电动汽车轴承性能评价方法毕业论文.docx

1、摘 要作为很有发展前景的电动汽车，对它的研究将会逐步加重。而轴承作为其不可或缺的一部分，在电动汽车中的作用极其重要。所以本文通过分析轴承的性能来了解电动汽车。为了对其性能的分析，我准备从轴承的失效形式入手。一方面从直观的失效形式了解轴承的性能上的缺陷；另一方面，通过计算轴承的摩擦力矩来定量的分析。由于在轴承的性能分析中，最重要的一项参考值就是摩擦力矩，摩擦力矩的大小决定了轴承的功率消耗和发热量的大小,从而直接影响了轴承的性能好坏以及轴承的使用寿命。这里我们主要采用了SKF的摩擦力矩计算公式，对于BSG电机的的两个轴承进行摩擦力矩的计算，从而提出实际又可行的改进方案，从而为电动汽车轴承的性能分析

2、提供了理论参考。通过分析比较SKF的摩擦力矩计算方法和一般方法，可以知道，在重载和低速时，两者的差别并不明显；在轻载和高速时，两者的差异较大。由于在SKF的计算公式中，考虑了多种因素，例如切入发热量的减少，贫油回填等，而一般方法未考虑到这些细节，所以SKF推出的摩擦力矩的计算公式计算出来的结果更为准确。关键词：电动汽车、轴承、摩擦力矩、失效形式、计算AbstractElectric vehicle ,as it is promising, will be gradually increased researched. The bearing as an integral part of the

3、 electric car is extremely important. Therefore, this article analyzes the performance of the bearing to understand electric vehicles. In order to analyze its performance, I am ready to start research from the bearing failure mode. On the one hand we intuitively understand the defects on the perform

4、ance of the bearing by bearing failure modes; on the other hand, by calculating the bearing friction torque to the quantitative analysis. Since the bearing performance analysis, the most important one is the reference value of the friction torque, The moment of friction torque determines it s power

5、consumption and heat output, which directly affect the quality of the performance of the bearing and the bearing life. Here we mainly use SKF friction torque calculation model to calculate two bearings friction torque of the BSG motor, and thus put forward practical and feasible improvement programs

6、, so as to provide a theoretical reference for electric vehicles bearing performance analysis. Through analysis and comparison of SKF friction torque calculation methods and general method, you know, at heavyloaded and low speed, the difference is not obvious; at light oaded and high speed, the diff

7、erence is large. In the SKFs calculation model , it consider various factors,such as the reduction of heat cut, lean backfilling, but the general method does not take these details into account, so the result calculated by SKFs friction torque calculation model is more accurate.Keywords: electric ve

8、hicles, bearings, friction torque, failure modes, calculate目录本人声明I摘 要IIAbstractIII目录IV主要符号VI第一章 绪论- 1 -1.1电动汽车的发展现状与前景- 1 -1.1.1 电动汽车的定义和特点- 1 -1.1.2 电动汽车行业发展- 2 -1.1.3 中国电动汽车发展现状- 2 -1.2电动汽车轴承的研究背景- 2 -1.2.1 轴承发展现状- 3 -1.2.2 电动汽车轴承的特点- 3 -1.2.3 轴承的主要失效形式- 3 -1.2.4 轴承性能的研究改进方向- 5 -1.2.5 轴承的摩擦力矩- 7 -

9、第二章 BSG电机轴承的失效分析- 9 -2.1常见的轴承失效原因- 9 -2.1.1 轴承失效原因- 9 -2.1.2 一般避免失效原因的方式- 10 -2.2 BSG电机轴承的失效- 11 -2.2.1 BSG电机- 11 -2.2.2 BSG电机轴承的失效形式- 11 -2.2.3 BSG电机轴承失效原因分析- 12 -2.2.4 针对BSG电机的失效初步提出改进- 13 -2.3 本章小结- 14 -第三章 BSG电机轴承的摩擦力矩计算- 15 -3.1 摩擦力矩计算的相关原始数据- 15 -3.1.1 相关数据及参数- 15 -3.1.2 BSG电机模型及装配工程图- 16 -3.2

10、 BSG电机轴承外载荷的计算- 17 -3.2.1带轮的径向力与轴向力计算- 17 -3.2.2轴承的径向力与轴向力- 17 -3.3 一般摩擦力矩计算公式- 18 -3.3.1 一般计算方法- 18 -3.4 SKF的摩擦力矩计算公式- 20 -3.4.1 轴承6006VV的摩擦力矩计算- 20 -3.4.2 轴承6005VV的摩擦力矩计算- 21 -3.4.3 相较于一般的计算公式区别- 23 -第四章 轴承的性能改进- 24 -4.1 改变参数减小摩擦力矩- 24 -4.1.1 改善润滑脂- 24 -4.1.2 改变转速- 27 -4.1.3 改变外载荷- 28 -4.1.4 改变密封圈

11、类型- 30 -4.2 本章小结- 31 -第五章 总结- 32 -致谢- 33 -参考文献- 34 -主要符号符号意义单位ai内圈与球的接触椭圆长半轴mmirw轴承的球列数-f1载荷系数-1小带轮包角密封件指数-接触椭圆的第二类完全椭圆积分-sl滑动摩擦系数-摩擦系数-润滑脂的运动粘度mm2/sish切入发热减少系数-rs运动贫油回填减少系数-d轴承内径mmdm轴承平均直径mmD轴承外径mmF0皮带预紧力NFr径向负荷NFa轴向负荷NGrr滚动摩擦变量-Gsl滑动摩擦变量-Ks1密封件常数1-Ks2密封件常数2-续符号表Kz轴承几何常数-Krs贫油回填常数-Kball球轴承的常数-P当量动载

12、荷NQi内圈与轴承作用力NM总摩擦力矩NmmMrr滚动摩擦力矩NmmMsl滑动摩擦力矩NmmMseal密封件的摩擦力矩NmmMdrag拖曳损失摩擦力矩NmmVII第一章 绪论1.1 电动汽车的发展现状与前景汽车是人们生活的重要交通工具，随着人们生活水平的提高，越来越多的人开始购买汽车。但是，汽车的大量使用带来了能源消耗，资源短缺，环境污染等一系列问题，这些问题促使各大汽车公司竞相研制各种新型无污染的的环保车。而电动汽车是以电能为能源，通过电动机将电能转化为机械能，这完全符合研制零污染汽车的理念。因此，电动汽车作为解决资源短缺，环境污染等问题的重要途径，得到了快速发展。1.1.1 电动汽车的定义

13、和特点国内外电动汽车发展从动力技术上来说，目前主要分为三种类型：纯电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车。纯电动汽车完全由二次电池（蓄电池）提供动力；燃料电池汽车以燃料电池作为动力源，利用燃料和氧化剂在催化剂作用下直接经电化学反应产生电能；混合动力汽车则采用内燃机和电动机两种动力，将内燃机与储能器件通过先进控制系统相结合。近年来，随着环境污染和能源危机的加剧，世界各国在电动汽车的研发布局中，出现了三者并驾齐驱的局面，电动汽车正朝产业化方向一步步迈进。电动汽车之所以成为本世纪技术开发的宠儿，首先是因为电动汽车直接采用电机驱动，本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微

14、粒外，其它污染物也显著减少。发电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且发电厂的场所固定，有害排放物集中排放、清除较容易。由于电力可以从多种一次能源中获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，可以很好地解除人们对石油资源日见枯竭的担心。其次，电动汽车能够充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备得到充分利用，大大地提高了经济效益。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电、充入电池、由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。1.1.2 电动汽车行业发展 美国在今年第二季度在全世界范围内销售了7931台电动车

15、，这一数字领先于其他所有市场，销量环比上涨28%。其他市场的数字分别是日本4240台，法国2056台，德国1284台。而在中国，今年的第一季度仅有235台电动汽车售出，比上一季度的343台下降了31%。 日本将会是这个产业的领头羊，到2017年，日本将生产77.9万辆电动车，占其汽车生产总量的9.7%。德国和美国也有可能将电动汽车的产量推升至21.83万辆和36.23万辆，分别占汽车市场总产量的3.55%和3%。在此期间，中国的产量可能会达到273150辆，仅为汽车总产量的1%。随着电动汽车行业竞争的不断加剧，大型电动汽车企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的电动汽车企业愈来愈重视对行业

16、市场的研究，特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。正因为如此，一大批国内优秀的电动汽车品牌迅速崛起，逐渐成为电动汽车行业中的翘楚1！1.1.3 中国电动汽车发展现状作为世界能源消耗大国和环境保护重要力量，中国积极实施电动汽车科技战略，促进汽车工业产业结构升级和动力系统电动化转型，培育和发展电动汽车社会，并取得了一定效果，但仍然面临着政策环境亟需完善、工业基础薄弱、国际竞争力弱、开放协同创新环境差、知识产权保护和标准化意识低、个别关键技术有待加强、车辆成本高、商业模式探索不充分等问题 2。 1.2 电动汽车轴承的研究背景轴承作为电动汽车不可或缺的一部分，主要起到承重和为轮毂的转动提供

17、精确引导。因此，其可靠性和寿命直接关系着汽车的可靠性和寿命，对于汽车的安全性能起着至关重要的作用。而轴承故障发生概率很高，任何轻微故障都有可能改变部件的运转状态，进而牵连到其他部件，引发连锁反应，导致性能下降。1.2.1 轴承发展现状随这汽车行业的改革，轴承的发展也必然会有相应的变化。随着市场发展，用户对轴承产品精度、性能、寿命及品种多样化提出的要求越来越高，已不满足于对一般通用轴承的要求，转向对精度高、噪音低、寿命长的产品的需求。虽然轴承行业的发展有所增长，但与世界轴承工业强国相比，行业还存在较大差距，其主要表现为高精度、高技术含量和高附加值轴承产品比例偏低。而如今，众多轴承企业通过一系列自

18、主创新改革，使轴承行业的技术水平和可靠性、稳定性已有了一定程度的提高，而且在未来的销售过程中，重要的主配套市场仍将控制在这些企业手中，在外贸趋缓内需积极拉动的作用下，部分电动工具轴承市场将转向国内企业，进口轴承将有所下降。1.2.2 电动汽车轴承的特点电动汽车的工程哲学就是集成优化电机驱动和发动机驱动，发挥电机驱动的优势来弥补发动机驱动的弱点，是发动机保持在最工况工作，取消怠速，再生制动能量反馈。电动汽车相较于一般汽车，其优点是电机体积小、质量轻和成本低，系统传动效率高,结构紧凑，所以其电机轴承的选用和设计必须符合其优点。而且电动汽车在起步时需要较大的转矩,也就是说安装在直接驱动型电动轮中的电

19、动机必须能在低速时提供大转矩。为了使汽车能够有较好的动力性,电动机还必须具有很宽的转矩和转速调节范围，这就对于轴承的性能提出了更高的要求。1.2.3 轴承的主要失效形式图1-1 腐蚀图1-2 断裂图1-3 塑性变形图1-4 疲劳剥落为了更好地对于电动汽车轴承的性能分析，不可避免的要研究轴承的寿命分析，因此必须从轴承的基本的失效形式入手，从问题根本上研究，并提出可靠的建议。滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。在这些失效形式中，对于滚动轴承来说，最主要的是疲劳失效。滚动轴承套

20、圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落3。轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，目前对疲劳失效机理比较统一的观点有：1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。（见图1-5） 2、表面起源型表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。（见图1-6）图1-5次表面起源型疲劳剥落 图1-6起源型疲劳剥落 3、工

21、程模型 工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。1.2.4 轴承性能的研究改进方向 在知晓轴承的一些失效形式后，便可以有针对性地进行研究，主要的改进目标有：1） 润滑。润滑脂基本指标有：针入度、滴点、氧化安定性和低温性能。选择润滑脂，需考虑环境、温度、转速、负荷因素。环境温度高，应选耐水性强脂，速度高，选针入度大的油脂，负荷大应选针入度小的油脂。2） 绝缘。对于外圈有绝缘设计的轴承，需注意保证绝缘完好。安装时若破坏了轴承绝缘，很薄的轴承油膜将被轴电压击穿，油膜击穿后，不仅使滚动体润滑条件恶劣，同时产生的电火花会对轴承滚动体形成电蚀，引起滚动体表面不光，

22、加速轴承的磨损。3） 结构。改进保持架的结构，以达到减小摩擦转矩的作用，实现机械损耗的降低，提高效率，并因此可以降低汽车电池的重量和延长寿命的距离。以上这些方面，现在一些公司也正在着手进行着改进研究。例如NTN公司采用新开发的润滑剂和保持架旋转阻力低于在过去超过50的密封深沟球轴承产品。用于EV（电动车）电机减少了机械损失，提高效率，并因此可以降低汽车电池的重量和延长寿命的距离。 对于密封深沟球轴承支撑的情况下，轻负荷，高速旋转的转子，旋转阻力源于内密封润滑剂的搅拌阻力。 NTN为了减少这种阻力，构成一种润滑剂基础油，增稠剂和添加剂这三个要素，实施改进，以减少粘度的基础油，增稠剂组织的小型化。

23、稠化剂，以促进基础油的组合，可以提高小型化的基油维持状态的能力，从而减少使用的增稠剂。2011年，NTN的NTN-SNR系列对轴承的设计，提出专项整治工作开展生态轴承降低油耗。其目的是为了便于轴承的旋转，以减少摩擦，从而减少二氧化碳排放量和燃油消耗。NTN-SNR也更轻，更紧凑的轴承使用更少的材料解决方案，更好地尊重环境4。近日SKF公司对于球轴承的设计采用极其坚硬的和非导电的陶瓷材料（见图1-6）使用氮化硅结合钢圈。 混合轴承作为从大容量的绝缘体。 SKF的最小密封球轴承具有在最小击穿电压为2.5千伏直流电阻超过10千兆欧姆。 它可以运行在更高的速度和在润滑不良的情况下，抵制污染，同时提高其

24、寿命使用5。图1-7 SKF的球轴承1.2.5 轴承的摩擦力矩现在，由于轴承的疲劳寿命已经研究的很深入了，因此对于电动汽车轴承来说寿命的研究方向不是重点，而应该对考虑减少损耗。轴承在运转时, 内圈、外圈、保持架及滚动体之间产生相对运动。同时也产生与转动方向相反的阻碍运动的综合力矩, 这就是摩擦力矩。滚动轴承的摩擦包括滚动体与套圈之间的滚动摩擦和滑动摩擦, 滚子端面与套圈挡边之间的滑动摩擦,保持架和滚动体及保持架和套圈引导面之间的滑动摩擦,由密封圈、防尘盖等密封装置引起的滑动摩擦, 由润滑剂的搅拌阻力和空气阻力引起的摩擦等等。由于负荷、旋转速度、润滑方法的不同, 滚动轴承各摩擦面的摩擦状态也会发

25、生变化, 其结果必然使摩擦力矩值也相应发生变化。摩擦是导致滚动轴承发热的主要原因，因此也是决定轴承工作温度的关键因素。影响滚动轴承摩擦力矩的主要因素是较多样化的,主要有以下几点：1. 套圈沟道和钢球的粗糙度、不圆度、波纹度, 对于高灵敏度轴承, 应比普通轴承有更高的要求。2. 轴承的球径、球数、同一轴承内的球径差、保持架的中心直径、套圈沟曲率等轴承设计参数影响轴承的摩擦力矩。3. 适度的游隙值, 可以减小轴承的摩擦力矩。4. 料料及硬度的差异, 使摩擦系数变化, 从而影响轴承摩擦力矩。5. 保持架影响摩擦力矩。6. 润滑剂的种类和用量对摩擦力矩的影响是很明显的。7. 残磁量及清洁度对摩擦力矩的

26、影响不容忽视。8. 负荷的大小及方向对摩擦力矩颇具影响。9. 转速影响力矩大小，轴承转速越高, 则力矩越大。10. 安装误差对滚动轴承的摩擦力矩有影响。滚动轴承摩擦力矩的大小决定了轴承的功率消耗和发热量的大小，直接影响直接轴承的温升失效，是轴承的一个重要性能参数。滚动轴承是一种既能承受载荷又能使轴平稳运转的机械元件，对它的要求是在长期间、以最小损失传递动力的过程中，寿命要长，摩擦和摩擦力矩要低。特别是近年来，人们对降低CO2排放量和节约资源等环境问题的关注日益提高。对降低摩擦力矩的要求更加严格3。因此，本次研究，主要就是对轴承的摩擦力矩进行计算分析研究。通过对于这一数值的具体的量，再结合影响力

27、矩的因素，从而提出可以改良的方案。第二章 BSG电机轴承的失效分析2.1常见的轴承失效原因2.1.1 轴承失效原因轴承的失效原因很多,除了正常的疲劳剥落以外,像失效的密封、过紧配合导致的过小轴承间隙或润滑不良等因素都能留下特殊的失效痕迹和失效形式.因此检查失效的轴承在大多数时候可以发现导致轴承失效的原因,从而及时采取对策.一般来讲,轴承的失效有1/3是因为轴承已经到了疲劳剥落期,属于正常失效;1/3因为润滑不良导致提前失效,1/3因为污染物进入轴承或安装不正确,而造成轴承提前失效.一般来讲,轴承运转不正常时有如下七种常见症状：轴承过热、轴承噪音过大、轴承寿命过低、振动大、达不到机器性能要求、轴

28、承在轴上松动、轴转动困难.形成七种常见症状典型原因：润滑脂、润滑油过期失效或选型错误;润滑脂太满或油位太高;轴承游隙过小;轴承箱内孔不圆、轴承箱扭曲变形、支撑面不平、轴承箱孔内径过小;接触油封过盈量太大或弹簧太紧;一根轴上有两个被固定轴承，由于轴膨胀导致轴承间隙变小;紧定套筒过分锁紧;轴承箱孔太大、受力不平衡;两个或多个轴承同轴度不好;防松卡环接触到轴承;接触油封磨损严重，导致润滑油泄露;轴的直径过大.导致轴承内圈膨胀严重，减少了轴承游隙;由于箱孔的材料材质太软，受力后孔径变大，致使外圈在箱孔内打滑;油位太低、轴承箱内润滑脂不足;杂物、砂粒、炭粉或其它污染物进入轴承箱内;水、酸、油漆或其它污染

29、物进入轴承箱内;安装轴承前轴承箱内的碎片等杂物没有清除干净;轴径太小、紧定套筒锁紧不够;由于打滑作用(由于急速启动)致使滚动体上有擦痕;由于轴肩尺寸不合理致使轴弯曲;轴肩摩擦到轴承密封盖;轴肩在轴承箱内接处面积过小致使轴承外环扭曲;轴承密封盖发生扭曲;轴和轴承内套扭曲;轴和轴承外套扭曲;不正确的安装方式，用锤子直接敲击轴承;机器中的转动件与静止件接触;接触油封磨损严重，导致润滑油泄漏;轴承游隙过大致使轴发生振动7。2.1.2 一般避免失效原因的方式为了避免失效发生，可以在选用过程中通过考虑关键性能特征来实现。这些特征包括噪声、起动和运转扭矩、刚性、非重复性振摆以及径向和轴向间隙。一、扭矩扭矩要

30、求是由润滑剂、保持架、轴承圈质量（弯曲部分的圆度和表面加工质量）以及是否使用密封或遮护装置来决定。润滑剂的粘度必须认真加以选择，因为不适宜的润滑剂会产生过大的扭矩，这在小型轴承中尤其如此。另外，不同的润滑剂的噪声特性也不一样。举例来说，润滑脂产生的噪声比润滑油大一些。因此，要根据不同的用途来选用润滑剂。在轴承转动过程中，如果内圈和外圈之间存在一个随机的偏心距，就会产生与凸轮运动非常相似的非重复性振摆（NRR）。保持架的尺寸误差和轴承圈与滚珠的偏心都会引起NRR。和重复性振摆不同的是，NRR是没有办法进行补偿的。 在工业中一般是根据具体的应用来选择不同类型和精度等级的轴承。例如，当要求振摆最小时

31、，轴承的非重复性振摆不能超过0.3微米。同样，机床主轴只能容许最小的振摆，以保证切削精度。因此在机床的应用中应该使用非重复性振摆较小的轴承。 二、污染在许多工业产品中，污染是不可避免的，因此常用密封或遮护装置来保护轴承，使其免受灰尘或脏物的侵蚀。但是，由于轴承内外圈的运动，使轴承的密封不可能达到完美的程度，因此润滑油的泄漏和污染始终是一个未能解决的问题。一旦轴承受到污染，润滑剂就要变质，运行噪声也随之变大。如果轴承过热，它将会卡住。当污染物处于滚珠和轴承圈之间时，其作用和金属表面之间的磨粒一样，会使轴承磨损。采用密封和遮护装置来挡开脏物是控制污染的一种方法8。三、噪声噪声是反映轴承质量的一个指

32、标。轴承的性能可以用不同的噪声等级来表示。 噪声的分析是用安德逊计进行的，该仪器在轴承生产中可用来控制质量，也可对失效的轴承进行分析。将一传感器连接在轴承外圈上，而内圈在心轴以1800r/min的转速旋转。根据经验，观察者可以根据声音辨别出微小的缺陷。例如，灰尘产生的是不规则的劈啪声；滚珠划痕产生一种连续的爆破声，确定这种划痕最困难；内圈损伤通常产生连续的高频噪声，而外圈损伤则产生一种间歇的声音9。2.2 BSG电机轴承的失效本次通过对于具体的一款BSG电机轴承，进行具体失效分析。于是前往了位于闵行区的上海电驱动股份有限公司，主要是去了解下关于所要计算的BSG电机的具体机器以及查看其失效的形式

33、。2.2.1 BSG电机混合动力注定在这个时代要扮演重要角色，目前世界上已经有70余种车型的燃料加电池汽车问世，在国外最热门、销量最大的新能源车就是混合动力汽车。1997年，第一款量产混合动力车普锐斯推向日本市场，当年售出18000辆。在欧美车企把重点放在比较前卫的氢动力、或者干脆提高传统发动机技术之时，日本车企在混合动力上的成就让它们目前成为新能源的领跑者。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机（一般为12V）上加装了皮带驱动启动电机（也就是常说的Belt-alternator Starter Generator, 简称BSG系统）。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机，用

34、来控制发动机的启动和停止，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。2.2.2 BSG电机轴承的失效形式以下几张图是我在电驱动公司现场，对轴承6006VV和6005VV所拍的照片。从图中可以看出，轴承内的润滑脂颜色变黑，变质；轴承内圈产生了化学沉淀物和污点；轴承外圈有明显的划痕。而且在轴承的滚珠表面也有非常明显的磨损痕迹。同时在轴承的表面也可看见些许被腐蚀的痕迹。图2-1 轴承外圈图2-2 轴承内圈图2-3 滚珠同时，随着使用时间的积累，轴承内部沉淀了大量的污染物（见图2-4），是轴

35、承的运转无法顺畅。而伴随着这种情况的出现，使得电机高速运转时，产生了巨大的噪音。更严重的甚至会导致轴承的内外圈相对的固定，使得轴承完全失去其作用，磨损严重。图2-4 失效轴承2.2.3 BSG电机轴承失效原因分析从上面的失效形式，不难看出，这款BSG电机轴承的主要失效原因就在于污染。正是由于外界环境的污染，什么污水，杂质等在电机运转的时候，或由于电机的转动将污染物甩入轴承内部，或由于直接的进入，从而导致污染物污染了轴承内的润滑脂，使得润滑脂的过快变质。同时一些颗粒状的杂质夹杂其中，在电机高速运转时，对于轴承内、外圈以及滚珠的进一步磨损，导致了轴承未达到预期的使用年限，过早的失效了。同时，对于轴

36、承内的污染也有可能是由于电机工作前后，电机内部温差过大，形成了冷凝水，接着热胀冷缩的长期水泡，使得轴承内外圈以及滚珠产生了腐蚀现象，加剧了轴承的寿命缩短10。2.2.4 针对BSG电机的失效初步提出改进鉴于以上的原因分析，初步提出建议。一、设计结构的改进初步查看下来，整个BDG电机的外部结构设计上有缺陷，在密封性上有所欠缺，使得污染物的轻易进入电机内部，导致了上面我们所分析的一些失效形式。因此，改进结构，提高密封性，应该可以很大程度上的改善目前的状况。二、润滑脂的选择因为润滑剂是作为轴承的必备辅助物，其重要性不言而喻。如果润滑剂的选择不恰当，同样会导致轴承发生失效。但这里由于结构限制，这里只能

37、采用脂润滑的方式二不能使用油润滑。所以，我们只好改进润滑脂的选择，或许可以从一定程度上改善失效的发生9。三、使用时的注意事项当然，如果不适当地操作，同样会引起轴承的失效，而且这是完全可以避免的。因此，须做到下几点：1. 安装前 （1）使用轴承安装拆卸专用工具 先进的安装工具，能够避免安装时由于工具及操作不当带来的轴承损伤。例如，安装轴承时，工作人员曾采用铜棒敲入法，易造成轴承轴向受力不均，引起保持架变形，滚动体受损，游隙变大，且铜棒在敲击过程中，铜末飞人轴承保持架内，易造成轴承故障。（2）检查轴承与转子轴的配合尺寸 电机组装时，还需仔细检查轴承安装时轴承与转子轴的配合尺寸（表2），轴承外圈与端

38、盖孔的配合尺寸。2安装时润滑脂的清洁度，填充量：轴承室内30%-50%的填充量。轴承密封件的安装质量；轴承的装配游隙；轴承零部件的损伤(轴承外圈绝缘层的保护)。3. 安装后对于电机内部，须进行定时清理，可以使失效避免在其发生的萌芽阶段。同时也要定期更换润滑脂，凡是润滑脂都有使用期限，过期使用也会影响轴承的使用寿命78。2.3 本章小结本章主要在了解了基本的轴承失效的形式以及发生失效的原因的前提下，到工厂具体的进行学以致用，对于失效的轴承进行观察分析，并初步的提出改进意见。第三章 BSG电机轴承的摩擦力矩计算3.1 摩擦力矩计算的相关原始数据3.1.1 相关数据及参数一汽BSG电机参数如下：1.

39、 轴承型号：6006VV和6005VV，其参数见表3-22. 电机最高转速：12000rpm3. 使用温度：小于1204. 转子重量：5.6kg5. 峰值转矩：50Nm6. 皮带预紧力：85050N7.计算所用参数，见表3-1表3-1 计算所需用参数15参数名称参数符号参数值运动粘度100滑动摩擦系数0.05带轮包角309.641轴承的球列数1贫油回填常数610-8几何常数3.1密封件指数2.25密封件常数10.023密封件常数22表3-1 轴承参数轴承型号内径d（mm）外径D（mm）厚度B（mm）额定负荷C（N）6006VV305513138006005VV254712119003.1.2

40、BSG电机模型及装配工程图图3-1 BSG电机模型图图3-2 BSG电机装配图3.2 BSG电机轴承外载荷的计算3.2.1带轮的径向力与轴向力计算14为了计算轴承的径向力与轴向力，先对带轮进行受力分析，这里由于带轮几乎没有轴向力，故而只计算其径向力Q查阅文献，可得（式2-1）而当静止或空载时，（式2-2）其中，包角 预紧力 而当时，所以，这里，我们取最大值3.2.2轴承的径向力与轴向力 由于皮带轮上只受到径向力的作用，没有轴向力，而且轴承6005与6006都是单列深沟球轴承，其大部分承受的是径向力，轴向力很小几乎忽略不计，因此，本次计算只考虑轴承上的径向力。图3-3 受力分析轴承的受力分析见图

41、3-3（式2-3）（式2-4）（式2-5）所以， 3.3 一般摩擦力矩计算公式现在。对于摩擦力矩的计算，其计算公式有很多，常见的有一般计算方法，SKF计算方法，以及其他一些个人的计算方法16。由于个人的计算方法五花八门，在这里不做介绍，主要就是一般方法和SKF的计算方法。3.3.1 一般计算方法1411一般计算方法其计算公式如下：（式3-1）（式3-2）（式3-3）（式3-4）式中：为与轴承载荷大小、润滑剂用量、粘度及转速有关的摩擦力矩分量;为与轴承载荷大小、滚动体和滚道间接触弹性变形量及滑动摩擦有关的摩擦力矩分量;为载荷系数;为由摩擦力矩分量决定的轴承载荷;为轴承平均直径，;d为轴承的内径;

42、D为轴承的外径;为考虑轴承结构和润滑方法的系数；n为轴承转速;为润滑剂的运动粘度，对于润滑脂，则为基油的粘度; 为摩擦系数，为内圈与球之间的作用力；为内圈与球的接触椭圆长半轴；为接触椭圆的第二类完全椭圆积分。1. 由外载荷引起的摩擦力矩根据公式3-2对于轴承6006VV，对于轴承6005VV，2粘性摩擦力矩根据公式3-3对于轴承6006VV，对于轴承6005VV，3.自旋摩擦力矩18根据公式3-4对于轴承6006VV，对于轴承6005VV，4总摩擦力矩根据公式3-1对于轴承6006VV，对于轴承6005VV，3.4 SKF的摩擦力矩计算公式3.4.1 轴承6006VV的摩擦力矩计算151.计算

43、与几何尺寸和负荷有关系的变量(取 )对于轴承6006vv， 实际径向负荷实际轴向负荷轴承平均直径为：查表得， 根据公式得滚动摩擦变量，滑动摩擦变量，2.计算滚动摩擦力矩3.计算滑动摩擦力矩滑动摩擦系数假设润滑条件良好，则根据润滑油类型得，4.计算密封件的摩擦力矩根据轴承和密封件类型，查表得RZ型密封圈： 则密封件的摩擦力矩为，5.计算由于拖曳损失、涡流和飞溅等导致的摩擦力矩由于是脂润滑，因此其拖曳损失6.计算切入发热减少系数7.计算脂润滑时的运动贫油回填减少系数查表得， 根据SKF给出的公式，计算总摩擦力矩3.4.2 轴承6005VV的摩擦力矩计算1.计算与几何尺寸和负荷有关系的变量对于轴承6

44、005vv， 实际径向负荷实际轴向负荷轴承平均直径为：查表得， 根据公式得滚动摩擦变量，滑动摩擦变量，2.计算滚动摩擦力矩3.计算滑动摩擦力矩滑动摩擦系数假设润滑条件良好，则根据润滑油类型得，4.计算密封件的摩擦力矩根据轴承和密封件类型，查表得RZ型密封圈： 则密封件的摩擦力矩为，5.计算由于拖曳损失、涡流和飞溅等导致的摩擦力矩由于是脂润滑，因此其拖曳损失6.计算切入发热减少系数7.计算脂润滑时的运动贫油回填减少系数查表得， 8.根据SKF给出的公式，计算总摩擦力矩3.4.3 相较于一般的计算公式区别文献13中对SKF最新推出的滚动轴承摩擦力矩计算公式及其影响因素进行了分析，并结合算例对SKF

45、推出的滚动轴承摩擦力矩的计算公式和一般计算方法进行了对比重点探讨了载荷和转速对滚动轴承摩擦力矩的影响。结果表明，在高速和低载时，SKF推出的滚动轴承摩擦力矩计算公式得出的结果更为准确，在低转速和高载荷时，两者差别不大。而现在由于轴承小，外载荷小，且电机是高速运转的，结合文献15的结论，SKF的计算结果应该更为准确。第四章 轴承的性能改进4.1 改变参数减小摩擦力矩4.1.1 改善润滑脂滚动体和套圈的接触部位产生了13 GPa的接触表面压力，及可用EHL(弹性流体润滑)理论解释的油膜。这时，沿滚动方向会产生EHL流体压力分布的非对称性，同时在接触人口处，由于流体的剪切抗力作用，会产生摩擦力矩。这是滚动轴承摩擦损失的主要原因。接触部位的油膜越厚，流体压力越高，滚动摩擦就越大。所以在这里，如果改变润滑脂的运动粘度减小，则能改变摩擦力矩9。表4-1 6006VV摩擦力矩与运动粘度的关系MrrishrsMrrishrs001101041.280.860.8630.492062.560.800.7436.81307