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NSK開發出高dmn軸承 憑借PEEK保持支架提高疲勞強度
發布日期:2024-02-07
  分析結果顯示,離心力產生的最大應力為82.0MPa。采用PA46的話無法承受,而PEEK的話則可承受。分析時施加的轉速為外輪1萬80rpm、內輪4255rpm。Volt的馬達為內外輪均旋轉,因此對其進行了模擬。這一轉速按照換算成保持支架公轉速度的dmn值計算,相當于260萬。 www.zcwz.com

日本精工在馬達用大直徑高轉速軸承方面開發出了dmn值(節圓直徑×最高轉速)達到200萬以上的滾珠軸承(圖1)。這一數值在汽車用途中為全球最高。目前已開始向美國通用汽車(General Motors)供貨,用作“Chevrolet Volt”混合動力系統的馬達右側為豐田“普銳斯”的馬達軸承,外徑為62mm。

 

開發品放到試驗儀器上做了評測。試驗條件為無負荷(只有旋轉負荷產生的不均衡負荷),轉速與FEM分析同為1萬80rpm、4255rpm。潤滑油采用ATF(自動變速箱用潤滑油),供給流量為0.35L/min,溫度為90℃,試驗時間為60小時。
 ?。╝)轉動面的毀壞、磨損、(b)轉動面的擦傷、磨損、(c)保持支架的磨損、(d)滾珠的磨損,問題多多。
  運轉60小時后也未出現什么問題。
  馬達采用日本精工的軸承。
  馬達的轉矩與轉子的體積基本成正比。由于輸出功率為力矩×轉速,因此要想提高輸出功率,就需要加大整體體積,并提高轉速。今后,為了提高EV(電動汽車)及HEV(混合動力車)的性能,勢必要采用大直徑且轉速高的軸承,也就是dmn值高的軸承。
  包括非汽車用途在內,dmn值被廣泛用作軸承評測指標。在噴氣引擎及機床用途中也有達到300萬的情況,不過在濺油潤滑式汽車變速箱的用途中一般不到60萬,而在混合動力車用途中,雖有通過軸心供油的強制潤滑實現更高數值的案例,但一直未能超過150萬。
  此次向通用汽車供貨的是內徑160mm、外徑190mm的大直徑軸承。豐田“普銳斯”的混合動力系統使用的內齒輪用軸承為內徑110mm、118mm。另外,與此次的Volt用軸承具有相同作用的普銳斯的馬達軸承,其外徑為62mm。
  以內輪引導保持支架,防止離心旋動。從中心線往向移動滾珠。 www.zcwz.com
  保持支架材質連升兩級
  為了承受由高速旋轉大直徑軸承產生的大離心力,此次在汽車用軸承中首次采用碳纖維強化PEEK(聚醚醚酮)作為保持支架材料。
  原來的保持支架為鋼制品,之后還曾在普銳斯用軸承上首次采用PA(聚酰胺)46。這樣,保持支架材質在短時間內連升兩級。在疲勞強度上,PA46為40MPa左右,而PEEK為2.5倍的100 MPa左右。
 ?。╝)為變形。向左內側翻轉變形。(b)為應力。在容納滾珠的凹陷的底部產生最大應力。
  利用FEM(有限元分析法)對變形及應力做了分析。保持支架采用從旁邊支撐滾珠的冠形(圖5)。離心力會使包圍滾珠的突出部分向外側彎曲。如圖5所示,靠前的是內輪,里側是外輪,離心力會使紅色部分向左內側翻轉。
  加大dmn值的話,不僅保持支架會破損,而且還會給內外輪等的轉動面及滾珠造成損傷。其重要原因在于保持支架的離心旋動。保持支架離心旋動的話滾珠就會敲擊轉動面,導致表面損壞。有時油膜還會斷開,繼而摩擦生熱,引起稱為擦傷(Smearing)的局部熔敷。
  因此此次改變了保持支架的引導方法。原來僅以保持支架與滾珠的接觸面為引導面來決定位置,而此次還將內輪的外徑部分作為引導面使用。為此,內外輪均擴大了有保持支架的一側,而減窄了反向一側。這樣,保持支架在半徑方向上受到了更緊的約束,不易再發生離心旋動。 www.zcwz.com
  通過使內外輪的尺寸、滾珠的數量以及徑向間隙等保持在最佳狀態,即使是超高速旋轉,也不易發生由摩擦和發熱導致的熔敷。尤其要提到的是,盡管周長很長,但卻大幅減少了滾珠的數量。

標準設計品的滾珠表面、內外輪軌道面及保持支架發生嚴重擦傷、磨損。并產生100dB(A)的高噪音。 www.zcwz.com
  而開發品并未出現特別異常,噪音在試驗后也與新品無異。保持支架未破損,狀態良好
  分析結果顯示,離心力產生的最大應力為82.0MPa。采用PA46的話無法承受,而PEEK的話則可承受。分析時施加的轉速為外輪1萬80rpm、內輪4255rpm。Volt的馬達為內外輪均旋轉,因此對其進行了模擬。這一轉速按照換算成保持支架公轉速度的dmn值計算,相當于260萬。

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