A síntese, ou desenho, de mecanismos de quatro barras é importante quando se pretende produzir um movimento de saída desejado para um movimento de entrada específico. A fim de minimizar o custo e maximizar a eficiência, um designer irá escolher o mecanismo mais simples possível para realizar o movimento desejado. Ao selecionar um tipo de mecanismo a ser projetado, os comprimentos das ligações devem ser determinados por um processo chamado síntese dimensional. A síntese dimensional envolve uma metodologia de iteração e análise que, em certas circunstâncias, pode ser um processo ineficiente; no entanto, em cenários únicos, podem não existir procedimentos exatos e detalhados para projetar um mecanismo preciso.
Relação tempoEditar
A relação tempo (Q) de um mecanismo de quatro barras é uma medida do seu retorno rápido e é definida da seguinte forma:
Q = Tempo de curso mais lento Tempo de curso mais rápido ≥ 1 {\displaystyle Q={\frac {\text {\text {\text {\text {\text \text {\text \text \text {\text \text \text {\text \text \text \text \text \text \text 1}
Com mecanismos de quatro barras há dois cursos, o avanço e o retorno, que quando somados criam um ciclo. Cada curso pode ser idêntico ou ter velocidades médias diferentes. A relação de tempo define numericamente a velocidade do curso para frente em comparação com o curso de retorno mais rápido. O tempo total do ciclo (Δtcycle) para um mecanismo é:
Δ t ciclo = Tempo do curso mais lento + Tempo do curso mais rápido {\displaystyle \Delta t_{\text{\cycle}}={\text{Tempo do curso mais lento}}+{\text{\Tempo do curso mais rápido}}}}
Os mecanismos de quase quatro barras são accionados por um actuador rotativo, ou manivela, que requer uma velocidade constante específica. Esta velocidade necessária (ωcrank)está relacionada com o tempo do ciclo da seguinte forma:
ω crank = ( Δ t ciclo ) – 1 {\i1}displaystyle {\i1}omega _{\i1}(\i}Delta t_{\i}{\i1}(delta t_{\i})^{-1}
Alguns mecanismos que produzem movimento recíproco, ou repetitivo, são concebidos para produzir movimento simétrico. Ou seja, o curso para frente da máquina move-se ao mesmo ritmo que o curso de retorno. Estes mecanismos, que são frequentemente referidos como design em linha, normalmente trabalham em ambas as direcções, uma vez que exercem a mesma força em ambas as direcções.
Exemplos de mecanismos de movimento simétrico incluem:
- Pára-brisas
- Mecanismos de motor ou pistões
- Manivela de janelaautomóvel
Outras aplicações requerem que o mecanismo a ser projectado tenha uma velocidade média mais rápida numa direcção do que na outra. Esta categoria de mecanismo é mais desejada para o projeto quando o trabalho só é necessário para operar em uma direção. A velocidade a que este curso opera é também muito importante em certas aplicações da máquina. Em geral, o retorno e o curso não intensivo de trabalho devem ser realizados o mais rápido possível. Assim, a maior parte do tempo em cada ciclo é atribuído para o curso intensivo de trabalho. Estes mecanismos de retorno rápido são frequentemente referidos como offset.
Exemplos de mecanismos de offset incluem:
- Máquinas de corte
- Dispositivos de movimentação de pacotes
Com mecanismos de offset, é muito importante compreender como e até que ponto o offset afecta a relação tempo. Para relacionar a geometria de uma ligação específica com o tempo do curso, é utilizado um ângulo de desequilíbrio (β). Este ângulo está relacionado com a relação de tempo, Q, como segue:
Q = 180 ∘ + β 180 ∘ – β {\displaystyle Q={\frac {\frac {\rc }+\beta }{180^{\rc }–beta }}}
Através de um simples rearranjo algébrico, esta equação pode ser reescrita para resolver para β:
β = 180 ∘ × Q – 1 Q + 1 {\i1}beta =180^{\i1}-circ {\i1}times {\i1}frac {\i1}{\i1}
Gráficos de tempoEditar
Gráficos de tempo são frequentemente usados para sincronizar o movimento entre dois ou mais mecanismos. Eles mostram graficamente informações mostrando onde e quando cada mecanismo está estacionário ou executando seus traçados de avanço e retorno. Os gráficos de tempo permitem aos designers descrever qualitativamente o comportamento cinemático necessário de um mecanismo.
Estes gráficos também são usados para estimar as velocidades e acelerações de certas ligações de quatro barras. A velocidade de uma ligação é a taxa do tempo em que a sua posição está a mudar, enquanto a aceleração da ligação é a taxa do tempo em que a sua velocidade está a mudar. Tanto a velocidade como a aceleração são quantidades vectoriais, na medida em que têm tanto a magnitude como a direcção; no entanto, apenas as suas magnitudes são utilizadas nos gráficos temporais. Quando usados com dois mecanismos, os gráficos de tempo assumem aceleração constante. Esta suposição produz equações polinomiais para a velocidade em função do tempo. A aceleração constante permite que o gráfico de velocidade vs. tempo apareça como linhas rectas, designando assim uma relação entre deslocamento (ΔR), velocidade máxima (vpeak), aceleração (a), e tempo(Δt). As equações seguintes mostram isto.
ΔR = 1/2vpeakΔt ΔR = 1/4a(Δt)2
Dado o deslocamento e o tempo, tanto a velocidade máxima como a aceleração de cada mecanismo num dado par podem ser calculadas.