Innowacje
Pomoc producentom pojazdów elektrycznych w osiąganiu ich celów
Pojazdy z napędem elektrycznym nie są niczym nowym. Samochody elektryczne były popularne w Europie i Stanach Zjednoczonych w latach 90. XIX wieku i na początku XX wieku, ponieważ były czystsze, cichsze i łatwiejsze do uruchomienia niż samochody z silnikami spalinowymi (ICE). Nawet po tym, jak samochody benzynowe przejęły rynek konsumencki, elektryczne pociągi i ciężarówki nadal transportują węgiel z kopalni i przemieszczają ludzi przez tunele metra. Elektryczne ciągniki holownicze, nośniki ładunku i wózki widłowe utrzymywały fabryki i magazyny na całym świecie.
Obecnie zwiększona zmienność klimatu i zakazy dotyczące pojazdów napędzanych paliwami kopalnymi napędzają inwestycje w samochody, ciężarówki i autobusy o napędzie elektrycznym. W 2017 roku na całym świecie wyprodukowano ponad 125000 elektrycznych pojazdów użytkowych, a raport Research and Markets przewiduje, że do 2025 roku liczba ta przekroczy 1,8 miliona.
W Stanach Zjednoczonych, gdzie zakupy online gwałtownie wzrosły, firmy dostawcze wdrażają elektryczne ciężarówki i furgonetki o średnim obciążeniu, aby zaspokoić popyt w bardziej zrównoważony sposób. W Chinach silne zachęty rządowe i niski wskaźnik posiadania samochodów sprawiają, że konsumenci są bardziej skłonni do samochodów elektrycznych i co pięć tygodni na drogi jeździ 9500 nowych autobusów elektrycznych – odpowiednik całej floty autobusów w Londynie.
Wyzwanie związane z napędem elektrycznym
Rynek pojazdów elektrycznych (EV) jest jednak daleki od dojrzałości. Rozwiązania napędowe do pojazdów elektrycznych pierwszej generacji to wciąż dziesiątki, a startupy rywalizują o pozycję na rynku z uznanymi producentami. Dostawcy są na bieżąco z rozwojem, dzięki czemu mogą szybko dostosowywać się do wzrostu popytu na pojazdy elektryczne.
Wielkim wyzwaniem nadal pozostają baterie. Eksperci spodziewają się, że koszty baterii litowych pozostaną wysokie przez następne dziesięć lat. Aby uzyskać więcej kilometrów od ładowania, producenci szukają gęstych, wydajnych paliwowo układów napędowych, dzięki którym pojazdy mogą być lżejsze i mieć miejsce na większe akumulatory.
Wyzwania związane z pojazdami elektrycznymi dla projektantów łożysk obejmują trudniejsze warunki termiczne i lżejsze smary, mówi Christopher Marks, główny inżynier grupy Timken off-road, wcześniej ekspert Timken zajmujący się pojazdami elektrycznymi w przestrzeni autostradowej.

Główny inżynier firmy Timken, Christopher Marks
„Lżejsze smary są trendem od lat, ponieważ zapewniają większą wydajność w działaniu układu napędowego” – mówi. „Te lżejsze smary mogą jednak powodować problemy z wydajnością, ponieważ nie mamy grubości filmu na styku łożyska i przekładni”.
Temperatury pracy w skrzyniach biegów EV również są dość wysokie w porównaniu do pojazdów ICE. Kiedy masz silnik elektryczny przymocowany do skrzyni biegów, jest to duży generator ciepła. Jedynym wydzielaniem ciepła w konwencjonalnym układzie napędowym jest utrata mocy łożysk i kół zębatych.
Wyzwaniem jest wydłużenie żywotności łożysk w bardziej agresywnym środowisku niż to, w którym zwykle się znajdują. Aby sprostać temu wyzwaniu, projektanci firmy Timken opierają się na sprawdzonych procesach firmy i rozległej wiedzy na temat zastosowań w wielu branżach.
Wytyczanie drogi dzięki wczesnym innowacjom
Historycznie rzecz biorąc, zaufanie przemysłu motoryzacyjnego do firmy Timken w zakresie innowacji w zakresie zastosowań nie jest niczym nowym. Począwszy od 1975 roku, przepisy korporacyjne dotyczące średniego zużycia paliwa (CAFE) zaczęły zwiększać cele w zakresie zużycia paliwa dla samochodów osobowych i lekkich ciężarówek w USA. -ICE hybrydowe aplikacje.
„Ciekawą rzeczą w hybrydach jest to, że w zależności od poziomu hybrydy układy napędowe nie zmieniają się znacząco” – mówi Marks. „Technologia PDFE nie jest nowa, ale konstrukcja tych łożysk była wyjątkowa dla osi konwencjonalnych lub hybrydowych”.
Z drugiej strony pojazdy w pełni elektryczne wciąż ewoluują, a osie i układy napędowe mogą się znacznie różnić od siebie oraz od pojazdów ICE lub hybrydowych. Na przykład jeden nowy projekt ciężarówki elektrycznej ma cztery silniki – po jednym na każde koło. „Wszystkie te innowacje stanowią wyzwanie dla naszych klientów” – mówi Marks. „Ale nadal chodzi o oferowanie gęstych, wydajnych paliwowo rozwiązań, które pozwolą osiągnąć mniejszą masę pojazdu i większe odległości między tankowaniami lub, w tym przypadku, ładowaniem akumulatora”.
Minimalizacja rozmiaru przy jednoczesnej maksymalizacji mocy
Aby rozwiązać problemy związane z zastosowaniami pojazdów elektrycznych, inżynierowie firmy Timken zaprojektowali Łożysko stożkowe ePDFE linii produktów, opierając się na wiedzy zdobytej przez lata podczas produkcji łożysk PDFE do pojazdów konwencjonalnych i hybrydowych.
„Duża różnica tkwi w makrogeometrii” – mówi Marks. „Te łożyska i osie wydają się być nieco mniejsze niż w konwencjonalnych pojazdach”. Łożyska stożkowe ePDFE firmy Timken stanowią mniejsze rozwiązanie w porównaniu z łożyskami kulkowymi, dzięki czemu klienci mogą zmniejszyć rozmiary wałów i obudów, aby zbudować przekładnie o większej mocy.
Z drugiej strony, wewnętrzna geometria łożysk ePDFE sprawia, że są one bardziej wydajne pod względem zużycia paliwa i właśnie w tym miejscu dużą rolę odgrywają technologie mikrogeometrii firmy Timken.
„Dysponujemy technologią, która pomaga klientom zaprojektować najmniejszą i najbardziej zasilaną skrzynię biegów, torując drogę dla bardziej kompaktowych konstrukcji układu napędowego, ogólnej redukcji masy pojazdu, niższych temperatur roboczych łożysk i zwiększonej wydajności układu napędowego” – mówi Marks.
Łożyska Timken ePDFE mogą również pomóc w redukcji hałasu, wibracji i szorstkości – jest to ważny czynnik w pojazdach, w których w tle nie występuje dudnienie silnika spalinowego.
Wczesna współpraca w celu uzyskania optymalnych wyników
Marks podkreśla znaczenie współpracy z inżynierami firmy Timken na wczesnym etapie procesu projektowania, aby optymalizować rozwiązania od samego początku, zamiast próbować je później modernizować.
„Chcemy mieć pewność, że klient projektuje środowisko korzystne dla łożysk” – mówi. „Kiedy przyjdą do nas wcześnie, możemy z nimi współpracować, aby stworzyć architekturę, która pozwoli łożyskom działać na wysokim poziomie wydajności, jeśli chodzi o trwałość i niezawodność”.
Jak to jest typowe dla młodych branż, dzisiejsi producenci pojazdów elektrycznych bardzo koncentrują się na szybkości wprowadzania produktów na rynek, a nie na wykręcaniu całej potencjalnej wydajności i niezawodności ze swoich produktów.
„Myślę, że z czasem będzie miejsce na zwiększenie wydajności, ponieważ pojazdy elektryczne zaczną zdobywać większy udział w rynku”, mówi Marks, „podobnie jak dzisiaj, po stronie konwencjonalnej, producenci pracują nad zwiększeniem zużycia paliwa o jedną milę na galon przy mniejszym zużyciu paliwa. czas. Możesz to osiągnąć, zmieniając wszystkie te małe rzeczy, takie jak łożyska ”.
Pomaganie klientom w nawigacji
Pojazdy elektryczne to nie jedyna innowacja, która wstrząsa światem motoryzacyjnym. „Jesteśmy dziś w środku rewolucji”, mówi Marks, a producenci przewidują również rozwój wspólnych przejazdów i pojazdów autonomicznych.
W końcu możemy zaobserwować niższe wskaźniki własności i mniej pojazdów, na przykład w Stanach Zjednoczonych, ale jeden pojazd będzie jeździł 100 000 mil rocznie zamiast 12 000-15 000 mil. Tego rodzaju zmiana może radykalnie wpłynąć na wymagania dotyczące niezawodności na rynku wtórnym – jest to obszar, który firma Timken jest dobrze przygotowana do zajęcia się.
„Ludzie patrzą na wiele kryształowych kul, aby spróbować zrozumieć, dokąd zmierza branża” – mówi. W perspektywie długoterminowej spodziewa się połączenia pojazdów hybrydowych i całkowicie elektrycznych skierowanych do konsumentów i komercyjnych rynków drogowych, a także podniesienia standardów wydajności pojazdów terenowych.
Aby pomóc producentom pojazdów elektrycznych osiągnąć swoje cele, inżynierowie firmy Timken nadal robią to, co robią najlepiej: ściśle współpracują z klientami w celu opracowania idealnego rozwiązania dla każdego zastosowania.
„Pracujemy z wieloletnimi klientami, a także nowymi uczestnikami, którzy nie są z nami tak dobrze zaznajomieni” – mówi Marks. „Obaj mogą skorzystać z naszej wiedzy inżynierskiej przy opracowywaniu nowych układów napędowych do pojazdów elektrycznych”.
Published: 2021/03/24