NTN-同轴e-Axle行星减速机用滚针轴承单元-（上）

为了提升EV（纯电汽车）的电池效率，e-Axle朝着小型化和高功率化发展，对轴承的要求更高。在这样的大背景下，2023年5月NTN发表了针对EV车用的“同轴e-Axle行星减速机用滚针轴承单元”。此产品提高了轴承的“耐剥皮性”的同时，也提高了“高转速性能”和“耐力矩载荷性能”，标志着NTN在EV时代的技术探索中迈出了坚实的一步。

那么，这款滚针轴承单元究竟具备哪些卓越的性能？它又是如何经历一系列精心策划的研发过程的呢？接下来，我们将通过两位研发人员的亲身经历，为大家揭晓背后的故事。

汽车事业本部  滚针轴承技术部  

小川 勇树

汽车事业本部  滚针轴承技术部  

中山 圭吾

滚针轴承在EV中的作用

EV需要高强度的轴承。

随着节能需求的日益攀升，润滑油朝低粘度发展。然而，轴承受力变大，轴承表面更容易出现细微的剥落现象，即“剥皮”现象。为了解决这一棘手的问题，提升轴承的强度成为刻不容缓的任务。同样，在电动汽车（EV）领域，为了提升电池效率，对轴承的各项性能要求也日趋严格。

在这样的背景下，NTN公司于2023年5月成功研发了一款面向纯电汽车（EV）和混合电动汽车（HEV）的“同轴e-Axle行星减速机用滚针轴承单元”。

面向EV和HEV

“同轴e-Axle行星减速机用滚针轴承单元”。

通过对保持架、滚针、行星轴等关键要素进行改良，提高了产品的耐剥皮性、转速以及耐力矩载荷性，使其能够应对同轴e-Axle严苛的使用环境。

这款滚针轴承单元由中央的筒状行星轴和周围的滚针轴承组合而成。滚针轴承内部包含多根圆柱形滚针和保持架。滚针轴承主要用于狭小的空间，为减小断面尺寸，没有内外圈。

同轴e-Axle（红圈部分组装了本产品）

负责产品开发的，是来自汽车事业本部滚针轴承技术部的小川勇树和中山圭吾两位工程师。接下来，我们将深入介绍他们如何成功研发出这款产品。但在此之前，为了帮助大家更好地理解，我们先简要概述一下EV（电动汽车）的基本构造。

驱动EV的构造与e-Axle

EV（电动汽车）的工作原理是通过电池中的电力驱动电机旋转，产生的扭矩传导至轮胎，实现行驶。在这个过程中，除了电机外，还需依赖逆变器和减速器两个关键部件。逆变器的作用是将电池中的直流电转换为交流电，因为电机是通过交流电工作的。而减速器则负责降低电机传导至轮胎的转速，因为降低转速才能提高力矩（即让轴旋转的力），从而更有效地驱动轮胎转动。

综合而言，驱动EV需要逆变器、电机和减速器这三个核心装置。当这三个装置集成在一起就是“e-Axle（三电系统）”。e-Axle系统分为两种类型：“平行轴e-Axle”和“同轴e-Axle”。平行轴e-Axle的特点是电机轴与轮胎旋转轴平行，其结构相对简单但尺寸较大；而同轴e-Axle则采用电机轴与轮胎旋转轴同轴排布的设计，虽然结构复杂但更为紧凑。

本次我们将重点介绍的是专为同轴e-Axle设计的滚针轴承单元。

行星齿轮用滚针轴承

如下图所示，同轴e-Axle系统通过“太阳轮”和“行星轮”设计，将电机轴与轮胎旋转轴布置在同一轴线上。在这个系统中，行星轮自转的同时，还绕着太阳轮公转，其运动模式如同太阳与地球的相伴而行，因此得名。通过这一结构，电机的旋转动力先传至太阳轮，随后再由行星轮传递至轮胎，实现了在“同轴”状态下降低转速的效果。而本次我们重点介绍的产品，是用于这一系统中的行星齿轮轴的滚针轴承单元。

通过这一结构，

可以将电机轴于轮胎旋转轴置于同轴之上

制作不易发生剥皮且不易弯曲的行星轴

“摩擦力和离心力带来的负荷”

关于滚针轴承单元中滚针轴承和行星轴所承受的载荷，以及NTN传统产品面临的关键改进点，负责行星轴开发的小川给出了深入的见解。

他解释道：“由于行星轮自转的同时公转，使在在中心的滚针轴承和行星轴承受了极为复杂的载荷。结果导致2个问题：行星轴出现剥皮，受载荷的行星轴弯曲，进而造成滚针受力不均衡。”

为了攻克这两个技术难题，小川被委以重任，致力于研发出不易剥皮且抗弯曲的行星轴。他进一步阐述道：“首先，为了增强行星轴的抗弯曲性能，为提高耐塑性变形能力，重新对轴的材料进行选择。其次，为了提高行星轴的耐剥皮性，对轴进行热处理的同时表面改质。”

亲赴制造工厂从而发现突破口

在甄选不易弯曲的材料方面，小川取得了显著的进展，然而，改变表面性质的热处理过程却遭遇了重重困难。他不断尝试调整热处理的温度、时间和冷却方式等条件，以期找到最佳的工艺参数，但始终难以达到理想的表面状态值。面对这一挑战，小川陷入了深深的思考，不断重复试验，却始终未能找到答案。

然而，某次他灵光一闪，决定直接去现场观察热处理炉的运行情况。这一决定为他带来了新的启示：“我详细调查了炉内气体的状态，发现其组成与预期存在较大差异。我意识到，仅仅改变热处理条件是不够的，我们还需要在精确掌握炉内气体组成——包括气体元素分压等细微变化的基础上，进行针对性的调整。”

在有了这一新的认识后，小川迅速与公司内负责材料技术和热处理技术研发的先端技术研究所取得了联系，共同探讨解决方案。他一边调整炉内气体的组成，一边重新进行热处理试验。这一次，他终于取得了令人满意的结果。

随后，小川开始不断重复这一流程：调整气体组成、进行热处理、检测数值。经过反复试验和调整，他终于得出了理想的数值。虽然过程看似简单，但回想起这段经历，小川深知其中的艰辛与付出。

他感慨道：“有时，我们达到了耐剥皮性能的要求，但耐塑性弯曲性能却又难以满足。为了找到平衡点，我们在热处理条件和气体组成上进行了无数次的尝试和修正。当最终得到目标数值的那一刻，我内心的喜悦无以言表。这次经历不仅让我深刻体会到研发工作的挑战与乐趣，更让我意识到与制造部门同事紧密合作的重要性。这是一次宝贵的经验，也是我们共同跨越难关的见证。”

（来源：NTN）