Mecanismo de alavanca de alternância – Como funciona?

O mecanismo de alavanca de alternância é um princípio técnico que é utilizado para gerar ou exercer grandes forças com relativamente pouca utilização de força. Este princípio é usado principalmente na indústria para fixar posições sem uso permanente de força - por exemplo, com grampos rápidos .

Alavancagem e transferência de força

O efeito de alavanca é um fenómeno fundamental que explica a transferência de força nos mecanismos de alavanca. Baseia-se na relação entre a força exercida numa alavanca, a distância dessa força em relação a um apoio e a carga que a alavanca transporta.

A transferência de força é o processo pelo qual a força exercida na alavanca é transferida para outro ponto. Uma alavanca é um corpo rígido que pode rodar em torno de um ponto fixo, o chamado apoio. As forças podem ser aplicadas em diferentes apoios ao longo da alavanca para levantar ou mover cargas. A força exercida na alavanca também é chamada de força compressora ou força de tração. Esta força é exercida numa extremidade do braço de alavanca ou num ponto entre o apoio e a extremidade. A intensidade e a direção da força compressora determinam a eficácia com que a carga é movida. O efeito da alavanca é criado pelos diferentes comprimentos dos braços da alavanca em ambos os lados do apoio. Se o braço de força for mais comprido do que o braço de carga, uma força mais pequena pode mover uma carga maior. Por outro lado, se o braço de carga for mais comprido, é necessária uma força maior para mover a mesma carga.

Como funciona o mecanismo de alavanca de alternância?

O mecanismo de alavanca de alternância é um princípio mecânico que é frequentemente utilizado em várias aplicações, tais como acessórios de fixação, pressão ou movimento de transferência. A função da alavanca de alternância baseia-se na utilização de dois ou mais braços de alavanca que estão ligados um ao outro, de modo que possam formar um ângulo semelhante ao do joelho.

A alavanca de alternância consiste em, pelo menos, dois braços de alavanca rígidos de comprimento fixo que são ligados entre si por uma articulação. O mecanismo funciona de forma que o comprimento fixo das alavancas force o movimento das extremidades da alavanca por movimento lateral da junta de ligação. Quando a alavanca de alternância é movida para além do estado direito, pode suportar cargas grandes com relativamente pouco esforço ao utilizar uma paragem fixa.

A função do mecanismo de alavanca de alternância baseia-se no efeito de alavanca já explicado e na transferência de força. Dependendo da orientação dos braços da alavanca em direção uns aos outros, o efeito da alavanca aumenta a força compressora exercida pela alavanca termina com o aumento da extensão da alavanca de alternância com força constante na articulação. O autobloqueio ocorre com uma posição quase direita da alavanca de alternância, o que significa que uma força de retenção baixa já é suficiente para absorver uma carga muito grande ou para manter a tensão.

Como é construída uma alavanca de alternância?

A construção de um mecanismo de alavanca de alternância manifesta-se pela sua capacidade característica de criar uma força de aperto forte ou força de retenção com esforço mínimo assim que o mecanismo é colocado na posição "exceder". Aqui estão os principais componentes e como funcionam:

• Braços da alavanca: A alavanca de alternância consiste em pelo menos dois braços de alavanca. Estes braços são ligados entre si para formar um ângulo semelhante a um joelho humano quando a alavanca é utilizada.
• Articulações: Os braços da alavanca estão ligados uns aos outros por, pelo menos, uma articulação. Esta articulação permite que os braços da alavanca se movam um em relação ao outro. Em muitas alavancas de alternância, existem articulações adicionais que permitem maior liberdade de movimentos ou sequências de movimentos específicas.
• Apoio: O apoio é o ponto fixo em torno do qual os braços da alavanca se movem. Numa alavanca de alternância, o apoio pode estar numa das articulações ou numa parte separada do mecanismo.
• Ponto de força: Este é o ponto onde a força é exercida na alavanca para ativá-la. A posição e o tipo de aplicação de força podem variar dependendo do design e do objetivo da alavanca de alternância.
• Ponto de carga: A carga ou resistência é exercida neste ponto. Este é, portanto, o ponto onde a força de aperto exercida atua.
• Mecanismo de exceder: Essencial para o mecanismo de alternância é a capacidade de alcançar uma posição na qual os braços da alavanca e os eixos de ligação estão alinhados quase ou completamente numa linha. Nesta posição, que é muitas vezes referida como "excedida" ou "excedendo o centro morto", o mecanismo atinge a sua força de retenção máxima e estabiliza-se. Apenas é necessária força mínima para manter esta posição.

(1) Pequeno ângulo . (2) Grande ângulo . (3) Ângulo . = 180° (centro morto)

Mecanismo de sobreextensão e bloqueio do centro morto

Como já mencionado, as alavancas de alternância têm um mecanismo de sobreextensão que permite que os braços da alavanca se movam para uma posição sobreestendida. O antigo mecanismo de bloqueio do centro morto ou de bloqueio automático é uma característica central deste mecanismo. Este autobloqueio é responsável pela elevada força de retenção e força de fixação, ao mesmo tempo que exerce a força mínima.

O centro morto num mecanismo de alavanca de alternância é o momento em que os braços da alavanca e os eixos de ligação formam uma linha reta. Nesta posição, a alavanca é estendida ao máximo Centro morto é o ponto em que o mecanismo de alavanca de alternância exerce a maior força. Este estado é muito instável e é deixado por ligeiras alterações de força em qualquer direção.

O bloqueio do centro morto anterior ocorre quando o mecanismo é movido ligeiramente para além deste centro morto. Nesta posição excedida, os braços da alavanca estão alinhados para formar uma forma de joelho ligeiramente torcida. Se a articulação do joelho estiver excessivamente estendida, a articulação do joelho trava automaticamente. Depois de atingir esta posição, apenas é necessária uma força mínima para manter a alavanca na posição bloqueada. Este tipo de mecanismo de bloqueio é particularmente útil em aplicações que requerem uma força de fixação forte e permanente sem exercer constantemente força manual. Exemplos são chaves inglesas, fechos de encaixe e dispositivos de retenção na tecnologia de fabrico.

Onde são utilizadas as alavancas de alternância?

O mecanismo de alavanca de alternância é frequentemente utilizado para aplicações que requerem uma força de fixação forte ou força de retenção com um esforço mínimo contínuo de força. Exemplos são fixações em máquinas-ferramentas, dispositivos de fixação em produção e mecanismos de bloqueio em vários dispositivos. As alavancas de alternância também são utilizadas para bloquear ou fixar componentes.

A ilustração de exemplo a seguir mostra um grampo de alavanca de alternância, que consiste em dois componentes que estão conectados um ao outro por dois acoplamentos. O componente fixo é a linha AB, a alavanca é o CD da linha. Quando a alavanca é acionada, o ponto D move-se sobre o ponto A porque o ponto C move-se sobre o ponto B. O centro morto com a linha BCD é atingido durante o movimento. Neste estado, a força de ação máxima é gerada no componente. O centro morto é um estado instável, qualquer alteração de força quer alterar este estado. Para obter uma força de retenção elevada no componente - sem ter de exercer força no ponto D durante todo o tempo - o mecanismo foi concebido de modo que o centro morto seja excedido na direção da seta vermelha. O movimento termina com o suporte da cabeça do grampo no componente (não mostrado).

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