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運動学において、平行運動リンク機構は、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機関のために発明した6節リンク機構である。この機構により、ほぼ真上に垂直に動くロッドが、円弧状に動くビームに運動を伝達することができ、ロッドに大きな横方向の負荷がかかることはない。
ニューコメンとワットが以前に製作したエンジンでは、動力行程中にピストンがチェーンを使ってウォーキングビームの一端を下方に引っ張り、回復行程中にポンプの重量が別のチェーンを使ってビームのもう一方の端を下方に引っ張ることで、交互に働く力がビームの揺動運動を生み出していた。ワットの新しい複動式エンジンでは、ピストンが上昇行程と下降行程の両方で動力を発生させるため、チェーンを使ってビームに力を伝達することはできなかった。ワットは、ピストンロッドをほぼ垂直に保ちながら両方向に力を伝達するために、平行運動を設計した。ピストンとポンプロッドの両方が互いに平行に垂直方向に動く必要があったため、彼はこれを「平行運動」と呼んだ。
1808年に息子に宛てた手紙の中で、ジェームズ・ワットはどのようにしてこの設計に至ったかを説明し、「私がこれまでに発明したどの発明よりも、平行運動を誇りに思っている」と書いています。[ 1 ]彼が添えたスケッチには、現在ワットのリンク機構として知られるものが描かれており、これはワットの1784年の特許に記載されたリンク機構でしたが、すぐに平行運動に取って代わられました。[ 2 ]
平行運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、機関室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、大気圧によって下方に押し下げられていました。ワットの発明した装置は、ピストンの両側で直接蒸気を動力として利用できるようにすることで、出力をほぼ倍増させ、さらにサイクル全体を通してより均等に動力を伝達することを可能にしました。これは、往復運動を回転運動に変換する際（クランク機構または遊星歯車機構による場合）に有利でした。
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を中心に上下に揺動します。Hはピストンで、垂直方向には動く必要がありますが、水平方向には動きません。設計の中核はAB、BE、EGからなる 4 節リンク機構で、ベースリンクはAGであり、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。ビームが揺動すると、点F (この説明を補助するために描かれていますが、機械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 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 字のごく一部、つまりほぼ垂直な直線のみを描きます。8 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の比がABとEGの比と一致するときに最も直線になります。ストローク長（つまり、Fの最大移動量）がSである場合、直線部分はBEが約⅔SでABが1.5Sのときに最も長くなります。[ 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（「ワットのリンク機構」設計）が、そうすると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かなり離れた位置になってしまう。これを避けるため、ワットは平行四辺形リンク機構▱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の間の直線上に位置することが保証され、したがってDの動きはFの動きの拡大版となる。そのため、 DはピストンロッドDHが取り付けられる点となる。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。
既に述べたように、 Fの軌跡は完全な直線ではなく、あくまで近似値に過ぎません。ワットの設計では、直線から約4000分の1のずれが生じていました。その後、19世紀には、1864年のポーセリエ＝リプキン機構を皮切りに、完全な直線リンク機構が発明されました。
