อาจารย์ วิศวะ มจพ. พัฒนาอุปกรณ์สวมตลับลูกปืนเน้นฟังก์ชั่นขดลวดเหนี่ยวนำความร้อน

27 กรกฎาคม 2566

ผลงานของ ผศ.พิพิถนนท์ พูลสวัสดิ์ อาจารย์สาขาวิชาวิศวกรรมการผลิต ภาควิชาวิศวกรรมการผลิตและหุ่นยนต์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ (มจพ.) กำลังอยู่ในระหว่างการจดอนุสิทธิบัตร เรื่อง อุปกรณ์ให้ความร้อนตลับลูกปืนด้วยขดลวดเหนี่ยวนำ เป็นการใช้หลักการเหนี่ยวนำทางไฟฟ้า ให้สามารถตอบโจทย์ในส่วนของกรรมวิธีการผลิตในการสวมประกอบ เป็นกระบวนการที่มีความรวดเร็ว ไม่สกปรกและสามารถควบคุมอุณหภูมิและให้ความร้อนในส่วนที่ต้องการได้ แต่เนื่องจากในปัจจุบันเครื่อง Induction bearing heater สำหรับตลับลูกปืน ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่มาก ยังมีราคาที่สูงอยู่ซึ่งอาจไม่คุ้มต่อการลงทุนสำหรับตลับลูกปืนขนาดเล็ก ยังมีการสวมอัดตลับลูกปืนด้วยวิธีทางกลโดยการตอก จึงเป็นที่มาแนวคิดและพัฒนาการออกแบบและสร้างเครื่อง Induction heater สำหรับตลับลูกปืนที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 30 มิลลิเมตร เส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 40 มิลลิเมตร อุปกรณ์สวมตลับลูกปืนที่ใช้ความร้อนกับตลับลูกปืนด้วยขดลวดเหนี่ยวนำนั้น ถือได้ว่าเป็นวิธียืดอายุการใช้งานตลับลูกปืนให้ใช้งานยาวขึ้น และลดความเสียหายของชิ้นส่วนที่สวมประกอบ ช่วยประหยัดเวลาในการบำรุงรักษา และประหยัดค่าใช้จ่ายการบำรุงรักษา รวมถึงมีประสิทธิภาพในการใช้งานมากขึ้น โดยได้รับทุนสนับสนุนจากคณะวิศวกรรมศาสตร์ ระยะเวลาในการทำวิจัย 1 ปี

ผศ.พิพิถนนท์ อธิบายให้ฟังว่า วัตถุประสงค์ของการพัฒนาอุปกรณ์สวมตลับลูกปืน เพื่อช่วยในการสวมประกอบตลับลูกปืนกับเพลา โดยไม่ให้เกิดความเสียหาย และให้ได้ฟังก์ชั่นการทำงานที่สมบูรณ์ การสวมประกอบตลับลูกปืน (Bearing) เข้ากับเพลาด้วย โดยปกติจะมีค่าพิกัดงานสวมเป็นเกณฑ์กำหนดอยู่แล้ว ชนิดของงานสวมให้เราเลือกว่าจะเลือกงานสวมอัด สวมพอดี ในงานสวมประกอบยังแบ่งออกเป็นเพลาคงที่และรูคว้านคงที่ ซึ่งขึ้นอยู่กับหน้าที่ของชิ้นส่วนส่งกำลังและฟังก์ชั่นการทำงานของเครื่องจักรนั้น ในส่วนของตลับลูกปืนเป็นการสวมชนิดรูคว้านคงที่ พิกัดงานสวมมีความสำคัญในการออกแบบและการประกอบ จึงได้เริ่มมีการใช้หลักการการให้ความร้อนโดยตรงกับตลับลูกปืนเพื่อให้แบริ่งเกิดการขยายตัว และสามารถสวมกับเพลาได้ การใช้ความร้อนในการทำให้ตลับลูกปืนขยายตัว
ลักษณะเด่นของการพัฒนาอุปกรณ์สวมตลับลูกปืน ใช้หลักการของเครื่องให้ความร้อนตลับลูกปืนด้วยการเหนี่ยวนํา เมื่อป้อนกระแสไฟเข้าที่ขดลวดเหนี่ยวนํา ซึ่งเปรียบได้กับขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าก็จะมีกระแสไหลผ่านขดลวดซึ่งกระแสนี้ จะทําให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กขึ้น เส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนี้จะไปตัดกับตลับลูกปืน ในที่นี้ตลับลูกปืนเปรียบเหมือนขดลวดที่มีปลายทั้งสองข้างติดถึงกัน ดังนั้น จึงทําให้เกิดกระแสไหลในตลับลูกปืนกระแสนี้เรียกว่า กระแสไหลวน กระแสไฟฟ้านี้จะทําให้เกิดความร้อนในตลับลูกปืนขึ้น ยิ่งมีกระแสไหลวนมากเพียงใดก็จะทําให้ ตลับลูกปืนร้อนมากขึ้นกระแสไหลวนจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ (1) กระแสที่ไหลผ่านขดลวดเหนี่ยวนําถ้ามีกระแสมาก กระแสไหลวนที่เกิดขึ้นในตลับลูกปืนก็จะมากด้วย (2) ค่าสัมประสิทธิ์ (Coefficient) ของการเหนี่ยวนํา และ (3) อัตราส่วน (Ratio) ระหว่างจํานวนของขดลวดเหนี่ยวนําตลับลูกปืน
อย่างไรก็ตาม ผศ.พิพิถนนท์ กล่าวเสริมว่า วิธีการดำเนินงานได้ทำการออกแบบด้านฮาร์ดแวร์ โดยได้ดำเนินพัฒนาและทดสอบประสิทธิภาพเครื่อง/ผลการทดสอบ ทดลองกับตลับลูกปืน รูในเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 มิลลิเมตร สวมกับเพลาโดยให้พิกัดงานสวมพอดีและงานสวมอัด ที่อุณหภูมิไม่เกิน 150 องศาเซลเซียส ใช้เวลาประมาณ 5-10 นาที ในการสวมประกอบ ระหว่างใช้งาน เช่น การหมุน การเลื่อน และถอดเปลี่ยนชิ้นส่วนอุปกรณ์สวมตลับลูกปืน ก็เกิดการสึกหรอก และเป็นสนิมได้ หากการพัฒนาอุปกรณ์ให้ความร้อนตลับลูกปืนด้วยขดลวดเหนี่ยวนำ ยังช่วยในเรื่องของการลดการชำรุด ประหยัดเวลา และค่าใช้จ่ายการบำรุงรักษา โดยที่ไม่ต้องเปลี่ยนเพลาหรือเฟือง ทำให้การหมุนคล่องตัว และช่วยตรวจสอบเปลี่ยนอุปกรณ์ใหม่เมื่อเกิดการสึกหรอหรือชำรุดก็สะดวกขึ้น รวมถึงมีประสิทธิภาพในการใช้งานมากขึ้น การใช้ความร้อนตลับลูกปืนด้วยขดลวดเหนี่ยวนำ ยังเป็นเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมด้วย
การพัฒนาอุปกรณ์ให้ความร้อนตลับลูกปืนด้วยขดลวดเหนี่ยวนำ สามารถต่อยอดพัฒนาไปสู่อุตสาหกรรมด้านการผลิตชิ้นส่วน อุตสาหกรรมชิ้นส่วนยานยนต์ และหากนำไปทำในเชิงพาณิชย์ได้โอกาสและทิศทางเป็นไปได้มาก เนื่องจากต้นทุนของเครื่องราคาไม่สูง โดยงบประมาณไม่เกินสองหมื่นบาท เฉพาะค่าวัสดุและอุปกรณ์
สอบถามรายละเอียดได้ที่ ภาควิชาวิศวกรรมการผลิตและหุ่นยนต์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ โทรศัพท์ 0-2555-2000 ต่อ 8217

ขวัญฤทัย ข่าว