طراحی شاتون

شاتون به عنوان یكی ازمهمترین قطعه متحرك موتور،در نحوه كاركرد وبازده مكانیكی موتور موثر بوده،اصلاح وبهسازی آن می تواند نقش قابل توجهی در بهبود كاركرد موتور داشته باشد.

در زمینه تحلیل تنش در شاتون تحقیقات بسیاری انجام گرفته است.ذیلا به نمونه ای از كاربرد روش اجزای محدود اشاره شده است.

در سال 1989 میلادی در یك كارخانه ذوب فلزات،شاتون یك موتور 18 سیلندر دیزل دچار شكست شد.موتور مزبور جهت تامین برق كوره های الكتریكی به كار گرفته شده با معاینه شاتون آسیب دیده مشخص شد شكست در اثر خستگی وپیدایش ترك در رزوه های شاتون رخ داده است.رزوه های مزبورجهت بسته شدن پیچ روی شاتون واتصال دو تكه شاتون در سوراخ عبور پیچ ایجاد شده بودند.مدل شاتون تحت بارهای تنش در پای رزوه های یاد شده بوده اند.برای كاهش این تنشها، انحنای پای دندانه ها در مدل كامپیوتری به دو برابر مقدار اولیه افزایش یافته است.با تحلیل مدل اصلاح شده، نتایج بیانگر كاهش قابل توجه در مقدار تنش پای دندانه ها بوده اند.بیشترین مقدار تنش در این ناحیه از 3200 مگاپاسكال به 1500 مگاپاسكال كاهش یافته است در پای رزوه های شاتون اصلاح فوق الذكر به عمل آمده،جنس شاتون نیز به نوعی فولاد با مقاومت بیشتر در برابر خستگی تغییر یافت وآثار مثبت این تغییرات در عمل نیز مشاهده گردید.

در سال 1984 در شركت تویوتا،آزمایشاتی روی شاتونهای تولید شده به روش متالوژی پودر انجام شده است واستحكام نهایی 850 مگاپاسكال برای نمونه ها ثبت با توجه به بارگذاری دینامیك شاتون تحلیل تجربی تنش در این قطعه در گستره وسیع كاركرد موتور مشكل می نماید.با این حال چنین تحلیلهایی نیز انجام گرفته اند.به عنوان نمونه در سال 1996 مدل سه بعدی فتوالاستیك نوعی شاتون تهیه شده،در حالات خاص بارگذاری اندازه تنشها در نقاط خاصی به دست آمده اند.

با توجه به افزایش كاربرد متالوژی پودر برای تولید فولادی با اشكال پیچیده ذیلا به دو نمونه از تحقیقات انجام شده در این زمینه اشاره می شود.

گردیده است.

تحقیقات انجام شده در سال 1989 در شركت فدرال موگول بیانگر رسیدن به عدد950 مگاپاسكال برای استحكام نهایی شاتونهای تولید شده به روش متالوژی پودر می باشند.فولاد مورد استفاده در این آزمایشات حاوی 6/0 درصد كربن بوده اند.

در سال 1376 در دانشگاه تربیت مدرس،پایان نامه ای تحت عنوان «بهسازی وطراحی پیستون،شاتون ومیل لنگ موتور 1600» در مقطع كارشناسی ارشد،با هدف اصلاح دستگاه حركتی موتور ارائه شده است.اصلاحات پیشنهادی در این پروژه شامل تغییر شكل شاتون،تغییر نوع اتصال شاتون وپیستون،و تغییر جنس می باشند.این  اصلاحات باعث كاهش وزن در حدود 110 گرم وافزایش استحكام در مقاطع مختلف شاتون می شوند.در این پایان نامه محاسبات به صورت تقریبی در برخی مقاطع خاص وبدون روش اجزای محدود،انجام گرفته است.

در سال 1373 در دانشگاه صنعتی امیركبیر پایان نامه ای تحت عنوان «بررسی خواص مكانیكی شاتون متالوژی پودر جایگزین شاتون فورج شده» در مقطع كارشناسی ارشد انجام شده است.در این پایان نامه روش متالوژی پودر به جای آهنگری برای تولید شاتون پیكان پیشنهاد شده است.فولاد توصیه شده برای این روش،حاوی مقدار بیشتری كربن،كرم ومولیبدن نسبت به فولاد مورد استفاده در شاتون فعلی می باشد.برای رساندن خواص مكانیكی شاتون متالوژی پودر تا حد خواص مكانیكی شاتون فورج شده،باید عملیات ساچمه زنی پس از فورج پودر انجام گیرد.

یك پایان نامه در دانشگاه تبریز با عنوان «جایگزینی شاتون چدنی به جای شاتون فولادی فورج شده»به صورت عملی برای یك موتور تك سیلندر دیزل،شاتونی چدنی را به روش ریخته گری نمونه سازی كرده اند.این شاتون در مرحله آزمایش روی موتور،نتایج رضایتبخشی از خود نشان داده است.قابل ذكر است كه طرح شاتون فوق كاملا مشابه شاتون اولیه موتور وتاكید پروژه عمدتا بر جایگزینی جنس وروش تولید جهت كاستن از هزینه ساخت بوده است.

در پایان نامه حاضر ،مراحل تحلیل دینامیكی شاتون به روش اجزای محدود،شرح داده اند.این روش علاوه بر مسائل سازه ای در مسائل حرارتی،سیالی والكترومغناطیسی نیز كاربرد دارد ونرم افزارهای متعددی برای اجرای این روش ابداع شده اند.نرم افزار انسیس در میان نرم افزارهای مشابه چون الگور،نیسا،نسترن ولوساس دارای برتریهای نسبی است كه عبارتند از :امكان انجام تحلیل در حالت دینامیك،برخورداری از گستره وسیع المانهای مختلف وسهولت تهیه در بازار با قیمت مناسب.تحلیل دینامیكی شاتون بوسیله نرم افزار انسیس ودر دو سرعت1000 دور بر دقیقه به عنوان دور آرام و5500 دور بر دقیقه،به عنوان حداكثر دور مجاز موتور،در زوایای خاص لنگ انجام گرفته است.اولین تحلیل در نقطه مرگ بالا،پایان مرحله تراكم وآغاز مرحله انبساط وتحلیل های بعدی هم با فواصل  زاویه لنگ انجام شده اند.یعنی در طول  كار یك سیكل 36 تحلیل انجام گرفته است.

فهرست مطالب:

فصل اول تعریف شاتون ,عناصر  تشکیل دهنده شاتون

 فصل دوم روشهای ساخت شاتون

 فصل سوم دینامیک  شاتون

1-روابط سینماتیک شاتون

2-محاسبه شتاب مرکز جرم شاتون

3-نیروهای استاتیکی شاتون

4-نیروهای دینامیکی شاتون

5-مرکز جرم و جرمهای تعادل در شاتون

فصل چهارم تحلیل شاتون

1-انتخاب جنس و تولیدشاتون قبل از ماشینکاری

2-ترسیم شاتون در کامپیوتر

3-محاسبه نیروی استاتیکی بااستفاده از نرم افزار انسیس

4-محاسبه اعمال نیروی پیستون به شاتون ومیل لنگ به شاتون

5-فشارهیدرودینامیک بر شاتون

6-محاسبه شتاب عمودی مرکز جرم شاتو6-محاسبه شتاب عمودی مرکز جرم شاتون

7-بررسی نتایج حاصله

 فصل پنجم

1- اصلاح در طرح ظاهری شاتون

2- تغییر جنس شاتون

3-اصلاح در روش تولید شاتون

علائم بکار رفته در متن 

منابع