Enlace de movimiento paralelo

En cinemática, el Linkage de movimiento paralelo es un enlace mecánico de seis barras inventado por el ingeniero escocés James Watt en 1784 para el motor de vapor de vapor de doble acción. Permite que una varilla se mueva prácticamente hacia arriba y hacia abajo para transmitir el movimiento a un haz que se mueve en un arco, sin poner una tensión significativa de lateral sobre la barra.

Descripción

En motores anteriores construidos por Newcomen y Watt, el pistón tiraba de un extremo de la viga hacia abajo durante la carrera de potencia usando una cadena, y el peso de la bomba tiraba del otro extremo de la viga hacia abajo durante la carrera de recuperación usando una segunda cadena, las fuerzas alternas producen el movimiento oscilante de la viga. En el nuevo motor de doble acción de Watt, el pistón producía potencia tanto en la carrera ascendente como en la descendente, por lo que no se podía utilizar una cadena para transmitir la fuerza a la viga. Watt diseñó el movimiento paralelo para transmitir fuerza en ambas direcciones manteniendo el vástago del pistón muy cerca de la vertical. Lo llamó "movimiento paralelo" porque tanto el pistón como el vástago de la bomba debían moverse verticalmente, paralelos entre sí.

En una carta a su hijo en 1808 en la que describe cómo llegó a este diseño, James Watt escribió: "Estoy más orgulloso del movimiento paralelo que de cualquier otro invento que haya hecho". El boceto que incluyó en realidad muestra lo que ahora se conoce como vínculo de Watt, que era un vínculo descrito en la patente de Watt de 1784, pero que fue inmediatamente reemplazado por el movimiento paralelo.

El movimiento paralelo se diferenciaba del varillaje de Watt por tener un varillaje de pantógrafo adicional incorporado en el diseño. Esto no afectó el principio fundamental pero permitió que la sala de máquinas fuera más pequeña porque el varillaje era más compacto.

El pistón del motor Newcomen fue impulsado hacia abajo por la presión atmosférica. El dispositivo de Watt permitió utilizar vapor vivo para el trabajo directo en ambos lados del pistón, casi duplicando la potencia y también entregando la potencia de manera más uniforme a lo largo del ciclo, una ventaja al convertir el movimiento alternativo en movimiento giratorio (ya sea mediante una manivela o mediante un sistema de engranajes planetario y solar).

Principio de funcionamiento

Ver el diagrama de la derecha. A es el apoyo (cojinete) de la viga móvil KAC, que oscila hacia arriba y hacia abajo alrededor de Un. H es el pistón, que debe moverse verticalmente pero no horizontalmente. El corazón del diseño es el enlace de cuatro barras que consta de AB , BE y EG y el enlace base es AG, ambas uniones en la estructura del motor. A medida que la viga se balancea, señale el punto F (que está dibujado para ayudar en esta explicación, pero no es un punto marcado en la máquina en sí). describe una figura alargada de ocho (más precisamente, una lemniscata de Bernoulli) en el aire. Dado que el movimiento de la viga móvil está limitado a un ángulo pequeño, F describe sólo una pequeña sección de la figura de ocho, que está bastante cerca de una línea recta vertical. La figura del ocho es simétrica siempre que los brazos AB y EG tienen la misma longitud y son más rectos cuando la proporción de BF a FE coincide con el de AB a EG. Si la longitud del trazo (es decir, el recorrido máximo de F) es S, entonces la sección recta es más larga cuando BE está alrededor de ⅔ S y AB es 1,5 S.

Habría sido posible conectar F directamente al vástago del pistón (el "Watt's linkage" design), pero esto habría hecho que la máquina tuviera una forma extraña, con G muy lejos del final de la viga para caminar. Para evitar esto, Watt añadió el enlace de paralelogramo ▱BCDE para formar un pantógrafo. Esto garantiza que F siempre se encuentre en una línea recta entre A y D, y por lo tanto que el movimiento de D es una versión ampliada del movimiento de F. D es, por tanto, el punto al que llega el vástago del pistón DH está adjunto. La adición del pantógrafo acortó el mecanismo y, por tanto, el edificio que contenía el motor pudo ser más pequeño.

Como ya se señaló, la ruta de F no es una línea recta perfecta, sino simplemente una aproximación. El diseño de Watt produjo una desviación de aproximadamente una parte en 4000 de una línea recta. Más tarde, en el siglo XIX, se inventaron los eslabonamientos rectilíneos perfectos, comenzando con el eslabonamiento Peaucellier-Lipkin de 1864.