Syntéza nebo konstrukce čtyřtaktních mechanismů je důležitá, pokud je cílem vytvořit požadovaný výstupní pohyb pro určitý vstupní pohyb. Aby se minimalizovaly náklady a maximalizovala účinnost, konstruktér zvolí co nejjednodušší mechanismus pro dosažení požadovaného pohybu. Při výběru typu navrhovaného mechanismu je třeba určit délky článků postupem, který se nazývá rozměrová syntéza. Rozměrová syntéza zahrnuje metodiku opakování a analýzy, která může být za určitých okolností neefektivním procesem; v jedinečných scénářích však přesné a podrobné postupy pro návrh přesného mechanismu nemusí existovat.
Časový poměrUpravit
Časový poměr (Q) čtyřtaktního mechanismu je mírou jeho rychlého návratu a je definován takto:
Q = Čas pomalejšího zdvihu Čas rychlejšího zdvihu ≥ 1 {\displaystyle Q={\frac {\text{Čas pomalejšího zdvihu}}{\text{Čas rychlejšího zdvihu}}}\geq 1}
U čtyřtaktních mechanismů existují dva zdvihy, dopředný a zpětný, které po sečtení vytvoří cyklus. Každý zdvih může být stejný nebo může mít různé průměrné rychlosti. Časový poměr číselně určuje, jak rychlý je dopředný zdvih ve srovnání s rychlejším zpětným zdvihem. Celková doba cyklu (Δtcyklus) mechanismu je:
Δ t cyklus = doba pomalejšího zdvihu + doba rychlejšího zdvihu {\displaystyle \Delta t_{\text{cyklus}}={\text{čas pomalejšího zdvihu}}+{\text{čas rychlejšího zdvihu}}}.
Většina čtyřtaktních mechanismů je poháněna rotačním pohonem neboli klikou, která vyžaduje určitou konstantní rychlost. Tato požadovaná rychlost (ωklika)souvisí s dobou cyklu takto:
ωklika = ( Δ t cyklus ) – 1 {\displaystyle \omega _{\text{klika}}=(\Delta t_{\text{cyklus}})^{-1}}.
Některé mechanismy, které vytvářejí vratný nebo opakovaný pohyb, jsou navrženy tak, aby vytvářely symetrický pohyb. To znamená, že dopředný zdvih stroje se pohybuje stejnou rychlostí jako zpětný zdvih. Tyto mechanismy, které se často označují jako in-line konstrukce, obvykle vykonávají práci v obou směrech, protože v obou směrech působí stejnou silou.
Příklady mechanismů se symetrickým pohybem zahrnují:
- Stěrače čelního skla
- Motorové mechanismy nebo písty
- Klika automobilových oken
Jiné aplikace vyžadují, aby měl navrhovaný mechanismus v jednom směru vyšší průměrnou rychlost než v druhém. Tato kategorie mechanismů je nejžádanější pro konstrukci v případech, kdy je požadována práce pouze v jednom směru. Rychlost, s jakou tento jeden zdvih pracuje, je také velmi důležitá v některých strojních aplikacích. Obecně platí, že zpětný a pracovní neintenzivní zdvih by měl být proveden co nejrychleji. To proto, aby většina času v každém cyklu byla vyhrazena pro pracovní-intenzivní zdvih. Tyto rychlé návratové mechanismy se často označují jako offset.
Příklady offsetových mechanismů zahrnují:
- Řezací stroje
- Zařízení pro pohyb v obalu
U offsetových mechanismů je velmi důležité pochopit, jak a do jaké míry ovlivňuje offset časový poměr. K propojení geometrie konkrétního závěsu s časovým průběhem zdvihu se používá úhel nevyváženosti (β). Tento úhel souvisí s časovým poměrem Q takto:
Q = 180 ∘ + β 180 ∘ – β {\displaystyle Q={\frac {180^{\circ }+\beta }{180^{\circ }-\beta }}}
Jednoduchým algebraickým uspořádáním lze tuto rovnici přepsat tak, aby řešila β:
β = 180 ∘ × Q – 1 Q + 1 {\displaystyle \beta =180^{\circ }\times {\frac {Q-1}{Q+1}}}}.
Časové diagramyEdit
Časové diagramy se často používají k synchronizaci pohybu dvou nebo více mechanismů. Graficky zobrazují informace, které ukazují, kde a kdy je každý mechanismus v klidu nebo provádí své dopředné a zpětné tahy. Časové diagramy umožňují konstruktérům kvalitativně popsat požadované kinematické chování mechanismu.
Tyto diagramy se také používají k odhadu rychlostí a zrychlení některých čtyřtaktních článků. Rychlost článku je časová rychlost, s níž se mění jeho poloha, zatímco zrychlení článku je časová rychlost, s níž se mění jeho rychlost. Rychlost i zrychlení jsou vektorové veličiny, tj. mají jak velikost, tak směr; v časových grafech se však používají pouze jejich velikosti. Při použití dvou mechanismů předpokládají časové diagramy konstantní zrychlení. Tento předpoklad vytváří polynomické rovnice pro rychlost jako funkci času. Konstantní zrychlení umožňuje, aby se graf závislosti rychlosti na čase zobrazil jako přímka, čímž se označí vztah mezi posunem (ΔR), maximální rychlostí (vpeak), zrychlením (a) a časem(Δt). To ukazují následující rovnice.
ΔR = 1/2vpeakΔt ΔR = 1/4a(Δt)2
Podle posunutí a času lze vypočítat maximální rychlost i zrychlení každého mechanismu v dané dvojici.