平行移動リンク

運動学において、平行運動リンケージは、スコットランドの技術者ジェームズ・ワットが1784年に複動式ワット蒸気エンジン用に発明した6本のリンク機構です。これにより、ロッドに横方向の大きな負担をかけずに、ほぼ真っ直ぐ上下に動くロッドが円弧を描くように動く梁に動きを伝達できるようになります。

ニューコメンとワットが以前に製造したエンジンでは、ピストンはチェーンを使用して動力行程中にウォーキング ビームの一端を下方に引っ張り、ポンプの重量は 2 番目のチェーンを使用して回復行程中にビームの他端を下方に引っ張り、交互の力によってビームのロッキング運動が生成されました。ワットの新しい複動式エンジンでは、ピストンは上昇行程と下降行程の両方で動力を生成するため、ビームに力を伝達するためにチェーンを使用することはできませんでした。ワットは、ピストン ロッドを垂直に非常に近づけたまま両方向に力を伝達する平行運動を設計しました。ピストンとポンプ ロッドの両方が互いに平行に垂直に動く必要があったため、彼はこれを「平行運動」と呼びました。

1808年に息子に宛てた手紙の中で、ジェームズ・ワットは、この設計に至った経緯を次のように記している。「私は、これまで私が発明したどの発明よりも、平行移動を誇りに思っています。」^[1]彼が添付したスケッチは、ワットのリンク機構として現在知られているものを示している。これはワットの1784年の特許に記載されていたリンク機構であったが、すぐに平行移動に取って代わられた。^[2]

平行移動はワットのリンク機構とは異なり、設計にパンタグラフリンク機構が追加されている。これは基本原理には影響しないが、リンク機構がよりコンパクトになったため、エンジンルームを小さくすることができた。^[2]

ニューコメン エンジンのピストンは大気圧によって下向きに推進されました。ワットの装置により、生蒸気をピストンの両側で直接作動させることができるため、出力がほぼ 2 倍になり、サイクル全体を通じてより均等に出力が伝達されます。これは、往復運動を回転運動に変換する場合 (クランク経由または太陽歯車と惑星歯車システム経由) に有利です。

右の図を参照してください。Aはウォーキング ビームKACのジャーナル (ベアリング) で、 A を中心に上下に揺れます。Hはピストンで、垂直方向には動く必要がありますが、水平方向には動く必要はありません。設計の核となるのは、 AB、BE、EGで構成される 4 節リンク機構で、ベース リンクはAGです。どちらもエンジンのフレームワーク上のジョイントです。ビームが揺れると、点F (この説明を補助するために描かれていますが、マシン自体にはマークされた点ではありません) は空中で細長い 8 の字 (より正確には、ベルヌーイのレムニスケート) を描きます。ウォーキング ビームの動きは小さな角度に制限されているため、 F は8 の字の短い部分のみを描き、垂直の直線に非常に近くなります。8の字は、アームABとEG の長さが等しい限り対称であり、 BFとFEの比率がABとEGの比率と一致するときに最もまっすぐになります。ストローク長（つまり、Fの最大移動距離）をSとすると、 BEが約⅔S、ABが1.5Sのときに直線部が最も長くなります。^[3]

F をピストンロッドに直接接続することも可能だったが(「ワットのリンケージ」設計)、これでは機械の形状が不格好になり、 Gがウォーキングビームの端から遠く離れてしまう。これを避けるために、ワットは平行四辺形リンケージ▱BCDE を追加してパンタグラフを形成した。これにより、F は常にAとDの間の直線上にあり、したがってDの動きはFの動きの拡大版になることが保証される。したがって、 D はピストンロッドDHが取り付けられている点である。パンタグラフを追加したことで機構が短くなり、エンジンを収容する建物を小さくすることができた。

すでに述べたように、 Fの経路は完全な直線ではなく、単なる近似値です。ワットの設計では、直線からの偏差はおよそ 4000 分の 1 でした。その後、19 世紀には、 1864 年のPeaucellier-Lipkin リンク機構に始まり、完全な直線リンク機構が発明されました。

• パンタグラフは、平行移動リンクが使用する部品です。
• 直線機構
• ワットのリンク機構、平行運動リンク機構の動作の核心。

一般的な

• 1958 年ブリタニカ百科事典のリンクに関する記事。
• 1911 年ブリタニカ百科事典の平行運動に関する記事。
• ロバート・スチュアート『蒸気機関の記述的歴史』ロンドン、J. ナイトおよび H. レイシー、1824 年。

ウィキメディア・コモンズには、ワットの平行運動に関連するメディアがあります。

• あなたの円はどのくらい丸いですか? (Bryant and Sangwin、2008) には、ジェームズ・ワットの平行運動メカニズムに関する章が含まれています。