شاتون چیست؟
شاتون یا Connecting Rod یکی از اجزای حیاتی در پیشرانههای درونسوز است که نقش پل ارتباطی بین پیستون و میللنگ را ایفا میکند. این قطعه حرکت خطی پیستون را به حرکت چرخشی میللنگ تبدیل میکند تا نیروی تولیدشده از احتراق سوخت بتواند به گیربکس و سپس به چرخها منتقل شود. شاتون نهتنها نیرو را به میللنگ منتقل میکند بلکه باید در برابر فشارهای بالا، حرارت شدید و ارتعاشات مداوم مقاومت کند. در خودروهای مدرن، شاتونها با طراحیهای پیشرفته برای کاهش وزن و افزایش کارایی تولید میشوند.
جدول محتوا
شاتون چیست؟
شاتون یک میله فلزی است که یک سر آن (سر کوچک یا small end) به پیستون و سر دیگر (سر بزرگ یا big end) به میللنگ متصل میشود. سر کوچک شاتون به پین پیستون متصل میشود و سر بزرگ با یاتاقانها به میللنگ وصل میشود. بدنه اصلی شاتون که میتواند I شکل، H شکل یا لولهای باشد، برای تحمل تنشهای فشاری و کششی طراحی شده است. یاتاقانهای شاتون با روغنکاری دقیق اصطکاک و حرارت را کاهش میدهند. در طراحی شاتون، عواملی مانند طول (تأثیرگذار بر نسبت تراکم)، وزن (برای کاهش نیروی اینرسی) و مقاومت در برابر خستگی در نظر گرفته میشود. برای مثال، در برخی پیشرانهها، شاتون باید در دورهای بیش از 7 هزار rpm بدون مشکل کار کند.
نقش شاتون در عملکرد موتور
شاتون نیروی خطی پیستون را در سیکل چهارزمانه به حرکت چرخشی میللنگ تبدیل میکند. وقتی در محفظه احتراق انفجار رخ میدهد، پیستون بهشدت به سمت پایین رانده میشود؛ شاتون که یک سر آن به پیستون و سر دیگر به میللنگ متصل است، این نیرو را به میللنگ منتقل کرده و باعث چرخش آن میشود. در هر چرخه، شاتون باید تنشهای فشاری و کششی زیادی را تحمل کند؛ برای مثال، در دور 6 هزار rpm، شاتون هزاران بار این نیروها را تجربه میکند. شاتون همچنین در مصرف سوخت تأثیر دارد؛ شاتون سبکتر اصطکاک را کم میکند و مصرف سوخت را بهبود میبخشد. در تیونینگ برای تقویت پیشرانه از شاتونهای قویتر استفاده میشود تا بتواند قدرت بالاتر موتور را تحمل کنند زیرا شکستن شاتون میتواند موتور را نابود کند.
اجزای شاتون
شاتون از چند جزء اصلی تشکیل شده که در ادامه بررسی میکنیم:
سر کوچک
سر کوچک به پیستون متصل است و معمولاً از طریق پین پیستون به آن وصل میشود. این بخش باید سبک باشد تا نیروی اینرسی را کاهش دهد و درعینحال در برابر فشارهای ناشی از احتراق مقاومت کند.
سر بزرگ
سر بزرگ به میللنگ متصل است و یاتاقانها در آن قرار دارند که با روغنکاری، اصطکاک را به حداقل میرسانند. این بخش در موتورهای سنگین باید تنشهای گشتاوری بالا را تحمل کند.
بدنه یا تیرک
بدنه بخش میانی و اصلی شاتون است که از آلیاژهای مقاوم مانند فولاد فورجکاری شده ساخته میشود و وظیفه انتقال نیرو از پیستون به میللنگ را بر عهده دارد. بدنه شاتون میتواند I شکل برای استحکام بالا یا H شکل برای کاهش وزن باشد.
پیچهای شاتون
این پیچها سر بزرگ را به یاتاقانها محکم میکنند و باید در برابر نیروهای کششی مقاوم باشند؛ در خودروهای مسابقهای و سوپراسپرت از پیچهای تیتانیومی استفاده میشود.
انواع شاتون
شاتونها بر اساس جنس و کاربردشان به انواع مختلفی تقسیم میشوند که هرکدام ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارند.
شاتونهای فولادی
این شاتونها که معمولاً از فولاد فورجکاری شده ساخته میشوند، به دلیل دوام بالا و هزینه تولید نسبتاً پایین، در موتورهای معمولی و همینطور پیشرانههای دیزلی سنگین استفاده میشوند. این شاتونها مقاومت خوبی در برابر فشارهای بالا دارند اما وزن بیشترشان میتواند اصطکاک را افزایش دهد و در دورهای بالا محدودیت ایجاد کند.
شاتونهای آلومینیومی
این شاتونها که اغلب از آلومینیوم فورجکاری شده ساخته میشوند، به دلیل وزن کمتر برای کاهش نیروی اینرسی مناسب هستند و در پیشرانههای اسپرت و دور بالا کاربرد دارند اما در دماهای بالا دوام کمتری دارند و برای موتورهای سنگین مناسب نیستند.
شاتونهای تیتانیومی
این شاتونها گرانقیمت هستند و فرایند ساخت آنها پیچیده است. شاتونهای تیتانیومی وزن کم و مقاومت بسیار بالایی دارند و در موتورهای سوپراسپرت و مسابقهای استفاده میشوند یعنی جایی که نسبت قدرت به وزن بسیار اهمیت دارد.
