A négyrudas mechanizmusok szintézise vagy tervezése akkor fontos, ha egy adott bemeneti mozgásra egy kívánt kimeneti mozgás előállítása a cél. A költségek minimalizálása és a hatékonyság maximalizálása érdekében a tervező a lehető legegyszerűbb mechanizmust választja a kívánt mozgás megvalósításához. A tervezendő mechanizmustípus kiválasztásakor a láncszemek hosszát a dimenziószintézisnek nevezett eljárással kell meghatározni. A dimenziószintézis egy ismétlődő és elemző módszertant foglal magában, amely bizonyos körülmények között nem hatékony folyamat lehet; egyedi forgatókönyvek esetén azonban előfordulhat, hogy nem léteznek pontos és részletes eljárások egy pontos mechanizmus megtervezéséhez.
IdőaránySzerkesztés
A négyütemű mechanizmus időaránya (Q) a gyors visszatérés mértékegysége, amelyet a következőképpen határozunk meg:
Q = A lassabb löket ideje A gyorsabb löket ideje ≥ 1 {\displaystyle Q={\frac {\text{A lassabb löket ideje}}{\text{A gyorsabb löket ideje}}}\geq 1}
A négyütemű mechanizmusoknál két löket van, az előre- és a visszaütés, amelyek összeadva egy ciklust alkotnak. Az egyes lökések lehetnek azonosak vagy különböző átlagsebességűek. Az időarány számszerűen határozza meg, hogy az előremenő löket mennyire gyors a gyorsabb visszatérő lökethez képest. Egy mechanizmus teljes ciklusideje (Δtciklus):
Δ t ciklus = a lassabb löket ideje + a gyorsabb löket ideje {\displaystyle \Delta t_{\text{ciklus}}={\text{a lassabb löket ideje}}+{\text{a gyorsabb löket ideje}}}}
A legtöbb négyütemű mechanizmust egy forgó működtető, vagy forgattyú hajtja, amely egy bizonyos állandó sebességet igényel. Ez a szükséges fordulatszám (ωkurbli)a következőképpen függ össze a ciklusidővel:
ω kurbli = ( Δ t ciklus ) – 1 {\displaystyle \omega _{\text{kurbli}}=(\Delta t_{\text{ciklus}})^{-1}}}
Az oda-vissza mozgást vagy ismétlődő mozgást létrehozó mechanizmusok egy része szimmetrikus mozgást hoz létre. Ez azt jelenti, hogy a gép előremenő lökése ugyanolyan ütemben mozog, mint a visszatérő lökés. Ezek a mechanizmusok, amelyeket gyakran in-line kialakításnak is neveznek, általában mindkét irányban munkát végeznek, mivel mindkét irányban ugyanazt az erőt fejtik ki.
A szimmetrikus mozgású mechanizmusokra példák:
- A szélvédőtörlők
- Motormechanizmusok vagy dugattyúk
- Autóablak-karok
Más alkalmazásoknál a megtervezendő mechanizmusnak az egyik irányban nagyobb átlagsebességűnek kell lennie, mint a másikban. Ezt a mechanizmuskategóriát leginkább akkor kívánatos tervezni, ha a munkának csak az egyik irányban kell működnie. Az a sebesség, amellyel ez az egy ütem működik, szintén nagyon fontos bizonyos gépi alkalmazásokban. Általánosságban elmondható, hogy a visszatérő és a munkát nem igénylő lökést a lehető leggyorsabban kell végrehajtani. Ez azért van így, hogy minden ciklusban az idő nagy része a munkaintenzív löketre jusson. Ezeket a gyorsan visszatérő mechanizmusokat gyakran nevezik eltolásnak.
Példák az eltolásos mechanizmusokra:
- Vágógépek
- Csomagmozgató berendezések
Az eltolásos mechanizmusoknál nagyon fontos megérteni, hogy az eltolás hogyan és milyen mértékben befolyásolja az időarányt. Egy adott összekötőszerkezet geometriájának a löket időarányával való összefüggésbe hozására egy kiegyensúlyozatlansági szöget (β) használnak. Ez a szög a következőképpen függ össze a Q időaránnyal:
Q = 180 ∘ + β 180 ∘ – β {\displaystyle Q={\frac {180^{\circ }+\beta }{180^{\circ }-\beta }}}
Egyszerű algebrai átrendezéssel ez az egyenlet átírható úgy, hogy β-t megoldjuk:
β = 180 ∘ × Q – 1 Q + 1 {\displaystyle \beta =180^{\circ }\times {\frac {Q-1}{Q+1}}}
Időzítési diagramok szerkesztése
Az időzítési diagramok gyakran két vagy több mechanizmus közötti mozgás szinkronizálására szolgálnak. Grafikusan jelenítik meg azokat az információkat, amelyek megmutatják, hogy az egyes mechanizmusok hol és mikor állnak, illetve mikor hajtják végre az előre- és visszahúzásokat. Az időzítési diagramok lehetővé teszik a tervezők számára, hogy minőségileg leírják egy mechanizmus szükséges kinematikai viselkedését.
Ezek a diagramok bizonyos négysávos kapcsolatok sebességének és gyorsulásának becslésére is szolgálnak. Egy láncszem sebessége az az időbeli ütem, amellyel a pozíciója változik, míg a láncszem gyorsulása az az időbeli ütem, amellyel a sebessége változik. Mind a sebesség, mind a gyorsulás vektoros mennyiségek, azaz nagyságuk és irányuk is van; az idődiagramokban azonban csak a nagyságukat használjuk. Két mechanizmus esetén az időzítési diagramok állandó gyorsulást feltételeznek. Ez a feltételezés polinomiális egyenleteket eredményez a sebességre az idő függvényében. Az állandó gyorsulás lehetővé teszi, hogy a sebesség és az idő közötti grafikon egyenesekként jelenjen meg, így kijelölve az elmozdulás (ΔR), a maximális sebesség (vpeak), a gyorsulás (a) és az idő (Δt) közötti kapcsolatot. Az alábbi egyenletek ezt mutatják.
ΔR = 1/2vcsúcsΔt ΔR = 1/4a(Δt)2
Az elmozdulás és az idő ismeretében egy adott párban az egyes mechanizmusok maximális sebessége és gyorsulása is kiszámítható.