超高速球軸承設(shè)計影響因素及優(yōu)化

超高速球軸承設(shè)計影響因素及優(yōu)化

隨著混合動力汽車和電動汽車的高速發(fā)展，環(huán)保等對電動機的要求是更小、更輕。電動機尺寸更小，其輸出功率也會減小，但是為確保與目前發(fā)動機具備相同或者更高的輸出功率，就需要采用更高轉(zhuǎn)速的電動機。下面介紹電動機用深溝球軸承為了能夠承受超過30 000 r/min的轉(zhuǎn)速（是目前所用軸承極限轉(zhuǎn)速的1.5倍），進行的分析和優(yōu)化。

影響因素分析

1.潤滑

選用油潤滑方式。由于滾動體和保持架的高速旋轉(zhuǎn)，大量的潤滑油會在離心力的作用下向軸承的外徑方向移動，內(nèi)圈和滾動體之間或者滾動體和保持架之間的潤滑不夠充分。潤滑不足會造成軸承內(nèi)部零件的粘著、導(dǎo)致軸承卡死。增加潤滑油的解決途徑則會引起潤滑油攪拌產(chǎn)生的阻力增大，力矩增大。

2.摩擦

(1)球與溝道表面的摩擦

深溝球軸承旋轉(zhuǎn)時，球和溝道表面之間的滑動摩擦與軸承的轉(zhuǎn)速成正比。正常轉(zhuǎn)速下滑動摩擦的影響是可以忽略的。但是在超高速條件下控制球和溝道表面的摩擦是非常重要的，因為摩擦力的急劇增加會導(dǎo)致軸承的發(fā)熱量增大。

(2)球與保持架之間的摩擦

深溝球軸承常用沖壓鋼浪形保持架和塑料冠形保持架。沖壓鋼保持架是由兩半沖壓成浪形具有球兜孔結(jié)構(gòu)的半保持架鉚接而成；塑料冠形保持架由含玻璃纖維增強的尼龍樹脂制作而成。兩種保持架都設(shè)有帶鎖口的球形兜孔；球與保持架兜孔間會產(chǎn)生摩擦。正常轉(zhuǎn)速下，作用在球和保持架上的力很小，保持架兜孔處的摩擦力與球和軸承套圈間摩擦力一樣，都可以忽略不計。但在30 000 r/min 的超高速運轉(zhuǎn)條件下，球的圓周速度可以達到40 m/s甚至更高，球和保持架間的點應(yīng)力增加。塑料保持架具有自潤滑性且重量較輕，因此其比沖壓鋼保持架更適用于高速運轉(zhuǎn)。軸承超高速運轉(zhuǎn)下若潤滑不足，球與保持架兜孔之間產(chǎn)生的摩擦力會加大兜孔表面的磨損，甚至保持架有可能從軸承中脫出。

3.保持架強度

選用塑料冠形保持架。塑料冠形保持架在高速旋轉(zhuǎn)時，在離心力作用下，保持架的外表面會發(fā)生變形，這時保持架會與軸承外圈接觸。當保持架與軸承外圈接觸時，軸承溫升增加。此外，已發(fā)生較大變形的兜孔保持架會因兜孔圓周表面應(yīng)力過大而發(fā)生斷裂，需要開發(fā)出增強型保持架結(jié)構(gòu)，可以承受上述由于離心力造成的保持架變形和破壞，可以通過增加保持架壁厚提高保持架的強度，但又不能增加軸承寬度。

4.優(yōu)化改進

(1)安裝擋蓋控制油流量

通過安裝擋蓋來避免潤滑油溢流到軸承端面，可以使軸承內(nèi)部潤滑充分，解決在超高速運轉(zhuǎn)離心力作用下軸承內(nèi)部潤滑不足的問題。