August 13,2026
Negli ultimi anni, l'effetto serra è diventato sempre più grave e la consapevolezza ambientale del pubblico è cresciuta continuamente. Gli scarichi dei veicoli sono un fattore importante dell'effetto serra urbano e lo sviluppo dei veicoli a nuova energia (NEV) è di grande importanza per affrontare l'inquinamento da scarichi. I cuscinetti sono componenti critici dei NEV e le loro prestazioni determinano direttamente il comfort e la sicurezza dei veicoli.
Si stima che entro il 2025, il mercato dei cuscinetti per NEV raggiungerà i 14,2 miliardi di RMB, comprendendo principalmente cuscinetti per motori di trazione, unità mozzo ruota, cuscinetti per trasmissioni, cuscinetti per sistemi di sterzo, ecc. Tra questi, i cuscinetti per motori di trazione sono componenti importanti che forniscono potenza ai NEV. Di fronte ai severi requisiti operativi dei cuscinetti per NEV, i loro requisiti prestazionali stanno diventando sempre più stringenti. Lo sviluppo di cuscinetti per motori di trazione NEV ad alte prestazioni è diventato un obiettivo chiave per i principali produttori automobilistici e di cuscinetti.
I NEV hanno requisiti impegnativi per i cuscinetti, tra cui lunga durata, resistenza al creep, alta velocità, basso attrito, basse vibrazioni, ecc. I requisiti specifici sono i seguenti:
(1) Alta velocità: Le velocità dei motori di trazione possono raggiungere fino a 20.000 giri/min, con valori Dmn dei cuscinetti (prodotto del diametro medio e della velocità dell'anello interno) superiori a 800.000, molto più alti di quelli dei motori industriali ordinari.
(2) Alta temperatura: I cuscinetti devono funzionare stabilmente a -40-150 °C senza strilli; la temperatura di funzionamento a lungo termine è di 110-120 °C; le temperature di avviamento nelle regioni fredde sono di -30-20 °C, con bassa coppia di avviamento e basso rumore.
(3) Lubrificazione: Il grasso deve presentare eccellenti prestazioni a bassa temperatura, resistenza alle alte temperature, resistenza alle vibrazioni, efficienza energetica e lunga durata.
(4) Vibrazioni e rumore: Per garantire il comfort dei passeggeri, i livelli di vibrazione e rumore del motore devono essere bassi per mantenere un ambiente abitativo silenzioso.
(5) Corrosione elettrica: Gli squilibri negli avvolgimenti possono creare differenze di potenziale tra i rotori, generando correnti; le perdite di corrente causate dalla tensione ad alta frequenza degli inverter possono anche portare a corrosione elettrica e guasti ai cuscinetti.
(6) Durata: I cuscinetti devono corrispondere al periodo di garanzia del veicolo (5-8 anni o 100.000-160.000 km).
2.1 Stato della Ricerca all'Estero
NTN Corporation ha sviluppato cuscinetti rivestiti isolanti resistenti alla corrosione elettrica per i sistemi a tre componenti elettrici (e-Axle) dei veicoli puramente elettrici (EV) e ibridi (HEV). Uno strato di pellicola isolante viene applicato al diametro esterno e alle superfici frontali dell'anello esterno del cuscinetto, in grado di sopportare tensioni superiori a 100 V e di mostrare eccellenti proprietà isolanti.
NTN ha anche sviluppato un cuscinetto anti-erosione elettrica, ovvero un cuscinetto rivestito isolante per gli assali dei veicoli elettrici, che sopprime la corrente che passa attraverso il cuscinetto applicando un rivestimento isolante sulla superficie del cuscinetto. Le prestazioni di isolamento di questo cuscinetto raggiungono oltre 100 V, supportando batterie ad alta tensione. Il rivestimento isolante ha un basso coefficiente di attrito e un'eccellente resistenza all'usura e, rispetto ai prodotti standard senza rivestimento, la quantità totale di usura del diametro esterno dell'anello esterno e del diametro interno dell'alloggiamento è ridotta dell'88%. Pertanto, anche se l'anello esterno subisce creep, il rivestimento mantiene l'isolamento richiesto.
SKF ha rilasciato un rivoluzionario cuscinetto a sfere a gola profonda ad alta velocità per sistemi e-drive, l'HSBB1.8, con un valore Dmn massimo di 1,8 milioni. Prendendo come esempio un albero da 40 mm di diametro, può soddisfare velocità del motore fino a 30.000 giri/min.
SKF ha sviluppato la serie di cuscinetti a sfere Drive, che ottimizza il design delle piste, adotta gabbie polimeriche a nuova struttura e utilizza grassi con un ampio intervallo di temperature, oltre a cuscinetti ibridi in ceramica, per soddisfare i requisiti di prestazioni ad alta velocità dei cuscinetti del motore, contribuendo a prolungare la durata del sistema di trasmissione e ad aumentare l'autonomia della batteria.
NSK ha sviluppato una nuova generazione di cuscinetti resistenti al creep per sistemi di trasmissione come le trasmissioni di veicoli ibridi/elettrici, migliorando il comfort dei passeggeri sopprimendo il creep. Le caratteristiche del prodotto includono:
① La rigidità ottimizzata dell'anello del cuscinetto previene la deformazione dell'anello, riducendo al minimo l'aumento dello spessore della parete migliorando efficacemente la resistenza al creep causato dai carichi statici degli ingranaggi.
② L'uso di materiale O-ring con durata superiore in ambienti ad olio ad alta temperatura e l'ottimizzazione della sua deformazione a compressione riducono dell'80% il creep causato dai carichi rotazionali da squilibrio del motore quando il cuscinetto è esposto ad olio ad alta temperatura.
③ La migliore resistenza al creep senza fissaggio meccanico rende l'assemblaggio più facile, migliorando così la produttività e riducendo i costi.
NSK ha anche sviluppato il cuscinetto a rulli conici NSK LCube Ⅱ™ per trasmissioni di veicoli elettrici. Le caratteristiche del prodotto includono:
① In condizioni di lubrificazione difficili con pellicole d'olio sottili, sulle superfici di rotolamento e sulle teste dei rulli conici si formano micro-concavità per trattenere l'olio, migliorando la ritenzione della pellicola d'olio sulle superfici di contatto e prevenendo usura e danni superficiali. La durata e la resistenza al grippaggio sono otto volte o più superiori ai prodotti attuali.
② Le prestazioni di ritenzione dell'olio nell'intervallo a bassa velocità (dove le pellicole d'olio si formano più facilmente) sono migliorate, riducendo l'attrito del 10% rispetto ai prodotti attuali.
Il TriFinity di Schaeffler è un cuscinetto mozzo a tre corone di rulli più piccolo dei cuscinetti a sfere a doppia corona standard ma con capacità di carico maggiore, durata più lunga e maggiore rigidità. Inoltre, il suo design innovativo può sostituire le soluzioni di unità mozzo a rulli conici precompressi. Rispetto ai cuscinetti a rulli conici, il TriFinity riduce significativamente la coppia di attrito e aumenta la rigidità e, nel ciclo di prova FTP75, può ridurre il consumo energetico dello 0,7% per veicolo. Inoltre, combinato con la tecnologia a scanalature frontali di Schaeffler, la dimensione dell'unità mozzo è ridotta. La miniaturizzazione non solo riduce l'attrito del cuscinetto e delle guarnizioni, ma riduce anche la massa del cuscinetto, riducendo così l'impronta di carbonio. Per le stesse dimensioni, i cuscinetti con tecnologia a scanalature frontali a gioco zero sono più leggeri e possono trasmettere il 50% di coppia in più. Inoltre, l'installazione è più comoda e il rumore è ridotto nei veicoli elettrici. Il cuscinetto a sfere ad alta efficienza con disco centrifugo è un nuovo prodotto sviluppato specificamente da Schaeffler per i veicoli elettrici, che offre alte prestazioni, basso attrito e risparmio energetico. Combinando i vantaggi di design dei cuscinetti aperti e schermati, un singolo cuscinetto può ridurre l'attrito di 0,3 N·m e ridurre le emissioni di CO₂ di circa 0,1 g/km. La durata di questo cuscinetto a sfere ad alta efficienza è dieci volte superiore a quella dei cuscinetti aperti, riducendo significativamente i costi operativi.
Il Gruppo Renben ha sviluppato la serie di cuscinetti BS ad alta velocità specificamente per i motori di trazione dei veicoli a nuova energia (NEV). Adottando nuovi design, nuovi processi e nuovi materiali, ottimizzando le strutture interne dei cuscinetti e utilizzando tecnologie di simulazione e lubrificazione, risolve i problemi di riscaldamento e lubrificazione dei cuscinetti in condizioni di alta velocità e alta temperatura. L'azienda ha stabilito una teoria e una metodologia di progettazione per i cuscinetti dei motori di trazione NEV, garantendo elevata precisione, bassa forza centrifuga, basso attrito e la capacità di soddisfare i requisiti NEV di bassa coppia di avviamento, alta velocità e cambi rapidi, durata e elevata affidabilità.
Zhejiang Wuzhou Xinchun Group Co., Ltd. ha sviluppato il cuscinetto per motore di trazione 6008-2RZG. Attraverso parametri dell'anello ottimizzati, design della gabbia, struttura di tenuta non a contatto e l'uso di grasso a lunga durata, basso rumore e resistente a temperature alte e basse, il cuscinetto soddisfa i requisiti di funzionamento dell'anello ad alta velocità, alta temperatura e lunga durata, garantendo prestazioni stabili ad alta velocità, basso rumore e vita estesa in condizioni di funzionamento ad alta velocità e alta temperatura, nonché durante operazioni a velocità rapida o variabile.
Chongqing Changjiang Bearing Co., Ltd. (di seguito denominata "Changjiang Bearing") ha compiuto nuovi progressi nei cuscinetti per riduttori NEV ad alta temperatura e alta velocità, nei cuscinetti per motori di trazione NEV ad alta temperatura e alta velocità e nelle tecnologie chiave per le unità mozzo ruota NEV. In particolare, per le unità mozzo ruota NEV, Changjiang Bearing ha risolto con successo sfide come il soddisfacimento simultaneo dei requisiti di rigidità e resistenza nei design leggeri, il bilanciamento dinamico dopo la riduzione del peso e le difficoltà di processo causate dalla deformazione del prodotto dopo l'alleggerimento, ottenendo una riduzione del peso del 30%.
ZWZ ha fornito cuscinetti per serie di riduttori a un noto produttore automobilistico internazionale europeo per i suoi veicoli elettrici puri e ibridi plug-in. Utilizzando materiali speciali e processi di trattamento termico specializzati, la durata dei cuscinetti è stata aumentata per soddisfare i requisiti di supporto NEV ed è stata raggiunta la produzione di massa. I cuscinetti NEV ZWZ presentano elevata precisione, alta velocità, elevata capacità di carico, lunga durata, basso attrito e basso rumore.
Le prestazioni ad alta velocità rappresentano una sfida difficile nello sviluppo dei cuscinetti per motori di trazione NEV e le aziende cinesi non hanno esperienza direttamente applicabile a cui attingere. I prodotti non devono solo raggiungere indicatori di prestazione ad alta velocità nella progettazione e nei calcoli teorici, ma anche superare test di prestazione ad alta velocità, test su banco simulati e test su strada per garantire affidabilità e durata in condizioni di alta velocità. Pertanto, lo sviluppo del prodotto coinvolge un'ampia gamma di campi, tempi di consegna lunghi e richiede la considerazione del rapporto costo-efficacia e il superamento della concorrenza dei marchi internazionali per raggiungere l'industrializzazione.
La progettazione dei cuscinetti deve essere ottimizzata per ridurre attrito e usura mantenendo la stabilità ad alte velocità. Le contromisure specifiche includono:
① Ottimizzazione del grasso: sviluppare cuscinetti ad alta velocità lubrificati a grasso per motori di trazione utilizzati in veicoli ibridi ed elettrici puri.
② Ottimizzazione della forma della gabbia: per i cuscinetti a sfere a gola profonda utilizzati in veicoli ibridi ed elettrici puri, vengono impiegate gabbie in acciaio e gabbie in resina tipo corona. La gabbia in resina tipo corona è più leggera della gabbia in acciaio, ha una forza centrifuga relativamente inferiore ad alte velocità di rotazione e un coefficiente di attrito minore tra le sfere in acciaio e le tasche della gabbia, riducendo la generazione di calore tra le sfere e la gabbia.
③ Utilizzo di materiali in resina ad alta rigidità: i materiali della gabbia in resina utilizzati ad alte velocità devono avere elevata rigidità per limitare la deformazione causata dalla forza centrifuga.
Yu Qingfeng ha analizzato sistematicamente le fonti di forza e i corrispondenti stati di sollecitazione e deformazione delle gabbie nei cuscinetti a sfere a gola profonda ad alta velocità, scoprendo che la forza centrifuga della gabbia stessa è il fattore più significativo. Ha proposto uno schema di progettazione della gabbia ad alta velocità, verificato tramite simulazione con i software Abaqus e CABA3D, e superato test su banco e test di installazione presso il cliente.
A causa degli effetti termici dei motori e dell'elettronica di potenza, l'ambiente di temperatura operativa dei cuscinetti NEV è più elevato rispetto a quello dei veicoli convenzionali. Ciò richiede che i materiali dei cuscinetti sopportino temperature operative più elevate senza degradare le prestazioni. Materiali in leghe speciali, materiali ceramici e tecnologie di rivestimento superficiale offrono possibilità per la produzione di cuscinetti che soddisfano i requisiti NEV. Questi materiali possono fornire una migliore resistenza all'usura, resistenza alla corrosione e stabilità termica.
Con lo sviluppo del settore NEV, il problema della corrosione dei cuscinetti dei motori di trazione dei veicoli elettrici ha attirato una crescente attenzione. I cuscinetti sono componenti importanti nella trasmissione; una volta corrosi, possono causare instabilità del veicolo e portare infine a problemi di sicurezza.
Le contromisure specifiche includono:
① Ottimizzare la struttura del cuscinetto, ad esempio migliorando la tenuta e utilizzando lubrificanti anticorrosione.
② Utilizzare materiali ad alte prestazioni con resistenza alla corrosione, come materiali speciali e processi di trattamento specializzati per migliorare la resistenza alla corrosione.
③ Migliorare la capacità di lubrificazione del cuscinetto, ad esempio migliorando la lubrificazione tra le parti e utilizzando lubrificanti altamente resistenti alla corrosione.
④ Eseguire regolare manutenzione e ispezione dei cuscinetti.
I cuscinetti automobilistici tradizionali affrontano un rimescolamento. In futuro, i veicoli elettrici adotteranno la trazione elettrica, eliminando il motore, la trasmissione, l'albero di trasmissione, ecc. dei veicoli a combustibile convenzionale. Alcuni prodotti nel settore dei cuscinetti automobilistici, come i cuscinetti del generatore, i cuscinetti della pompa dell'acqua, i cuscinetti del bilanciere e i cuscinetti del tenditore, affronteranno un rimescolamento. I cuscinetti NEV portano sia nuove opportunità commerciali che sfide ai produttori di cuscinetti.
1. Caso di cuscinetto EV MTWB - Cuscinetto BOSCH CVT per EV-6001
2. Caso di cuscinetto EV MTWB - Cuscinetto QJ205 per sistema di sterzo
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