شاتون، عنصری کلیدی در مکانیزم تبدیل حرکت رفت و برگشتی پیستون به حرکت دورانی میل لنگ در موتورهای احتراق داخلی است. این قطعه تحت بارهای دینامیکی پیچیده و متغیر، شامل نیروهای فشاری و کششی شدید ناشی از احتراق و نیروهای اینرسی ناشی از جرم پیستون و شاتون، قرار میگیرد. طراحی و ساخت شاتون باید به گونه ای باشد که ضمن تحمل این بارها، حداقل ارتعاشات و سایش را ایجاد کرده و باعث افزایش راندمان و طول عمر موتور شود.
شاتون چیست؟
شاتون (Connecting Rod) قطعه ای میله ای و مستحکم است که پیستون را به میل لنگ متصل میکند و حرکت خطی پیستون را به حرکت دورانی میل‌لنگ تبدیل میکند. این قطعه به دلیل نقش حیاتی اش باید استحکام بالایی داشته باشد و در عین حال سبک باشد تا عملکرد موتور را بهینه نگه دارد.
شاتون هایما S7 توربو
دسته موتور شاتونی هایما S7 توربو
دسته موتور شاتونی هایما S7 2000
پلوس چپ هایما S5
محل قرارگیری در خودرو
شاتون در بخش داخلی موتور و بین پیستون و میل‌لنگ قرار دارد. به‌طور دقیق‌تر:
-
سر کوچک به پیستون متصل شده و درون گژن پین قرار میگیرد.
-
سر بزرگ روی میل لنگ بسته میشود و با حرکت رفت و برگشتی پیستون، نیروی پیستون را به میل لنگ منتقل میکند.
انواع شاتون در خودرو
شاتون ها از نظر طراحی، متریال و نوع کاربرد به دسته های مختلفی تقسیم میشوند. هر نوع شاتون دارای ویژگی های خاصی است که برای شرایط مختلف رانندگی و موتورهای گوناگون بهینه شده اند. در اینجا، انواع آن را از جنبه های مختلف بررسی میکنیم:
انواع از نظر طراحی و ساختار
الف) شاتون یکپارچه (Solid Connecting Rod)
-
در این نوع شاتون، کل قطعه از یک تکه فلز ساخته شده و هیچ بخش جداشدنی ندارد.
-
به دلیل استحکام بالا، در برخی از موتورها به ویژه در موتورهای مسابقه ای و موتورهای دو زمانه کاربرد دارد.
-
تعمیر و تعویض آن دشوار است، زیرا نیاز به جایگزینی کامل دارد.
ب) دو تکه (Split Cap Connecting Rod)
-
این نوع شاتون دارای یک درپوش متحرک در قسمت سر بزرگ است که با پیچ و مهره بسته میشود.
-
در اکثر موتورهای چهار زمانه مدرن استفاده میشود، زیرا تعویض و تعمیر آن آسان تر است.
-
دارای یاتاقان های جداشدنی است که به کاهش اصطکاک و افزایش عمر موتور کمک میکند.
ج) فورج کاری شده (Forged Connecting Rod)
-
در این نوع، از یک قطعه فلزی تحت فشار بالا ساخته شده که استحکام بیشتری نسبت به مدل های ریخته گری دارد.
-
در خودروهای مسابقه ای و موتورهای پرقدرت استفاده میشود، زیرا مقاومت بالایی در برابر تنش های زیاد دارد.
د) ریخته گری شده (Cast Connecting Rod)
-
از طریق ریخته گری فلز مذاب در قالب ساخته میشود و هزینه تولید پایین‌تری دارد.
-
بیشتر در موتورهای اقتصادی و خودروهای شهری استفاده میشود.
-
نسبت به مدل های فورج کاری شده استحکام کمتری دارد و در شرایط رانندگی شدید ممکن است آسیب ببیند.
هـ) شکستگی کنترل شده (Fractured Cap Rod)
-
این نوع دارای درپوشی است که به جای جدا شدن، از طریق یک شکستگی کنترل شده به دو قسمت تقسیم شده است.
-
در برخی از موتورهای مدرن استفاده میشود و دقت بالایی در مونتاژ دارد.
-
به دلیل هم خوانی دقیق درپوش و بدنه، استحکام بیشتری در محل اتصال دارد.
انواع از نظر جنس مواد اولیه
جنس شاتون تأثیر مستقیمی بر عملکرد و دوام موتور دارد. برخی از متداول ترین مواد مورد استفاده در ساخت آن عبارت اند از:
الف) فولادی (Steel Connecting Rods)
-
متداول ترین نوع که از فولاد کربنی یا آلیاژی ساخته میشود.
-
استحکام بالا در برابر ضربه، تنش و حرارت دارد.
-
در اکثر خودروهای شهری، سواری و حتی مسابقه ای استفاده میشود.
ب) آلومینیومی (Aluminum Connecting Rods)
-
وزن سبک تری نسبت به نوع فولادی دارد، بنابراین به کاهش وزن کلی موتور کمک میکند.
-
معمولاً در خودروهای اسپرت و مسابقه ای به‌کار می‌رود.
-
دارای خاصیت جذب ارتعاش است، اما طول عمر آن نسبت به فولاد کمتر است.
ج)تیتانیومی (Titanium Connecting Rods)
-
بسیار سبک و مقاوم در برابر فشار و حرارت است.
-
در خودروهای مسابقه ای و موتورهای با عملکرد بالا استفاده میشود.
-
هزینه تولید آن بسیار بالا است، بنابراین فقط در خودروهای گران قیمت و مسابقه ای یافت میشود.
د) چدنی (Cast Iron Connecting Rods)
-
در برخی از موتورهای قدیمی تر استفاده شده است، اما به دلیل وزن بالا و استحکام کمتر، امروزه کمتر مورد استفاده قرار میگیرد.
-
قیمت پایین تری نسبت به سایر مدل ها دارد، اما دوام و عملکرد آن ضعیف تر است.
انواع بر اساس نوع کاربرد
الف) شاتون خودروهای شهری
-
این نوع بیشتر از فولاد ساخته شده و برای کارکردهای معمولی طراحی شده‌اند.
-
هدف از طراحی آنها، دوام بالا و کاهش هزینه تولید است.
ب) شاتون خودروهای مسابقه ای
-
اغلب از مواد سبک مانند تیتانیوم یا آلومینیوم ساخته میشوند.
-
تحمل فشار و دور موتور بالا را دارند و در برابر دما و اصطکاک مقاوم اند.
ج) شاتون موتورهای دیزلی
-
این نوع ها قوی تر و ضخیم تر هستند، زیرا موتورهای دیزلی گشتاور بالایی تولید میکنند.
-
معمولاً از فولاد فورج کاری شده یا آلیاژهای مقاوم ساخته میشوند.
د) شاتون موتورهای هواپیما
-
باید فوق العاده سبک و در عین حال مقاوم باشند، بنابراین از تیتانیوم یا آلیاژهای خاص ساخته میشوند.
اجزاء
شاتون از چند بخش مهم تشکیل شده است:
سر کوچک (Small End):
محل اتصال به پیستون از طریق گژن پین.
بدنه (Rod Shaft):
بخش میانی که نیروی پیستون را انتقال میدهد.
سر بزرگ (Big End):
محل اتصال به میل لنگ، شامل یاتاقان های شاتون.
یاتاقان شاتون (Bearing Shells):
قطعاتی که درون سر بزرگ قرار گرفته و اصطکاک را کاهش میدهند.
پیچ و مهره ها (Rod Bolts):
قطعاتی که برای بستن سر بزرگ به کار می‌روند.
علائم خرابی
خرابی این قطعه میتواند مشکلات جدی برای موتور ایجاد کند. برخی از نشانه های خرابی شامل موارد زیر هستند:
صدای تق‌تق از داخل موتور: این صدا به دلیل لقی بیش از حد یاتاقان های شاتون ایجاد میشود.
افت توان موتور: قطعه معیوب نمیتواند نیروی پیستون را به درستی به میل لنگ منتقل کند.
روغن‌سوزی و دود آبی از اگزوز: خرابی آن میتواند باعث نشتی روغن و احتراق ناقص شود.
لرزش شدید موتور: به ویژه در دورهای بالاتر، خرابی باعث عدم تعادل در موتور میشود.
افزایش مصرف روغن موتور: یاتاقان های شاتون فرسوده شده و روغن بیشتری برای روانکاری نیاز است.
عوامل خرابی
خرابی این قطعه به دلایل مختلفی رخ می دهد که برخی از مهم ترین آنها عبارت اند از:
الف) روغن‌کاری نامناسب
-
استفاده از روغن موتور نامرغوب یا کمبود روغن میتواند باعث ساییدگی و خرابی شاتون شود.
ب) افزایش بیش از حد دور موتور (Over Revving)
-
دور موتور بیش از حد مجاز، فشار زیادی به شاتون وارد کرده و ممکن است باعث شکستگی آن شود.
ج) ضربات و شوک های ناگهانی
-
تصادف، ورود بیش از حد سوخت یا احتراق ناقص میتواند به شاتون آسیب بزند.
د) کیفیت نامناسب متریال
-
استفاده از شاتون‌های ارزان و بی‌کیفیت میتواند عمر مفید موتور را کاهش دهد.
هـ) نصب نادرست شاتون
-
مونتاژ غیرصحیح و عدم تنظیم دقیق گشتاور پیچ‌های شاتون، میتواند منجر به خرابی زودهنگام آن شود.
نتیجه گیری
شاتون یکی از مهم‌ترین قطعات موتور است که وظیفه انتقال نیروی پیستون به میل‌لنگ را بر عهده دارد. طراحی و جنس این قطعه تأثیر مستقیمی بر عملکرد و طول عمر موتور دارد. شاتون باید دارای مقاومت بالا در برابر تنش‌های مکانیکی و حرارتی باشد. همچنین، استفاده از روغن‌موتور مناسب، دور موتور استاندارد و تعمیرات به‌موقع میتواند عمر شاتون را افزایش دهد و از هزینه های سنگین تعمیر موتور جلوگیری کند.برای خریدشاتون و دیگر قطعات خودرو های هایما میتوانید به فروشگاه ما”پلاریس پارت“مراجعه کنید.
منابع
مقالات صنعتی در زمینه طراحی و ساخت قطعات موتور
تجربیات تعمیرکاران حرفه‌ای خودرو