La synthèse, ou la conception, des mécanismes à quatre barres est importante lorsqu’on vise à produire un mouvement de sortie souhaité pour un mouvement d’entrée spécifique. Afin de minimiser le coût et de maximiser l’efficacité, un concepteur choisira le mécanisme le plus simple possible pour accomplir le mouvement désiré. Lors de la sélection d’un type de mécanisme à concevoir, les longueurs de liaison doivent être déterminées par un processus appelé synthèse dimensionnelle. La synthèse dimensionnelle implique une méthodologie d’itération et d’analyse qui, dans certaines circonstances, peut être un processus inefficace ; cependant, dans des scénarios uniques, des procédures exactes et détaillées pour concevoir un mécanisme précis peuvent ne pas exister.
Ratio de tempsModification
Le ratio de temps (Q) d’un mécanisme à quatre barres est une mesure de son retour rapide et est défini comme suit :
Q = Temps de la course la plus lente Temps de la course la plus rapide ≥ 1 {\displaystyle Q={\frac {\text{Temps de la course la plus lente}{\text{Temps de la course la plus rapide}}\geq 1}.
Dans les mécanismes à quatre barres, il y a deux courses, l’aller et le retour, qui, additionnées, créent un cycle. Chaque course peut être identique ou avoir des vitesses moyennes différentes. Le rapport de temps définit numériquement la rapidité de la course avant par rapport à la course de retour, plus rapide. Le temps de cycle total (Δtcycle) d’un mécanisme est :
Δ t cycle = Temps de la course la plus lente + Temps de la course la plus rapide {\displaystyle \Delta t_{\text{cycle}}={\text{Temps de la course la plus lente}}+{\text{Temps de la course la plus rapide}}.
La plupart des mécanismes à quatre barres sont entraînés par un actionneur rotatif, ou manivelle, qui nécessite une vitesse constante spécifique. Cette vitesse requise (ωcrank)est liée au temps de cycle comme suit:
ω crank = ( Δ t cycle ) – 1 {\displaystyle \omega _{\text{crank}}=(\Delta t_{\text{cycle}})^{-1}}.
Certains mécanismes qui produisent un mouvement alternatif, ou répétitif, sont conçus pour produire un mouvement symétrique. C’est-à-dire que la course aller de la machine se déplace au même rythme que la course retour. Ces mécanismes, qui sont souvent appelés conception en ligne, effectuent généralement un travail dans les deux sens, car ils exercent la même force dans les deux sens.
Des exemples de mécanismes à mouvement symétrique comprennent :
- Les essuie-glaces
- Mécanismes ou pistons de moteur
- La manivelle de fenêtre de voiture
D’autres applications exigent que le mécanisme à concevoir ait une vitesse moyenne plus rapide dans une direction que dans l’autre. Cette catégorie de mécanisme est la plus souhaitée pour la conception lorsque le travail ne doit s’effectuer que dans une seule direction. La vitesse à laquelle cette course unique fonctionne est également très importante dans certaines applications de machines. En général, le retour et la course sans travail doivent être accomplis aussi rapidement que possible. Ainsi, la majorité du temps de chaque cycle est allouée à la course à forte intensité de travail. Ces mécanismes de retour rapide sont souvent appelés décalage.
Des exemples de mécanismes de décalage comprennent :
- Machines de découpe
- Dispositifs de déplacement de paquets
Avec les mécanismes de décalage, il est très important de comprendre comment et dans quelle mesure le décalage affecte le rapport de temps. Pour relier la géométrie d’une tringlerie spécifique à la synchronisation de la course, on utilise un angle de déséquilibre (β). Cet angle est lié au rapport de temps, Q, comme suit :
Q = 180 ∘ + β 180 ∘ – β {\displaystyle Q={\frac {180^{\circ }+\beta }{180^{\circ }-\beta }}.
Par un simple réarrangement algébrique, cette équation peut être réécrite pour résoudre β :
β = 180 ∘ × Q – 1 Q + 1 {\displaystyle \beta =180^{\circ}\times {\frac {Q-1}{Q+1}}
Timing chartsEdit
Les timing charts sont souvent utilisés pour synchroniser le mouvement entre deux ou plusieurs mécanismes. Ils affichent graphiquement des informations montrant où et quand chaque mécanisme est à l’arrêt ou effectue ses courses d’aller et de retour. Les diagrammes de synchronisation permettent aux concepteurs de décrire qualitativement le comportement cinématique requis d’un mécanisme.
Ces diagrammes sont également utilisés pour estimer les vitesses et les accélérations de certains liens à quatre barres. La vitesse d’une liaison est le taux temporel auquel sa position change, tandis que l’accélération de la liaison est le taux temporel auquel sa vitesse change. La vitesse et l’accélération sont toutes deux des quantités vectorielles, c’est-à-dire qu’elles ont à la fois une magnitude et une direction ; cependant, seules leurs magnitudes sont utilisées dans les diagrammes de temps. Lorsqu’ils sont utilisés avec deux mécanismes, les diagrammes de temps supposent une accélération constante. Cette hypothèse produit des équations polynomiales pour la vitesse en fonction du temps. L’accélération constante permet au graphique de la vitesse en fonction du temps d’apparaître comme des lignes droites, désignant ainsi une relation entre le déplacement (ΔR), la vitesse maximale (vpeak), l’accélération (a) et le temps(Δt). Les équations suivantes le montrent.
ΔR = 1/2vpeakΔt ΔR = 1/4a(Δt)2
Donné le déplacement et le temps, on peut calculer à la fois la vitesse maximale et l’accélération de chaque mécanisme dans une paire donnée.