راهنمای مطالعه:
شاید بارها شنیده باشید مواظب باش موتورت شاتون نزنه!! یا اینکه می‌خواهید علائم خرابی شاتون در موتورسیکلت‌ها را بدانید یا اصولاً شاتون چیست و چه تفاوتی بین شاتون بلند و کوتاه وجود دارد؟ در این مقاله قصد داریم با این قطعه مهم درون انجین تمام وسائل نقلیه آشنا شویم و تمام نکات مربوط به موتور سیکلت آن را بررسی کنیم.
شاتون چیست؟
شاتون (Connecting rod) قطعه‌ای است که پیستون را به میل لنگ متصل میکند. این قطعه تا حد امکان سبک ساخته میشود ولی در عین حال بسیار مقاوم و سخت است. برای تامین شرایط لازم معمولاً شاتون را از جنس فولاد می‌سازند این استحکام برای شاتون ضروری است چرا که می‌بایست ضربات ناشی از احتراق را تحمل کند و همچنین نیرویی که با قدرت روی پیستون وارد میشود بوسیله شاتون به میل لنگ منتقل میگردد. شاتون نیروی تولید شده در محفظه احتراق یک انجین را به صورت عمودی به میل لنگ منتقل نموده و کارکرد آن انجام کورس‌های مکش، تراکم، انفجار و تخلیه است.
اجزای شاتون
• شاتون دارای دو سر و یک ساقه می‌باشد. چنانچه مقطع عرضی ساقه شاتون را در نظر بگیریم به شکل حرف I در زبان انگلیسی می‌باشد. یعنی در میان فرو رفته و در کناره‌ها برجسته می‌باشد (اگر از روبرو به یک تیر آهن که به حالت افقی قرار گرفته است نگاه کنید، می‌توانید بصورت تقریبی سطح مقطع ساقه شاتون را ببینید.)
• سرهای شاتون با یکدیگر اختلاف اندازه دارند، بدین شکل که شاتون دارای یک سر کوچک در بالا (جایی که به پیستون متصل میشود) و یک سر بزرگ در پایین (محل اتصال شاتون به میل لنگ) می‌باشد. سر کوچک شاتون به صورت یکپارچه است. لیکن سر بزرگ آن بصورت دو تکه ساخته میشود که با کمک پیچ و مهره به هم متصل میشوند.
• سر کوچک شاتون تشکیل یک یاتاقان را می‌دهد که انگشتی پیستون از داخل آن می‌گذرد در داخل این یاتاقان معمولا یک بوش (بوش به آستریهای قابل تعویض گفته میشود که در سطوح داخلی در معرض سایش نصب میشوند) از جنس مس یا برنج قرار می‌دهند که در تماس با پین پیستون می‌باشد.
• سر بزرگ شاتون به شکل یک یاتاقان دو تکه است که متحرک نیز می‌باشد (یعنی لنگ میل لنگ در داخل این یاتاقان دارای چرخش می‌باشد) و میل لنگ را در بر میگیرد. نیمه بالایی این یاتاقان با ساقه شاتون به شکل یکپارچه ریخته گری میشود. و نیمه پایینی آن که کپه یاتاقان خوانده میشود بوسیله دو عدد پیچ و مهره به نیمه بالایی متصل میگردد.
• در داخل سر بزرگ شاتون نیز بوش قرار داده میشود لیکن چون خود یاتاقان شاتون دو تکه است این بوش نیز به صورت دو عدد نیم بوش در داخل نیمه بالایی و نیمه پایینی سر بزرگ شاتون جایگذاری میشوند. این بوش بین لنگ میل لنگ و انتهای بزرگ شاتون قرار میگیرد. و هدف از استفاده از آن کاهش سایش و فرسودگی بر اثر اصطکاک است.
کاربرد شاتون در انجین چیست؟
همانگونه که می‌دانید در موتورهای پیستونی حرکت ایجاد شده در اثر سوختن ماده سوختنی به شکل بالا و پایین رفتن پیستون است. به همین دلیل ما در استفاده از قدرت موتورها به توان چرخشی نیاز داریم. جهت تبدیل حرکت رفت و برگشتی پیستون به حرکت چرخشی در موتور از شاتون و پس از آن از میل لنگ استفاده میشود.
شاتون به وسیله قطعه ای با نام گژنپین به پیستون متصل شده است. وقتی که سوخت در مرحله تراکم در محفظه احتراق منفجر میشود، پیستون را به سمت پایین هل می‌دهد. در این هنگام بر اثر انفجار نیروی بزرگی ایجاد میشود که این نیرو با وارد آوردن فشار به پیستون باعث میشود تا پیستون به سمت پایین به عقب رفته و نیروی حاصل از انفجار به واسطه انتقال از طریق شاتون به میل لنگ منتقل کرده و باعث چرخش میل لنگ میشود. با چرخش میل لنگ، فلایویل که به میل لنگ متصل است می‌چرخد و نیرو پس از عبور از صفحه کلاچ یا همان دیسک و صفحه به سمت گیربکس منتقل میشود.
پس از رسیدن نیرو به گیربکس، نیرو به واسطه چرخ دنده های درون گیربکس که کوچک یا بزرگ هستند، نیرو به نسبت قطر هر چرخ دنده افزایش می یابد و در نهایت نیروی تقویت شده از طریق چرخ دنده سر گیربکس که به خورشیدی کوچک معروف است از طریق زنجیر چرخ به چرخ دنده بزرگتری که بر روی چرخ عقب نصب شده است منتقل می شود.
هر چه انفجار درون محفظه احتراق بزرگتر باشد (حجم سیلندر بیشتر و تراکم بیشتر باعث قدرت بیشتر است) و این قدرت به واسطه گیربکس بیشتر تقویت شود باعث افزایش (قدرت بر واحد اسب بخار) می شود.
جنس شاتون
شاتون قطعه‌ای از آلیاژ سخت آلومینیوم، چودن یا از فولاد سخت و مقاوم است، زیرا نوسانات و مقاومت‌های زیادی را باید درخود تحمل و منتقل کند. اینکه دقیقا شاتون را با چه آلیاژی بسازند بستگی حجم سیلندر، قدرت مد نظر در طراحی پیشران (انجین)، تعداد سیلندرهای یک انجین، میزان حرارت ایجاد شده در انجین، وزن، کاربرد در زمینه نوع انجین وسیله ای که قرار است دارای انجین باشد ( موتورسیکلت، خودرو، کشتی، موتوربرق و …) دارد. به همین بهتر است جنس این قطعه به نسبت استفاده و طراحی انجین بسیار زیاد مقاوم باشد.
نیروی وارد شده به این قطعه به قدری زیاد است که با در نظر گرفتن نیروی به هدر رفته یا اصطحکاکی، قدرت را به گیربکس رسانده و موتورسیکلت را به حرکت درآورد. پس جنس مورد استفاده در این قطعه باید بسیار مقاوم باشد.
اساسا کاربرد اصلی شاتون انتقال نیرو به میل لنگ جهت به حرکت انداختن فلایویل و در نتیجه به راه انداختن موتور است. همانطور که گفته شد، این قطعه پس از بالا رفتن و ایجاد تراکم سوخت در محفظه احتراق (سیلند) از بالا به سمپ پایین به حرکت میکند. شاتون به واسطه اتصال گژنپین به پیستون در بالای خود و به وسیله یاتاقان در پایین خود به میل لنگ متصل است.
انواع شاتون
شاتون‌های زیادی در بازار وجود دارد که در این مقاله 3 نوع آن را برای شما توضیح می‌دهیم:
- شاتون سدیمی
- شاتون کوتاه
- شاتون بلند
شاتون سدیومی: شاتون سدیومی که در آن نمک قرار دارد و توخالی است برای قدرت‌های تولیدی بسیار کمتر از موتورهای عادی موتورسیکلت می‌باشد. وقتی که این قطعه بسیار داغ میشود، به وسیله روغن کاری خنک میشود. نمک موجود در این قطعه باعث میشود که گرمای بیشتری از بین رفته و تقریبا خنک کاری صورت بگیرد.
شاتون بلند: شاتون بلند در موتورسیکلت‌هایی استفاده میشود که ارتفاع سیلندر آنها بسیار بیشتر از انجین معمولی است. این قطعه قدرت بسیار زیادی تولید میکند. در این هنگام پیستون به بالاترین حد خود رفته و سوخت را در شدیدترین حالت ممکن متراکم میکند. دور موتور در این وضعیت بسیار کم بوده و 0 تا 100 را درفاصله زمانی در حدود تقریبی 10 ثانیه به بالا پر میکند و بیشتر در موتورسیکلت‌های کراس، تریل، دو منظوره ورزشی، شکاری و کلیه موتورهایی که برای پیمایش آفرود و درون شهری مورد استفاده قرار میگیرد استفاده میشود زیرا قدرت بسیار زیادی به وسیله این قطعه تولید میشود.
شاتون کوتاه: شاتون کوتاه که در اکثر موتورسیکلت های اسپرت و نیمه اسپرت (درون شهری) استفاده میشود که بیشتر برای سرعت طراحی شده‌اند. برای مثال بنلی 300، آپاچی 180، NS و RS. در این موتورها از پایه کوتاه به دلیل نقطه مرگ بالا و پایین دارای فاصله کمی بوده و می‌تواند سریعاً از پایین‌ترین نقطه به بالاترین نقطه برسد. در این هنگام قدرت کم اما سرعت اضافه میشود و می‌تواند 0 تا 100 را در زمان کمتری پر کرد.
دلایل خرابی شاتون
شاتون قطعه‌ای معمولا فولادی بوده و در اصطلاح بسیار جان‌سخت است اما این قطعه نیز از خرابی مصون نبوده و برخی عوامل، نرخ خرابی این قطعه را افزایش می‌دهند که از جمله این عوامل می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:
- تصادفات: وقوع تصادفات شدید می‌تواند باعث خرابی و شکستن شاتون‌ها گردد. این تصادفات مخصوصا اگر از سمت جلو اتفاق بیفتند میزان خرابی‌ها را بیشتر میکنند.
- کیفیت پایین: کیفیت پایین شاتون‌ها یکی دیگر از عواملی است که منجر به خرابی یا شکستگی آنها خواهد شد.
- تنظیم ناصحیح: چنانچه شاتون به درستی تنظیم نشده و اتصالات آن به میل‌لنگ و پیستون، با دقت کافی انجام نشده باشد؛ خرابی شاتون امری محتمل است.
- دنده معکوس در سرعت بالا: استفاده نادرست از دنده معکوس و به خصوص در سرعت‌های بالا علاوه بر آنکه برای کلیت موتورسیکلت مناسب نیست بلکه می‌تواند منجر به آسیب به شاتون نیز گردد.
- ضربات شدید پیستون: چنانچه ضربات اعمالی از پیستون به شاتون بسیار فراتر از حد معمول باشد امکان شکستگی شاتون وجود دارد. این ضربات شدید عمدتا ناشی احتراق غیرعادی یا زودرس در سیلندر است.
- استفاده از شمع نا مناسب: در بازار شمع های مختلفی وجود دارد که دارای طول متفاوت هستند. اگر در موتورسیکلتی از شمع پایه کوتاه استفاده شده باشد و شخص به اشتباه از شمع پایه بلند استفاده کند. در زمانی که عمل تراکم سوخت در سیلندر اتفاق می افتد پیستون به شمع برخورد و به دلیل وارد آمدن فشار به شاتون باعث خرد شدن شاتون یا سوراخ شدن پیستون میشود.
- فیلترگیری اشتباه: بسیاری از افراد تحمل شنیدن صدای فیلرهای سئپتپ دود و سوخت را ندارند و با مراجعه به مراکز تعمیرگاهی تقاضا تنظیم و رفع صدا را میکنند اما چون اکثر تعمیرکاران بجای استفاده از آچار فیلر با شیوه تجربی و دست اقدام به تنظیم فیلرها میکنند به همین دلیل سوپاپها در برخی موارد به خوبی بسته نمیشوند و به دلیل باز بودن خود در زمان مرحله تتراکم سوخت یا خروج دود از محفظه احتراق پیستون به سوپاپها برخورد نموده و با این اتفاق شاتون، پیستون و سوپاپها آسیب می بینند.
- اختلال در سیستم روانکاری: همانگونه که در بندهای قبلی ذکر شد؛ روانکاری قطعات متحرک در موتورسیکلت امری بسیار حیاتی است. چنانچه روانکاری شاتون مختل شده و یا مناسب نباشد احتمال خرابی شاتون به شدت افزایش می‌یابد. یکی از دلایل اختلال در روانکاری قطعات نقص عملکرد پمپ روغن است که با افت فشار روغن عملا روغن به تمام قطعات نرسیده و خرابی یا شکستگی شاتون، می‌تواند خسارات بسیار زیادی را به انجین وارد نموده و در نتیجه هزینه‌های هنگفتی باید صرف تعمیر موتورسیکلت گردد؛ لذا به شدت توصیه میشود عوامل و علائم خرابی شاتون را جدی گرفته و هر از گاهی به یک مکانیک ماهر مراجعه نمایید تا این موضوع را چک نماید.
تاثیر روغن موتور روی شاتون
همان گونه که اختلال در روانکاری قطعات انجین باعث آسیب به قطعات داخلی مانند شاتون میگردد، استفاده از روغن موتور نا مناسب هم باعث میشود تا بین قطعات متحرک بجای کاهش اصطحکاک، با افزایش اصطحکاک مواجه شوند. از این جهت با افزایش اصطحکاک دمای قطعات بالا رفته و به دلیل بالا بودن دمای شاتون عملا شاتون به مرحله ذوب نزدیک میگردد و با افزایش حرارت بر روی شاتون عملا شاتون نرم شده و با اولین فشار به انجین شاتون با کاهش طول مواجه و یا خم میشود و عملا دیگر مراحل مکش، تراکم، احتراق و تخلیه در سیلندر اتفاق نیفتاده و موتور خاموش میشود.
مرحله ای را که شاتون با کاهش طول یا خم شدن مواجه میشود را در اصطلاح مرحله خمیری شدن شاتون می نامند. در این مرحله زمانی که شاتون خمیری (در اثر افزایش دما نرم) میشود به معنی آن است که دما در انجین بسیار بالارفته و عملا باید رنگ، پیستان، سیلندر و تمام واشرها و بلبرینگ های درون انجین تعویض گردند زیرا همه آنها دچار خشک شدگی آلیاژی شده و همگی کارایی خود را از دست داده اند و دیگر کارایی ندارند.
زمانی که مهندس طراح انجین در یک کارخانه یک انجین را بر اساس غلظت مولکولی یک درجه کیفیت مشخص و معین از روغن موتور را برای انجین در نظر میگیرد و قطعات انجین را بر اساس غلظت مولکولی روغن طراحی میکند و معین می نماید که در این انجین باید مثلا از روغن موتوری با درجه کیفیت SG یا SJ استفاده شود و آن را به مشتری گوش ضد میکند، باید برای همیشه از روغن موتوری با درجه کیفیت مشخص شده در انجین استفاده شود اگر که مشتری بنا به دلخواه خود و با تصور اینکه روغن موتور با درجه کیفیت بالاتر (مثلا SL یا SN) یا کمتری (مثلا SE یا SF) را در انجین استفاده نماید، به دلیل افزایش یا کاهش غلظت مولکولی روغن در دراز مدت قطعات انجین با سایش روبرو و در مدتی کوتاه با نقص در عملکرد روبرو میشوند.
علائم خرابی شاتون موتور سیکلت
خرابی شاتون به سادگی قابل تشخیص نمی‌باشد و نیاز به تجربه خیلی بالا دارد، از علائم خرابی شاتون می‌توان به صدای تق تق خیلی خفیف در هنگام سرد بودن در بعضی موتور ها و صدای تق تق در دسته دیگری از موتورها اشاره نمود و این بستگی به این دارد که طراحی شاتون و بوش ها در محل اتصال آن به پیستون چگونه باشد، کج شدن شاتون به ندرت اتفاق می افتد و این وضعیت هنگامی اتفاق می افتد که آسیب خیلی زیادی به موتور رسیده باشد.
تنها راه مطمئن برای بررسی وضعیت شاتون، باز کردن موتور و بررسی شاتون، یاتاقان‌ها، پین پیستون و محل اتصال میل لنگ و شاتون است که در آن یاتاقان‌های شاتون به جلو و عقب کشیده میشوند. بدیهی است که این کار مستلزم دانش فنی و البته هزینه‌های زیادی است اما در صورتی که از نقص فنی شاتون اطمینان دارید می‌تواند تنها گزینه موجود باشد.
سوالات متداول
- شاتون زدن موتورسیکلت به چه معنایی است؟ اصطلاحات زیادی در بین تعمیرکاران وجود دارد که بیان کننده آسیب جدی به موتور می باشند، مهم ترین این اصطلاحات یاتاقان زدن و شاتون زدن می باشد، اصطلاح شاتون زدن زمانی بکار می رود که شاتون ها به شدت آسیب دیده باشند و دیگر قابل استفاده بر روی موتورسیکلت نباشند.
- آیا در موتورسیکلت های برقی شاتون هم وجود دارد؟ سیستم موتورهای برقی و هیبریدی بسیار متفاوت است. در این موتور سیکلت ها سوختی نسوخته و انرژی تولید نمیشود بلکه از انرژی ذخیره شده برای به حرکت درآمدن موتورسیکلت استفاده میشود. در این موتورسیکلت ها شما حتی نیازی به روغن کاری خاصی ندارید و پیستون و سیلندری را نمیتوانید مشاهده کنید. پس این قطعه در موتورسیکلت های برقی مورد استفاده قرار نمیگیرد.
منبع: نویسنده اصلی این مطلب جناب حمید حساس از تیم موتورکلاب است.
