NTN-同軸e-Axle行星減速機用滾針軸承單元-（上）

為了提升EV（純電汽車）的電池效率，e-Axle朝著小型化和高功率化發(fā)展，對軸承的要求更高。在這樣的大背景下，2023年5月NTN發(fā)表了針對EV車用的“同軸e-Axle行星減速機用滾針軸承單元”。此產(chǎn)品提高了軸承的“耐剝皮性”的同時，也提高了“高轉(zhuǎn)速性能”和“耐力矩載荷性能”，標志著NTN在EV時代的技術探索中邁出了堅實的一步。

那么，這款滾針軸承單元究竟具備哪些卓越的性能？它又是如何經(jīng)歷一系列精心策劃的研發(fā)過程的呢？接下來，我們將通過兩位研發(fā)人員的親身經(jīng)歷，為大家揭曉背后的故事。

汽車事業(yè)本部  滾針軸承技術部  

小川 勇樹

汽車事業(yè)本部  滾針軸承技術部  

中山 圭吾

滾針軸承在EV中的作用

EV需要高強度的軸承。

隨著節(jié)能需求的日益攀升，潤滑油朝低粘度發(fā)展。然而，軸承受力變大，軸承表面更容易出現(xiàn)細微的剝落現(xiàn)象，即“剝皮”現(xiàn)象。為了解決這一棘手的問題，提升軸承的強度成為刻不容緩的任務。同樣，在電動汽車（EV）領域，為了提升電池效率，對軸承的各項性能要求也日趨嚴格。

在這樣的背景下，NTN公司于2023年5月成功研發(fā)了一款面向純電汽車（EV）和混合電動汽車（HEV）的“同軸e-Axle行星減速機用滾針軸承單元”。

面向EV和HEV

“同軸e-Axle行星減速機用滾針軸承單元”。

通過對保持架、滾針、行星軸等關鍵要素進行改良，提高了產(chǎn)品的耐剝皮性、轉(zhuǎn)速以及耐力矩載荷性，使其能夠應對同軸e-Axle嚴苛的使用環(huán)境。

這款滾針軸承單元由中央的筒狀行星軸和周圍的滾針軸承組合而成。滾針軸承內(nèi)部包含多根圓柱形滾針和保持架。滾針軸承主要用于狹小的空間，為減小斷面尺寸，沒有內(nèi)外圈。

同軸e-Axle（紅圈部分組裝了本產(chǎn)品）

負責產(chǎn)品開發(fā)的，是來自汽車事業(yè)本部滾針軸承技術部的小川勇樹和中山圭吾兩位工程師。接下來，我們將深入介紹他們?nèi)绾纬晒ρ邪l(fā)出這款產(chǎn)品。但在此之前，為了幫助大家更好地理解，我們先簡要概述一下EV（電動汽車）的基本構(gòu)造。

驅(qū)動EV的構(gòu)造與e-Axle

EV（電動汽車）的工作原理是通過電池中的電力驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的扭矩傳導至輪胎，實現(xiàn)行駛。在這個過程中，除了電機外，還需依賴逆變器和減速器兩個關鍵部件。逆變器的作用是將電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，因為電機是通過交流電工作的。而減速器則負責降低電機傳導至輪胎的轉(zhuǎn)速，因為降低轉(zhuǎn)速才能提高力矩（即讓軸旋轉(zhuǎn)的力），從而更有效地驅(qū)動輪胎轉(zhuǎn)動。

綜合而言，驅(qū)動EV需要逆變器、電機和減速器這三個核心裝置。當這三個裝置集成在一起就是“e-Axle（三電系統(tǒng)）”。e-Axle系統(tǒng)分為兩種類型：“平行軸e-Axle”和“同軸e-Axle”。平行軸e-Axle的特點是電機軸與輪胎旋轉(zhuǎn)軸平行，其結(jié)構(gòu)相對簡單但尺寸較大；而同軸e-Axle則采用電機軸與輪胎旋轉(zhuǎn)軸同軸排布的設計，雖然結(jié)構(gòu)復雜但更為緊湊。

本次我們將重點介紹的是專為同軸e-Axle設計的滾針軸承單元。

行星齒輪用滾針軸承

如下圖所示，同軸e-Axle系統(tǒng)通過“太陽輪”和“行星輪”設計，將電機軸與輪胎旋轉(zhuǎn)軸布置在同一軸線上。在這個系統(tǒng)中，行星輪自轉(zhuǎn)的同時，還繞著太陽輪公轉(zhuǎn)，其運動模式如同太陽與地球的相伴而行，因此得名。通過這一結(jié)構(gòu)，電機的旋轉(zhuǎn)動力先傳至太陽輪，隨后再由行星輪傳遞至輪胎，實現(xiàn)了在“同軸”狀態(tài)下降低轉(zhuǎn)速的效果。而本次我們重點介紹的產(chǎn)品，是用于這一系統(tǒng)中的行星齒輪軸的滾針軸承單元。

通過這一結(jié)構(gòu)，

可以將電機軸于輪胎旋轉(zhuǎn)軸置于同軸之上

制作不易發(fā)生剝皮且不易彎曲的行星軸

“摩擦力和離心力帶來的負荷”

關于滾針軸承單元中滾針軸承和行星軸所承受的載荷，以及NTN傳統(tǒng)產(chǎn)品面臨的關鍵改進點，負責行星軸開發(fā)的小川給出了深入的見解。

他解釋道：“由于行星輪自轉(zhuǎn)的同時公轉(zhuǎn)，使在在中心的滾針軸承和行星軸承受了極為復雜的載荷。結(jié)果導致2個問題：行星軸出現(xiàn)剝皮，受載荷的行星軸彎曲，進而造成滾針受力不均衡?！?/p>

為了攻克這兩個技術難題，小川被委以重任，致力于研發(fā)出不易剝皮且抗彎曲的行星軸。他進一步闡述道：“首先，為了增強行星軸的抗彎曲性能，為提高耐塑性變形能力，重新對軸的材料進行選擇。其次，為了提高行星軸的耐剝皮性，對軸進行熱處理的同時表面改質(zhì)。”

親赴制造工廠從而發(fā)現(xiàn)突破口

在甄選不易彎曲的材料方面，小川取得了顯著的進展，然而，改變表面性質(zhì)的熱處理過程卻遭遇了重重困難。他不斷嘗試調(diào)整熱處理的溫度、時間和冷卻方式等條件，以期找到最佳的工藝參數(shù)，但始終難以達到理想的表面狀態(tài)值。面對這一挑戰(zhàn)，小川陷入了深深的思考，不斷重復試驗，卻始終未能找到答案。

然而，某次他靈光一閃，決定直接去現(xiàn)場觀察熱處理爐的運行情況。這一決定為他帶來了新的啟示：“我詳細調(diào)查了爐內(nèi)氣體的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其組成與預期存在較大差異。我意識到，僅僅改變熱處理條件是不夠的，我們還需要在精確掌握爐內(nèi)氣體組成——包括氣體元素分壓等細微變化的基礎上，進行針對性的調(diào)整。”

在有了這一新的認識后，小川迅速與公司內(nèi)負責材料技術和熱處理技術研發(fā)的先端技術研究所取得了聯(lián)系，共同探討解決方案。他一邊調(diào)整爐內(nèi)氣體的組成，一邊重新進行熱處理試驗。這一次，他終于取得了令人滿意的結(jié)果。

隨后，小川開始不斷重復這一流程：調(diào)整氣體組成、進行熱處理、檢測數(shù)值。經(jīng)過反復試驗和調(diào)整，他終于得出了理想的數(shù)值。雖然過程看似簡單，但回想起這段經(jīng)歷，小川深知其中的艱辛與付出。

他感慨道：“有時，我們達到了耐剝皮性能的要求，但耐塑性彎曲性能卻又難以滿足。為了找到平衡點，我們在熱處理條件和氣體組成上進行了無數(shù)次的嘗試和修正。當最終得到目標數(shù)值的那一刻，我內(nèi)心的喜悅無以言表。這次經(jīng)歷不僅讓我深刻體會到研發(fā)工作的挑戰(zhàn)與樂趣，更讓我意識到與制造部門同事緊密合作的重要性。這是一次寶貴的經(jīng)驗，也是我們共同跨越難關的見證?！?/p>

（來源：NTN）