No.278

วีระศักดิ์ พิรักษา

 

 

 

 

          มอเตอร์ไฟฟ้า มีอุปกรณ์ในการขับเคลื่อนที่สำคัญคือ แบริ่ง ซึ่งมีเพลาหมุนอยู่กับตัว จำเป็นจะต้องได้รับการหล่อลื่นเช่นเดียวกับชิ้นส่วนเคลื่อนที่อื่น ๆ จาระบี (Grease) จึงเป็นสารหล่อลื่นที่ถูกเลือกมาใช้ทำหน้าที่นี้ โดยจะทำหน้าที่ในการลดความเสียดทานการสึกหรอ ป้องกันแบริ่งจากการถูกกัดกร่อนและฝุ่นผงขนาดเล็ก ตลอดจนความชื้นเข้าสู่ภายในตัวแบริ่ง ทำให้แบริ่งมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น การที่เลือกใช้จาระบี เพราะว่าง่ายต่อการใช้งานและมีคุณสมบัติเฉพาะตัว

 

 

จาระบีคืออะไร ?

 

 

          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

 

 

 

 

General Chemical Composition

 

 

 

รูปที่ 1 องค์ประกอบทั่วไปทางเคมีของจาระบี

 

          ความแตกต่างเรื่องคุณสมบัติของจาระบีแต่ละชนิดจะขึ้นอยู่กับชนิดของสบู่ที่นำมาผสมกับน้ำมันพื้นฐาน โดยชนิดของสบู่มีผลโดยตรงกับคุณสมบัติและสีของจาระบี ดังแสดงไว้ในตารางที่ 1-3

 

ตารางที่ 1 ชนิดของสารเข้มข้น (Thickener) และคุณสมบัติที่ได้

 

 

ตารางที่ 2 คุณสมบัติที่ได้จากสารทำให้เข้มข้นที่ต่างชนิดกัน

 

 

ตารางที่ 3 สีของจาระบีที่ได้จากสารทำให้เข้มข้นที่ต่างชนิดกัน

 

 

 

คุณสมบัติสำคัญที่ใช้ในการพิจารณาเลือกจาระบี

 

 

          ในการเลือกใช้จาระบีให้ถูกต้องกับแบริ่งนั้นเป็นเรื่องยากไม่น้อยเพราะแต่ละชนิดก็มีเงื่อนไขในการนำไปใช้งานที่แตกต่างกัน เช่น ใช้งานที่อุณหภูมิสูง-ต่ำ แรงเฉือนเชิงกล มีการสัมผัสกับสารกัดกร่อน ความชื้นและสิ่งปนเปื้อน ฯลฯ หลังจากนั้นยังต้องพิจารณาเรื่องคุณสมบัติทางกายภาพ เคมีและสมรรถนะการใช้งาน ซึ่งโดยทั่ว ๆ ไปแล้วก็มักจะเลือกกันตามคำแนะนำจากผู้ผลิตมอเตอร์ไฟฟ้าหรือไม่ก็เป็นผู้ผลิต/ผู้ขายแบริ่ง สำหรับบางกระบวนการผลิตที่มีความพิเศษ เช่น กระบวนการผลิตอาหาร จำเป็นต้องใส่ใจพิถีพิถันเป็นพิเศษโดยเลือกใช้จาระบีเกรดไม่เป็นพิษ (Non-toxic) เท่านั้นจึงจะยอมรับให้ใช้ได้

 

คุณสมบัติสำคัญที่ใช้สำรับการพิจารณาเลือกใช้งานจาระบีมี 6 คุณสมบัติด้วยกันคือ

          1. ค่าความหนืด (Viscosity)

          2. ค่าความเหนียวข้น (Consistency)

          3. จุดหยด (Dropping Point)

          4. ความต้านทานต่อการเกิดอ๊อกซิเดชั่น (Oxidation Resistant)

          5. ความคงทนต่อแรงเฉือน (Shear Stability)

          6. สารเติมแต่งคุณภาพ (Additives)

 

 

1. ค่าความหนืด

          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

 

 

2. ค่าความเหนียวข้น

          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       

 

 

3. จุดหยด

          เนื่องจากจาระบีเกิดจากส่วนผสมของน้ำมันแร่พื้นฐานกับสารทำให้เข้มข้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นน้ำมันก็จะเยิ้มและแยกตัวออกมาต่างหาก ดังนั้นจุดหยดจึงเป็นตัวชี้แสดงถึงอุณหภูมิสูงสุดที่จาระบีทนได้หรือหมดความคงตัวและน้ำมันพื้นฐานจะแยกตัวออกจากสารทำให้เข้มข้นนั่นเอง

          ส่วนใหญ่แล้วจาระบีที่มีค่าจุดหยดสูงมักจะเป็นที่ต้องการใช้งานสำหรับแบริ่งมอเตอร์ไฟฟ้า เช่น จาระบีลิเธียมคอมเพล็กซ์ (Lithium Complex Greases) และจาระบีโพลียูเรีย (Polyuria-thickened Grease) ซึ่งมีจุดหยดตัวอยู่ที่ประมาณ 500 °F (260 °C) หรือสูงกว่านั้น เพราะถ้าจุดหยดต่ำกว่าอุณหภูมิการทำงานของแบริ่ง จาระบีอาจจะไหลเยิ้มออกมาจากแบริ่งได้ทำให้ต้องอัดจาระบีเข้าไปใหม่ถี่ขึ้น คำแนะนำคือให้เลือกใช้งานจาระบีที่มีจุดหยดสูงที่สุด

 

4. ความต้านทานต่อการเกิดอ๊อกซิเดชั่น

          จาระบีสำหรับใช้หล่อลื่นแบริ่งมอเตอร์ไฟฟ้าจะต้องมีคุณสมบัติดีเลิศในเรื่องความต้านทานต่อการเกิดอ๊อกซิเดชั่นตลอดช่วงอุณหภูมิการใช้งาน สิ่งนี้จะช่วยยืดอายุการใช้งานของแบริ่งขณะหมุนด้วยความเร็วรอบสูงและอุณหภูมิสูง ดังนั้นจึงควรเลือกใช้จาระบีที่ผ่านการทดสอบตามวิธีการทดสอบอายุการใช้งานจาระบีสำหรับบอลแบริ่งซึ่งกล่าวถึงไว้ในมาตรฐาน ASTM D3336 Standard Test Method for Life of Lubricating Greases In Ball Bearing at Elevated Temperatures ซึ่งเป็นจาระบีที่ควรเลือกมาใช้งาน

 

5. ความคงทนต่อแรงเฉือน

          เมื่อจาระบีถูกใช้งาน โครงสร้างของสารอุ้มน้ำมันจะเกิดการฉีกขาดไปเรื่อย ๆ ภายใต้แรงเฉือน ทำให้มีความแข็งลดลง จาระบีที่ผสมกับสารอุ้มน้ำมันต่างชนิดกันก็จะให้โครงสร้างที่ทนต่อแรงเฉือนแตกต่างกัน มาตรฐาน ASTM D217-10 Standard Test Methods Cone Penetration เป็นวิธีที่ใช้ในการทดสอบความแข็ง (Firmness) ของจาระบีภายหลัง 100,000 Cycles ไปแล้ว ถ้าจาระบีมีความอ่อนเกินไปในการใช้งานก็จะเริ่มรั่วไหลได้

 

6. สารเติมแต่งคุณภาพ

          แนะนำให้เลือกใช้ชนิดที่ไม่มีสารรับแรงกดกระแทกหรือ EP (Extreme Pressure) เมื่อไม่มีความจำเป็นต้องใช้ เนื่องจากสาร EP ทำให้จาระบีมีอายุการใช้งานสั้นลง แต่ในทางตรงกันข้ามหากแบริ่งต้องทำงานกับทรัสต์โหลดก็จำเป็นต้องเลือกใช้จาระบีที่มีการเติมสาร EP และสำหรับการใช้งานพิเศษบางประเภทอาจมีการเติมสารหล่อลื่น เช่น กราไฟต์ หรือโมลิบดินั่มไดซัลไฟต์ เพิ่มเข้าไป

 

 

การจำแนกกลุ่มของจาระบี

 

 

          • 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)

 

 

ความเข้ากันได้ของจาระบี

 

 

          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