燃油車的運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量非常多,有很多齒輪、活塞、閥門和曲軸,一般移動(dòng)的零件越多,磨損并導(dǎo)致車輛故障的零件就越多。
電動(dòng)汽車動(dòng)力總成確實(shí)有一些活動(dòng)部件,其中最重要的是電機(jī)軸上使用的軸承滾珠。大多數(shù)軸承滾珠和滾動(dòng)元件由鋼制成,但一些高級(jí)材料專家相信有更好的選擇:陶瓷,特別是氮化硅 (Si3N4)可能最適合電動(dòng)汽車。
陶瓷:更硬、更好、更快、更強(qiáng)
說(shuō)到軸承,越輕越好,氮化硅比鋼輕,陶瓷軸承滾珠的重量不到鋼的一半,電動(dòng)汽車工程師喜歡盡可能減輕重量,但這并不是唯一的好處。
陶瓷軸承滾珠在軸承組件內(nèi)產(chǎn)生的摩擦更小,這意味著它們需要更少的潤(rùn)滑劑、更少的磨損、更少的滾道應(yīng)力和更低的工作溫度。
與電動(dòng)汽車相關(guān)的應(yīng)用是牽引電機(jī)軸軸承,軸承可能會(huì)承受非常高的速度。在高轉(zhuǎn)速下,由于慣性,質(zhì)量的較輕的好處被放大。
陶瓷球不僅比鋼輕,它們更堅(jiān)固,陶瓷軸承的硬度是鋼的兩倍,硬度比鋼高60% 以上,不易變形。
考慮軸承壽命和軸承效率時(shí),這非常有用。由于其制造工藝,金屬座圈具有固有的表面缺陷,球的表面非常堅(jiān)硬、非常光滑,這些缺陷會(huì)隨著時(shí)間的推移而消除。
陶瓷的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是耐高溫的能力,陶瓷軸承滾珠可在高達(dá)1,000°C 的溫度下運(yùn)行,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過汽車運(yùn)行的要求。
抵抗力和壽命
對(duì)于電動(dòng)汽車,陶瓷軸承滾珠的最大好處之一是它們具有抗電性,軸承不希望電流通過,它加速了軸承的故障。
氮化硅具有抗電性,這通常在幾乎所有軸承應(yīng)用中都有好處,汽車中的高壓牽引電機(jī)時(shí),由于電流泄漏,軸承內(nèi)部很容易發(fā)生電氣點(diǎn)蝕,最終可能導(dǎo)致早期故障。
如果使用鋼制軸承,唯一的選擇是在鋼上涂上絕緣材料,這增加了制造過程的復(fù)雜性,并帶來(lái)了質(zhì)量污染的機(jī)會(huì)。
陶瓷軸承的使用壽命比鋼長(zhǎng),軸承磨損后可以更換,這很麻煩,而一套混合陶瓷可以在車輛的整個(gè)生命周期內(nèi)并獲得 50 萬(wàn)公里。
球體、圓柱體更多的系列
為了制造陶瓷球,配制了未加工的氮化硅粉末,仔細(xì)控制了包括粒度、密度、對(duì)稱性和水分含量在內(nèi)的特性。
添加一些化學(xué)粘合劑后,粉末在繼續(xù)研磨、翻滾和拋光之前形成坯料。對(duì)球進(jìn)行了一種稱為熱等靜壓的過程,以獲得適當(dāng)?shù)奈⒂^結(jié)構(gòu)發(fā)展,從而提高硬度和韌性,并減少滾動(dòng)接觸疲勞。
在實(shí)踐中,大多數(shù)陶瓷軸承都可以視為混合軸承,它們將陶瓷球與鋼滾道結(jié)合在一起,純陶瓷軸承也是可能的,陶瓷非常光滑,系統(tǒng)中不會(huì)有足夠的摩擦。在混合軸承中,如果不加以控制,陶瓷的光滑度也會(huì)出現(xiàn)問題,滾珠太光滑,它們就可能變得抗?jié)櫥?br/>
結(jié)論
陶瓷軸承滾珠并不是一個(gè)全新的想法,2001 年在航天飛機(jī)重新設(shè)計(jì)的氫渦輪泵上使用了氮化硅球,自 1970 年代初以來(lái),陶瓷的性能優(yōu)勢(shì)就已為人所知。
鋼軸承使用很普遍,原因很簡(jiǎn)單:成本,陶瓷軸承比鋼更貴,但價(jià)格一直呈下降趨勢(shì)。從歷史上看,障礙一直是成本,但對(duì)于電動(dòng)汽車市場(chǎng)增長(zhǎng),這個(gè)障礙開始減少。
電動(dòng)汽車行業(yè)仍處于起步階段,它無(wú)疑會(huì)想方設(shè)法對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn):電池、充電器和電機(jī)。但正如我們所見,堅(jiān)硬的微小球體也可以成為電動(dòng)汽車革命的一部分,陶瓷滾珠軸承也可能至關(guān)重要。