1、EV 和 HEV 用低扭矩深沟球轴承为了提高每次油耗的里程数，人们尝试各种方法改进 EV 和 HEV 零件，以期达到低电耗、降重量和压尺寸的目的。同时，对于用于 EV 电机的轴承来说，最大的要求是进一步降低扭矩。本文介绍了 EV/HEV 用油润滑式高速、低扭矩深沟球轴承和脂润滑式低扭矩密封球轴承，并介绍了它们的特征和性能。1.前言EV/HEV 电机使用两种类型的球轴承，也即传动装置油润滑和脂润滑球轴承。油润滑轴承用于高速、小型电机。另一方面脂润滑轴承一般用于低速大型电机。我们开发出有助于降低电机能耗的高速/低扭矩、油润滑深沟轴承和低扭矩、脂润滑、密封深沟球轴承；下面将对他们进行介绍。2.高速低
2、扭矩深沟球轴承（油润滑）2.1 概念为了降低 EV/HEV 的电量消耗，需要降低电机的尺寸和重量。但是，简单地减小尺寸可能造成电机输出扭矩不足，这需要通过高速旋转弥补。在高速旋转条件下，要求轴承的dmn 值约为 1.6106。但是，普通车辆所用轴承的 dmn 值约为 0.5106，如果以更高的 dmn值工作，就会造成很多问题，如升温，或者保持架变形等。新开发的产品通过优化内部尺寸和采用新开发的保持架，已经能够低扭矩运转。由于增加了保持架强度，因此可在高 dmn 条件下使用。*1 轴承滚动体节圆直径和转速2.2 新开发产品的好处表 1 示出传统产品和新开发产品之间的比较结果。如图 1 所示，新开
3、发的“组合式树脂保持架”是形状相同的两部分组合在一起。当 dmn 值超出 0.5106 时，由于离心力的作用，保持架可能会变形，造成保持架与外圈或滚动体接触和/或因滚道变热而受损。利用新开发的产品，通过优化深沟球轴承的内部尺寸，使用“组合式树脂保持架” ，在离心力作用下，这种保持架几乎不会变形，温升大大降低。此外，降低油流，利用保持架挡边和内/外圈沟道挡边，高速运转时，轴承的温升降低了。2.3 新开发产品的性能1）旋转扭矩表 2 示出测量条件，图 2 示出测量结果。在转速为 3,000min-1 或更高时，与传统产品相比，新开发产品的扭矩低了至少 50%。表 1 普通产品和新开发产品之间的比较
4、传统产品 新开发的产品轴承材料 SUJ2 SUJ2保持架材料 SPCC，PA66 PA66保持架结构钢板 悬臂式树脂组合式树脂图 1 组合式树脂保持架的特点表 2 扭矩测量条件轴承尺寸 根据 6909 升级额定负荷传统的波纹型钢板保持架传统的悬臂树脂保持架保持架规格开发的组合式树脂保持架转速 最大 6,000min-1载荷 径向 100N温度 40润滑 AFT油位 最低滚动体节圆直径图 2 扭矩测量结果2）耐久试验表 3 示出试验条件。当新开发的产品以 1.6106dmn 工作 1000 小时时，保持架没有表现出任何卡滞或损伤。图 3 示出试验之后，轴承零件的外观。新开发的轴承没有表现出损伤迹
5、象，如内、外圈滚道上和滚动体上出现剥落和起层。表 3 耐久性试验条件轴承尺寸 6008保持架规格 新开发的合成式树脂保持架润滑 AFT转速 30，000min -1载荷 径向 1,000N工作时间 1,000 小时内圈 外圈钢球 保持架图 3 耐久试验后的样品3）保持架强度图 4 示出 dmn 值为 1.6106 时，离心力对保持架产生的应力。经验证，当处于材料疲劳极限时，作用于保持架的应力没有表现出任何问题。此外，径向变形为 1%，或者低于 1%，一个非常小的值。保持架损伤的原因之一滚动体提前/之后造成的应力作用。通过让滚动体提前或推后，验证保持架的强度。通过无润滑时施加力矩能够实现这一目的
6、。表 4 示出试验条件，图 5示出该试验条件下的试验结果。在很多时间内，保持架兜孔部分就发生破裂，但是，在相同条件下，新开发产品继续工作，这表明在强度方面，新产品优于传统产品。图 4 保持架离心力分析结果表 4 保持架强度试验条件轴承尺寸 6008传统悬梁树脂保持架保持架规格新开发的合成式树脂保持架润滑 无润滑转速 4,000min-1力矩 19.6N.m图 5 保持架强度试验结果3.低扭矩密封式深沟球轴承（脂润滑）3.1 概念如图 6 所示，脂润滑-密封式深沟球轴承中有 6 个扭矩系数。系数（1） 、 （2） 、 （5）和（6）由内部技术参数决定，可通过计算获取。润滑脂特性对润滑脂粘滞度（系
7、数 3）引起的扭矩影响很大。此外，保持架和滚动体之间润滑脂的剪切扭矩（系数 4）受保持架离心力的影响。而新开发的轴承，通过改善润滑脂特性和保持架离心力，重点关注影响扭矩的系数（3）和（4） 。（1） 作用于滚道的滚动粘滞扭矩（2） 滚动体的弹性变形扭矩（3） 润滑脂粘滞度引起的搅动扭矩（4） 处于保持架和滚动体之间的润滑脂的剪切扭矩（5） 滚动体和滚道套圈之间差异滑动造成的扭矩（6） 滚动体和滚道套圈之间螺旋滑动造成的扭矩图 6 扭矩系数3.2 特征1）采用新开发的润滑脂为降低“润滑脂引起的搅动扭矩” （系数 3）而新开发的润滑脂由超细增稠剂和低粘度基油组成。表 5 示出润滑脂特性。如图 7
8、所示，增稠剂能够通过完善增稠剂的结构，从而改善基油。这降低了增稠剂的含量，增稠剂的阻力也相应降低。由于采用低粘度基油，所以基油的阻力也降低了。这两种方法都有助于降低润滑脂搅动轴承滚动体。表 5 润滑脂特性表传统产品 开发的产品增稠剂 尿酸基 尿素基基油 合成油 合成油40 40.6 33.4基油粘滞度mm2/s 100 7.1 5.8一致性 243 280启动 350 250低温扭矩-40mNm 旋转 80 70图 7 增稠剂结构2）采用新开发的保持架为了降低“保持架和滚动体之间润滑脂的剪切扭矩” （系数 4） ，因此，提供最少的润滑脂，而不让过多的润滑脂在保持架和滚动体之间流动，这一点非常重
9、要。对于新开发的保持架，如图 8 所示，保持架兜孔外径上增加了润滑脂刮削功能，防止过多的润滑脂流动，以获得低扭矩。图 8 传统产品和开发产品之间的比较3.3 新开发产品的性能1）旋转扭矩图 10 示出在图 9 所示的试验条件下，利用测量设备获得的扭矩测量结果。结果表明新开发产品的扭矩比传统产品的至少低 50%。轴承尺寸 6203LLB转速 4,000min-1载荷 200N温度 室温润滑脂量 0.8g图 9 扭矩测量设备和测量条件图 10 扭矩比较结果2）润滑脂寿命图 12 示出在图 11 给出的试验条件下，利用图 11 中的测量设备获得的润滑脂寿命测量结果。与传统产品相比，新开发产品的润滑脂
10、寿命约为前者的 3 倍。轴承尺寸 6204LLB转速 10,000min-1载荷 2,000N温度 150润滑脂量 1.0g图 11 润滑脂寿命测量试验机和条件图 12 润滑脂寿命测量试验结果3）保持架强度图 13 示出作用于保持架的离心力的分析结果，该应力由离心力造成。该应力与传统轴承中看到的应力相等，但是在传统轴承没有任何问题。通过向轴承施加力矩，强迫滚动体提前/推后，从而验证保持架强度。为了使保持架上的应力最大化，保持架兜孔的间隙值设置为下限值。图 14 示出力矩载荷试验机和试验条件，图 15 示出保持架强度试验结果。经验证，新开发产品的保持架耐用性没有任何问题。图 13 保持架离心力分
11、析结果保持架规格 具有最小兜孔间隙的保持架润滑脂类型 开发的润滑脂转速 5,000min-1力矩 11.8N.m试验时间 89 小时（加载时间：110 7）图 14 力矩载荷试验机和试验条件图 15 力矩载荷试验结果4）声音特性因为驱动由发动机变为电机，所以对降低轴承噪音的要求更加突出。与传统轴承相比，新开发轴承的声音特性得以改进。通过细改善润滑脂粘滞度结构能够达到这一目的。图 16示出声音试验机和试验条件，图 7 示出声音试验结果。试验结果表明新开发产品在降低噪音方面具有优势。轴承型号 6203LLB转速 1,800min-1轴向负荷 20N温度 室温符合 JIS B 1548图 16 声音试验条件图 17 声音试验结果4.总结本文中介绍的新产品具有以下特点。新开发产品将用于市场需求逐步扩大的紧凑、高效节能的 EV/HEV 电机。【EV 和 HEV 用低扭矩深沟球轴承 】高速旋转可用于 1.6106dmn 值当轴承节径为 54.0mm 时，转速可达 30,000min-1.旋转扭矩比传统产品降低 50%以上。【低扭矩密封式深沟球轴承】旋转扭矩比传统产品降低 50%以上声音与传统产品持平或者更好寿命与传统产品持平或者更好。
