Ruch równoległy - Parallel motion

Ten artykuł dotyczy ruchu równoległego w mechanice. Ruch równoległy w muzyce, patrz Ruch kontrapunktowy .
Animacja ruchu równoległego Watta

Ruch równoległy jest mechanicznym połączeniem wynalezionym przez szkockiego inżyniera Jamesa Watta w 1784 roku dla silnika parowego dwustronnego działania Watta . Pozwala prętowi poruszającemu się praktycznie prosto w górę iw dół, przenosić ruch na belkę poruszającą się po łuku, bez wywierania znacznego bocznego obciążenia pręta.

Opis

Równoległy ruch Watta na silniku pompującym

W poprzednich silnikach zbudowanych przez Newcomen i Watt, tłok pociągnął jeden koniec belki w dół podczas suwu mocy za pomocą łańcucha , a ciężar pompy pociągnął drugi koniec belki w dół podczas suwu odzyskiwania za pomocą drugiego łańcucha, przemienne siły wytwarzające ruch wahadłowy belki. W nowym silniku dwustronnego działania Watta tłok wytwarzał moc zarówno przy ruchach w górę, jak iw dół, więc łańcuch nie mógł być używany do przenoszenia siły na belkę. Watt zaprojektował ruch równoległy tak, aby przenosił siłę w obu kierunkach, jednocześnie utrzymując tłoczysko bardzo blisko pionu. Nazwał to „ruchem równoległym”, ponieważ zarówno tłok, jak i tłoczysko musiały poruszać się pionowo, równolegle do siebie.

Ręcznie narysowany diagram w liście Jamesa Watta do syna.

W liście do syna z 1808 r. Opisującym, w jaki sposób doszedł do tego projektu, James Watt napisał: „Jestem bardziej dumny z ruchu równoległego niż z jakiegokolwiek innego wynalazku, jaki kiedykolwiek stworzyłem”. Szkic, który zamieścił, w rzeczywistości pokazuje to, co jest obecnie znane jako połączenie Watta, które było połączeniem opisanym w patencie Watta z 1784 roku, ale zostało natychmiast zastąpione przez ruch równoległy.

Ruch równoległy różnił się od układu zawieszenia Watta tym, że w projekcie zastosowano dodatkowy łącznik pantografu. Nie wpłynęło to na podstawową zasadę, ale pozwoliło na zmniejszenie maszynowni, ponieważ połączenie było bardziej zwarte.

Tłok silnika Newcomena był napędzany w dół przez ciśnienie atmosferyczne i unoszony przez świeżą parę. Urządzenie Watta pozwoliło na użycie świeżej pary do bezpośredniej pracy po obu stronach tłoka, prawie podwajając moc, a także dostarczając moc bardziej równomiernie w cyklu, co jest zaletą przy przekształcaniu ruchu posuwisto-zwrotnego w ruch obrotowy (czy to za pomocą korby lub przez układ słoneczny i planetarny ).

Zasada działania

Schemat równoległego ruchu Watta : A i G są stałymi przegubami, podczas gdy F nie jest przegubem, a jedynie oznacza punkt na łączniku, który następuje po lemniscate . Jego ruch jest wzmocniony w D przez równoległobok BCDE .

Zobacz diagram po prawej stronie. Jest czop (łożysko) belki takich KAC , który kołysze się i w dół o A . H to tłok, który musi poruszać się w pionie, ale nie w poziomie. Sercem projektu jest czteropunktowy łącznik składający się z AB , BE i EG, a łącznik podstawowy to AG , oba przeguby na ramie silnika. Gdy belka kołysze się, punkt F (który jest narysowany, aby pomóc w tym wyjaśnieniu, ale nie jest zaznaczonym punktem na samej maszynie) opisuje wydłużoną ósemkę (a dokładniej lemniscate Bernoulliego ) w powietrzu. Ponieważ ruch ruchomej belki jest ograniczony do małego kąta, F opisuje tylko krótki odcinek ósemki, który jest dość blisko pionowej prostej. Ósemka jest symetryczna, o ile ramiona AB i EG mają taką samą długość, a najprostsza, gdy stosunek BF do FE odpowiada stosunkowi AB do EG . Jeżeli długość skoku (to jest skok maksymalnie F ) jest S , a także prosta sekcja jest najdłuższa, kiedy BE wynosi około 2/3 S i AB 1,5 S .

Byłoby możliwe bezpośrednie połączenie F z tłoczyskiem (konstrukcja „łącznika Watta”), ale nadałoby to maszynie niewygodny kształt, z G znajdującym się daleko od końca ruchomej belki. Aby tego uniknąć, Watt dodał równoległobok łącznik BCDE w celu utworzenia pantografu . Gwarantuje to, że F zawsze leży na linii prostej między A i D , a więc, że ruch D jest powiększony wersja ruchu F . D jest zatem punktem, do którego przymocowane jest tłoczysko DH . Dodanie pantografu również skróciło mechanizm, dzięki czemu budynek, w którym znajduje się silnik, mógł być mniejszy.

Jak już wspomniano, ścieżka F nie jest idealną linią prostą, a jedynie przybliżeniem. Projekt Watta spowodował odchylenie około jednej części na 4000 od prostej. Później, w XIX wieku, wynaleziono doskonałe prostoliniowe połączenia, poczynając od połączenia Peaucellier-Lipkin z 1864 roku.

Zobacz też

Bibliografia

Generał

Dalsza lektura