|
شاتونها به صورت گستردهای در انواع موتورها استفاده میشوند. عملکرد شاتون
انتقال نیروی فشاری پیستون به میللنگ به وسیله تبدیل حرکت رفت و برگشتی به حرکت
گردشی است. شاتون از سه بخش سوراخ بزرگ، دسته و سوراخ کوچک تشکیل شده است. سوراخ
بزرگ و کوچک برای جا زدن دقیق یاتاقانها ماشینکاری میشوند. یک طرف شاتون به
وسیله پین پیستون به پیستون متصل میشود. طرف دیگر با میللنگ حرکت دورانی دارد و
به صورت دو تکه ساخته میشود تا بتوان آن را به دور میللنگ کلمپ کرد. دو تکه این
بخش به وسیله دو پیچ و مهره به هم متصل میشوند. شاتونها در معرض نیروهای وزن و
گاز در حال انبساط درون پیستون هستند. برهمنهی این دو نیرو در شاتون تنشهای
محوری و خمشی ایجاد میکند. تنشهای خمشی بر اثر خارج از محوری، میللنگ، تغییر
شکل بدنه و نیروی وزنی گردشی ایجاد میشوند. بنابراین یک شاتون باید به صورت
همزمان قابلیت انتقال تنش محوری، فشار محوری و تنشهای خمشی که بر اثر نیروی فشاری
پیستون و نیروی گریز از مرکز ایجاد میشوند، داشته باشد.
رقابت فشرده در بازارهای جهانی خودرو به تکامل قطعات با کارایی بالا که باید به
صورت اقتصادی طراحی و تولید شوند، کمک کرده است. بیشتر تکنولوژیهای فرآیندی برای
تولید انبوه شاتون آهنگری و متالورژی-پودر بسته هستند. متالورژی-پودر فرآیندی است
که در آن پودرها فشرده شده، پخته شده و آهنگری میشوند تا چگالی آنها به میزان
لازم افزایش یابد. با وجود قیمت بالاتر پودر فلزات، بسیاری از تولیدکنندگان خودرو
در آمریکای شمالی ترجیح دادهاند از روش متالورژی پودر به جای آهنگری برای تولید
شاتون استفاده کنند. یک دلیل اصلی برای این تغییر، هزینههای مرتبط با عملیات
ماشینکاری برای جداسازی دسته و کپه و لزوم ایجاد سطوح منطبق بین آنها است.
شاتونهای متالورژی پودر به این فرآیند ماشینکاری اضافی نیاز ندارند. هر چند
اخیراً توسعه C-70 یا فولاد میکروآلیاژی به اصطلاح "قابل ترک خوردن" نیاز به این
فرآیند اضافی ماشینکاری را حذف نموده است که هزینههای ماشینکازی را کاهش داده
است.
هدف این تحقیق ارزیابی و مقایسه رفتار خستگی یک شاتون آهنگری شده معمولی و
شاتونهای تولید شده به روش متالورژی پودر است.شاتونهای متالورژی پودری 570 گرمی
از یک موتور مینی ون 2.4 لیتری با شاتونهای 455 گرمی از یک ماشین متوسط با موتور
2.3 لیتری انتخاب شدهاند. آزمایشهایی بر روی قطعات آزمایشی با اندازه کوچک انجام
شدند تا خواص مکانیکی و خستگی فولاد آهنگری شده و فولاد متالورژی پودر شده ارزیابی
و با هم مقایسه شود. آزمایشهای خستگی قطعه همچنین برای ارزیابی و مقایسه دو نوع
شاتون بر روی آنها انجام شد. آنالیز المان محدود الاستیک نیز برای پیشبینی
تنشها، تمرکز تنشها و نقاط احتمالی شکست انجام شد. آنگاه روش S-N در آنالیز
خستگی برای پیشبینی عمر خستگی به کار گرفته شد و نتایج آن با نتایج بدست آمده از
آزمایش مقایسه شدند.
|