Параллельное движение - Parallel motion

Эта статья о параллельном движении в механике. О параллельном движении в музыке см. Контрапунктическое движение .
Анимация параллельного движения Ватта

Параллельное движение представляет собой механическую связь изобретен шотландского инженера Джеймса Уатта в 1784 для двойного действия парового двигателя Ватт . Это позволяет стержню, перемещающемуся практически прямо вверх и вниз, передавать движение балке, движущейся по дуге, без значительного бокового напряжения стержня.

Описание

Параллельное движение Ватта на насосном двигателе

В предыдущих двигателях, построенных Newcomen и Watt, поршень тянул один конец балансира вниз во время рабочего хода с помощью цепи , а вес насоса тянул другой конец балки вниз во время такта возврата с помощью второй цепи. переменные силы, вызывающие качательное движение балки. В новом двигателе двойного действия Ватта поршень производил мощность как при движении вверх, так и при движении вниз, поэтому цепь не могла использоваться для передачи усилия на балку. Ватт разработал параллельное движение для передачи силы в обоих направлениях, сохраняя при этом шток поршня очень близко к вертикальному. Он назвал это «параллельным движением», потому что и поршень, и шток насоса должны были двигаться вертикально, параллельно друг другу.

Рисованная диаграмма в письме Джеймса Ватта своему сыну.

В письме к своему сыну в 1808 году, в котором описывается, как он пришел к этой конструкции, Джеймс Ватт писал: «Я больше горжусь параллельным движением, чем любым другим изобретением, которое я когда-либо делал». Включенный им набросок фактически показывает то, что теперь известно как связь Ватта, которая была связью, описанной в патенте Ватта 1784 года, но она была немедленно заменена параллельным движением.

Параллельное движение отличалось от рычажного механизма Уатта наличием дополнительного рычага пантографа, встроенного в конструкцию. Это не повлияло на основной принцип, но позволило уменьшить машинное отделение, потому что рычажный механизм был более компактным.

Поршень двигателя Ньюкомена опускался под действием атмосферного давления и поднимался острым паром. Устройство Ватта позволяло использовать острый пар для прямой работы с обеих сторон поршня, таким образом, почти удваивая мощность, а также обеспечивая более равномерную передачу мощности в течение всего цикла, что является преимуществом при преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное движение (будь то через кривошип). или через солнечную и планетарную передачи ).

Принцип действия

Схема параллельного движения Ватта : A и G - фиксированные шарнирные соединения, в то время как F не является шарниром, а просто обозначает точку на рычаге, которая следует за лемнискатой . Его движение увеличено в D параллелограммом BCDE .

См. Диаграмму справа. Является журнал (подшипник) пешего луча КЭК , который качается вверх и вниз относительно А . H - поршень, который должен двигаться вертикально, но не горизонтально. В основе конструкции лежит четырехзвенная навеска, состоящая из AB , BE и EG, а базовая тяга - AG , оба шарнира на каркасе двигателя. Когда балка качается, точка F (которая нарисована для облегчения этого объяснения, но не является отмеченной точкой на самой машине) описывает вытянутую восьмерку (точнее, лемнискату Бернулли ) в воздухе. Поскольку движение шагающей балки ограничено небольшим углом, F описывает только короткий участок восьмерки, который довольно близок к вертикальной прямой. Восьмерка симметрична до тех пор, пока руки 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, максимальное перемещение F ) является S , то прямой участок является самым длинным , когда ВЕ составляет около 2/3 S и АВ 1,5 С .

Можно было бы соединить F непосредственно со штоком поршня (конструкция «рычажного механизма Ватта»), но это сделало бы машину неудобной формы, так как G находился бы далеко от конца балансира. Чтобы избежать этого, Ватт добавил параллелограммную связь BCDE, чтобы сформировать пантограф . Это гарантирует , что F всегда лежит на прямой линии между А и D , и , следовательно, движение D является увеличенная версия движения F . Таким образом, D - это точка, к которой прикреплен шток поршня DH . Добавление пантографа также сделало механизм короче, и поэтому здание, содержащее двигатель, могло быть меньше.

Как уже отмечалось, путь F - не идеальная прямая линия, а просто приближение. Конструкция Ватта давала отклонение примерно на одну часть на 4000 от прямой линии. Позже, в XIX веке, были изобретены совершенные прямолинейные соединения, начиная с соединения Peaucellier – Lipkin 1864 года.

Смотрите также

Рекомендации

Общий

дальнейшее чтение