西南研究所团队开发了一种机械测试设备，用于分析为电动汽车配制的液体和润滑油。该团队修改了商业摩擦学测试设备，使其能够评估电流在流体中的影响，在施加电压的情况下测量汽车零件的磨损和摩擦。
“近年来汽车行业的电气化进程加快，未来的预测显示轻型和重型应用的市场份额呈指数级增长，”SwRI 高级传动系统润滑油部门的研究工程师 Cole T. Frazier 说。“然而，传统的流体测试工具并未开发用于有效分析电气化环境中的润滑剂特性。这也延伸到摩擦学测试。”
摩擦学是对摩擦、润滑和磨损的研究。评估 EV 行为的挑战是在组件和润滑剂界面存在施加的电势。为了迎接这一挑战，SwRI 摩擦学研究与评估部门的高级研究工程师 Carlos Sanchez 博士设计了一种新的测试设备来模拟电气化对旋转部件的影响。这个小规模的“基准测试”是围绕传统的万能试验机建立的。在整个项目中，团队进一步开发了设置和测试协议。
多学科团队包括 Frazier、Sanchez、Nolan Erickson(电气工程师)、Peter Lee 博士(研究所工程师)、Andrew Velasquez(工程师)和 Travis Kostan(高级研究分析师)。
大多数电动汽车使用交流 (AC) 感应或永磁电机，由车载电池组供电。逆变器获取从电池输入的直流 (DC) 电压，并将其转换为运行车辆电机所需的交流电。
“在 DC-AC 转换过程中，EV 内的众多旋转表面会暴露在电压尖峰下，”Sanchez 说。“高压环境中的尖峰和固有电场会使电流流过表面，损坏润滑剂和使它们平稳移动的材料。”
据研究人员称，直流到交流频率转换的速度会导致需要接地的局部电压尖峰。由于电机轴承位于电压尖峰附近，因此它们通常特别容易受到流过它们的电流的影响。轴承的电势会逐渐升高，直到电压变得足够强，足以破坏将小型金属滚珠轴承与轴承滚道或轴承壳隔开的润滑剂薄膜，这会导致表面损坏和结疤。
该团队为新仪器开发并分析了最能代表实际系统并产生相关结果的测试协议。利用这项内部资助的新进展，他们测试了几种不同的商业润滑剂，并测量了轴承滚道和轴承壳上的磨损疤痕和摩擦。他们发现，无论电流是交流还是直流，流体中的电势都会对磨损和轴承摩擦产生高达 20% 的影响。
“SwRI 专注于创建定制摩擦学装置和测试能力，使行业能够有效地测试多种润滑剂配方，而无需进行全面测试，”负责 SwRI 摩擦学活动的 Lee 说。“在这种情况下，由于润滑剂分解被证明与流体有关，因此配方设计师可以针对特定的 EV 传动系统优化他们的润滑剂。SwRI 的实验室规模测试能力将加速润滑油优化、提高耐用性并通过减少摩擦来增加车辆续航里程。”
修改和初步结果在 2022 年摩擦学和润滑工程师协会 (STLE) 年会、2022 年 STLE E Mobility 会议、摩擦学戈登会议和机械工程师协会可持续发展会议上公布。完整结果将于 2023 年 5 月 16 日至 20 日在长滩举行的 STLE 年会上公布。
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