1. A exigência de alta rotação das engrenagens ▶ Situação atual Engrenagens de alta velocidade têm sido amplamente adotadas em veículos de novas energias, principalmente por sua capacidade de transmitir potência de forma estável em altas velocidades. Sua aplicação envolve múltiplos aspectos, incluindo seleção de materiais, projeto, fabricação e lubrificação. A velocidade de rotação das engrenagens em veículos de novas energias evoluiu de 12.000 rpm para mais de 20.000 rpm e agora está caminhando para 30.000 rpm e além. O desenvolvimento de engrenagens de alta velocidade elevou os requisitos para o projeto, a seleção de materiais e a fabricação de engrenagens, especialmente em termos de controle da vida útil, lubrificação, dissipação de calor e NVH (Ruído, Vibração e Aspereza). ▶ O desafio Confiabilidade: A operação em alta velocidade acelera a fadiga por contato na superfície dos dentes, a fadiga por atrito e a concentração de tensão, levando à falha prematura das engrenagens. Atualmente, materiais como o 20MnCr5 são selecionados para engrenagens, pois oferecem maior resistência, melhor tenacidade e tratamento térmico e processabilidade superiores. Lubrificação e Dissipação de Calor: Em altas velocidades de rotação, as engrenagens experimentam velocidades lineares mais elevadas, resultando em maior geração de calor durante o engrenamento e dificultando a formação da película de óleo, aumentando assim o risco de falha da engrenagem. Isso também impõe maiores desafios no projeto de engrenagens, exigindo especificações mais rigorosas para propriedades antiaglomerantes, taxas de deslizamento e velocidades lineares. Um perfil de dente bem projetado é particularmente crítico, enquanto a seleção de lubrificantes e a lubrificação proativa das engrenagens são igualmente vitais. Balanceamento Dinâmico: À medida que a velocidade de rotação aumenta, o impacto dos fatores de balanceamento dinâmico no NVH (ruído, vibração e aspereza) dos acionamentos elétricos se intensifica gradualmente, e os requisitos de balanceamento dinâmico para os componentes eixo-dente tornam-se mais rigorosos. Atualmente, todos os componentes eixo-dente incluem requisitos de inspeção de balanceamento dinâmico. NVH da Engrenagem: As faixas expandidas de torque, velocidade e frequência de rotação em altas velocidades de engrenagem aumentam significativamente a complexidade do controle de NVH. Isso levanta desafios no gerenciamento da excitação da engrenagem e dos caminhos de transmissão do veículo, exigindo o projeto coordenado dos pacotes de som do acionamento elétrico e dos pacotes de som do veículo, juntamente com o isolamento de vibração e ruído para os caminhos estruturais. Em velocidades mais altas, as faixas de torque e velocidade se ampliam consideravelmente, enquanto a faixa de frequência de rotação correspondente quase dobra, o que complica substancialmente o controle de NVH (ruído, vibração e aspereza). Como resultado, os pacotes acústicos se tornaram um recurso padrão em sistemas de acionamento elétrico. Fabricação de engrenagens: Os requisitos de precisão para engrenagens estão se tornando cada vez mais rigorosos. Atualmente, a indústria está em transição dos padrões nacionais de grau 5-6 para grau 5 e superiores, tornando o processo de fabricação mais desafiador. A exigência de altas relações de transmissão ▶ situação atual Com o desenvolvimento do desempenho dos motores, a velocidade máxima do motor aumenta gradualmente, o limite da velocidade máxima é gradualmente ampliado e o limite da relação de transmissão é gradualmente liberado. Considerando a aceleração do veículo e a economia do acionamento elétrico, o aumento da relação de transmissão pode melhorar rapidamente o torque na roda do veículo e reduzir o volume do motor para atingir o índice econômico. À medida que a velocidade máxima do motor se aproxima de 20.000 rpm ou mais, a relação de transmissão também apresenta uma tendência de aumento gradual. Por exemplo, a Huichuan possui projetos de produção em massa com uma relação de transmissão superior a 12, e a Huawei possui projetos de produção em massa com uma relação de transmissão superior a 13. Projetos com relações de transmissão acima de 13 estão gradualmente se tornando a norma. ▶ Lançando o desafio A aplicação de engrenagens de alta velocidade aumentou a dificuldade tanto no desempenho quanto na fabricação das engrenagens. Desempenho NVH: Engrenagens de alta velocidade normalmente geram mais ruído e vibração, e seu projeto, seleção de materiais e fabricação representam maiores desafios técnicos. Em termos de confiabilidade, as engrenagens de alta velocidade precisam suportar maior torque e velocidade, e a velocidade linear de engrenamento também é maior, o que impõe requisitos mais rigorosos ao índice de confiabilidade de flexão e contato. Material: Com o aumento da velocidade e do torque, o desempenho do material da engrenagem também precisa ser maior, o que exige considerar a resistência e a resistência ao desgaste. Na fabricação, a engrenagem de alta velocidade é mais sensível à excitação do engrenamento, o que faz com que a engrenagem exija maior precisão e consistência. Requisitos elevados de NVH para engrenagens ▶ situação atual Ao contrário dos motores de combustão interna, os veículos de novas energias são mais sensíveis ao desempenho de NVH das engrenagens, exigindo padrões de NVH mais elevados para sistemas de engrenagens, particularmente em termos de suavidade de transmissão e redução de ruído. As engrenagens são uma fonte de energia fundamental em sistemas de acionamento elétrico. Devido aos seus longos processos de fabricação e alta complexidade de controle, os problemas de NVH (Ruído, Vibração e Aspereza) em engrenagens representam um desafio significativo para a indústria. Estatísticas do setor indicam que 70-80% dos problemas de NVH no mercado de reposição decorrem de rolamentos e engrenagens, sendo que os problemas relacionados a engrenagens representam 50-60% desses casos. O NVH das engrenagens contribui significativamente para o desempenho geral de NVH do veículo. À medida que as engrenagens de alta velocidade e alta relação se tornam cada vez mais comuns, abordar os desafios de NVH em engrenagens emergiu como a principal prioridade da indústria. ▶ Lançando o desafio: O NVH (Ruído, Vibração e Aspereza) em engrenagens envolve múltiplos aspectos, como engrenagens, acionamento elétrico, chassi e o veículo como um todo. É um índice de controle sistemático com ampla variação e grande dificuldade de controle. No início do projeto, os riscos devem ser identificados e controlados antecipadamente, desde as dimensões do projeto e fabricação da engrenagem até o percurso da transmissão. No projeto de engrenagens, o NVH do eixo envolve muitas áreas, como projeto da engrenagem, usinagem, montagem, rigidez do suporte da carcaça, rigidez do rolamento, modo de engrenagem do eixo, modo da carcaça, modo de acionamento elétrico, modo do motor, percurso da transmissão, radiação acústica, etc. Figura 2: Pontos de controle do ruído do dente do eixo Fonte: Compilado a partir de dados públicos. Na fabricação de engrenagens, os requisitos de precisão estão aumentando. Embora a indústria atualmente siga os padrões nacionais de grau 5-6, as crescentes demandas de NVH agora exigem métricas de precisão específicas para engrenagens que excedam o grau 4, representando desafios significativos tanto para a garantia de precisão quanto de consistência. Devido ao longo ciclo de processamento e às múltiplas etapas críticas, controles rigorosos são essenciais em todas as fases — desde a seleção do material e a produção do blank até o tratamento térmico, o acabamento e a retificação das engrenagens. Cada processo requer otimização precisa dos parâmetros, o que complica ainda mais a fabricação. O monitoramento abrangente é imprescindível para parâmetros críticos de NVH (ruído, vibração e aspereza), incluindo a orientação do perfil do dente, o desvio cumulativo, a rugosidade da superfície, a análise de Fourier, a ondulação da superfície do dente, o perfil tridimensional, o balanceamento dinâmico e os padrões de retificação.
