ความหมายของการทดสอบโหลดแบบขูดขีดด้วยชุดทดสอบ FZG

FZG (Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau) คือ ตัวย่อในภาษาเยอรมันของชื่อ ศูนย์วิจัยเกียร์ (1) ของมหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก ประเทศเยอรมนี ซึ่งเป็นผู้พัฒนาชุดแท่นทดสอบนี้ขึ้นมา ซึ่งมีกระบวนการทดสอบโหลดแบบขูดขีด (Scuffing load test) ในหลายรูปแบบ ชุดทดสอบ FZG (FZG Test rig) ใช้เพื่อกำหนดขีดความสามารถของน้ำมันเกียร์ในการช่วยป้องกันการขูดขีดบนหน้าสัมผัสของฟันเฟือง ณ จุดหล่อลื่น การขูดขีดจะเกิดขึ้นที่หน้าสัมผัสของคู่ฟันเฟืองที่เคลื่อนที่มาอยู่ในตำแหน่งที่ขบกัน และพลังงานที่เกิดขึ้นจากการขูดขีดส่งผลให้อุณหภูมิที่ผิวหน้าฟันเฟืองเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันเรียกว่า อุณหภูมิแฟลช (Flash temperature) ซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ ได้แก่ โหลด (Load) ความเร็วที่ขอบฟันเฟือง (Peripheral speed) และอุณหภูมิน้ำมันทดสอบ (Oil sump temperature) โดยที่จุดดังกล่าวในระดับอนุภาคส่วนที่เป็นยอดสูงของความหยาบผิวของหน้าสัมผัสคู่ฟันเฟืองภายใต้แรงกระทำต่อพื้นที่ขนาดเล็ก เกิดการเชื่อมติดกันชั่วขณะและถูกฉีกออกอย่างรวดเร็วจากการหมุนต่อเนื่องของฟันเฟือง ทำให้เกิดการสูญเสียเนื้อวัสดุที่พื้นผิวหน้าสัมผัสของฟันเฟือง ความสามารถในการรับโหลดแบบขูดขีดของน้ำมันเกียร์ ขึ้นอยู่กับชนิดของน้ำมันพื้นฐานและสารเติมแต่งที่ใช้เป็นหลัก และความหนาของชั้นฟิล์มน้ำมัน ณ จุดหล่อลื่น

ศูนย์วิจัยเกียร์ (1) Gear Research Centre Remark: https://www.mw.tum.de/fzg/fzg/geschichte/

สำหรับการจำแนกความสามารถในการรับโหลดแบบขูดขีดประเภทอื่นๆ ที่เป็นไปตามข้อกำหนดของ API GL4 และ GL5 ในการทดสอบชุดทดสอบ FZG ก็ใช้หลักเปรียบเทียบโดยคำนึงถึงอุณหภูมิแฟลชที่เกิดขึ้นเช่นเดียวกัน

หมายเหตุ: ตารางรายการใช้สำหรับเปรียบเทียบการทดสอบภาระโหลดแบบขูดขีดโดยอุณหภูมิแฟลชที่ต่างกันเท่านั้น มิได้เป็นตัวชี้วัดว่าสารหล่อลื่นนั้นๆเหมาะสำหรับการใช้งานโดยเฉพาะเจาะจงใดๆหรือไม่

คำอธิบายเพิ่มเติมสำหรับของการทดสอบโหลดแบบขูดขีดและการทดสอบเฉพาะทางใดๆ

การระบุคือค่าอุณหภูมิแฟลช (อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่ผิวหน้าสัมผัสของฟันเฟืองนอกเหนือจากอุณหภูมิภายในตัวของฟันเฟืองเอง¹) หาได้จากจากค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิปริพันธ์ (Integral temperature) ซึ่งอยู่ในกระบวนการตามมาตรฐาน DIN 3990

อ้างอิง

1 B.-R. Höhn, P. Oster, K. Michaelis: New test methods for the evaluation of wear,

scuffing and pitting capacity of gear lubricants. AGMA Technical Paper 98FTM8 (1998)

การทดสอบโหลดแบบขูดขีดแบบมาตรฐาน  ตามมารตฐาน DIN 51354  FZG (A/8.3/90)

ทดสอบด้วยคู่ฟันเฟืองทดสอบแบบ A ความเร็วที่ขอบฟันเฟือง 8.3 m/s อุณหภูมิน้ำมันทดสอบ 90°C ระยะห่างแกนเพลา 91.5 mm. ในช่วงเริ่มต้นฟันเฟืองทดสอบจะถูกป้อนโหลดหรือแรงบิดในระดับต่ำ จากนั้นค่อยๆเพิ่มโหลดขึ้นทีละระดับ ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิแฟลชเกิดขึ้นที่หน้าฟันเฟือง โดยในการทดสอบนี้จะใช้การเดินโหลดในระดับต่ำในช่วงแรกเป็นการช่วยปรับความหยาบผิวที่หน้าฟันเฟือง หรือเรียกว่าการรันอิน (running-in)

การทดสอบโหลดแบบขูดขีดแบบเพิ่มขีดจำกัด    FZG (A/16.6/90)

ขั้นตอนเหมือนการทดสอบแบบมาตรฐาน แต่ความเร็วที่ขอบฟันเฟือง เป็น 16.6 m/s ในตลอดการทดสอบอุณหภูมิแฟลชจะสูงกว่าเมื่อเทียบกับการทดสอบแบบมาตรฐาน มีการเดินโหลดในระดับต่ำในช่วงแรกเป็นการรันอินเช่นเดียวกัน

การทดสอบโหลดแบบขูดขีดแบบหนักหน่วง        FZG (A10/16.6R/90)

มอเตอร์ขับหมุนกลับทิศทางทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่บนผิวหน้าสัมผัสของฟันเฟืองทดสอบตรงกันข้าม (เฟืองทดสอบเป็นเฟืองตาม) คู่ฟันเฟืองที่ใช้ทดสอบเป็นแบบ A10 (เฟืองหน้าแคบ) ส่งผลให้เกิดความเค้นที่หน้าสัมผัสมากขึ้นเนื่องจากพื้นที่รับโหลดลดลง เพื่อเพิ่มความลำบากแก่สารหล่อลื่นในการลดแรงเสียดทาน ณ จุดหล่อลื่น

การทดสอบโหลดแบบกระแทก       FZG (S-A10/16.6R/90)

ในการทดสอบโหลดจะถูกป้อนให้กับหน้าฟันเฟืองทดสอบตั้งแต่เริ่มแรกในระดับที่หนักหน่วง (โดยจะไม่มีการปรับเพิ่มโหลดอีก) ทันทีที่เดินเครื่องทดสอบ ดังนั้นผลที่ได้จากการทดสอบจะมีเพียงผ่านหรือไม่ผ่านเท่านั้น และเนื่องจากไม่มีการเดินโหลดต่ำ ผิวหน้าสัมผัสจึงไม่ผ่านการรันอิน ทำให้อุณหภูมิแฟลชยิ่งมีค่าสูงมากยิ่งขึ้น

อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ควรทราบคือโดยทั่วไปน้ำมันหล่อลื่นจะถูกใช้งานโดยที่เครื่องจักรมีการผ่านช่วงรันอิน (Run-in) มาแล้ว โดยเฉพาะน้ำมันที่ใช้งานในชุดเกียร์ ซึ่งลักษณะดังกล่าวทำให้ความสามารถในการรับโหลดแบบขูดขีดกับคู่ฟันเฟืองเพิ่มขึ้นเช่นกัน ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องเข้าใจถึงสภาวะที่เกิดขึ้นภายใต้กระบวนการทดสอบโหลดแบบขูดขีดที่มีลักษณะเฉพาะนั้นๆด้วย

เราหวังเป็นอย่างยิ่งว่าบทความนี้จะทำให้เกิดความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับกระบวนการทดสอบของน้ำมันเกียร์มากยิ่งขึ้น