Sinteza sau proiectarea mecanismelor cu patru bare este importantă atunci când se urmărește producerea unei mișcări de ieșire dorite pentru o anumită mișcare de intrare. Pentru a minimiza costurile și a maximiza eficiența, un proiectant va alege cel mai simplu mecanism posibil pentru a realiza mișcarea dorită. Atunci când se selectează un tip de mecanism care urmează să fie proiectat, trebuie să se determine lungimile verigilor printr-un proces numit sinteză dimensională. Sinteza dimensională implică o metodologie de tip „iterați și analizați” care, în anumite circumstanțe, poate fi un proces ineficient; cu toate acestea, în scenarii unice, este posibil să nu existe proceduri exacte și detaliate de proiectare a unui mecanism precis.
Raportul de timpEdit
Raportul de timp (Q) al unui mecanism cu patru bare este o măsură a revenirii sale rapide și se definește după cum urmează:
Q = Timpul cursei mai lente Timpul cursei mai rapide ≥ 1 {\displaystyle Q={\frac {\text{Timpul cursei mai lente}} {\text{Timpul cursei mai rapide}}}\geq 1}}.
În cazul mecanismelor cu patru bare există două curse, cea de avans și cea de întoarcere, care, atunci când sunt adăugate împreună, creează un ciclu. Fiecare cursă poate fi identică sau poate avea viteze medii diferite. Raportul de timp definește numeric cât de rapidă este cursa de înaintare în comparație cu cursa de întoarcere mai rapidă. Timpul total al ciclului (Δtcycle) pentru un mecanism este:
Δ t cycle = Timpul cursei mai lente + Timpul cursei mai rapide {\displaystyle \Delta t_{\text{cycle}}={\text{Timp al cursei mai lente}}+{\text{Timp al cursei mai rapide}}}.
Majoritatea mecanismelor cu patru bare sunt acționate de un dispozitiv de acționare rotativ, sau de o manivelă, care necesită o anumită viteză constantă. Această viteză necesară (ωcrank)este legată de durata ciclului după cum urmează:
ωcrank = ( Δ t ciclu ) – 1 {\displaystyle \omega _{\text{crank}}=(\Delta t_{\text{cycle}})^{-1}}}
Câteva mecanisme care produc o mișcare alternativă, sau repetitivă, sunt concepute pentru a produce o mișcare simetrică. Adică, cursa înainte a mașinii se mișcă în același ritm cu cursa de întoarcere. Aceste mecanisme, la care se face adesea referire ca fiind proiectate în linie, lucrează de obicei în ambele direcții, deoarece exercită aceeași forță în ambele direcții.
Exemple de mecanisme cu mișcare simetrică includ:
- Stergătoarele de parbriz
- Mecanismele sau pistoanele motoarelor
- Manivela geamurilor autoturismelor
Alte aplicații necesită ca mecanismul care urmează să fie proiectat să aibă o viteză medie mai mare într-o direcție decât în cealaltă. Această categorie de mecanisme este cea mai dorită pentru proiectare atunci când se cere ca lucrul să funcționeze doar într-o singură direcție. Viteza la care funcționează această singură cursă este, de asemenea, foarte importantă în anumite aplicații de mașini. În general, cursa de întoarcere și cursa de lucru neintensivă trebuie să se realizeze cât mai repede posibil. Aceasta pentru ca majoritatea timpului din fiecare ciclu să fie alocat pentru cursa de lucru-intensivă. Aceste mecanisme de întoarcere rapidă sunt deseori denumite offset.
Exemple de mecanisme de offset includ:
- Mașini de tăiat
- Dispozitive de deplasare a pachetelor
În cazul mecanismelor de offset, este foarte important să se înțeleagă cum și în ce măsură offset-ul afectează raportul de timp. Pentru a relaționa geometria unei anumite legături cu sincronizarea cursei, se utilizează un unghi de dezechilibru (β). Acest unghi este legat de raportul de timp, Q, după cum urmează:
Q = 180 ∘ + β 180 ∘ – β {\displaystyle Q={\frac {180^{\circ }+\beta }{180^{\circ }-\beta }}}
Printr-o simplă rearanjare algebrică, această ecuație poate fi rescrisă pentru a rezolva pentru β:
β = 180 ∘ × Q – 1 Q + 1 {\displaystyle \beta =180^{\circ }\times {\frac {Q-1}{Q+1}}}.
Diagrame de sincronizareEdit
Diagramele de sincronizare sunt adesea folosite pentru a sincroniza mișcarea între două sau mai multe mecanisme. Ele afișează grafic informații care arată unde și când fiecare mecanism este staționar sau își execută cursele de înaintare și de întoarcere. Diagramele de temporizare permit proiectanților să descrie calitativ comportamentul cinematic necesar al unui mecanism.
Aceste diagrame sunt, de asemenea, utilizate pentru a estima vitezele și accelerațiile anumitor legături cu patru bare. Viteza unei verigi este rata de timp cu care se schimbă poziția sa, în timp ce accelerația verigii este rata de timp cu care se schimbă viteza sa. Atât viteza, cât ș i accelerația sunt mărimi vectoriale, în sensul că au atât mărime, cât ș i direcție; cu toate acestea, numai mărimile lor sunt utilizate în diagramele de timp. Atunci când se utilizează cu două mecanisme, diagramele de sincronizare presupun o accelerație constantă. Această ipoteză produce ecuații polinomiale pentru viteză în funcție de timp. Accelerația constantă permite ca graficul vitezei în funcție de timp să apară sub formă de linii drepte, desemnând astfel o relație între deplasare (ΔR), viteza maximă (vpeak), accelerație (a) și timp (Δt). Următoarele ecuații arată acest lucru.
ΔR = 1/2vpeakΔt ΔR = 1/4a(Δt)2
Date fiind deplasarea și timpul, se pot calcula atât viteza maximă, cât și accelerația fiecărui mecanism dintr-o anumită pereche.