概述
驅(qū)動電機(jī)作為電動汽車的核心部件,要求高可靠性、高功率密度、高效區(qū)廣、調(diào)速范圍寬、過載能力強(qiáng)。軸承本身作為精密零件,是驅(qū)動電機(jī)的關(guān)鍵核心所在,高可靠性的電機(jī)需要高性能軸承來保證。
軸承主要設(shè)計理念簡述
在傳統(tǒng)設(shè)計中,建立數(shù)學(xué)模型,確立軸承設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)和約束條件,以傳統(tǒng)的系數(shù)取值方式和傳統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,即得出軸承內(nèi)部設(shè)計結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。而驅(qū)動電機(jī)軸承,由于它的特殊性能使得在設(shè)計理念需突破傳統(tǒng)思路,在軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計、各系數(shù)取值、材料選擇、熱處理要求及部件結(jié)構(gòu)形式等方面均與普通軸承不同。
軸承材料的選擇
由于驅(qū)動電機(jī)軸承的高性能,高可靠性的要求,材料的選擇也與普通軸承的考慮不同。
01、優(yōu)質(zhì)軸承鋼的選擇
近年來由于鋼材冶煉技術(shù)的提高,使得含氧量大大降低,軸承壽命成倍提高。根據(jù)傳統(tǒng)的軸承壽命計算方式,6004軸承:Cr=9400N,C0r=5000N,Pr按最大2150N,轉(zhuǎn)速按最大7000rpm計,L10=(9400/2150)3=83.57(百萬轉(zhuǎn)),則Lh=199h。若按軸承壽命要求——16萬km計算,時速按100km/h,需要1600小時,一般情況下,實驗壽命為理論值的3~8倍,而實際實驗結(jié)果已經(jīng)達(dá)到10倍以上。驅(qū)動電機(jī)因其高可靠性的要求,在套圈原材料的選用上應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)軸承鋼,因為其含氧量,非金屬夾雜的控制更為嚴(yán)格,對軸承壽命的保證起重要作用。
02、潤滑脂的選擇
潤滑脂是影響軸承壽命的關(guān)鍵之一。潤滑脂由基礎(chǔ)油、稠化劑、添加劑組成,潤滑脂的選擇應(yīng)根據(jù)軸承使用工況而定。
(1)基礎(chǔ)油。軸承的高速性,要求高Dn值潤滑脂,Dn值的選擇一般應(yīng)在70萬以上,較低的基礎(chǔ)油粘度可以降低摩擦熱及軸承溫升,且可降低軸承低溫啟動力矩,從而降低能耗,但太低的基礎(chǔ)油粘度將使得潤滑脂耐高溫性能,承載能力和抗剝落能力降低。因此,通過反復(fù)試驗找到一個合適的基礎(chǔ)油粘度數(shù)值,是選擇合適的潤滑脂應(yīng)對驅(qū)動電機(jī)耐高低溫性能的一方面。驅(qū)動電機(jī)軸承的低溫極限一般在-40℃~-50℃,但高溫環(huán)境溫度不算太高,一般在90℃左右,據(jù)此可以推測出軸承最高溫度。因此,應(yīng)選擇粘溫性能好且低溫性能好的潤滑脂。
(2)稠化劑。潤滑脂良好的抗剪切能力和良好的分油能力有利于高速潤滑脂發(fā)揮性能,這取決于稠化劑的性能和結(jié)構(gòu)。軸承高速運轉(zhuǎn),對稠化劑纖維結(jié)構(gòu)劇烈剪切,破壞,潤滑脂剪切變稀,因此應(yīng)選用較硬和高分油率的潤滑脂。
(3)添加劑。軸承急加速急減速的特性,使得潤滑脂受到更多的沖擊和攪拌,對潤滑脂壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。因此,要求潤滑脂應(yīng)有高活性添加劑,另外可選擇極壓添加劑,雖然軸承所受徑向負(fù)荷并不大,但由于它可優(yōu)化運動表面的承載能力,在一定程度上可以為潤滑脂提供更長的服務(wù)壽命。
有人提出,電腐蝕也是一種軸承失效形式,但目前在驅(qū)動電機(jī)軸承發(fā)生的這種失效還不多見,但這種失效的應(yīng)對是從潤滑脂添加劑選擇導(dǎo)電材質(zhì),但實際添加后有噪音升高的風(fēng)險。潤滑脂的選擇最終通過實驗來驗證。
03、密封材料
目前用密封膠圈和防塵蓋的都有,以防塵蓋居多,非接觸式密封對漏脂要求不高,周圍環(huán)境清潔的工況是適用的。另一方面,膠圈材質(zhì)的選擇也成為關(guān)鍵,從膠圈材質(zhì)的耐磨性與潤滑脂的兼容性上考慮,當(dāng)然在滿足性能的前提下,同時要考慮成本。
04、保持架材料
目前乘用車驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速國內(nèi)一般在11000~14000rpm,而國外已經(jīng)到16000~20000rpm。目前市面上鋼制和尼龍保持架二者兼有,鋼制浪形保持架強(qiáng)度高,且高低溫適應(yīng)性較好。但不可否認(rèn),它與鋼球摩擦系數(shù)較高,不利于軸承更高轉(zhuǎn)速的運行。而尼龍保持架因優(yōu)越的自潤滑性能,與鋼球很低的摩擦系數(shù),更適于高速運轉(zhuǎn)的設(shè)計,普通PA66或PA46都有相應(yīng)的耐溫極限,但目前驅(qū)動電機(jī)軸承環(huán)境溫度也還在其應(yīng)用范圍內(nèi),否則,要考慮其他更高耐溫材質(zhì)。因此,在保持架材料的選擇上,要根據(jù)具體使用工況而定。
05、軸承常用的九大潤滑方法
1)手動潤滑油
在發(fā)現(xiàn)軸承的潤滑油不足時,適時用加油器供油,這是最原始的方法。這種方法難以保持油量一定,因疏忽而忘記加油的危險較大,通常只用于輕載、低速或間歇運動的場合。最好在加油孔上設(shè)置防塵蓋或球閥,并用毛氈、棉、毛等作過濾裝置。
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