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機器中的運動部件越少越好，這是關(guān)于電動汽車動力系統(tǒng)優(yōu)于燃油車的一個經(jīng)常聽到的論點。燃油車的運動部件數(shù)量非常多，電動汽車有很多電子以這種方式移動，燃油車有很多齒輪、活塞、閥門和曲軸，移動的零件越多，磨損并導(dǎo)致車輛故障的零件就越多。電動汽車動力總成確實有一些活動部件，其中最重要的是電機軸上使用的軸承滾珠。大多數(shù)軸承滾珠和滾動元件由鋼制成，但一些高級材料專家相信有更好的選擇：陶瓷，特別是氮化硅 (Si3N4)可能最適合電動汽車。
陶瓷：更硬、更好、更快、更強
說到軸承，越輕越好，氮化硅比鋼輕，陶瓷軸承滾珠的重量不到鋼的一半，電動汽車工程師喜歡盡可能減輕重量，但這并不是唯一的好處。陶瓷軸承滾珠在軸承組件內(nèi)產(chǎn)生的摩擦更小，這意味著它們需要更少的潤滑劑、更少的磨損、更少的滾道應(yīng)力和更低的工作溫度。與電動汽車相關(guān)的應(yīng)用是牽引電機軸軸承，軸承可能會承受非常高的速度。在高轉(zhuǎn)速下，由于慣性，質(zhì)量的較輕的好處被放大。陶瓷球不僅比鋼輕，它們更堅固，陶瓷軸承的硬度是鋼的兩倍，硬度比鋼高60% 以上，不易變形?？紤]軸承壽命和軸承效率時，這非常有用。由于其制造工藝，金屬座圈具有固有的表面缺陷，球的表面非常堅硬、非常光滑，這些缺陷會隨著時間的推移而消除。
陶瓷的另一個優(yōu)點是耐高溫的能力，陶瓷軸承滾珠可在高達1,000°C 的溫度下運行，遠遠超過汽車運行的要求。在機械性能崩潰之前處理更高的溫度，可以比鋼鐵更好地抵御潤滑油的缺失。潤滑不當(dāng)意味著更多的摩擦和更多的局部熱量，這會導(dǎo)致軸承更快地發(fā)生故障。由于缺乏潤滑，陶瓷還可以防止?jié)L動體和滾道之間的“冷焊”，不同的材料不會像金屬上的金屬那樣相互連抵抗力和壽命。
抵抗力和壽命
對于電動汽車，陶瓷軸承滾珠的最大好處之一是它們具有抗電性，軸承不希望電流通過，它加速了軸承的故障。氮化硅具有抗電性，這通常在幾乎所有軸承應(yīng)用中都有好處，汽車中的高壓牽引電機時，由于電流泄漏，軸承內(nèi)部很容易發(fā)生電氣點蝕，最終可能導(dǎo)致早期故障。如果使用鋼制軸承，唯一的選擇是在鋼上涂上絕緣材料，這增加了制造過程的復(fù)雜性，并帶來了質(zhì)量污染的機會。簡單制造工藝是汽車質(zhì)量和體積的首選，而氮化硅具有內(nèi)置于材料中的特性。
陶瓷軸承的使用壽命比鋼長，軸承磨損后可以更換，這很麻煩，陶瓷軸承更長的使用壽命是與電動汽車一起涌現(xiàn)的商業(yè)模式的重要考慮因素。這意味著可以取消維護計劃，一套混合陶瓷可以在車輛的整個生命周期內(nèi)并獲得 50 萬公里。
球體、圓柱體更多的系列
為了制造陶瓷球，配制了未加工的氮化硅粉末，仔細控制了包括粒度、密度、對稱性和水分含量在內(nèi)的特性。添加一些化學(xué)粘合劑后，粉末在繼續(xù)研磨、翻滾和拋光之前形成坯料。對球進行了一種稱為熱等靜壓的過程，以獲得適當(dāng)?shù)奈⒂^結(jié)構(gòu)發(fā)展，從而提高硬度和韌性，并減少滾動接觸疲勞。
球軸承通常不能像圓柱軸承那樣承受如此高的載荷，滾道和滾動體之間的接觸較?。c而不是線），這也意味著產(chǎn)生的摩擦更少，球軸承通常比圓柱軸承更能保持更高的速度。在某些應(yīng)用中，圓錐滾子和其他滾動元件比滾珠或圓柱提供更好的性能。
在實踐中，大多數(shù)陶瓷軸承都可以視為混合軸承，它們將陶瓷球與鋼滾道結(jié)合在一起，純陶瓷軸承也是可能的，陶瓷非常光滑，系統(tǒng)中不會有足夠的摩擦。在混合軸承中，如果不加以控制，陶瓷的光滑度也會出現(xiàn)問題，滾珠太光滑，它們就可能變得抗?jié)櫥?/p>
陶瓷軸承滾珠并不是一個全新的想法，2001 年在航天飛機重新設(shè)計的氫渦輪泵上使用了氮化硅球，自 1970 年代初以來，陶瓷的性能優(yōu)勢就已為人所知。鋼軸承使用很普遍，原因很簡單：成本，陶瓷軸承比鋼更貴，但價格一直呈下降趨勢。從歷史上看，障礙一直是成本，但對于電動汽車市場增長，這個障礙開始減少。電動汽車行業(yè)仍處于起步階段，它無疑會想方設(shè)法對其關(guān)鍵技術(shù)進行創(chuàng)新和改進：電池、充電器和電機。但正如我們所見，堅硬的微小球體也可以成為電動汽車革命的一部分，陶瓷滾珠軸承也可能至關(guān)重要。
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