شاتون و انواع آن

شاتون در واقع یک قطعه رابط بین پیستون و کارتر است. این قطعه گژن‌پین را به کارتر وصل می‌کند. انتهای کوچک‌تر شاتون به گژن‌پین پیستون وصل می‌شود و قسمت انتهایی بزرگ‌تر آن به میل‌لنگ متصل است.

از شاتون به منظور تبدیل حرکت خطی پیستون به حرکت دورانی میل‌لنگ استفاده می‌شود.

بیشتر بخوانید:شاتون

سطح مقطع شاتون به صورت I-شکل است و از فولاد آهنگری‌شده ساخته شده است. در ساخت شاتون از آلومینیوم هم استفاده می‌شود. مواد به کار رفته در این آلیاژها از نظر وزنی هم به دقت انتخاب می‌شوند تا بالانس در موتور حفظ شود.

هر چه شاتون و پیستون سبک‌تر باشند، توان حاصل بیشتر و ارتعاشات کمتر است که دلیل آن هم کمتربودن وزن در حین حرکت رفت و برگشتی آن است.

شاتون، تراست توان را از پیستون به میل‌لنگ منتقل می‌کند و به همین دلیل است که باید تا بیشترین حد ممکن قوی، صلب و سبک باشد.

شما میتوانید برای خرید لوازم یدکی هیوندای و لوازم یدکی کیا از طریق وب سایت با مراجعه به صفحه تماس با ما میتوانید با کارشناس های ما در ارتباط باشید.

ساختار و کارکرد شاتون

در شاتون دو سر و یاتاقان‌های مربوط به هر یک وجود دارد: سر بزرگ و سر کوچک. سر بزرگ‌تر به زوایای قائمه نسبت به طول در (a) یا با یک زاویه در (b) تقسیم‌بندی می‌شود تا بتوان آن را بر روی میل‌لنگ سوار کرد. یک کلاهک نیز با استفاده از تعدادی پیچ و مهره بر روی بدنه شاتون نصب می‌شود.

در موتورهای امروزی، یاتاقان‌های فلزی به سوراخ موجود در سر بزرگ‌تر جوش داده نشده‌اند، بلکه در آن‌ها از پوسته یاتاقان‌های فولاد کربنی استفاده می‌شود.

پوسته یاتاقان دارای تنظیماتی برای سایش است، اما می‌توان از آن برای کنترل کارکرد و لقی جانبی هم استفاده نمود و کلاهک یاتاقان را با آن جفت کرد. در بعضی از موارد از تکه‌های نازکی از فلزات که به آن‌ها شین (shin) گفته می‌شود، در صورت استفاده از یاتاقان‌های ساده استفاده می‌شود.

این قطعات را می‌توان به شکل نازک‌تری ساخت تا ساییدگی‌های موجود در یاتاقان جبران شوند و یک مقدار لقی مناسب بین شاتون و میل‌لنگ ایجاد شود. سر کوچک‌تر معمولاً به صورت یک چشمی صلب است که یک بوش برنز گوگردی در آن جا خورده است و یک پیچ دارد که می‌توان آن را سفت کرد تا چشمی دور پین بسته شود.

تمامی شاتون‌هایی که در خودرو از آن‌ها استفاده می‌شود، باید دارای وزن یکسانی باشند. در غیر این‌صورت، ارتعاشات رخ می‌دهد. در این مجموعه، شاتون‌ها و یاتاقان‌ها را به صورت تک به تک با یکدیگر منطبق می‌کنند. هر یک از شاتون‌ها معمولاً دارای یک عدد شناسه هستند که اگر موتور را باز کنند، سپس می‌توانند هر یک از شاتون‌ها را با این شماره‌ها شناسایی کنند.

اجزای شاتون

قسمت‌های مختلف شاتون عبارتند از:

1. سر کوچک
2. سر بزرگ
3. مجموعه بوش‌ها
4. محل‌های یاتاقان
5. پیچ و مهره
6. دسته (Shank)
7. انگشتی پیستون (گژن‌پین)
8. پیستون
9. کلاهک یاتاقان

1. سر کوچک

سری که در آن، شاتون به سطح گژن‌پین متصل می‌شود را سر کوچک شاتون می‌نامند.

2. سر بزرگ

سری که در آن، شاتون به کنار میل‌لنگ متصل می‌شود را سر بزرگ شاتون می‌نامند.

3. بوش‌های یاتاقان‌

هر دو سر شاتون به وسیله بوش‌های یاتاقان به قسمت‌های مربوط وصل می‌شوند. یک بوش برنزی فسفری که دارای یک چشمی صلب است به سر کوچک‌تر در شاتون وصل می‌شود.

سر بزرگ‌تر نیز به میل‌لنگ متصل است. این سر به دو قسمت تقسیم شده و بر روی پوسته یاتاقان ثابت قرار می‌گیرد.

4. اینسرت یاتاقان

در سر بزرگ‌تر شاتون یک قسمت برای جاخوردن در یاتاقان وجود دارد که به کلاهک یاتاقان وصل می‌شود و به آن اینسرت یاتاقان گفته می‌شود. این اینسرت‌ها دو بخشی هستند که با هم چفت شده و روی میل‌لنگ بسته می‌شوند. این قسمت همان جایی است که شاتون در راستای جهت معکوس حرکت می‌کند.

5. پیچ و مهره‌ها

پس از آن‌که شاتون در پایین به لنگ چفت می‌شود، دو طرف سر بزرگ‌تر را با تعدادی پیچ و مهره سفت می‌کنند. بنابراین، با ترکیب این اجزا با یکدیگر شاتون آماده استفاده می‌شود.

6. دسته شاتون

علاوه بر این‌ها برای اتصال شاتون و کلاهک یاتاقان از یک سری پیچ و مهره استفاده می‌شود. این قسمت که به صورت یک سطح مقطع از تیر است را دسته شاتون می‌نامند. سطح مقطع این دسته ممکن است به صورت مستطیلی، لوله‌ای شکل یا دایره‌ای باشد.

طول شاتون نیز به صورت نسبت (I/r) است که در آن،

I = طول دسته یا تیر

r = شعاع دسته است.

7. انگشتی پیستون (گژن‌پین)

پیستون به وسیله یک لوله فولادی سخت‌شده توخالی به نام انگشتی پیستون به شاتون وصل می‌شود که به آن گژن‌پین هم گفته می‌شود. انگشتی پیستون به سر کوتاه‌تر شاتون وارد شده و در قسمت درگیر پیستون قرار می‌گیرد.

8. پیستون

پیستون به وسیله شاتون به میل‌لنگ وصل می‌شود که معمولاً کوتاه‌تر از شاتون یا میله اتصال (Conrod) است. هدف آن است که پیستون به صورت یک پلاگ متحرک در سیلندر کار کند که قسمت پایین محفظه احتراق را تشکیل می‌دهد.

9. کلاهک یاتاقان

پوسته یاتاقان‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در معرض ساییدگی قرار می‌گیرند، اما می‌توانند حرکت را کنترل کنند. همچنین یک مقدار لقی در جانب آن‌ها تعبیه شده است که با استفاده از آن می‌توان یاتاقان‌ها را به طور کامل سفت کرد.

انواع مختلف شاتون‌ها

در زیر انواع مختلفی از شاتون‌ها بیان شده است که در انواع مختلف موتور از آن‌ها استفاده می‌شود:

1. شاتون مدل مسطح
2. شاتون مدل شاخه و تیغه
3. شاتون مدل اصلی (مستر) و کمکی (slave)
4. شاتون‌های شمشی (Billet)
5. شاتون‌های ریخته‌شده (Cast)
6. شاتون‌های آهنگری‌شده
7. شاتون‌های پاورمتال

1. شاتون‌های نوع مسطح

 در موتورهای درون خطی و مخالف از شاتون‌های نوع مسطح استفاده می‌شود. سر بزرگ این شاتون‌ها به میل‌لنگ متصل شده و با کلاهک یاتاقان سفت می‌شود.

کلاهک یاتاقان را با استفاده از یک پیچ یا میله در انتهای شاتون نصب می‌کنند. برای آن‌که تناسب و بالانس درست و مناسبی برقرار شود، هر شاتون را باید در همان سیلندر مخصوص به خود و در همان مکان نسبی خود بست.

2. شاتون‌های مدل دوشاخ و تیغه

از این شاتون‌ها در موتورهای دوقلوی V-شکل در موتورسیکلت‌ها و موتور V-12 در هواپیماها استفاده می‌شود. در هر جفت از سیلندرهای موتور، میله «دوشاخ» به دو بخش در سر بزرگ‌تر تقسیم شده و یک «تیغه» نیز به صورت شیب‌دار در سیلندر مخالف قرار می‌گیرد تا شکافت موجود در این شاخه را پر کند.

در این سیستم، حرکات و تکان‌هایی که به واسطه جفت‌شدن سیلندرها در راستای میل‌لنگ تراز شده به وجود می‌آیند، از بین می‌روند.

در یاتاقانی که در سر بزرگ‌تر قرار می‌گیرد نیز میله دوشاخ دارای یک غلاف برای یاتاقان پهن است که کل عرض میله و از جمله شکاف مرکزی را پوشش می‌دهد.

سپس، میله تیغه به صورت مستقیم در خارج از این غلاف قرار گرفته و روی میل‌لنگ نمی‌افتد. این کار باعث می‌شود تا این دو میله به سمت عقب و جلو حرکت کنند و نیروی که بر یاتاقان وارد می‌شود و همچنین، سرعت سطح کم شود. اما سرعت یاتاقان هم به جای آن‌که به صورت دورانی باشد، به صورت رفت و برگشتی است که این مسأله، مشکلاتی را برای روانکاری آن به وجود می‌آورد.

3. شاتون‌های اصلی و کمکی

در موتورهای رادیال (شعاعی) معمولاً از شاتون‌های اصلی و کمکی استفاده می‌شود. در این سیستم، یکی از پیستون‌ها از یک میله اصلی تشکیل شده است که به صورت مستقیم به میل‌لنگ وصل می‌شود. در پیستون‌های دیگر هم شاتون به رینگ‌هایی وصل می‌شود که لبه میله اصلی را فرا گرفته‌اند.

عیب این سیستم هم آن است که مرحله‌ کاری در پیسنون کمکی اندکی بیشتر از مرحله کاری در پیستون اصلی است و این مسأله باعث می‌شود تا ارتعاشات در موتور نوع V بیشتر شود.

4. شاتون‌های شمشی

شاتون‌های شمشی از فولاد یا آلومینیوم ساخته می‌شود. این شاتون‌ها نسبت به سایر شاتون‌ها، سبک‌تر و قوی‌تر بوده و طول عمر بیشتری دارند.

از این مدل‌ها بیشتر در خودروهایی که سرعت بالا دارند، استفاده می‌شود. این شاتون‌ها را معمولاً به گونه‌ای طراحی می‌کنند که از چیزهایی که منجر به ایجاد تنش می‌شود، کاسته شود. همچنین می‌توان به آسانی از دانه‌های طبیعی موجود در شمش‌ها استفاده نمود.

5. شاتون‌های ریختگی

این مدل شاتون‌ها معمولاً نسبت به شاتون‌های دیگر ارجحیت دارند و تولیدکنندگان نیز معمولاً این نوع شاتون‌ها را تولید می‌کنند. دلیل این امر هم آن است که این مدل شاتون‌ها توانایی تحمل بار در موتورهای کهنه را هم دارند.

هزینه تولید شاتون‌های ریختگی کم است، اما از این شاتون‌ها نمی‌توان در مواردی که اسب بخار خیلی زیاد است، استفاده نمود. شاتون‌های ریختگی معمولاً دارای یک درز در وسط هستند که همین درز، وجه تمایز آن‌ها نسبت به نوع فورج‌شده است.

6. شاتون‌های آهنگری‌شده (فورج‌شده)

بعضی از مدل‌های شاتون را با روش آهنگری تولید می‌کنند. برای تولید این شاتون‌ها به دانه‌های مواد نیرو وارد می‌کنند تا سر شاتون شکل داده شود. بسته به ویژگی‌های مورد نیاز، این ماده می‌توان آلیاژ فولادی یا آلومینیوم باشد.

آلیاژ‌های مرسوم فولادی معمولاً همان آلیاژهای کروم و نیکل هستند. محصول نهایی باید به گونه‌ای طراحی شده باشد که ترد و شکننده نباشد. بنابراین، استفاده از آلیاژهای کروم منجر به افزایش استحکام در شاتون می‌شود.

7. شاتون‌های پاورمتال

شاتون‌ها را همچنین از پاور متال هم تولید می‌کنند، زیرا استفاده از این ماده یکی از گزینه‌های مورد پسند از سوی تولیدکنندگان است. برای تولید، مخلوطی از پودرهای فلزی را آماده کرده و آن‌ها را در یک قالب فشرده کرده و تا یک دمای زیاد حرارت می‌دهند. سپس، این مخلوط را به یک شکل صلب در می‌آورند.

ممکن است که پس از ریختن نیاز باشد که یک ماشین‌کاری سبک هم بر روی قطعه انجام شود، اما معمولاً آن‌چه از قالب در می‌آید، پرداخت‌شده است. شاتون‌های پاورمتال معمولاً ارزان‌تر از شاتون‌های فولادی هستند و استحکام بیشتری هم نسبت به شاتون‌های ریخته‌شده دارند.

مشکلات و عیوب شاتون

در هنگام دوران میل‌لنگ، شاتون معمولاً در معرض نیروهای بزرگ و تکرارشونده قرار می‌گیرد. این مسأله باعث می‌شود تا نیروهایی تولید شوند که با سرعت موتور (RPM) متناسب است. با توجه به این‌که شاتون همواره در میل‌لنگ کار می‌کند، ممکن است آسیب دیده یا این‌که بشکند. در زیر به برخی از مشکلاتی که در شاتون‌ها پیش می‌آیند، اشاره شده است:

1. خستگی
2. هیدرولاک
3. دور بیش از اندازه
4. خرابی پین

1. خستگی

خستگی معمولاً به دلیل فشردگی و کشیدگی در میله در بیشتر موارد در حین فرآیند به وجود می‌آید. در واقع این مسأله باعث می‌شود تا میله ساییده شود تا این‌که در نهایت می‌شکند. عدم وجود روغن کافی یا وجود ذرات و آلودگی‌ها در موتور می‌تواند شرایط را بدتر هم بکند.

این مسأله معمولاً به عنوان مرسوم‌ترین عیبی است که در شاتون‌ها رخ می‌دهد و در موتورهای قدیمی هم بیشتر اتفاق می‌افتد. اگر موتور بازسازی شود، باز هم در اضافه‌کردن موتور جدید، خستگی تجربه می‌شود. در هر صورت، این مشکل بیشتر در مواردی اتفاق می‌افتد که از قطعات ارزان یا نادرست استفاده شود.

2. هیدرولاک

در صورتی که آب به درون محفظه پیستون وارد شود، باعث می‌شود تا شاتون تغییر شکل بدهد و در نتیجه، هیدرولاک (قفل‌شدن در اثر وجود آب) رخ بدهد. این مسأله معمولاً در صورتی اتفاق می‌افتد که خودرو از روی یک جاده پر از آب عبور می‌کند.

اگر اندکی آب به درون سیلندر راه پیدا کند، باعث می‌شود تا ضرباتی به موتور وارد شود. این مشکل را به آسانی می‌توان برطرف نمود. اما اگر مقدار آبی که به درون سیلندر وارد می‌شود، خیلی زیاد باشد، برای مدتی مشخص جرقه زده نشده و باعث می‌شود تا شاتون کج شده یا بشکند.

3. دور بیش از اندازه

دور بیش از اندازه نیز یکی دیگر از مشکلاتی است که ممکن است برای شاتون پیش بیاید. این مسأله در موتورهای جدید و موتورهایی که عملکرد بالایی دارند، رخ می‌دهد. در صورتی که رنگ قرمز بر روی تاکومتر (سرعت‌سنج) ظاهر شود، نشان‌دهنده آن است که وضعیت شاتون در خطر قرار گرفته است. این مسأله به خاطر آن است که نیروهایی که به شاتون وارد می‌شوند، در دورهای بالا به شدت افزایش می‌یابند.

4. خرابی پین

در بعضی از موارد، میل‌لنگ هم آسیب می‌بیند و منجر به خرابی‌های فاجعه‌بار در موتور می‌شود. این مشکل معمولاً زمانی رخ می‌دهد که شاتون به درون بلوک موتور وارد می‌شود یا این‌که میل‌لنگ کج می‌شود.

در بعضی از موتورها این مسأله باعث می‌شود تا افت شدیدی در قدرت موتور به وجود آید. اگر به واسطه این مشکل، پین بشکند، موتور ناگهان متوقف می‌شود. احتمال آن‌که موتور جان سالم به در ببرد هم وجود دارد، اما ممکن است به کلی از کار بیفتد.

بیشتر بخوانید:موتور پیستونی

موارد استفاده از شاتون

شاتون، بخشی از موتورهای پیستونی است که پیستون را به میل‌لنگ وصل می‌کند. شاتون حرکت رفت و برگشتی پیستون را به حرکت دورانی میل‌لنگ تبدیل می‌کند.

از شاتون‌ها (Conrods) در موتورهای مختلف خودرو استفاده می‌شود. شاتون‌ها در تمامی انواع مختلف خودروها از جمله ماشین‌های سواری، کامیون‌ها و موتورسیکلت‌ها به کار می‌روند. علاوه بر این، از شاتون در خودروهای مخصوص ساخت و ساز مانند بولدزر و غلتک‌های جاده (گودبردارها) هم استفاده می‌شود.

بنابراین، در عصر امروز در تمامی ماشین‌ها الزاماً از شاتون و میل‌لنگ استفاده می‌شود. برای آن‌که موتورهای احتراق داخلی بتوانند به شکل درست و دقیق کار کنند، حتماً باید از این اجزا استفاده شود.