圖1：此次開發(fā)的軸承，外徑為190mm。
右側(cè)為豐田“普銳斯”的馬達(dá)軸承，外徑為62mm。
日本精工在馬達(dá)用大直徑高轉(zhuǎn)速軸承方面開發(fā)出了dmn值（節(jié)圓直徑×Z高轉(zhuǎn)速）達(dá)到200萬以上的滾珠軸承（圖1）。這一數(shù)值在汽車用途中為全球Z高。目前已開始向美國通用汽車（General Motors）供貨，用作“Chevrolet Volt”混合動(dòng)力系統(tǒng)的馬達(dá)軸承（圖2）。
圖2：通用汽車的“Chevrolet Volt”
馬達(dá)采用日本精工的軸承。
馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的體積基本成正比。由于輸出功率為力矩×轉(zhuǎn)速，因此要想提高輸出功率，就需要加大整體體積，并提高轉(zhuǎn)速。今后，為了提高EV（電動(dòng)汽車）及HEV（混合動(dòng)力車）的性能，勢必要采用大直徑且轉(zhuǎn)速高的軸承，也就是dmn值高的軸承。
包括非汽車用途在內(nèi)，dmn值被廣泛用作軸承評測指標(biāo)。在噴氣引擎及機(jī)床用途中也有達(dá)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(dòng)力車用途中，雖有通過軸心供油的強(qiáng)制潤滑實(shí)現(xiàn)更高數(shù)值的案例，但一直未能超過150萬（圖3）。
圖3：各種軸承的dmn值
在汽車用途方面，200萬這一數(shù)值尚無先例。
此次向通用汽車供貨的是內(nèi)徑160mm、外徑190mm的大直徑軸承。豐田“普銳斯”的混合動(dòng)力系統(tǒng)使用的內(nèi)齒輪用軸承為內(nèi)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(dá)軸承，其外徑為62mm。
保持支架材質(zhì)連升兩級
為了承受由高速旋轉(zhuǎn)大直徑軸承產(chǎn)生的大離心力，此次在汽車用軸承中首次采用碳纖維強(qiáng)化PEEK（聚醚醚酮）作為保持支架材料（圖4）。
圖4：軸承的截面
以內(nèi)輪引導(dǎo)保持支架，防止離心旋動(dòng)。從中心線往向移動(dòng)滾珠。
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(zhì)在短時(shí)間內(nèi)連升兩級。在疲勞強(qiáng)度上，PA46為40MPa左右，而PEEK為2.5倍的100 MPa左右。
利用FEM（有限元分析法）對變形及應(yīng)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(huì)使包圍滾珠的突出部分向外側(cè)彎曲。如圖5所示，靠前的是內(nèi)輪，里側(cè)是外輪，離心力會(huì)使紅色部分向左內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)。
圖5：保持支架的FEM分析結(jié)果
（a）為變形。向左內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)變形。（b）為應(yīng)力。在容納滾珠的凹陷的底部產(chǎn)生Z大應(yīng)力。
分析結(jié)果顯示，離心力產(chǎn)生的Z大應(yīng)力為82.0MPa。采用PA46的話無法承受，而PEEK的話則可承受。分析時(shí)施加的轉(zhuǎn)速為外輪1萬80rpm、內(nèi)輪4255rpm。Volt的馬達(dá)為內(nèi)外輪均旋轉(zhuǎn)，因此對其進(jìn)行了模擬。這一轉(zhuǎn)速按照換算成保持支架公轉(zhuǎn)速度的dmn值計(jì)算，相當(dāng)于260萬。
加大dmn值的話，不僅保持支架會(huì)破損，而且還會(huì)給內(nèi)外輪等的轉(zhuǎn)動(dòng)面及滾珠造成損傷。其重要原因在于保持支架的離心旋動(dòng)。保持支架離心旋動(dòng)的話滾珠就會(huì)敲擊轉(zhuǎn)動(dòng)面，導(dǎo)致表面損壞。有時(shí)油膜還會(huì)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(dǎo)方法。原來僅以保持支架與滾珠的接觸面為引導(dǎo)面來決定位置，而此次還將內(nèi)輪的外徑部分作為引導(dǎo)面使用。為此，內(nèi)外輪均擴(kuò)大了有保持支架的一側(cè)，而減窄了反向一側(cè)。這樣，保持支架在半徑方向上受到了更緊的約束，不易再發(fā)生離心旋動(dòng)。
通過使內(nèi)外輪的尺寸、滾珠的數(shù)量以及徑向間隙等保持在Z佳狀態(tài)，即使是超高速旋轉(zhuǎn)，也不易發(fā)生由摩擦和發(fā)熱導(dǎo)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(shù)量。
開發(fā)品放到試驗(yàn)儀器上做了評測。試驗(yàn)條件為無負(fù)荷（只有旋轉(zhuǎn)負(fù)荷產(chǎn)生的不均衡負(fù)荷），轉(zhuǎn)速與FEM分析同為1萬80rpm、4255rpm。潤滑油采用ATF（自動(dòng)變速箱用潤滑油），供給流量為0.35L/min，溫度為90℃，試驗(yàn)時(shí)間為60小時(shí)。
標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)品的滾珠表面、內(nèi)外輪軌道面及保持支架發(fā)生嚴(yán)重擦傷、磨損。并產(chǎn)生100dB（A）的高噪音（圖6）。
圖6：標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)品的試驗(yàn)結(jié)果
�。╝）轉(zhuǎn)動(dòng)面的毀壞、磨損、（b）轉(zhuǎn)動(dòng)面的擦傷、磨損、（c）保持支架的磨損、（d）滾珠的磨損，問題多多。
而開發(fā)品并未出現(xiàn)特別異常，噪音在試驗(yàn)后也與新品無異。保持支架未破損，狀態(tài)良好（圖7）。
圖7：開發(fā)品的試驗(yàn)結(jié)果
運(yùn)轉(zhuǎn)60小時(shí)后也未出現(xiàn)什么問題。
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