Глобальный переход к электромобильности изменяет требования к конструкции автомобильных силовых установок. Электродвигатели становятся все меньше, легче, быстрее и эффективнее, создавая новые проблемы для производителей подшипников и автомобильных инженеров.
В отличие от обычных двигателей внутреннего сгорания электродвигатели могут работать непрерывно при очень высоких скоростях вращения. В зависимости от конструкции двигателя, условий эксплуатации и конструкции транспортного средства некоторые современные тяговые двигатели могут достигать скорости вращения, превышающей 10 000 об/мин, при этом некоторые высокопроизводительные системы работают на значительно более высоких скоростях.
В то же время электродвигатели создают еще одну проблему, которая реже встречается в традиционных автопоездах: электрический ток, проходящий через подшипники.
Эти условия вызвали повышенный интерес к шарам из силиконового нитрида, в частности к гибридным керамическим подшипникам, используемым в электродвигателях и системах e- ось электромобилей.
Почему EV Motors создают новые подшипники
Электродвигатели электромобилей работают иначе, чем традиционные двигатели внутреннего сгорания.
Тяговый двигатель EV обычно требует:
· высокая скорость вращения
· высокая плотность мощности
· компактные размеры
· низкое трение
· высокая энергоэффективность
· длительный срок службы
· низкий уровень технического обслуживания
Эти требования предъявляют значительные требования к подшипникам автомобилей.
Что такое силиконовые нитридные шары?
Шары нитрида кремния представляют собой точные керамические сферы производства из высокопроизводительного нитрида кремния (Si₃N₄).
Они широко используются в гибридных керамических подшипников, которые сочетают:
· керамические шары из нитрида кремния
• стальные внутренние и наружные кольца
· подходящая подшипная клетка
· соответствующая система смазки
Эта конфигурация особенно привлекательна для двигателей EV, поскольку она сочетает отличные свойства качения керамических шаров с прочностью и грузоподъемностью стальных гоночных трасс.
1. Меньший вес для высокоскоростных двигателей EV
Одним из важнейших свойств нитрида кремния является его низкая плотность.
Силиконовый нитрид имеет плотность приблизительно 3,2 г/см
По сравнению с подшипной сталью приблизительно 7,8 г/см
Шары нитрида кремния примерно на 60% легче.
Это значительное снижение массы влияет на поведение несущих при высоких скоростях вращения.
2. Возможность более высокой скорости
Высокая скорость вращения становится все более важным в конструкции двигателей EV.
Более высокая скорость вращения двигателя позволяет изготовителям:
· большая плотность мощности
· меньшие габариты двигателя
· меньший вес системы
· потенциально более низкие затраты на материалы
Однако более высокая скорость предъявляет больше требований к подшипникам.
Стальные шары могут создавать значительные центробежные силы при высоких оборотах в минуту.
Шары нитрида кремния, будучи значительно легче, уменьшить эти эффекты.
В результате, гибридные керамические подшипники могут поддерживать более высокую скорость работы при сохранении стабильной производительности.
3. Электрическая изоляция предотвращает повреждения подшипника
Одной из важнейших причин использования шариков силиконового нитрида в двигателях EV являются их электрические изоляционные свойства.
Традиционные стальные шары имеют электрическую проводимость.
В электродвигателях высокочастотные электрические токи иногда могут проходить через подшипники.
Это может привести к:
· электрический разряд
· поверхностное трение
· флейтинг;
· повреждения на гоночной трассе
· разложение смазки
Преждевременный отказ подшипника
Нитрид кремния электрически изолирован.
При использовании в качестве элементов качения в гибридных подшипниках, керамические шары могут прерывать электрический путь через подшипник.
Это помогает снизить риск эрозии электрической сети.
4. Снижение трения и потери энергии
Производители Эм постоянно ищут пути повышения эффективности трансмиссии.
Даже незначительное сокращение механических потерь может способствовать повышению энергоэффективности.
Шары нитрида кремния могут помочь уменьшить трение из-за их:
· низкая плотность
· высокая твердость
· гладкая поверхность
· отличное поведение качения
Более низкое трение может привести к:
· снижение выработки тепла
· снижение потерь электроэнергии
· повышение эффективности подшипника
В случае Эм эти усовершенствования потенциально могут способствовать повышению общей эффективности движения.
Шары нитрида кремния против стальных шаров в двигателях EV
Коэффициент учета результатов деятельности | Шары нитрида кремния | Стальные шары, |
Плотность населения | Низкий уровень дохода | - высокий уровень |
Высокоскоростной режим работы | - отлично. - отлично. | Все в порядке. |
10. Электроизоляция | - отлично. - отлично. | - нет |
Стойкость к коррозии | - отлично. - отлично. | В среднем по стране |
Устойчивость к износу | - отлично. - отлично. | Все в порядке. |
3. Трение | Низкий уровень дохода | Более высокий уровень |
Высокоскоростное производство тепла | На нижнем уровне | Более высокий уровень |
Применение в силовых установках электромобилей
Шары нитрида кремния могут использоваться в нескольких системах трансмиссии EV.
Тяговые электродвигатели
Главный электродвигатель требует высокоскоростных, эффективных подшипников.
Оси категории e
Ось "е" объединяет несколько компонентов трансмиссии в компактный агрегат.
Шары нитрида кремния могут способствовать:
· высокоскоростная эксплуатация
· уменьшение трения
· электрическая изоляция
Высокоскоростные электродвигатели
Некоторые передовые платформы Эм движутся в направлении все более высоких скоростей движения.
По мере увеличения скорости вращения все большее значение приобретает уменьшение массы элементов качения.
Силиконовые нитридные шары обладают значительным преимуществом из-за их низкой плотности.
Как выбрать шары нитрида кремния для подшипников EV
При выборе керамических шариков для применения Эм инженеры должны оценить:
Качество мясного материала
Высокая плотность, низкий дефект нитрида кремния обеспечивает большую надежность.
Класс точности
Типичные требования к точности могут варьироваться от:
·G5.
·G10
·G16
В зависимости от скорости вращения двигателя и конструкции подшипника.
Неровность поверхности
Высококачественная поверхностная отделка улучшает производительность прокатки и снижает трение.
Последовательность диаметра
Равномерный диаметр шара обеспечивает лучшее распределение нагрузки.
Контроль качества, производимый изготовителем
Важными параметрами качества являются:
· плотность населения
· твердость по отношению к
- округление;
Изменение диаметра
· шероховатость поверхности
Внутренние дефекты;
Часто задаваемые вопросы о шариках нитрида кремния
Почему силиконовые нитридные шары используются в двигателях EV?
Они используются потому, что имеют легкий вес, электрическую изоляцию, износостойкость и пригодны для высокоскоростной работы.
Повышают ли силиконовые нитридные шары эффективность Эм?
Они могут уменьшить трение и механические потери несущего состава, потенциально повышая эффективность привода, хотя общее воздействие зависит от комплектной двигательной и несущей системы.
Могут ли шары нитрида кремния предотвратить повреждения подшипника?
Они могут способствовать уменьшению пропускания электрического тока через элементы прокатки, поскольку нитрид кремния имеет электрическую изоляцию. Однако защита подшипников должна рассматриваться в качестве составной части полной конструкции электродвигателя.
Являются ли шары нитрида кремния лучше, чем стальные шары для двигателей EV?
Для высокоскоростных электродвигателей EV с электрическим током, силиконовые нитридные шары часто предлагают значительные преимущества производительности. Стальные шары могут оставаться пригодными для применения на более низких скоростях или с меньшими затратами.
Стоят ли керамические подшипники дороже?
- да. - да. Силиконовые нитридные шары имеют более высокую первоначальную стоимость, чем стальные шары. Однако потенциальные выгоды с точки зрения эффективности, долговечности и уменьшения повреждения электрооборудования могут оправдывать инвестиции в сложные области применения.
