میله اتصال چیست؟

شاتون بخشی از موتور پیستونی است که پیستون را به میل لنگ متصل می کند . همراه با میل لنگ، میله اتصال حرکت رفت و برگشتی پیستون را به چرخش میل لنگ تبدیل می کند.

شاتون برای انتقال نیروهای فشاری و کششی از پیستون مورد نیاز است . در رایج ترین شکل خود، در موتورهای احتراق داخلی ، امکان چرخش در انتهای پیستون و چرخش در انتهای شفت را فراهم می کند.

سلف شاتون یک اتصال مکانیکی است که توسط آسیاب های آبی برای تبدیل حرکت چرخشی چرخ آب به حرکت رفت و برگشتی استفاده می شود. رایج ترین استفاده از شاتون ها در موتورهای احتراق داخلی یا موتورهای بخار است.

قطعات شاتون

قطعات شاتون به شرح زیر است:

• انتهای کوچک: انتهایی که شاتون به صفحه پیستون متصل می شود به انتهای کوچک شاتون معروف است.
• Big End: انتهایی که شاتون به کنار پین میل لنگ وصل می شود به انتهای بزرگ شاتون معروف است.
• یاتاقان بوش: هر دو انتهای شاتون با یک بلبرینگ بوش ثابت می شوند. یک بوش برنز فسفر با چشمی جامد نصب شده است که به انتهای کوچک شاتون متصل است. انتهای بزرگ به میل لنگ وصل شده است. انتهای آن به دو قسمت تقسیم می شود و روی پوسته بلبرینگ میل لنگ پشتیبانی می شود.
• درج یاتاقان: در انتهای بزرگ شاتون، یک درج یاتاقان وجود دارد که به درپوش یاتاقان متصل می شود که به درج بلبرینگ معروف است. اینها در دو قسمت ساخته شده اند که روی میل لنگ با هم قرار می گیرند . این موقعیتی است که میله اتصال در جهت معکوس حرکت می کند.
• پیچ و مهره: پس از نصب میله اتصال با میل لنگ در پایین، دو طرف انتهای بزرگ توسط تعدادی پیچ و مهره بسته می شود . بنابراین، با ترکیب همه این اجزا، شاتون آماده استفاده است.
• ساق: علاوه بر این، هر یک از پیچ و مهره برای اتصال شاتون و کلاهک یاتاقان استفاده می شود. و یک تیر مقطع اعمال می شود که به نام ساقه شناخته می شود. بخش میله ممکن است مستطیلی، لوله ای و یک بخش دایره ای باشد.
• پین مچی: پیستون موتور با کمک یک لوله فولادی سخت شده توخالی به نام پین مچی به شاتون متصل می شود. همچنین به عنوان پین گوجون نیز شناخته می شود. پین مچ دست از انتهای کوتاه شاتون عبور می کند و روی پیستون درگیر می چرخد.
• پیستون: پیستون با کمک شاتونی که معمولاً به میله یا Conrod کوتاه می شود به میل لنگ متصل می شود. هدف پیستون این است که به عنوان یک دوشاخه متحرک در سیلندر کار کند که قسمت پایین محفظه احتراق را تشکیل می دهد.
• درپوش یاتاقان: یاتاقان های پوسته دارای یک تنظیم برای سایش هستند، اما حرکت را کنترل می کند و فاصله جانبی اجازه می دهد تا درپوش یاتاقان را به درستی سفت کنید.

ساخت و عملکرد شاتون

شاتون حرکت خطی بالا و پایین پیستون را به حرکت دایره ای میل لنگ تبدیل می کند و بنابراین در معرض کشش، فشرده سازی، خم شدن و کمانش قرار می گیرد.

شاتون اتصال بین پیستون و میل لنگ را ایجاد می کند و در نتیجه نیرو را منتقل می کند. حرکت خطی بالا و پایین پیستون را به حرکت دایره ای میل لنگ تبدیل می کند و بنابراین در معرض کشش، فشرده سازی، خم شدن و کمانش قرار می گیرد.

شاتون با یک یاتاقان ساده روی میل لنگ میل لنگ نصب شده است. درپوش یاتاقان شاتون به انتهای بزرگ پیچ شده است. در بیشتر موارد، شاتون توخالی است یا با یک مجرای داخلی روغن ریخته‌گری برای تامین روان‌کننده پین ​​گوجون عرضه می‌شود.

مواد

برای به دست آوردن حداقل وزن و استحکام بالا، میله های اتصال از مواد زیر ساخته می شوند:

• فولادهای میکرو آلیاژی
• فلزات متخلخل
• آلومینیوم با عیار بالا
• CFRP و تیتانیوم (برای موتورهای با کارایی بالا)

میله های اتصال تولید انبوه آهنگری ، ریخته گری یا زینتر شده اند. میله های اتصال فورج شده نسبت استحکام به وزن بهتر و هزینه کمتری نسبت به میله های اتصال متخلخل دارند. با این حال، ساخت قالب نسبتاً گران است.

انواع شاتون

در زیر انواع شاتون های مورد استفاده در انواع موتورها آورده شده است:

• میله از نوع ساده
• میله چنگال و تیغه
• میله ارباب و برده
• میله های بیلت
• میله های ریخته گری
• میله های آهنگری
• میله های فلزی برقی

1. میله های نوع ساده

نوع ساده شاتون در موتورهای خطی و مخالف استفاده می شود. انتهای بزرگ میله اتصال به میل لنگ وصل شده و با یک کلاهک یاتاقان نصب شده است.

درپوش بلبرینگ توسط یک پیچ یا گل میخ در انتهای شاتون نصب می شود. شاتون باید در همان سیلندر و در همان موقعیت نسبی تعویض شود تا تناسب و تعادل مناسب حفظ شود.

2. میله چنگال و تیغه

این نوع شاتون ها در موتورهای موتور سیکلت V-twin و موتور هواپیماهای V12 استفاده می شوند. در هر جفت سیلندر موتور، یک میله “چنگال” در انتهای بزرگ به دو قسمت تقسیم می شود و یک میله “تیغه” از سیلندر مقابل باریک می شود تا این شکاف را در شاخک جا دهد.

این سیستم جفت تکان خوردن را که هنگام متعادل شدن جفت سیلندر همراه با میل لنگ ایجاد می شود، از بین می برد.

در نوع چیدمان بلبرینگ های انتهایی بزرگ، میله چنگال دارای یک آستین تک یاتاقان پهن است که در کل عرض میله، از جمله شکاف مرکزی گسترش می یابد.

سپس میله تیغه مستقیماً خارج از این آستین قرار می گیرد، نه روی میل لنگ. این باعث می شود که دو میله به جلو و عقب حرکت کنند و این باعث کاهش نیروی وارد بر یاتاقان و سرعت سطح می شود. اما، سرعت یاتاقان نیز به جای چرخش مداوم، متقابل می شود، که یک مشکل اساسی برای روانکاری است.

3. میله های استاد و برده

موتورهای شعاعی معمولاً از میله های اتصال Master-and-Slave استفاده می کنند. در این سیستم تک پیستون از یک میله اصلی با اتصال مستقیم به میل لنگ تشکیل شده است. پیستون های دیگر میله های اتصال خود را به حلقه های اطراف لبه میله اصلی متصل می کنند.

عیب میله‌های master-slave این است که کورس پیستون برده کمی بزرگتر از پیستون اصلی است که باعث افزایش لرزش در موتور نوع V می‌شود.

4. میله های بیلت

میله های اتصال بیلت از فولاد یا آلومینیوم طراحی شده اند. در مقایسه با انواع دیگر شاتون‌ها، سبک‌تر، قوی‌تر و طول عمر بیشتری دارند.

معمولاً در وسایل نقلیه با سرعت بالا استفاده می شود. گاهی اوقات برای کاهش افزایش استرس و سهولت وارد شدن به دانه های طبیعی مواد بیلت طراحی می شود.

5. میله های ریخته گری

این نوع شاتون ها توسط سازندگان ترجیح داده شده و طراحی شده اند زیرا می توانند بار یک موتور استوک را تحمل کنند.

میله های ریخته گری نیاز به هزینه کم برای تولید دارند و نمی توان آنها را در کاربردهایی با اسب بخار بالا استفاده کرد. میله های ریخته گری دارای درز قابل توجهی در وسط هستند که آنها را از نوع آهنگری جدا می کند.

6. میله های آهنگری

برخی از میله های اتصال به روش آهنگری ساخته می شوند. این نوع شاتون ها با فشار دادن یک دانه از مواد به شکل انتهایی ساخته می شوند. بسته به خواص مورد نیاز، مواد ممکن است آلیاژ فولاد یا آلومینیوم باشد.

آلیاژهای فولادی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند آلیاژ کروم و نیکل هستند. محصول نهایی برای شکننده بودن طراحی نشده است. از این رو، آلیاژهای نیکل یا کروم استحکام شاتون را افزایش می دهند.

7. میله های فلزی برقی

میله های اتصال نیز از فلز قدرت طراحی شده اند زیرا انتخاب مناسبی برای تولید کنندگان است. با مخلوط پودر فلزی که در قالب فشرده شده و تا دمای بالا گرم می شود تهیه می شود. این مخلوط به شکل جامد در می آید.

ممکن است نیاز به ماشینکاری سبک داشته باشد اما محصول اساساً از قالب محصول نهایی خارج می شود. میله های فلزی پودری ارزان تر از فولاد هستند و از میله های ریخته گری قوی تر هستند.

خرابی شاتون

در طول هر چرخش میل لنگ، یک شاتون اغلب در معرض نیروهای زیاد و تکراری قرار می گیرد: نیروهای برشی ناشی از زاویه بین پیستون و میل لنگ، نیروهای فشاری در حین حرکت پیستون به سمت پایین، و نیروهای کششی هنگام حرکت پیستون به سمت بالا. این نیروها با مجذور دور موتور (RPM) متناسب هستند.

خرابی شاتون که اغلب به آن “پرتاب میله” می گویند، یکی از شایع ترین علل خرابی فاجعه بار موتور در خودروها است که اغلب میله شکسته را از کناره میل لنگ عبور می دهد و در نتیجه موتور را غیرقابل ترمیم می کند.

علل رایج خرابی شاتون عبارتند از شکست کششی ناشی از دورهای بالا موتور، نیروی ضربه هنگام برخورد پیستون به سوپاپ (به دلیل مشکل در سوپاپ)، خرابی یاتاقان میله معمولاً به دلیل مشکل روغن کاری یا نصب نادرست شاتون.