数十载的积淀,造就电动传动系统的创新

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数十载的积淀,造就电动传动系统的创新

电动汽车并不是什么新鲜事。在19世纪90年代和20世纪初,电动汽车在欧洲和美国很受欢迎,因为它们比内燃机 (ICE) 汽车更清洁、更安静且更容易启动。即使在燃油汽车占领了消费市场之后,电动火车和卡车仍在继续将煤炭运出矿井,并通过地铁隧道运送乘客。电动牵引车、载重车和叉车使世界各地的工厂和仓库得以运转。

如今,气候波动的加剧和化石燃料汽车禁令推动了对电动汽车、卡车和公共汽车的投资。2017年,全球电动商用车产量超过12.5万辆,有研究和市场报告预测,到2025年,这一数字将超过180万。

在美国,随着网上购物的激增,快递公司部署电动中型卡车和货车进行货物配送,以更具持续性的方式来满足需求。在中国,强有力的政府激励措施使消费者更倾向于购买电动汽车,并且较低的汽车拥有率使得消费潜力巨大,每五周就有9500辆新的电动公共汽车上路,这一数量与整个伦敦的巴士车队相当。

电力推进的挑战

但是,电动汽车 (EV) 市场还远未成熟。众多电动汽车传动系统解决方案尚处于第一代,初创企业正与老牌制造商争夺市场地位。供应商一直在关注事态的发展,以便在电动汽车需求出现增长时,能够迅速作出应对。

电池问题仍然是最大的挑战。专家预计,未来十年锂电池的成本仍将居高不下。为了让一次充电的续航里程增加,制造商都在寻求大马力、低油耗的动力系统解决方案,这样汽车可以变得更轻,有更大的空间来安装更大的电池组。

铁姆肯公司的路外设备首席工程师Christopher Marks表示,轴承设计师需要面临诸多电动汽车方面的挑战,包括更严酷的热环境和更轻的润滑剂。晋升前,他曾是铁姆肯公司高速公路领域电动汽车的常驻专家。

铁姆肯公司路外设备首席工程师 Christopher Marks

“更轻的润滑剂一直是多年来的一种趋势,因为它们可以提高动力传动系统的运行效率,”他说,“但是,由于轴承和齿轮接触面上的油膜厚度减小,较轻的润滑剂可能会引发性能问题。”

与燃油汽车相比,电动汽车变速箱的工作温度往往也相当高。Marks说:“当你把一个电动机固定在变速箱上时,它就是一个巨大的热源,传统动力传动系统中的主要热量来源就是轴承和齿轮的功率损失。”

“要在比以往更为恶劣的环境中延长轴承的使用寿命,确实是一种挑战。”为了应对这一挑战,公司经过验证的流程和跨众多行业的广泛应用知识就成为了铁姆肯公司设计师的坚实后盾。

为传统与混合动力领域的轴承创新铺平道路

铁姆肯公司历来致力于帮助汽车行业进行应用创新。从 1975 年开始,企业平均油耗 (CAFE) 法规就提高了美国汽车和轻型卡车的燃油效率目标。自那时起,铁姆肯公司的大马力节油 (PDFE) 圆锥滚子轴承就在传统和电力混动应用中发挥了巨大作用。

Marks说:“混合动力汽车的有趣之处在于,无论混合动力的程度大小,动力传动系统不会发生显著变化。大马力节油技术并不新鲜,但这些轴承的设计却是传统或混动轴所独有的。”

另一方面,纯电动汽车仍在不断发展,车轴和动力系统彼此之间以及与燃油车或混动车之间可能存在很大差异。例如,有一种新的电动卡车设计有四个电机,每个轮子配一个。“所有这些创新都给我们的客户带来了挑战,”Marks说,“但问题的核心依然是提供大马力、低能耗的解决方案,以实现更轻的汽车重量和更长的续航里程,无论是燃油还是充电。”

最小化空间需求,同时最大化功率

为了解决电动汽车的应用问题,铁姆肯公司的工程师以多年来为传统和混合动力汽车设计大马力节油轴承所获得知识为基础,设计了 ePDFE 圆锥滚子轴承产品系列。

Marks说:“这系列最大的不同在于宏观几何形状,它们的轴承和车轴往往比传统汽车的略小。”与球轴承相比,铁姆肯公司的ePDFE圆锥滚子轴承提供了一个更小尺寸的解决方案,因此客户可以缩小轴和轴承座的尺寸,从而制造出更大马力的变速箱。

另一方面,ePDFE轴承的内部几何结构使它们更节能,而这正是铁姆肯公司的微观几何技术发挥重要作用的地方。公司以制造技术和工程标准著称,并且能够指导工程师将客户应用需求纳入设计流程。

“我们拥有的技术可以帮助客户设计尺寸最小、动力最强的变速箱,为设计更紧凑的动力系统、减轻整车重量、降低轴承工作温度和提高传动系统效率铺平了道路,”Marks 说,“铁姆肯公司的ePDFE轴承还有助于降低噪音、振动和声振粗糙度,这是消除燃油车常见的隆隆声噪音的一个重要因素。”

早期的设计协作带来优化结果

Marks强调,在设计过程的早期与铁姆肯公司工程师合作是非常重要的,这样就能够提前优化解决方案,而不是后期再试图对其进行改进。“我们希望确保客户设计的环境有利于轴承,”他说,“当他们在设计早期与我们联系时,我们就能够与他们通力合作,以建立一种让轴承在使用寿命和可靠性方面具有高水平性能的结构。”

Marks表示,正如年轻行业的典型特征一样,如今的电动汽车制造商非常关注产品上市的速度,而不是充分挖掘产品的潜在效率和可靠性。“我认为,随着电动汽车开始占据更大的市场份额,效率将随着时间的推移而不断提升,”他说,“就像今天的传统汽车一样,制造商正在努力提高燃油经济性。你可以通过改变所有这些小细节来实现这一目标,比如轴承。”

帮助客户驾驭快速变化的市场

电动汽车并不是撼动汽车界的唯一创新,制造商预计,拼车和自动驾驶汽车也将兴起。“我们正处于一场革命之中,”Marks说,“最终,我们可能会看到美国的汽车拥有率更低,汽车数量更少,例如,一辆汽车每年将行使10万英里,而不是1.2-1.5万英里。”这种转变可能会对售后市场的可靠性要求产生严重影响,而这正是铁姆肯公司的优势所在。

Marks说:“人们对未来趋势很感兴趣,试图了解这个行业的发展方向。”从长期来看,他认为混合动力和纯电动汽车将面向消费者和高速商业市场,并提高路外车辆的效率标准。

为帮助电动汽车制造商实现他们的目标,铁姆肯公司的工程师们将继续发挥他们的优势,与客户紧密合作,为每种应用开发理想的解决方案。

“我们会与长期客户进行合作,也会与不熟悉我们的行业新成员合作,”Marks说,“因为他们都需要开发新的电动汽车推进系统,所以都能从我们的工程知识中获益。”