Связь ватт - Watts linkage - Wikipedia

Связь Ватта: точка P следует за лемниската при движении почти вертикально на некотором участке своего пути.
Нарисованная от руки диаграмма Джеймса Ватта (1808 г.) в письме своему сыну, описывающему, как он пришел к дизайну.[1]

Связь Ватта (также известный как параллельная связь) является разновидностью механическая связь изобретен Джеймс Ватт в котором центральная движущаяся точка рычажного механизма должна двигаться почти по прямой линии. Он был описан в описании патента Ватта 1784 г. для Паровой двигатель ватта.

Сегодня он используется в автомобильных подвесках, позволяя оси транспортного средства перемещаться вертикально, предотвращая боковое движение.

Описание

Связь Ватта состоит из трех стержней, соединенных болтами в цепочку. Цепь стержней состоит из двух концевых стержней и среднего стержня. Средний стержень прикреплен болтами на каждом конце к одному из концов каждого внешнего стержня. Две внешние планки имеют одинаковую длину и длиннее средней полосы. Три стержня могут вращаться вокруг двух болтов. Внешние концы длинных стержней фиксируются на месте относительно друг друга, но в остальном три стержня могут свободно поворачиваться вокруг двух соединений, где они встречаются.

При анализе связей существует воображаемая полоса фиксированной длины, соединяющая внешние конечные точки. Таким образом, связь Ватта является примером четырехзвенная навеска.

История

Рисунок 9 из патентной заявки Джеймса Ватта (верхняя левая часть), показывающий прямолинейное соединение.

Идея его происхождения с использованием ссылок содержится в письме, которое Ватт написал Мэтью Бултон в июне 1784 г.

Я получил представление о методе, позволяющем заставить шток поршня двигаться вверх и вниз перпендикулярно, просто прикрепляя его к железному элементу на балке, без цепей или перпендикулярных направляющих [...] и один из самых гениальных простых элементов механики я изобрел.[2]

Этот тип связи является одним из нескольких типов, описанных в описании патента Ватта от 28 апреля 1784 года. Однако в своем письме Боултону он фактически описывал развитие связи, которая не была включена в патент. Немного более поздний дизайн, названный параллельное движение связи, привела к более удобной компактной конструкции, которая фактически использовалась в его возвратно-поступательный, и его роторный, балочные двигатели.[3]

Контекст новаторства Ватта описал К.Г. Гибсон:

Вовремя Индустриальная революция, механизмы преобразования вращательного движения в поступательное получили широкое распространение в промышленном и горном оборудовании, локомотивах и приборах учета. Такие устройства должны были сочетать в себе инженерную простоту с высокой степенью точности и способность работать на высокой скорости в течение длительных периодов времени. Для многих целей приблизительное линейное движение является приемлемой заменой точного линейного движения. Возможно, наиболее известным примером является четырехзвенная связь Ватта, изобретенная шотландским инженером Джеймсом Ваттом в 1784 году.[4]

Форма прослеживается связью

Эта связь не создает истинно прямолинейного движения, и действительно, Ватт не утверждал, что это было так. Скорее он отслеживает Кривая Ватта, а лемниската или кривая в форме восьмерки; когда длина его стержней и его основания выбраны так, чтобы образовать перечеркнутый квадрат, он прослеживает лемниската Бернулли.[5] В письме к Бултону от 11 сентября 1784 г. Ватт описывает связь следующим образом.

Выпуклости дуг, лежащих в противоположных направлениях, есть определенная точка в соединительном рычаге, которая имеет очень мало заметных отклонений от прямой линии.

Хотя Связь Peaucellier-Lipkin, Инверсор Харта, и другие прямолинейные механизмы Для создания истинно прямолинейного движения рычажный механизм Ватта имеет преимущество гораздо большей простоты, чем эти другие рычаги. В этом отношении он похож на Чебышевская связь, другой рычажок, который производит приблизительное прямолинейное движение; однако в случае связи Ватта движение перпендикулярно линии между двумя его конечными точками, тогда как в случае связи Чебышева движение параллельно этой линии.

Приложения

Поршень двустороннего действия

В более ранних двигателях с балкой одинарного действия использовалась цепь для соединения поршня с балкой, и она удовлетворительно работала для откачки воды из шахт и т.д. цилиндр двойного действия использоваться. Такой двигатель включает поршень, на который попеременно с двух сторон действует пар, что удваивает его мощность. Связь, фактически использованная Ваттом (также изобретенная им) в его более поздних роторно-балочных двигателях, была названа параллельное движение связь, развитие "связи Ватта", но использующая тот же принцип. Поршень двигателя прикреплен к центральной точке рычажного механизма, позволяя ему воздействовать на две внешние балки рычажного механизма как путем толкания, так и тяги. Практически линейное движение рычажного механизма позволяет двигателю этого типа использовать жесткое соединение с поршнем, не вызывая заедания поршня в содержащем его цилиндре. Эта конфигурация также обеспечивает более плавное движение балки, чем двигатель простого действия, что упрощает преобразование ее возвратно-поступательного движения во вращение.[3][6]

Пример рычажного механизма Ватта можно найти на штоке поршня высокого и среднего давления модели 1865 г. Двигатели проходимости. В этих двигателях в штоке поршня низкого давления используется более традиционный параллельное движение рычаг, но шток высокого и среднего давления не соединяется с концом балки, поэтому нет необходимости экономить место.

Подвеска автомобиля

Автомобильная подвеска с рычажным механизмом Ватта
Связь Ватта в 1998 году Ford Ranger EV приостановка
Подвеска навески Ватта

Тяга Ватта используется сзади ось какой-то машины подвески как улучшение по сравнению с Штанга Панара, который был разработан в начале ХХ века. Оба метода предназначены для предотвращения относительного бокового движения оси и кузова автомобиля. Рычажный механизм Уатта гораздо более приближен к вертикальному прямолинейному движению, и он делает это, последовательно размещая центр оси на продольной центральной линии транспортного средства, а не к одной стороне транспортного средства, как это было бы в случае, если бы была простая тяга Панара. использовал.[7]

Он состоит из двух горизонтальных стержней равной длины, установленных с каждой стороны шасси. Между этими двумя стержнями соединена короткая вертикальная перемычка. Центр этого короткого вертикального стержня - точка, которая ограничена движением по прямой линии - прикреплена к центру оси. Все точки поворота могут свободно вращаться в вертикальной плоскости.

В некотором смысле связь Ватта можно рассматривать как две тяги Панара, установленные друг напротив друга. Однако в схеме Ватта противоположные изогнутые движения, создаваемые поворотными стержнями Панара, в значительной степени уравновешивают друг друга в коротком вертикальном вращающемся стержне.

Тяга может быть перевернута, в этом случае центр P прикреплен к кузову, а L1 и L3 прикреплены к оси. Это уменьшает неподрессоренную массу и немного изменяет кинематику. Это расположение использовалось на австралийских V8 суперкары до конца сезона 2012 года.

Рычажный механизм Ватта также можно использовать для предотвращения перемещения оси в продольном направлении автомобиля. Это приложение включает в себя два рычага Ватта на каждой стороне оси, установленных параллельно направлению движения, но в гоночных системах подвески чаще встречается только один рычажный механизм с 4 стержнями.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Франц Рёло, Кинематика машин (1876), стр. 4.
  2. ^ Цитируется в 1890 г. Британская энциклопедия, "Джеймс Ватт", Vol. 24, п. 413.
  3. ^ а б Фергюсон, Юджин С. (1962). «Кинематика механизмов из времени Ватта». Бюллетень Национального музея США. 228: 185–230. Получено 12 мая 2013.. Также доступно на https://www.gutenberg.org/files/27106/27106-h/27106-h.htm
  4. ^ К. Г. Гибсон (1998) Элементарная геометрия алгебраических кривых, стр 12, 13, Издательство Кембриджского университета ISBN  0-521-64140-3
  5. ^ Брайант, Джон; Сангвин, Кристофер Дж. (2008), Насколько круглый ваш круг? Где встречаются инженерия и математика, Издательство Принстонского университета, стр. 58–59, ISBN  978-0-691-13118-4.
  6. ^ Холмы, Ричард (2006). Джеймс Ватт, том 3: Триумф через невзгоды, 1785-1819. LandmarkPublishing Ltd. С. 34–38.
  7. ^ Адамс, Херб (1993), Разработка шасси, Пингвин, стр. 62, ISBN  978-1-55788-055-0.

внешняя ссылка