ความรพนฐานการหลอลนBasic Lubrication

Thai Intertrade Lubricant

The Best Quality & Service

Tribology

ไทรโบโลยในงานบ ารงรกษา

ไทรโบโลย (Tribology)

ไทรโบโลยเปนสาขาวชาทศกษาเกยวกบพฤตกรรมทเกดขนของการสมผสกนระหวาง 2 พนผวสมผส ทมปฏกรยาตอกน และมการเคลอนทสมพทธตอกน โดยหลกการเมอผวสมผสม การเคลอนททหลากหลาย เชน การลนไถล การกลงตว การเคลอนทแบบไป ๆ กลบ ๆ เปนตน ท าใหเกดปฏกรยาในรปแบบพลงงานทางกลและทางเคม เมอเกดความเรวสมพทธจะท าใหม การเสยดทานขน เมอเกดการเสยดทานจะกอใหเกดการสญเสยพลงงานในรปแบบตาง ๆ ดงนน จงตองมการปองกนโดยการใชการหลอลนหรอเลอกใชวสดทเหมาะสมในการใชงานเพอปองกน หรอลดการเสยดทานและการสกหรอทเกดขนกบชนงาน ซงปญหาตาง ๆ ของการสกหรอม ผลท าใหเกดการสญเสยเงนตราจ านวนมากในงานอตสาหกรรม

Tribology

ไทรโบโลยในงานบ ารงรกษา ดงนนความรทางดานไทรโบโลย จงมความส าคญตองานอตสาหกรรมตาง ๆ เพอ

มาปรบปรงและพฒนา ชนสวน เครองมอ และ อปกรณในงานอตสาหกรรมใหมประสทธภาพสงสด มอายการใชงานทนานขน มการซอมบ ารงนอยลง และลดตนทนคาใชจายตางๆ

• ดงนนวชาไทรโบโลยจะม 3 องคประกอบ ทส าคญและมความสมพนธตอกนและกน คอ

1. การเสยดทาน (Friction)

2. การสกหรอ (Wear)

3. และการหลอลน (Lubrication)

Material

Tool

Process

Lubricant

1. แรงเสยดทาน (Friction)• แรงเสยดทานเปนแรงตานทานการเคลอนทสมพทธระหวางผว 2 ผว ลกษณะของการเคลอนท

อาจจะเปนการเลอนไถล (Sliding) หรอการกลง (Rolling) ของผวหนงไปบนอกผวหนงซงอาจจะสมผสกนโดยตรง หรอมของเหลว หรอมฟลมคนอยระหวางผวทมการเคลอนทสมพทธ ความเสยดทานแบบไถล (Sliding Friction) ความเสยดทานแบบกลง (Rolling Friction)

1.1 การเสยดทานแบบลนไถล (Sliding Friction) คอ การเสยดทานทเกดขนจากการ เคลอนทแบบลนไถล ระหวางผวสมผสทไมมการกลง

1.2 การเสยดทานแบบกลง (Rolling Friction) เกดขนจากการเคลอนทแบบกลง ระหวางชนงานคสมผส การเสยดทานแบบนคอ การเสยดทานทเกดในรองลนแบบเมดลกกลง

ปญหาส าคญของความเสยดทาน คอ การทมความเสยดทานระหวางผววสดจะท าใหเกดการสญเสยพลงงานของระบบเพอเอาชนะแรงเสยดทาน หรอตองใสพลงงานใหแกระบบมากขนเพอใหระบบท างานได

1.1 ความเสยดทานแบบไถล (Sliding Friction)

ขยาย 150 เทา กลองอเลคตรอนไมโครกราฟ

ขยาย 350 เทา กลองอเลคตรอนไมโครกราฟ

เฟองเกยร นาฬกาขอมอ

เปนททราบกนดวาพนผวทางวศวกรรมไมมพนผวใดทเรยบจรง ถงแมจะมองเหนวาเรยบดวยตาเปลาแตเมอมองผานกลองทมก าลงขยายสง จะพบวามลกษณะทเปนคลนขรขระอย

กลไกพนฐานของการเกดความเสยดทานแบบไถล

พนทสมผสจรงของผวสมผสทงหมด

จดสมผสขนาดเลกมาก ไมสามารถมองเหนไดดวยตาเปลา

บรเวณทสมผสกนของผววสดจะเกดความเคนสงทจดสมผสระหวาง 2 ผว เนองจากเปนบรเวณเลก ๆ จงเกดเปนการเชอมตดกนและจะถกเฉอนใหแยกออกจากกนเมอเกดการเคลอนทสมพทธ

1.2. ความเสยดทานแบบกลง (Rolling Friction)

เปนการเคลอนทสมพทธระหวางสองพนผว การเคลอนทแบบกลง (Roll) เกดไดงายกวา คอ ตองการพลงงานในการเคลอนทต ากวาการเลอนไถล (Slide) แตมกจะเกดขนเฉพาะในกรณทวตถหนงมลกษณะกลม หรอเกอบกลมเทานน กลไกของการเคลอนทแบบกลงจะตองเอาชนะแรงยดเหนยว (adhesion) และแรงในการเปลยนรป (deformation) เหมอนกบการเคลอนทแบบไถล แตมความแตกตางททศทางในการเขาหา (approach) และการเคลอนจาก (Separation) ของบรเวณสมผสซงจะเกดในทศทางตงฉากกบผว ไมไดเกดในทศทางขนานเหมอนการไถล

การเคลอนทในทศทางตงฉากกบผว

2. กลไกการสกหรอ (Different types of wear)

กลไกการสกหรอแบบยดตด

Adhesive wear

กลไกการสกหรอแบบขดขด Abrasive wear

กลไกการสกหรอแบบลาตว Surface Fatigue

การสกหรอแบบพนปะทะ Erosion Wear

การกดกรอน Corrosive

Wear

การสกหรอโดยการเกดโพรงอากาศในระบบไฮดรอลค Cavitations Wear

การสกหรอแบบยดตด (Adhesive Wear)

การสกหรอแบบขดขด (Abrasive Wear)

การลาตวทผววสด (Surface Fatigue)

การสกหรอแบบพนปะทะ (Erosive Wear)

การกดกรอน (Corrosive Wear)

การสกหรอแบบโพรงอากาศในระบบไฮดรอลก (cavitation Wear)

3. การหลอลน (Lubrication)

Preventive Maintenance

Fixed Time Maintenance

Cleaning

Changing of filter

Lubrication

Inspection

Condition Based Condition

One of important activities of PM

การวเคราะหสารหลอลน, วเคราะหสญญาณความสนสะเทอน, อนฟราเรดเทอรโมกราฟฟ

ฯลฯ

การหลอลน

วตถประสงคการหลอลนObjective of Lubrication

การลดแรงเสยดทานReduce Friction

ลดการสกหรอ

Minimize of Wear

ระบายความรอนProvide Cooling

ปองกนการกดกรอนและสนม

Prevent Corrosion

ปองกนสงสกปรก

Coating to seal out

contaminators

กระจายสงสกปรกFlush

away contamination

ขอบเขตของสภาวะการหลอลนก. สภาวะไรการหลอลน หรอการหลอลนแบบแหง (Dry Lubrication)

- เปนลกษณะของชนฟลมแบบแหง (Dry film)

ข. สภาวะการหลอลนแบบบาวนดาร (Boundary Lubrication)

- เปนชนฟลมน ามนแบบเปยกบางๆ (Thin wet film)

ค. สภาวะการหลอลนแบบกงสมบรณ (Mixed Lubrication)

ง. สภาวะการหลอลนแบบสมบรณ (Full film)

- ชนฟลมแบบสมบรณ แบงออกเปน 2 ประเภท

ก. ฟลมทเกดจากก าลงของของเหลว (Hydrodynamic Film)

ข. ฟลมน ามนแบบ อเอชด (Elasto Hydrodynamic : EHD)

STRIBECK-HERSEY CURVE

© Copyright RP Ltd

0.1

0.01

0.001

Viscosity (Z) x Speed (N)

Load (P)

Effective Range

for AdditivesOil Films Thicker than

Metal Asperities

Lubrication

Regime

Co

eff

icie

nt

of

Fri

cti

on

Bo

un

dary

Mix

ed

Hyd

rod

yn

am

ic

= (f) ZN/P

สมปร

ะสทธ

การเส

ยดทาน

ขอบเขต

การห

ลอลน

แบบบ

าวดาร

ขอบเขต

การห

ลอลน

แบบก

งสมบ

รณ

ขอบเขต

การห

ลอลน

แบบส

มบรณ

ความเรวรอบความหนด

ภาระ

ชนฟลมน ามน ทหนากวาพนผวไมเรยบระดบจลภาค

ชวงประสทธภาพของสารเพมคณภาพ

ขอบเขตของสภาวะการหลอลน

1. สภาวะไรการหลอลน หรอการหลอลนแบบแหง (Dry Friction)

- ผวสมผสของควสดสมผสกนโดยตรง ท าใหเกดการเสยหาย หรอสกหรออยางรนแรงบนผวหนาของคผววสด เนอวสดสญเสยเปนปรมาณสงมาก

จดสมผสขนาดเลกมาก ไมสามารถมองเหนไดดวยตาเปลา

ขอบเขตของสภาวะการหลอลน

2. สภาวะการหลอลนแบบบาวนดาร (Boundary Lubrication) - เปนสภาวะทเกดฟลมหลอลนขนาดบางมากทชนผวหนาของวสด มการ

ขดสตอผวหนาของวสดอยางรนแรง ท าใหเกดการสกหรอในชนผวหนา ยงผลใหเกดเปนรองหลมบนผว เมอชนฟลมของสารหลอลนเกดขนในระหวางชน จะไปปดหรออดรองหลมเหลานน ท าใหสามารถรบภาระ (Load) ไดสงมากยงขน แตถามแรงกระท าทมากเกนไป ประกอบกบคาความหนดลดลง (ใสขน) ปรมาณชนดสารหลอลนไมถกตอง อนเปนผลใหชนงานถกบบเขาหากนอยางรวดเรว ท าใหตองใชพลงงานในการขบเคลอนมากขน เปนตน

ตวอยาง : ภาพแสดงการขบกนของเฟองขบหมอเผา

ขอบเขตของสภาวะการหลอลน

3. สภาวะการหลอลนแบบกงสมบรณ ( Mixed Lubrication) - จะเกดเมอสารหลอลนมชวงเวลาทเหมาะสมในการสรางชนผวทมความแขงแรงตอการเฉอนตว

ต ามาก ซงจะเปนผลดตอคาสมประสทธการเสยดทาน และการสกหรอ การหลอลนแบบผสมหรอการหลอลนแบบกงสมบรณบงบอกถงรปแบบผสมของหลอลนท

เกดขน ซงจะมอยางนอย 2 ลกษณะของการสมผสกนของควสดเกดขนพรอมกน เปนลกษณะของสภาวะทเกดขนในการสลบเปลยนสถานะระหวางสมประสทธการเสยดทาน

ของการเสยดสของของแขงคสมผสกบสมประสทธการเสยดทานในชนของสารหลอลน

3. สภาวะการหลอลนแบบกงสมบรณ ( Mixed Lubrication) (ตอ)

ก. แบบโพลา (Polar type)

ข. แบบอพ (EP type)

- สารอพ มประโยชนเฉพาะในทจ าเปนเทานน ในททไมจ าเปน สารเหลานนอกจากจะท าใหน ามนหลอลนมราคาแพงขนโดยใชเหต ยงอาจเปนโทษ ทงนเพราะสารอพ เปนสารประกอบของธาตทไวตอปฏกรยาทางเคมมาก ดงนนจงสามารถเกดปฏกรยาทเปน อนตรายตอโลหะบางอยางไดในกรณทธาตนนๆ แตกตวออกมา-สารอพ ทใสลงไปในน ามนหลอลนจะท างานไดดเฉพาะทอณหภมสงๆ เทานน ดงนนในกรณทแรงกดและการเสยดสไมมาก หรอ รนแรงพอทจะท าใหเกดอณหภมเฉพาะจดทสงพอทจะเกดปฏกรยาดงกลาวขางตนได สารเหลานกจะไมท าหนาทของมน

ขอบเขตของสภาวะการหลอลน4. สภาวะการหลอลนแบบสมบรณ (Full Film)

4.1 ฟลมทเกดจากก าลงของของเหลว (Hydrodynamic Film) - เปนขอบเขตทมการใชสารหลอลน ท าใหเกดฟลมน ามนหนาพอ หรอเหมอนลมน ามนทแยก ผวคของวสดทมการเคลอนทออกจากกนโดยสนเชง เปนการหลอลนแบบเตมฟลม สมประสทธ ของการเสยดทานจะขนอยกบสมประสทธการเสยดทานของชนสารหลอลน กบคาความหนด ของสารหลอลนนนเพยงอยางเดยว

LUBRICATION IN BEARINGS

FULL OIL PRESSURE

OIL SUPPLY

RUNNING

HYDRODYNAMIC

LUBRICATION

NO OIL PRESSURE LOW OIL PRESSURE

LOAD OIL PRESSURE

MIXED

LUBRICATION

BOUNDARY

LUBRICATION

START UP

4.2 ฟลมน ามนแบบ อเอชด (Elasto Hydrodynamic : EHD) ดงนนผลของการเกด (EHD) จะท าใหเกด

4.2.1 ผวคสมผสจะมการเสยรปอยางไมถาวร (คนตวได) 4.2.2 ความหนดในจดสมผสของสารหลอลนมคาสงขนอยางยงยวด เนองจากแรงดน ยงยวด ทเกดขนในชนสารหลอลน

ขอบเขตของสภาวะการหลอลน

Elastohydrodynamic (EHD)

ลกษณะของคสมผส EHD อาจจะมแรงกดสงถง 10,000 บาร ซงท าใหความหนดมคาความสงขนมากอยางรวดเรว ซงแนวทางดงกลาวไมสามารถอธบายโดยทฤษฏของ HD โดยทวไปความหนาของฟลมน ามนใน EHD จะมคาประมาณหลายพนเทาของความยาวของฟลมน ามน ตย.หากใชน ามนความหนด SAE 30 ทสภาวะ EHD จะมความหนดสงถง 30 Mpas (ตย.การเกดEHDในชนสวนอปกรณทางกล ดงรป)

a : คาแรงดนเฮรตซ (Hertzian pressure), b : ลกษณะการกระจายของแรงดนในชวง EHD, c : จดเปตรเซวตซ Petrusevith point,

d : ความหนาของฟลมน ามนหลอลน(Lubricant film), d : ชองทาง(Inlet zone), f : ชองทางออก (Outlet zone), g : บรเวณการคนตวของวสด (Elastic point), hmm : ความหนาฟลมน ามนต าสด (Minimum reduced film thickness), FN : ภาระ/แรงกระท า

ความสมพนธระหวางสภาวะสารหลอลน คาสมประสทธการเสยดทานและการสกหรอ

สภาวะการหลอลน คาสมประสทธการเสยดทาน

การสกหรอ

การลนไถลแบบไรสารหลอลน > 0.3 สงมาก

การหลอลนแบบบาวนดาร < 0.005 เลกนอย

การหลอลนกงสมบรณ < 0.005 – 0.3 เลกนอย

การหลอลนแบบสมบรณ < 0.005 – 0.1 แทบไมเกดขน