混合陶瓷轴承：赋能电机提速增效，电驱轴承的最佳解决方案

时间：2023-04-20来源：佚名

功率提高的背后是电驱的高速运转，这对轴承的润滑及其本身性能提出非常高的要求，且高温环境对轴承的耐热性要求会更高。另外，现在的设计趋势是电机轴和减速器输入轴更多地从四轴承演变为三轴承的结构，这就意味着电机驱动端的轴承会承受更多来自齿轮的力，轴承的载荷大大增加。在现有电驱的设计模式下，高速、高承载成为新的挑战。

大到整车，小到轴承，电气化趋势推动着汽车行业内各个领域的深度变革。如何逐一击破各个挑战，打造出一款高性能和适应性兼具的轴承产品？混合陶瓷轴承无疑是一个绝佳的解决方案。

一、混合陶瓷轴承技术赋能电机提速增效

混合陶瓷球轴承是采用钢制内外圈与陶瓷滚动体，赋予了轴承独特的性能，成为新能源电驱轴承的最佳解决方案。

首先陶瓷球轴承相比于钢球轴承，在摩擦学性能上具有无可比拟的优势。不管是耐磨性、高速下的摩擦损耗、运行温度、油脂寿命的延长，还是轴承的极限转速的提高，以及在润滑不良情况下保持正常运转等方面，陶瓷球都有极佳的表现。这些恰恰都是新能源电驱轴承所需的关键技术性能。

1、防止变频驱动装置中的电腐蚀现象

在电机效率提高、高压系统加速上车的同时，随之产生的电腐蚀难题也一直困扰着电驱动业内。解决轴承电腐蚀问题，混合陶瓷球轴承方案的又一大关键性能。

在电机转速较低或者长时间运转轴承温度较高时，轴承润滑和绝缘性能不足或下降，加之800V电压平台的提升，便会击穿轴承油膜，破坏其绝缘性，进而在轴承中会形成轴承电流。

当轴电流通过轴承时，产生的高温可能会对轴承滚动体、内外圈造成损伤，比如滚道上会出现搓板图案，并带有深灰色外观，这就是轴承电腐蚀的表现。电腐蚀带来的典型结果包括轴承表面损坏、润滑剂过早老化、产生异响，缩短轴承和润滑剂的使用寿命，最终导致轴承失效。

因此，在电机轴承中就需要加上绝缘设计来避免电腐蚀的危害。而使用混合陶瓷球轴承，能令多数难题迎刃而解。氮化硅是一种完美的电绝缘体，可以阻止电流在轴承内外圈之间通过，特别是具有抵抗新能源电驱高频轴电流的优异性能，从而避免了由电腐蚀产生的轴承失效。

2、通过延长润滑脂寿命来延长维护间隔时间

混合陶瓷轴承的第二大优势在于延长维护间隔时间和使用寿命。而其中的陶瓷滚动体可大大延长润滑剂的使用寿命，这意味着轴承可以持续运行更长时间而无需维护。陶瓷滚动体可以改善润滑剂对滚动接触面的润滑状态，由于减小了摩擦和电腐蚀现象，避免了润滑剂受热降解，从而使其润滑性能保持更长时间。

在SKF的测试中，混合陶瓷深沟球轴承中的润滑剂寿命是相同规格全钢制轴承的两倍以上，最高接近七倍。在对圆柱滚子轴承进行的类似测试中，混合陶瓷圆柱滚子轴承中的润滑剂寿命是相同规格全钢制轴承的两倍到四倍。

3、高转速性能有助于提升功率密度

混合陶瓷轴承的第三个优势在于能实现更高的转速，从而提高功率密度，这是电机制造行业的总体趋势，特别是用于火车、汽车和工程车等交通工具的电机。简单来说，功率是扭矩和转速的函数。如果轴承的转速提高，那么电机功率也会增加。

由于混合陶瓷轴承的重量比钢制轴承轻，因此其转速性能最大可以提高25%。此外，混合陶瓷轴承的摩擦较小，这就意味着工作温度更低以及在高速下使用寿命更长。更重要的是，轴承刚度提高有助于提高设备精度，并降低发生转子动力学问题的风险。

4、减少摩擦

混合陶瓷轴承还有一个优势是摩擦减少。减少轴承摩擦有助于降低能耗，这是现代工业的一个重要考虑因素。混合陶瓷轴承中的陶瓷滚动体对滚动和滑动扭矩产生的摩擦有直接影响。对于混合陶瓷轴承而言，由于杨氏模量较高使得接触椭圆面较小，从而降低了滚动扭矩造成的能量损失。此外，由于陶瓷滚动体的表面质量更好，滑动摩擦扭矩也得以降低。

SKF进行的试验表明，混合陶瓷轴承在高速下的摩擦扭矩比全钢制轴承低5%到8%。同时，试验还表明，混合陶瓷轴承还可以很好地应对润滑不足及其粘度降低的工况，这种特性有助于减少摩擦。这些润滑因素的调整改善了应用工况，在不影响轴承使用寿命的前提下，最大可将摩擦减少50%。

二、从解决问题到引领行业标准

工业和汽车制造业正想方设法提高产量，以应对全球可持续发展挑战，并紧跟社会和技术趋势的步伐。采用陶瓷滚动体和钢制内外圈的混合陶瓷轴承有望解决设计和维护方面的多种问题，从而提高可靠性。除了能够解决技术问题，混合陶瓷轴承还能实现更经济的运行和更高的功率输出。因此，混合陶瓷轴承极有可能在未来几年成为众多应用场合和行业的标准轴承解决方案。