摘要：介紹了新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，闡述了新能源汽車軸承的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并詳細(xì)介紹了新能源汽車軸承的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；電機(jī)；軸承；轉(zhuǎn)速；溫度

0 前言

近年來，溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重，人民環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)。汽車尾氣是城市溫室效應(yīng)的主要原因，開發(fā)新能源汽車對(duì)應(yīng)對(duì)汽車尾氣污染意義重大。軸承是新能源汽車的重要部件，其性能直接決定了新能源汽車的舒適性和安全性。預(yù)計(jì)到2025 年，新能源汽車軸承市場將達(dá)到142 億元，主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承、輪轂軸承單元、變速箱軸承、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)軸承等。其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承是新能源汽車供應(yīng)動(dòng)力的重要部件，面對(duì)新能源汽車軸承苛刻的工作要求，對(duì)其性能要求也越來越高，開發(fā)高性能新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承成為各大汽車及軸承廠商的關(guān)注重點(diǎn)。

1 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

新能源汽車對(duì)軸承的要求包括長壽命、耐蠕變、高轉(zhuǎn)速、低摩擦、低振動(dòng)等。具體表現(xiàn)為：

（1） 高速：驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)20 000 r/min，軸承Dmn 值（平均直徑與內(nèi)圈轉(zhuǎn)速的乘積）達(dá)到80 萬以上，比普通工業(yè)電機(jī)速度高很多。

（2） 高溫：軸承需在-40～150 ℃穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，無嘯叫；長期工作溫度為110～120 ℃；寒冷地區(qū)啟動(dòng)溫度-30～-20 ℃，啟動(dòng)力矩小，噪聲低。

（3） 潤滑：要求潤滑脂低溫性能優(yōu)異、耐高溫、抗振動(dòng)、節(jié)能高效、長壽命。

（4） 振動(dòng)、噪聲：為保證乘車的舒適性，電機(jī)的振動(dòng)噪聲水平要低，保證車內(nèi)安靜。

（5） 電蝕：由于繞組的不平衡，造成轉(zhuǎn)子間存在電位差，形成電流；逆變器高頻電壓造成的電流泄漏都可能導(dǎo)致軸承產(chǎn)生電蝕，使軸承失效。

（6） 壽命：保證軸承與整車質(zhì)保同壽（5～8 a 或10 萬～16 萬km）。

2 新能源汽車軸承的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2. 1 國外研究現(xiàn)狀

NTN 公司面向純電（EV）和混動(dòng)（HEV）車用三電系統(tǒng)（e-Axle）研發(fā)了耐電腐蝕的絕緣鍍膜軸承。在軸承外圈的外徑和端面鍍了絕緣膜層，能耐100 V 以上電壓，具有良好的絕緣特性。NTN 公司還開發(fā)了一種抗電蝕軸承，即用于電動(dòng)車軸的帶有絕緣涂層的軸承，通過在軸承表面涂敷絕緣涂層來抑制通過軸承的電流。該軸承絕緣性能達(dá)到100 V以上，支持使用高壓電池。絕緣涂層具有低摩擦因數(shù)和優(yōu)異的耐磨性，與不帶絕緣涂層的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品相比，外圈外徑和外殼內(nèi)徑的總磨損量減少88%。因此，即使外圈發(fā)生蠕變，該產(chǎn)品也能保持絕緣所需的涂層。

SKF 公司發(fā)布了革命性的用于電驅(qū)系統(tǒng)的高轉(zhuǎn)速深溝球軸承HSBB1.8，最高Dmn 值可達(dá)180 萬，以40 mm 軸徑為例可滿足最高30 000 r/min 電機(jī)轉(zhuǎn)速。SKF 公司開發(fā)了eDrive 球軸承系列，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)滾道，采用新型結(jié)構(gòu)聚合物保持架、寬溫度范圍的潤滑脂，設(shè)計(jì)混合陶瓷軸承，以適應(yīng)電機(jī)軸承的高速性能，有助于延長傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命和擴(kuò)大電池的續(xù)航能力。

NSK 公司開發(fā)了針對(duì)混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車變速箱等驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用的新一代防蠕變軸承，通過抑制該蠕變提高車輛的乘用舒適性［1］。該產(chǎn)品的特點(diǎn)為：① 通過優(yōu)化軸承套圈剛性防止套圈變形，從而將壁厚的增加量控制在最小，并有效提高抵抗齒輪靜止載荷的防蠕變能力。② 采用高溫油環(huán)境下耐久性能更優(yōu)異的O 形圈材質(zhì)，并優(yōu)化其壓緊變形量，使軸承暴露在高溫油環(huán)境時(shí)，由電機(jī)不平衡引起的旋轉(zhuǎn)載荷所導(dǎo)致的蠕變降低80%。③ 無需機(jī)械固定而提高了防蠕變性，使組裝變得更加容易，從而提高生產(chǎn)性和降低成本。

NSK 公司還開發(fā)了電動(dòng)汽車變速箱用圓錐滾子軸承NSK LCube ⅡTM。該產(chǎn)品特點(diǎn)為：① 在潤滑油稀薄的苛刻使用環(huán)境下，在圓錐滾子的滾動(dòng)面及頭部形成可儲(chǔ)油的微小凹部，使接觸面的油膜保持性更優(yōu)，防止磨損等表面損傷，相比目前產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)8 倍及以上的耐久性和耐燒結(jié)性。② 在低速域的儲(chǔ)油性能（油膜能更加容易形成的狀態(tài)）有所優(yōu)化，相比目前產(chǎn)品可降低10% 的摩擦。

舍弗勒TriFinity 是一款三列輪轂軸承，其尺寸小于標(biāo)準(zhǔn)雙列球軸承，但能夠提供更大的軸荷，同時(shí)使用壽命更長，剛度更高。此外，該軸承采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可替代帶預(yù)緊的圓錐滾子輪轂單元方案。相較圓錐滾子軸承，Trifinity 可顯著降低摩擦力矩，提高剛度，在FTP75 測試路譜條件下，每輛車可降低0.7% 耗電量。此外，TriFinity 與舍弗勒的端面花鍵技術(shù)相組合，減小了輪轂單元尺寸。小型化不僅能減少軸承和密封摩擦，還能降低軸承質(zhì)量，從而減少碳足跡。在尺寸相同的情況下，采用無游隙端面花鍵技術(shù)的軸承質(zhì)量更輕，部件傳遞的扭矩可提高50%。此外，軸承的安裝更加方便，應(yīng)用于電動(dòng)汽車還可以減少噪聲［2-3］。帶離心盤的高效球軸承是舍弗勒專為電動(dòng)汽車開發(fā)的新產(chǎn)品，性能高、摩擦低且節(jié)能。該產(chǎn)品兼具開式軸承和密封軸承的設(shè)計(jì)優(yōu)勢，單個(gè)軸承能夠減少0.3 N·m 摩擦力，減少約0.1 g/km 二氧化碳排放量。帶離心盤的高效球軸承的使用壽命是開式軸承的10 倍，使用成本大幅降低。

2. 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

人本集團(tuán)開發(fā)專用于新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高速BS 系列軸承，采用新設(shè)計(jì)、新工藝、新材料，優(yōu)化軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用仿真、潤滑技術(shù)，解決了高速高溫下軸承發(fā)熱和潤滑難題，形成新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承設(shè)計(jì)理論及方法，確保軸承具有精度高、離心力小、摩擦低等特點(diǎn)，能夠滿足新能源汽車低啟動(dòng)力矩、高速和急變速、耐用性和高可靠性等要求。

浙江五洲新春集團(tuán)股份有限公司開發(fā)了驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承6008-2RZG，通過套圈參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、保持架優(yōu)化設(shè)計(jì)、采用非接觸式密封結(jié)構(gòu)和長壽命、低噪聲、耐高低溫型油脂，滿足套圈高速高溫長壽命，有利于軸承的高速穩(wěn)定、低噪聲等性能，保證軸承在高速高溫運(yùn)轉(zhuǎn)中的壽命，以及在高速或急變速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的性能。

重慶長江軸承股份有限公司（以下簡稱“長江軸承”）在高溫高速新能源汽車減速器軸承、高溫高速新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承、新能源汽車用輪轂軸承單元關(guān)鍵技術(shù)等方面取得新突破。其中，在新能源汽車用輪轂軸承單元方面，長江軸承成功解決了軸承輕量化設(shè)計(jì)剛度與強(qiáng)度同時(shí)滿足的難題、軸承減重后動(dòng)平衡難題、輕量化后產(chǎn)品變形帶來的工藝難題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品減重30%。

瓦軸集團(tuán)為歐洲國際知名汽車制造企業(yè)純電汽車和插電混動(dòng)汽車配套的減速器系列軸承，通過采用特殊材料及特殊的熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)了軸承壽命提高，滿足了新能源汽車配套需求，已批量供貨。瓦軸集團(tuán)新能源汽車軸承擁有高精度、高轉(zhuǎn)速、高承載、長壽命、低摩擦和低噪聲等性能。

3 新能源汽車軸承關(guān)鍵技術(shù)

3. 1 高速技術(shù)

軸承高速性能是新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承開發(fā)難點(diǎn)，自主企業(yè)沒有可直接借鑒的經(jīng)驗(yàn)。產(chǎn)品要在設(shè)計(jì)和理論計(jì)算上達(dá)到高速性能指標(biāo)，還要通過高速性能試驗(yàn)、模擬臺(tái)架試驗(yàn)和路試，才能在高速條件下可靠耐用。因此，產(chǎn)品開發(fā)涉及領(lǐng)域廣、跨度大、時(shí)間長，要考量產(chǎn)品性HtE2kJ9PdM+HVoDNJP8i8urwLFho8Pt48MX+Ao460vQ=價(jià)比，克服國際品牌沖擊，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。軸承的設(shè)計(jì)需要優(yōu)化以減少摩擦和磨損，同時(shí)保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性，具體應(yīng)對(duì)措施為：① 潤滑脂優(yōu)化，開發(fā)混動(dòng)汽車和純電汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)用脂潤滑高速軸承；② 保持架形狀優(yōu)化，混動(dòng)汽車和純電汽車用深溝球軸承使用鋼制保持架和冠形樹脂保持架；冠形樹脂保持架比鋼制保持架輕，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力相對(duì)較小，鋼球與保持架兜孔之間的摩擦因數(shù)較小，可以減少球與保持架之間的發(fā)熱量。③ 采用高剛度樹脂材料，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)使用的樹脂保持架材料必須具有高剛度，以限制由于離心力的影響而產(chǎn)生的變形。

于慶峰［4］系統(tǒng)分析了高速深溝球軸承中保持架的受力來源及對(duì)應(yīng)狀態(tài)下的應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)保持架自身離心力是最大影響因素；有針對(duì)性地提出了高速保持架設(shè)計(jì)方案；采用Abaqus 及CABA3D 軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并通過了臺(tái)架試驗(yàn)及客戶裝機(jī)測試。

3. 2 耐高溫技術(shù)

由于電機(jī)和電力電子器件的熱效應(yīng)，新能源汽車軸承工作環(huán)境溫度比傳統(tǒng)汽車高。這要求軸承材料能夠承受更高的工作溫度，同時(shí)不降低其性能［5］。特殊合金材料、陶瓷材料，以及表面涂層技術(shù)為制造新能源汽車要求的軸承提供可能性。這些材料可以提供更好耐磨性、耐腐蝕性和溫度穩(wěn)定性。

3. 3 耐腐蝕技術(shù)

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承腐蝕問題也逐漸引起關(guān)注。軸承是傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件，一旦受腐蝕，會(huì)造成車輛不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致安全問題。具體應(yīng)對(duì)措施為：① 優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)，如增強(qiáng)軸承密封性，采用抗腐蝕潤滑劑。② 采用具有抗腐蝕性的高性能材料，如采用特種材料，利用特殊處理工藝，提高其抗腐蝕能力。③提高軸承潤滑能力，如增強(qiáng)零件之間潤滑能力，采用具有高抗腐蝕性的潤滑劑。④ 對(duì)軸承進(jìn)行定期的維護(hù)和檢查。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)汽車軸承面臨重新洗牌。未來電動(dòng)汽車采用電驅(qū)動(dòng)方式，將省去傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)軸等，汽車軸承發(fā)電機(jī)軸承、水泵軸承、搖臂軸承、張緊輪軸承等行業(yè)部分產(chǎn)品面臨洗牌，新能源汽車軸承給軸承企業(yè)帶來新的商機(jī)和挑戰(zhàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

［ 1 ］ 衛(wèi)耀東.NSK 新能源汽車新技術(shù)[J]. 現(xiàn)代零部件，2011（10）：70-71.

［ 2 ］ 孫玉玲，何浩，顏靜，等. 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承噪聲分析及改進(jìn)措施[J]. 軸承，2022（1）：57-61.

［ 3 ］ 馬小梅，王潤東，朱宇騰，等. 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸承動(dòng)態(tài)性能分析[J]. 哈爾濱軸承，2022，43（1）：3-11，21.

［ 4 ］ 于慶峰. 新能源汽車用高速深溝球軸承保持架設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J]. 機(jī)械傳動(dòng)， 2023， 47（4）：123-130.

［ 5 ］ 胡迪，米承繼，劉祥環(huán)，等. 新能源汽車減速器錐軸承預(yù)緊量研究[J]. 機(jī)電工程，2022，39（8）：1071-1079.