การหล่อลื่น


การหล่อลื่นคือกระบวนการหรือเทคนิคการใช้สารหล่อลื่นเพื่อลดแรงเสียด ทาน และการสึกหรอในจุดสัมผัสระหว่างสองพื้นผิว การศึกษาเรื่องการหล่อลื่นเป็นสาขาหนึ่งในศาสตร์แห่งแรงเสียดทาน (Tribology )
กลไกการหล่อลื่นเช่นระบบหล่อลื่นด้วยของเหลวถูกออกแบบมาเพื่อให้ภาระที่กระทำนั้นถูกรับไว้บางส่วนหรือทั้งหมดโดย แรงดัน ไฮโดรไดนามิกหรือไฮโดรสแตติกซึ่งช่วยลดปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุแข็ง (และผลที่ตามมาคือแรงเสียดทานและการสึกหรอ) ขึ้นอยู่กับระดับการแยกตัวของพื้นผิวสามารถแบ่ง ประเภท ของระบบการหล่อลื่น ได้แตกต่างกัน
การหล่อลื่นที่เพียงพอช่วยให้ชิ้นส่วนเครื่องจักร ทำงานได้อย่างราบรื่นและต่อเนื่อง ลดอัตราการสึกหรอ และป้องกันความเครียดหรือการติดขัดมากเกินไปที่แบริ่ง นอกจากนี้ยังช่วยลดการกัดกร่อนด้วยการกันน้ำและสารอื่นๆ เมื่อการหล่อลื่นเสื่อมสภาพ ชิ้นส่วนต่างๆ อาจเสียดสีกันจนเกิดความเสียหาย ทำให้เกิดความร้อน การเชื่อมติดกันเฉพาะจุด ความเสียหายร้ายแรง และความล้มเหลว
กลไกการหล่อลื่น
ระบบหล่อลื่นด้วยของเหลว
เมื่อภาระบนพื้นผิวสัมผัสเพิ่มขึ้น จะสามารถสังเกตสถานการณ์ที่แตกต่างกันได้เมื่อพิจารณาถึงโหมดการหล่อลื่น ซึ่งเรียกว่าระบอบการหล่อลื่น: [ 1 ]
- การหล่อลื่นฟิล์มของเหลวเป็นรูปแบบการหล่อลื่นที่ภาระได้รับการรองรับอย่างเต็มที่โดยสารหล่อลื่นภายในช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนที่กำลังเคลื่อนที่โดยอาศัยแรงหนืด[ 2 ]
- ในระบบหล่อลื่นแบบไฮโดรสแตติก จะมีการใช้แรงดันภายนอกกับสารหล่อลื่นในแบริ่งเพื่อรักษาสภาพฟิล์มของสารหล่อลื่นที่เป็นของเหลว ซึ่งหากไม่มีระบบนี้ สารหล่อลื่นจะถูกบีบออกไป
- ในการหล่อลื่นแบบไฮโดรไดนามิก การเคลื่อนที่ของพื้นผิวสัมผัส ร่วมกับการออกแบบแบริ่ง จะปั๊มสารหล่อลื่นไปรอบๆ แบริ่งเพื่อรักษาฟิล์มหล่อลื่น การออกแบบแบริ่งนี้อาจสึกหรอเมื่อเริ่ม หยุด หรือกลับทิศทาง เนื่องจากฟิล์มหล่อลื่นแตกตัว พื้นฐานของทฤษฎีไฮโดรไดนามิกของการหล่อลื่นคือสมการเรย์โนลด์ สมการควบคุมของทฤษฎีไฮโดรไดนามิกของการหล่อลื่นและวิธีแก้ปัญหาเชิงวิเคราะห์บางส่วนสามารถพบได้ในเอกสารอ้างอิง[ 3 ]
- การหล่อลื่นแบบอิลาสโตไฮโดรไดนามิก: ส่วนใหญ่สำหรับพื้นผิวที่ไม่สอดคล้องกันหรือสภาวะโหลดที่สูงขึ้น วัตถุจะเกิดความเครียดแบบยืดหยุ่นที่จุดสัมผัส ความเครียดดังกล่าวสร้างพื้นที่รับน้ำหนัก ซึ่งให้ช่องว่างเกือบขนานกันเพื่อให้ของเหลวไหลผ่าน เช่นเดียวกับการหล่อลื่นแบบไฮโดรไดนามิก การเคลื่อนที่ของวัตถุที่สัมผัสกันจะสร้างแรงดันที่เกิดจากการไหล ซึ่งทำหน้าที่เป็นแรงรับน้ำหนักเหนือพื้นที่สัมผัส ในสภาวะแรงดันสูงเช่นนี้ ความหนืดของของเหลวอาจเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในการหล่อลื่นแบบอิลาสโตไฮโดรไดนามิกแบบฟิล์มเต็ม ฟิล์มหล่อลื่นที่เกิดขึ้นจะแยกพื้นผิวออกจากกันอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากการเชื่อมโยงที่แข็งแกร่งระหว่างการกระทำไฮโดรไดนามิกของสารหล่อลื่นและการเสียรูปยืดหยุ่นในของแข็งที่สัมผัสกัน สภาวะการหล่อลื่นนี้จึงเป็นตัวอย่างของปฏิสัมพันธ์ระหว่างของเหลวและโครงสร้าง [ 4 ] ทฤษฎีอิลาสโตไฮโดรไดนามิกแบบคลาสสิกพิจารณาสมการเรย์โนลด์และสมการการโก่งตัวแบบยืดหยุ่นเพื่อแก้ปัญหาแรงดันและการเสียรูปในสภาวะการหล่อลื่นนี้[ 5 ] [ 6 ]การสัมผัสระหว่างลักษณะแข็งที่ยกขึ้นหรือส่วนที่นูนขึ้นก็สามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน ซึ่งนำไปสู่ระบอบการหล่อลื่นแบบผสมหรือการหล่อลื่นแบบขอบเขต
- การหล่อลื่นแบบขอบเขตถูกกำหนดให้เป็นสภาวะที่ภาระถูกรับโดยความขรุขระของพื้นผิว (จุดสูง) แทนที่จะเป็นสารหล่อลื่น[ 7 ]นี่คือผลที่ทำให้โพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมาก "หล่อลื่นตัวเองได้"
- การหล่อลื่นฟิล์มขอบเขต: [ 8 ]ผลกระทบทางอุทกพลศาสตร์นั้นน้อยมาก วัตถุจะสัมผัสกันอย่างใกล้ชิดมากขึ้นที่จุดนูน (จุดสูง) ความร้อนที่เกิดขึ้นจากแรงดันเฉพาะที่ทำให้เกิดสภาวะที่เรียกว่าการลื่นไถลแบบติดๆ ขัดๆ และจุดนูนบางส่วนจะแตกออก ในสภาวะอุณหภูมิและความดันสูง ส่วนประกอบทางเคมีที่ทำปฏิกิริยาของสารหล่อลื่นจะทำปฏิกิริยากับพื้นผิวสัมผัส ก่อตัวเป็นชั้นหรือฟิล์มที่ทนทานสูงบนพื้นผิวของแข็งที่เคลื่อนที่ (ฟิล์มขอบเขต) ซึ่งสามารถรองรับน้ำหนักบรรทุกและหลีกเลี่ยงการสึกหรอหรือการแตกหักที่สำคัญได้
- การหล่อลื่นแบบผสม: สภาวะนี้อยู่ระหว่างสภาวะอิลาสโตไฮโดรไดนามิกแบบฟิล์มเต็มและสภาวะการหล่อลื่นแบบขอบเขต ฟิล์มหล่อลื่นที่เกิดขึ้นไม่เพียงพอที่จะแยกวัตถุออกจากกันอย่างสมบูรณ์ แต่ผลกระทบทางไฮโดรไดนามิกนั้นมีมาก[ 9 ]
นอกจากจะช่วยรับน้ำหนักแล้ว สารหล่อลื่นอาจต้องทำหน้าที่อื่นๆ ด้วย เช่น อาจช่วยระบายความร้อนบริเวณที่สัมผัส และกำจัดเศษสึกหรอ ในขณะที่ทำหน้าที่เหล่านี้ สารหล่อลื่นจะถูกแทนที่ในบริเวณที่สัมผัสอย่างต่อเนื่อง ไม่ว่าจะโดยการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ (พลศาสตร์ของไหล) หรือโดยแรงภายนอกที่เกิดขึ้น
การหล่อลื่น เป็น สิ่งจำเป็นสำหรับการทำงาน ที่ ถูกต้อง ของระบบกลไกต่างๆ เช่นลูกสูบปั๊มลูกเบี้ยวตลับลูกปืนกังหันเฟืองโซ่ลูกกลิ้งและเครื่องมือตัดหากไม่มีการหล่อลื่น แรงดันระหว่างพื้นผิวที่อยู่ใกล้กันจะสร้างความร้อนมากพอที่จะทำให้พื้นผิวเสียหายอย่างรวดเร็ว ซึ่งหากปล่อยไว้นานเกินไป อาจทำให้พื้นผิวเชื่อมติดกันจนเกิดการติดขัดได้
ในบางการใช้งาน เช่น เครื่องยนต์ลูกสูบ ฟิล์มที่อยู่ระหว่างลูกสูบและผนังกระบอกสูบยังทำหน้าที่ปิดผนึกห้องเผาไหม้ ป้องกันไม่ให้ก๊าซจากการเผาไหม้รั่วไหลเข้าไปในห้องข้อเหวี่ยง
หากเครื่องยนต์ต้องการการหล่อลื่นด้วยแรงดัน เช่น สำหรับแบริ่งธรรมดาก็จะต้องมีปั๊มน้ำมันและ ตัวกรองน้ำมัน แต่ในเครื่องยนต์รุ่นแรกๆ (เช่นเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับเรือเดินทะเลของ Sabb ) ที่ไม่จำเป็น ต้องใช้ การหล่อลื่นด้วยแรงดัน การหล่อลื่นแบบสาดน้ำมันก็เพียงพอแล้ว
ดูเพิ่มเติม
- อุปกรณ์หล่อลื่นอัตโนมัติ– อุปกรณ์ที่ติดตั้งกับเครื่องยนต์ไอน้ำเพื่อจ่ายน้ำมันหล่อลื่น
- ระบบหล่อลื่นอัตโนมัติ - ระบบที่ส่งสารหล่อลื่นในปริมาณที่ควบคุมได้ไปยังหลายจุดบนเครื่องจักรขณะที่เครื่องจักรกำลังทำงาน
ลิงก์ภายนอก
- นิตยสารหล่อลื่นเครื่องจักร
- น้ำมันหล่อลื่น Klüber
- สภาการหล่อลื่นเครื่องจักรระหว่างประเทศ