Механизм параллельного движения

Механизм параллельного движения — механизм, изобретённый шотландским инженером Джеймсом Уаттом в 1784 году для его парового двигателя двойного действия.

Рис. 1. Схема механизма параллельного движения.
Рис. 2. Принцип работы механизма.
Рис. 3. Паровой двигатель Ньюкомена с конденсатором Уатта.

В то время паровые машины ещё не были достаточно совершенными. Однако, на шахтах для откачки воды уже использовались паровые двигатели Ньюкомена (рис. 3). В этой установке мощность вырабатывалась во время хода поршня только в одну сторону (на рисунке — во время движения вниз), и передавалась от двигателя к коромыслу DF посредством цепи. Обратный ход поршня (вверх) был холостым, и поршень поднимался за счёт веса насоса с другой стороны коромысла (со стороны луча EF). В новом паровом двигателе Уатта, который теперь был двигателем двойного действия, мощность вырабатывалась как во время хода поршня вниз, так и вверх. Цепь не могла передавать мощность от двигателя к коромыслу во время хода поршня вверх, поэтому Уатт создал механизм, который передавал мощность от поршня к коромыслу во время хода поршня в обоих направлениях (рис. 1). Уатт назвал его «механизмом параллельного движения», поскольку как насос, так и поршень перемещались вертикально и параллельно друг другу.

В письме к своему сыну в 1808 году Уатт писал:

Я горжусь механизмом параллельного движения больше, чем любым другим своим изобретением, которое я когда-либо сделал
[1]

Рис. 4. Механизм параллельного движения на насосном двигателе

На схематическом рисунке (рис. 1) точка A — это втулка коромысла KAC, соответствующая точке Е на рис. 2 (не путать с точкой Е на рис. 1). Вокруг точки А коромысло КАС совершает качательные движения вверх и вниз. Буквой H обозначен поршень, который вынужден двигаться вертикально, и не может двигаться горизонтально. Сердцем конструкции является четырёхзвенный механизм, состоящий из звеньев AB, BE и EG, в котором неподвижным звеном (базой) является AG, причём обе точки А и G представляют собой плоские шарнирные крепления описываемого механизма параллельного движения к корпусу двигателя. Когда коромысло вращается, точка F (она показана специально для данного пояснения, но по факту не видна на машине) описывает своим движением сильно вытянутую восьмёрку[2] в воздухе. Если коромысло поворачивается на небольшой угол, то движение точки F очень близко к прямолинейному. Описываемая «восьмёрка» является симметричной, если звенья AB и EG равны по длине, и она тем ближе к прямой, чем ближе друг к другу два соотношения — отношение длины звена BF к длине FE, и отношение длины AB к длине EG. Если длина хода поршня (которая является одновременно максимальным ходом точки F) равняется S, то прямолинейный участок тем больше, чем ближе BE к , а AB — ближе к (см.[3]). Принципиально возможно присоединить шток поршня непосредственно к точке F, но это сделает форму машины достаточно неуклюжей, и точка G будет находиться очень далеко от коромысла КАС. Чтобы этого избежать, Уатт добавил в конструкцию механизм в виде параллелограмма, сформировав пантограф. Это гарантирует, что точка F всегда лежит на прямой линии между точками A и D, и таким образом, движение точки D является «усиленной версией» движения точки F. По этой причине шток DH поршня H присоединён к точке D.

Как уже было отмечено, движение точки F не является строго прямолинейным, а только весьма близко к нему. Однако описываемый механизм параллельного движения даёт отклонение от прямолинейности примерно на 1/4000 часть. Позже, в 19-м веке, были созданы механизмы, создающие строго прямолинейное движение, первыми из которых были механизм Липкина — Посселье и механизм Саррюса.

Примечания

  1. Franz Reuleaux. The Kinematics of Machinery (англ.). — 1876..
  2. Для более подробного и иллюстрированного пояснения движения точки F см. статью о параллелограмме Ватта
  3. Neil Sclater and Nicholas P. Chironis, Mechanisms and Mechanical Devices Sourcebook Third Edition (2001), page 136.

Литература

Ссылки

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.