Syntesen, eller utformningen, av fyrastångsmekanismer är viktig när man vill åstadkomma en önskad utgångsrörelse för en specifik ingångsrörelse. För att minimera kostnaden och maximera effektiviteten kommer en konstruktör att välja den enklaste möjliga mekanismen för att åstadkomma den önskade rörelsen. När man väljer en mekanismtyp som ska konstrueras måste länklängderna bestämmas genom en process som kallas dimensionell syntes. Dimensionssyntes innebär en iterativ och analyserande metod som under vissa omständigheter kan vara en ineffektiv process, men i unika scenarier kan det hända att det inte finns exakta och detaljerade förfaranden för att konstruera en exakt mekanism.
TidskvotEdit
Tidskvoten (Q) för en mekanism med fyra stänger är ett mått på dess snabba återgång och definieras på följande sätt:
Q = Tid för långsammare slag Tid för snabbare slag ≥ 1 {\displaystyle Q={\frac {\frac {\text{Tid för långsammare slag}}{\text{Tid för snabbare slag}}}\geq 1}
Med fyrastångsmekanismer finns det två slag, framåt och bakåt, som när de adderas tillsammans skapar en cykel. Varje slag kan vara identiskt eller ha olika medelhastigheter. Tidsförhållandet definierar numeriskt hur snabbt framåtslaget är jämfört med det snabbare returslaget. Den totala cykeltiden (Δtcycle) för en mekanism är:
Δ t cycle = Tid för det långsammare slaget + Tid för det snabbare slaget {\displaystyle \Delta t_{\text{cycle}}={\text{Tid för det långsammare slaget}}+{\text{Tid för det snabbare slaget}}}
De flesta fyrbalksmekanismer drivs av ett roterande manöverdon, eller vev, som kräver en viss konstant hastighet. Denna nödvändiga hastighet (ωcrank)är relaterad till cykeltiden enligt följande:
ω crank = ( Δ t cycle ) – 1 {\displaystyle \omega _{\text{crank}}=(\Delta t_{\text{cycle}}})^{-1}}}
Vissa mekanismer som ger upphov till en reciprok, eller upprepad, rörelse är utformade för att ge upphov till symmetrisk rörelse. Det vill säga att maskinens framåtslag rör sig i samma takt som returslaget. Dessa mekanismer, som ofta kallas in-line-design, utför vanligtvis arbete i båda riktningarna, eftersom de utövar samma kraft i båda riktningarna.
Exempel på mekanismer med symmetrisk rörelse är:
- Vindrutetorkare
- Motormekanismer eller kolvar
- Motorns fönstersvängar
Andra tillämpningar kräver att den mekanism som ska utformas har en högre genomsnittshastighet i den ena riktningen än den andra. Denna kategori av mekanism är mest önskvärd för konstruktion när arbetet endast behöver fungera i en riktning. Hastigheten med vilken detta ena slag arbetar är också mycket viktig i vissa maskintillämpningar. I allmänhet bör återvändandet och det arbetsfria slaget utföras så snabbt som möjligt. Detta för att majoriteten av tiden i varje cykel ska kunna avsättas för det arbetsintensiva slaget. Dessa mekanismer för snabb återgång kallas ofta för förskjutning.
Exempel på förskjutningsmekanismer är:
- Skärmaskiner
- Packförflyttningsanordningar
Med förskjutningsmekanismer är det mycket viktigt att förstå hur och i vilken grad förskjutningen påverkar tidskvoten. För att relatera geometrin hos en specifik koppling till slagets timing används en obalansvinkel (β). Denna vinkel är relaterad till tidsförhållandet, Q, enligt följande:
Q = 180 ∘ + β 180 ∘ – β {\displaystyle Q={\frac {180^{\circ }+\beta }{180^{\circ }-\beta }}}
Genom en enkel algebraisk omställning kan denna ekvation skrivas om för att lösa β:
β = 180 ∘ × Q – 1 Q + 1 {\displaystyle \beta =180^{\circ }\times {\frac {Q-1}{Q+1}}}}
TidtabellerRedigera
Tidtabeller används ofta för att synkronisera rörelsen mellan två eller flera mekanismer. De visar grafiskt information som visar var och när varje mekanism är stillastående eller utför sina fram- och återgående slag. Tidtabeller gör det möjligt för konstruktörer att kvalitativt beskriva det kinematiska beteende som krävs för en mekanism.
Dessa tabeller används också för att uppskatta hastigheterna och accelerationerna för vissa länkar med fyra stänger. Hastigheten för en länk är den tidshastighet med vilken dess position förändras, medan länkens acceleration är den tidshastighet med vilken dess hastighet förändras. Både hastighet och acceleration är vektormängder, dvs. de har både storlek och riktning, men endast deras storlek används i tidsscheman. När tidsdiagrammen används med två mekanismer förutsätter de en konstant acceleration. Detta antagande ger polynomiella ekvationer för hastigheten som funktion av tiden. Konstant acceleration gör att grafen för hastigheten i förhållande till tiden kan uppfattas som raka linjer, vilket innebär att det finns ett samband mellan förskjutning (ΔR), maximal hastighet (vpeak), acceleration (a) och tid (Δt). Följande ekvationer visar detta:
ΔR = 1/2vpeakΔt ΔR = 1/4a(Δt)2
Givet förskjutningen och tiden kan både den maximala hastigheten och accelerationen för varje mekanism i ett givet par beräknas.