В кинематике рычажный механизм параллельного движения — это шестизвенный механический механизм, изобретенный шотландским инженером Джеймсом Уаттом в 1784 году для паровой машины Уатта двойного действия . Он позволяет стержню, движущемуся практически прямо вверх и вниз, передавать движение балке, движущейся по дуге, без приложения значительной боковой нагрузки к стержню.
В предыдущих двигателях, построенных Ньюкоменом и Уаттом, поршень тянул один конец шагающего бруса вниз во время рабочего хода с помощью цепи , а вес насоса тянул другой конец бруса вниз во время возвратного хода с помощью второй цепи, чередующиеся силы производили качательное движение бруса. В новом двигателе двойного действия Уатта поршень производил мощность как при ходе вверх, так и при ходе вниз, поэтому цепь не могла использоваться для передачи силы брусу. Уатт разработал параллельное движение для передачи силы в обоих направлениях, при этом удерживая шток поршня очень близко к вертикали. Он назвал это «параллельным движением», потому что и поршень, и шток насоса должны были двигаться вертикально, параллельно друг другу.
В письме к своему сыну в 1808 году, описывая, как он пришел к этой конструкции, Джеймс Уатт написал: «Я горжусь параллельным движением больше, чем любым другим изобретением, которое я когда-либо делал». [1] Эскиз, который он включил, на самом деле показывает то, что сейчас известно как рычажный механизм Уатта , который был рычажным механизмом, описанным в патенте Уатта 1784 года, но он был немедленно заменен параллельным движением. [2]
Параллельное движение отличалось от рычажного механизма Уатта наличием в конструкции дополнительного пантографного рычажного механизма. Это не повлияло на основной принцип, но позволило уменьшить машинное отделение, поскольку рычажный механизм был более компактным. [2]
Поршень двигателя Ньюкомена двигался вниз под действием атмосферного давления. Устройство Уатта позволяло использовать острый пар для непосредственной работы по обе стороны поршня, таким образом, почти удваивая мощность, а также распределяя мощность более равномерно по всему циклу, что было преимуществом при преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное (через кривошип или через систему солнечной и планетарной передач ).
См . схему справа. A — это шейка (подшипник) балансира KAC , который качается вверх и вниз вокруг A. H — это поршень, который должен двигаться вертикально, но не горизонтально. Сердцем конструкции является четырехзвенный шарнир, состоящий из AB , BE и EG , а базовым звеном является AG , оба шарнира на каркасе двигателя. Когда балансир качается, точка F (которая нарисована для облегчения этого объяснения, но не является отмеченной точкой на самой машине) описывает удлиненную восьмерку (точнее, лемнискату Бернулли ) в воздухе. Поскольку движение балансира ограничено небольшим углом, F описывает только короткий участок восьмерки, который довольно близок к вертикальной прямой линии. Восьмерка симметрична, пока плечи AB и EG равны по длине, и наиболее прямая, когда отношение BF к FE совпадает с отношением AB к EG . Если длина хода (то есть максимальный ход F ) равна S , то прямой участок будет длиннее всего, когда BE составляет около ⅔ S , а AB составляет 1,5 S. [3]
Можно было бы напрямую соединить F со штоком поршня (конструкция «рычага Уатта»), но это сделало бы машину неудобной формы, поскольку G находилась бы далеко от конца шагающего бруса. Чтобы избежать этого, Уатт добавил параллелограммную связь ▱BCDE, чтобы сформировать пантограф . Это гарантирует, что F всегда лежит на прямой линии между A и D , и, следовательно, что движение D является увеличенной версией движения F. Таким образом, D является точкой, к которой прикреплен шток поршня DH . Добавление пантографа сделало механизм короче, и поэтому здание, содержащее двигатель, могло быть меньше.
Как уже отмечалось, путь F — это не идеальная прямая линия, а лишь приближение. Конструкция Уатта дала отклонение примерно в одну часть к 4000 от прямой линии. Позже, в 19 веке, были изобретены идеальные прямолинейные связи, начиная с связи Поселье–Липкина 1864 года.
