications and a manufacturing cost estimate.