วีระศักดิ์ พิรักษา
มอเตอร์ไฟฟ้า มีอุปกรณ์ในการขับเคลื่อนที่สำคัญคือ แบริ่ง ซึ่งมีเพลาหมุนอยู่กับตัว จำเป็นจะต้องได้รับการหล่อลื่นเช่นเดียวกับชิ้นส่วนเคลื่อนที่อื่น ๆ จาระบี (Grease) จึงเป็นสารหล่อลื่นที่ถูกเลือกมาใช้ทำหน้าที่นี้ โดยจะทำหน้าที่ในการลดความเสียดทานการสึกหรอ ป้องกันแบริ่งจากการถูกกัดกร่อนและฝุ่นผงขนาดเล็ก ตลอดจนความชื้นเข้าสู่ภายในตัวแบริ่ง ทำให้แบริ่งมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น การที่เลือกใช้จาระบี เพราะว่าง่ายต่อการใช้งานและมีคุณสมบัติเฉพาะตัว
จาระบี เป็นสารหล่อลื่นกึ่งแข็งกึ่งเหลว (Semisolid Lubricant) โดยทั่วไปจาระบีจะเป็นสารผสมระหว่างสบู่ (Soap Emulsified) เช่น ลิเธียม อะลูมินัม โซเดียม และแคลเซียม ฯลฯ ซึ่งเป็นสารที่ทำให้เข้มข้น (Thickener) ผสมกับน้ำมันแร่ (Mineral Oil) เช่น น้ำมันปิโตรเลียม น้ำมันสังเคราะห์ หรือน้ำมันพืช (Vegetable Oil) ทำให้ได้เนื้อจาระบีที่เหนียวและมีโครงสร้างวัสดุเป็นเส้นใย 3 มิติ เป็นเสมือนก้อนฟองน้ำที่อุ้มและชุ่มไปด้วยน้ำมัน ส่วนสารเติมแต่ง (Additive) เช่น PTFE กราไฟต์ โมลิบดินัมไดซัลไฟด์ (Moly) เติมลงไปเพื่อให้ได้คุณสมบัติพิเศษของจาระบีตามที่ต้องการและช่วยยับยั้งคุณสมบัติที่ไม่ต้องการ
รูปที่ 1 องค์ประกอบทั่วไปทางเคมีของจาระบี
ความแตกต่างเรื่องคุณสมบัติของจาระบีแต่ละชนิดจะขึ้นอยู่กับชนิดของสบู่ที่นำมาผสมกับน้ำมันพื้นฐาน โดยชนิดของสบู่มีผลโดยตรงกับคุณสมบัติและสีของจาระบี ดังแสดงไว้ในตารางที่ 1-3
ตารางที่ 1 ชนิดของสารเข้มข้น (Thickener) และคุณสมบัติที่ได้
ตารางที่ 2 คุณสมบัติที่ได้จากสารทำให้เข้มข้นที่ต่างชนิดกัน
ตารางที่ 3 สีของจาระบีที่ได้จากสารทำให้เข้มข้นที่ต่างชนิดกัน
ในการเลือกใช้จาระบีให้ถูกต้องกับแบริ่งนั้นเป็นเรื่องยากไม่น้อยเพราะแต่ละชนิดก็มีเงื่อนไขในการนำไปใช้งานที่แตกต่างกัน เช่น ใช้งานที่อุณหภูมิสูง-ต่ำ แรงเฉือนเชิงกล มีการสัมผัสกับสารกัดกร่อน ความชื้นและสิ่งปนเปื้อน ฯลฯ หลังจากนั้นยังต้องพิจารณาเรื่องคุณสมบัติทางกายภาพ เคมีและสมรรถนะการใช้งาน ซึ่งโดยทั่ว ๆ ไปแล้วก็มักจะเลือกกันตามคำแนะนำจากผู้ผลิตมอเตอร์ไฟฟ้าหรือไม่ก็เป็นผู้ผลิต/ผู้ขายแบริ่ง สำหรับบางกระบวนการผลิตที่มีความพิเศษ เช่น กระบวนการผลิตอาหาร จำเป็นต้องใส่ใจพิถีพิถันเป็นพิเศษโดยเลือกใช้จาระบีเกรดไม่เป็นพิษ (Non-toxic) เท่านั้นจึงจะยอมรับให้ใช้ได้
1. ค่าความหนืด (Viscosity)
2. ค่าความเหนียวข้น (Consistency)
3. จุดหยด (Dropping Point)
4. ความต้านทานต่อการเกิดอ๊อกซิเดชั่น (Oxidation Resistant)
5. ความคงทนต่อแรงเฉือน (Shear Stability)
6. สารเติมแต่งคุณภาพ (Additives)
คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดอันดับแรกที่จะต้องเลือกจาระบีให้ถูกต้องคือค่าความหนืด เมื่อมอเตอร์เริ่มหมุนออกตัวจะมีการต้านทานต่อการหมุนจากจาระบี แต่เมื่อความเร็วรอบเริ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ การต้านทานจากจาระบีก็จะลดลง คุณลักษณะเช่นนี้เรียกว่า “ความหนืด” ซึ่งค่าความหนืดของจาระบีจะต้องมีความเหมาะสมกับชนิดของโหลด ความเร็วรอบที่ใช้งาน และอุณหภูมิขณะแบริ่งทำงาน ทั้งนี้เพื่อรับประกันว่าได้สร้างการป้องกันระดับสูงสุดให้กับแบริ่งและชิ้นส่วนอื่น ๆ ไว้อย่างถูกต้องแล้ว ตัวอย่างความหนืดของน้ำมันแร่ซึ่งนิยมเลือกใช้งานเป็นส่วนผสมหลักของจาระบีจะอยู่ในช่วง 500 ถึง 600 SUS (Saybolt Universal Seconds) ที่อุณหภูมิ 100 ๐F (37.8 ๐C) หรือเลือกใช้ตามคำแนะนำของผู้ผลิตมอเตอร์ไฟฟ้า
ตารางที่ 4 การเลือกค่าความหนืดของจาระบีให้เหมาะสมกับความเร็วรอบและลักษณะโหลด (Viscosity Selection in Grease)
ตารางที่ 5 การเทียบเคียงค่าความหนืดของแต่ละมาตรฐานสากล
เป็นคุณสมบัติสำคัญอันดับแรกที่ต้องนำมาพิจารณา หากจาระบีเหนียวข้นเกินไปก็จะไม่สามารถเข้าไปหล่อลื่นบริเวณที่ต้องการหล่อลื่นได้โดยสะดวก หากเหลวเกินไปก็จะเกิดการรั่วซึมออกจากแบริ่งได้ง่าย จาระบีชนิดเดียวกันอาจมีความเหนียวข้นต่างกัน โดยความเหนียวข้นของจาระบีจะขึ้นอยู่กับสารทำให้เข้มข้นที่ใช้และน้ำมันฐานที่ใช้ในการผลิตจาระบีนั้น ๆ กล่าวโดยสรุปก็คือความเหนียวข้นของจาระบีเป็นค่าความต้านทานของจาระบีต่อการเปลี่ยนรูปเมื่อมีแรงมากระทำต่อจาระบีนั่นเอง
ค่าความเหนียวข้นของจาระบีถูกกำหนดขึ้นโดยสถาบันจาระบีหล่อลื่นแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (National Lubricating Grease Institute ใช้ตัวย่อ NLGI) ด้วยการกำหนดเป็นค่า NLGI Consistency Number หรือ NLGI Class โดยแบ่งออกเป็น 9 Class ด้วยกันดังแสดงในตารางที่ 6
ตารางที่ 6 การแบ่งประเภทความเหนียวข้นของจาระบีซึ่งกำหนดโดยสถาบันจาระบีหล่อลื่นแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (NLGI)
โดยทั่วไป NLGI Class 2 จะเป็นจาระบีเกรดสามัญที่เลือกใช้กันมากที่สุดสำหรับการล่อลื่นแบริ่ง ในขณะที่จะใช้ Class 3 สำหรับงานความเร็วรอบสูงและที่อุณหภูมิต่ำ และ Class 0 หรือ 1 สำหรับระบบจุดจ่ายจาระบีแบบรวมศูนย์กลาง (Centralized System) ที่ใช้ปั๊มจ่ายจาระบีไปยังจุดหล่อลื่นต่าง ๆ แต่ถ้าใช้วิธีการอัดด้วยมือหรือปืนอัดอาจใช้ Class 2, 3 หรือแข็งกว่า หากใช้วิธีการทาหรือป้ายจาระบีด้วยมือเรื่องความเหนียวข้นอ่อนแข็งจะไม่เป็นประเด็นสำคัญมากนัก
รูปที่ 2 วิธีการทดสอบความเหนียวข้นของจาระบีโดยใช้เครื่องมือรูปกรวยปลายแหลมที่ทราบน้ำหนักปักลงไปที่เนื้อจาระบีเป็นเวลานาน 5 วินาที ที่อุณหภูมิ 25 °C ระยะจม (Penetration) วัดเป็นหน่วย 1/10 มม. (ASTM D217 “Cone penetration of lubricating grease”)
ตารางที่ 7 การเลือกความเหนียวข้นของจาระบีอย่างถูกต้องสำหรับลักษณะการใช้งานที่ต่างกัน
เนื่องจากจาระบีเกิดจากส่วนผสมของน้ำมันแร่พื้นฐานกับสารทำให้เข้มข้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นน้ำมันก็จะเยิ้มและแยกตัวออกมาต่างหาก ดังนั้นจุดหยดจึงเป็นตัวชี้แสดงถึงอุณหภูมิสูงสุดที่จาระบีทนได้หรือหมดความคงตัวและน้ำมันพื้นฐานจะแยกตัวออกจากสารทำให้เข้มข้นนั่นเอง
ส่วนใหญ่แล้วจาระบีที่มีค่าจุดหยดสูงมักจะเป็นที่ต้องการใช้งานสำหรับแบริ่งมอเตอร์ไฟฟ้า เช่น จาระบีลิเธียมคอมเพล็กซ์ (Lithium Complex Greases) และจาระบีโพลียูเรีย (Polyuria-thickened Grease) ซึ่งมีจุดหยดตัวอยู่ที่ประมาณ 500 °F (260 °C) หรือสูงกว่านั้น เพราะถ้าจุดหยดต่ำกว่าอุณหภูมิการทำงานของแบริ่ง จาระบีอาจจะไหลเยิ้มออกมาจากแบริ่งได้ทำให้ต้องอัดจาระบีเข้าไปใหม่ถี่ขึ้น คำแนะนำคือให้เลือกใช้งานจาระบีที่มีจุดหยดสูงที่สุด
จาระบีสำหรับใช้หล่อลื่นแบริ่งมอเตอร์ไฟฟ้าจะต้องมีคุณสมบัติดีเลิศในเรื่องความต้านทานต่อการเกิดอ๊อกซิเดชั่นตลอดช่วงอุณหภูมิการใช้งาน สิ่งนี้จะช่วยยืดอายุการใช้งานของแบริ่งขณะหมุนด้วยความเร็วรอบสูงและอุณหภูมิสูง ดังนั้นจึงควรเลือกใช้จาระบีที่ผ่านการทดสอบตามวิธีการทดสอบอายุการใช้งานจาระบีสำหรับบอลแบริ่งซึ่งกล่าวถึงไว้ในมาตรฐาน ASTM D3336 Standard Test Method for Life of Lubricating Greases In Ball Bearing at Elevated Temperatures ซึ่งเป็นจาระบีที่ควรเลือกมาใช้งาน
เมื่อจาระบีถูกใช้งาน โครงสร้างของสารอุ้มน้ำมันจะเกิดการฉีกขาดไปเรื่อย ๆ ภายใต้แรงเฉือน ทำให้มีความแข็งลดลง จาระบีที่ผสมกับสารอุ้มน้ำมันต่างชนิดกันก็จะให้โครงสร้างที่ทนต่อแรงเฉือนแตกต่างกัน มาตรฐาน ASTM D217-10 Standard Test Methods Cone Penetration เป็นวิธีที่ใช้ในการทดสอบความแข็ง (Firmness) ของจาระบีภายหลัง 100,000 Cycles ไปแล้ว ถ้าจาระบีมีความอ่อนเกินไปในการใช้งานก็จะเริ่มรั่วไหลได้
แนะนำให้เลือกใช้ชนิดที่ไม่มีสารรับแรงกดกระแทกหรือ EP (Extreme Pressure) เมื่อไม่มีความจำเป็นต้องใช้ เนื่องจากสาร EP ทำให้จาระบีมีอายุการใช้งานสั้นลง แต่ในทางตรงกันข้ามหากแบริ่งต้องทำงานกับทรัสต์โหลดก็จำเป็นต้องเลือกใช้จาระบีที่มีการเติมสาร EP และสำหรับการใช้งานพิเศษบางประเภทอาจมีการเติมสารหล่อลื่น เช่น กราไฟต์ หรือโมลิบดินั่มไดซัลไฟต์ เพิ่มเข้าไป
• Group I: จาระบีเอนกประสงค์ (General Purpose) เป็นกลุ่มที่ถูกคาดหวังว่าจะทำหน้าที่หล่อลื่นแบริ่งได้อย่างเหมาะสม โดยมีอุณหภูมิขณะแบริ่งทำงานเปลี่ยนแปลงอยู่ระหว่าง –40 ถึง 250 °F (-40 ถึง 121 °C)
• Group II: จาระบีใช้งานอุณหภูมิสูง (High Temperature Grease) เป็นกลุ่มที่ถูกคาดหวังว่าจะทำหน้าที่หล่อลื่นแบริ่งได้อย่างเหมาะสม โดยมีอุณหภูมิ ขณะแบริ่งทำงานเปลี่ยนแปลงอยู่ระหว่าง 0 ถึง 300 °F (-17.8 ถึง 148.9 °C) โดยจาระบีในกลุ่มนี้มักถูกเลือกใช้สำหรับการหล่อลื่นแบริ่งมอเตอร์ไฟฟ้า
• Group III: จาระบีใช้งานอุณหภูมิปานกลาง (Medium Temperature Grease) มีอุณหภูมิขณะแบริ่งทำงานเปลี่ยนแปลงอยู่ระหว่าง 32 ถึง 200 °F (0 ถึง 93.3 °C)
• Group IV: จาระบีใช้งานอุณหภูมิต่ำ (Low Temperature Grease) มีอุณหภูมิขณะแบริ่งทำงานเปลี่ยนแปลงอยู่ระหว่าง - 67 ถึง 225 °F (-55 ถึง 107.2 °C)
• Group V: จาระบีใช้งานอุณหภูมิระดับสูงสุด (Extreme High Temperature Grease) มีอุณหภูมิขณะแบริ่งทำงานสูงสุดอยู่ที่ 450 °F (232.2 °C)
จาระบีสำหรับใช้กับแบริ่งมอเตอร์ไฟฟ้าส่วนใหญ่มักจะใช้สารทำให้เข้มข้น (Thickener) เป็นสบู่ Lithium Complex และสาร Polyuria ซึ่งมักจะเข้ากันไม่ได้กับจาระบีที่ใช้สารทำให้เข้มข้นชนิดอื่นจึงไม่ควรนำมาใช้ผสมกัน เว้นเสียแต่ว่าจะได้รับการทดสอบและรับรองแล้วว่าเข้ากันได้จริง
เมื่อใดก็ตามที่จาระบีซึ่งมีสารทำให้เข้มข้นต่างชนิดกันถูกนำมาผสมเข้าด้วยกันเพื่อการใช้งาน มีโอกาสเป็นไปได้มากที่จาระบีจะเข้ากันไม่ได้ (Incompatibility) และส่งผลเสียใช้งานไม่ได้จนถึงสร้างความเสียหายใหญ่หลวงได้ หากสิ่งนี้จะต้องเกิดขึ้น ขอแนะนำให้เช็ดทำความสะอาดจาระบีเดิมออกไปให้หมดจนแบริ่งสะอาดเสียก่อนจึงค่อยใช้จาระบีชนิดใหม่ ส่วนกรณีที่มีความจำเป็นเนื่องจากในทางปฏิบัติหลีกเลี่ยงไม่ได้ขอแนะนำให้ใช้แผนภูมิความเข้ากันได้ของจาระบี (Grease Compatibility Chart) ดังแสดงในตารางที่ 8 เป็นแนวทาง สิ่งที่ดีที่สุดสำหรับผู้รับผิดชอบงานหล่อลื่นด้วยจาระบีคือการรู้มาก่อนว่าจาระบีชนิดใดใช้ร่วมกันได้และชนิดใดที่ห้าม พิจารณารูปที่ 3
รูปที่ 3 การผสมกันของจาระบีสองชนิดที่เข้ากันไม่ได้ ทำให้ได้จาระบีซึ่งมีลักษณะใกล้จะเป็นของแข็ง และได้สูญเสียคุณสมบัติการเป็นสารหล่อลื่นไปแล้ว (Grease Incompatibility Problem)
ตารางที่ 8 แผนภูมิความเข้ากันได้ของจาระบี
อีกเรื่องหนึ่งซึ่งสำคัญมากเช่นกันคือ ไม่ควรเปลี่ยนไปใช้จาระบีชนิดใหม่แม้นจะได้ตามสเปกเช่นเดียวกับจาระบีที่ใช้อยู่เดิมโดยปราศจากความเข้าใจอย่างถูกต้องแท้จริง มิฉะนั้นจะเป็นการทำลายแบริ่งและเกิดวิบัติขึ้นในภายหลังได้
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
