ด้วยการตระหนักรู้เกี่ยวกับการปกป้องสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก อุตสาหกรรมรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ได้เติบโตขึ้นอย่างรวดเร็วในฐานะทางออกที่สำคัญเพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน ตามข้อมูลสถิติ ภาคการขนส่งมีส่วนรับผิดชอบประมาณหนึ่งในสี่ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก โดยมากกว่า 75% มาจากการขนส่งทางถนน เพื่อแก้ไขปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ หลายประเทศกำลังส่งเสริมการนำรถยนต์ไฟฟ้ามาใช้ ซึ่งคาดว่าจะครองตลาดรถยนต์ในอีกหลายทศวรรษข้างหน้า.

อย่างไรก็ตาม การบรรลุเป้าหมายนี้ต้องการการเพิ่มประสิทธิภาพของทุกระบบและซับซิสเต็มในรถยนต์ไฟฟ้า (EVs) เพื่อเพิ่มระยะทางของรถยนต์ มอเตอร์ไฟฟ้า (e-motor) ซึ่งเป็นซับซิสเต็มที่สำคัญ มีส่วนช่วยประมาณ 7% ของการใช้พลังงานรวมของรถยนต์ ทำให้การปรับแต่งการหล่อลื่นของตลับลูกปืนมอเตอร์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงาน.

ความต้องการหล่อลื่นสำหรับตลับลูกปืนมอเตอร์ EV

การเปรียบเทียบจาระบีที่ใช้ลิเธียมและจาระบีทางเลือก: แบริ่งมอเตอร์ในรถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้จาระบีเพื่อลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ. จาระบีประกอบด้วยน้ำมันพื้นฐาน สารทำให้ข้น และสารเติมแต่ง โดยมีบทบาทของสารทำให้ข้นคือการเก็บรักษาน้ำมันไว้ภายในโครงสร้างของมัน ซึ่งขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีเป็นหลัก. ปัจจุบัน ระบบสารหนืดที่ใช้เกลือลิเธียมเป็นหลักครองตลาด โดยที่จารบีที่มีลิเธียมคิดเป็นประมาณ 70% ของตลาดโลก. จาระบีลิเธียมคอมเพล็กซ์ (LiX) เป็นที่รู้จักกันดีในด้านประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในอุณหภูมิสูง ความพร้อมใช้งานทางเทคนิค และการหล่อลื่นที่มีประสิทธิภาพในมอเตอร์.

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแบตเตอรี่ EV เพิ่มความต้องการลิเทียม ราคาที่เพิ่มขึ้นของสารประกอบที่มีลิเทียมและความกังวลเกี่ยวกับความเป็นพิษที่อาจเกิดขึ้นได้ทำให้เกิดการค้นหาสารหนืดที่ไม่ใช่ลิเทียมเป็นทางเลือกใหม่ จาระบีโพลียูเรีย (PU) ซึ่งเป็นสารประกอบกึ่งโพลาร์ ได้กลายเป็นทางเลือกที่น่าพอใจเนื่องจากมีความหนาของฟิล์มน้ำมันที่เหนือกว่าในความเร็วต่ำ ความเสถียรของแรงเฉือนและความร้อนที่ยอดเยี่ยม และความสามารถในการยืดอายุการใช้งานของตลับลูกปืน.

ในตลาดญี่ปุ่น, จารบี PU คิดเป็นประมาณหนึ่งในสี่ของการผลิตจารบีทั้งหมด และคาดว่าส่วนแบ่งนี้จะเติบโต นอกจากนี้ ความต้องการจารบี PU กำลังเพิ่มขึ้นในยุโรป, ภูมิภาคแปซิฟิก, และเอเชียตะวันออกเฉียงใต้.

เมื่อเปรียบเทียบกับจาระบีที่มีฐานลิเธียม จาระบีโพลีโพรพิลีน (PP) ซึ่งเป็นระบบสารหนืดที่ไม่มีขั้ว มีประสิทธิภาพในการหล่อลื่นที่ดีกว่า งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าจาระบี PP มีประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในการประเมินการเสียดสีและมีอัตราการปล่อยน้ำมันสูง ทำให้เป็นผู้สมัครที่มีศักยภาพสำหรับการใช้งานในมอเตอร์ EV.

การปรับแต่งการปล่อยน้ำมันและประสิทธิภาพของตลับลูกปืนมอเตอร์

อัตราการปล่อยน้ำมัน (ซึ่งเรียกว่า "การซึม") มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของตลับลูกปืนในรถยนต์ไฟฟ้า การปล่อยน้ำมันมีผลโดยตรงต่อปริมาณน้ำมันในพื้นที่สัมผัส ซึ่งกำหนดความหนาของฟิล์มน้ำมันและแรงบิดเสียดทาน การปล่อยน้ำมันไม่คงที่และสามารถได้รับผลกระทบจากสภาพการทำงานของตลับลูกปืนและการเสื่อมสภาพของสารทำให้ข้น.

พฤติกรรมการซึมของน้ำมันของจาระบีประกอบด้วยขั้นตอนการกระตุ้นและการปล่อย ซึ่งในระหว่างนี้จาระบีจะกระจายตัวและปล่อยน้ำมันลงบนรางเลื่อน ควบคุมการเติมน้ำมันและป้องกันการขาดแคลนการหล่อลื่น.

การปล่อยน้ำมันไม่เพียงพอสามารถนำไปสู่การหล่อลื่นที่ไม่ดี ส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานและประสิทธิภาพของตลับลูกปืน ในทางกลับกัน การปล่อยน้ำมันมากเกินไปอาจทำให้จาระบีหมดอายุเร็วขึ้น ทำให้ระยะเวลาการใช้งานสั้นลง ดังนั้น เมื่อออกแบบจาระบีสำหรับตลับลูกปืนมอเตอร์ EV การปรับและเพิ่มประสิทธิภาพอัตราการปล่อยน้ำมันจึงเป็นกุญแจสำคัญในการรับประกันการทำงานที่มีประสิทธิภาพในระยะยาว.

ทิศทางในอนาคตสำหรับการหล่อลื่น EV

การพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมรถยนต์ไฟฟ้ากำลังขับเคลื่อนนวัตกรรมอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีการหล่อลื่น เมื่อความต้องการในตลาดสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ผู้ผลิตจารบีต้องเผชิญกับความท้าทายที่มากขึ้นในการพัฒนาวิธีการหล่อลื่นที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม มีประสิทธิภาพ และคุ้มค่าใช้จ่ายมากขึ้น.

การเกิดขึ้นของสารทำให้ข้นทางเลือก เช่น โพลียูเรียและโพลีโพรพิลีน มอบความหวังและโอกาสใหม่สำหรับอุตสาหกรรมจารบี ในอนาคต การวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับองค์ประกอบของจารบีและลักษณะการปล่อยน้ำมันจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์ EV ต่อไป ซึ่งจะส่งเสริมการเติบโตอย่างยั่งยืนของอุตสาหกรรม EV.

◆ แหล่งที่มา: Springer Nature

◆ อ้างอิง: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109777