直線機構

直線機構は、あらゆる種類の回転運動または角運動を完全またはほぼ完全な直線運動に変換するか、またはその逆を行う機構です。直線運動は、一定の長さまたは「ストローク」の直線運動であり、前進ストロークの後に後退ストロークが続き、往復運動を生み出します。1784 年にジェームズ ワットが特許を取得した最初のこのような機構は、ワットが平行運動と呼んだ近似直線運動を生み出しました。

直線機構は、エンジン、車両のサスペンション、歩行ロボット、ローバーの車輪など、さまざまな用途に使用されています。^[要出典]

18 世紀後半、プレーナーやフライス盤が開発される前は、真っ直ぐで平らな面を機械加工するのは極めて困難でした。その時代には、直線運動を実現するという問題が盛んに検討されました。直線運動を実現すれば、平らな面を機械加工できるようになるからです。この問題の解決策を見つけるために、ジェームズ・ワットは、初期の蒸気エンジンのピストンを誘導するための最初の直線機構を開発しました。この機構は正確な直線を生成しませんが、かなりの距離の移動にわたって良好な近似値を実現します。

完全な直線リンクは 19 世紀に発見されましたが、その頃には他の機械加工技術が開発されていたため、それほど必要とされていませんでした。^{[引用が必要]}

これらの機構は、必要な部品が非常に少ないため、4 本のリンク機構を利用することがよくあります。これらの 4 本のリンク機構には、ほぼ完全な直線運動の領域が 1 つ以上あるカップラー曲線があります。このリストの例外はワットの平行運動で、ワットのリンク機構と別の 4 本のリンク機構 (パンタグラフ) を組み合わせて、既存のほぼ直線運動を増幅します。

直動ジョイントを使用せずに 4 節リンク機構を使用して完全な直線運動を作成することはできません。

• ワットのリンク機構（1784）
• ワットの平行運動（1784）
• エヴァンス「グラスホッパー」リンケージ（1801）
• チェビシェフ結合
• チェビシェフ ラムダ連結(1878) -チェビシェフ連結の同族連結
• ロバーツリンク
• 馬頭連結
• ホーケンリンク機構（1926年） - スライドジョイントが必要

最終的には、完璧な直線運動が達成されるでしょう。

サラスリンク機構は、1853 年に作られた最初の完全な線形リンク機構でした。ただし、これは平面リンク機構ではなく空間リンク機構です。最初の平面リンク機構は 1864 年まで作られませんでした。

現在、完全な直線運動を生み出すすべての平面リンク機構は、円の周りの反転を利用して、直線である無限半径の仮想円を生み出します。これが、インバーサーまたはインバーサー セルと呼ばれる理由です。
最も単純なソリューションは、6 本のバーを使用するハートの W フレームと、同じく 6 本のバーを使用する 4 平面インバーサーであるシルベスター ケンペとクマラ カンプリングです。

• サラスリンケージ（1853）
• ポーセリエ・リプキン反転装置(1864)
• ハートの最初の逆行列 / ハートの反平行四辺形 / ハートの W フレーム(1874)
• ハートの2番目のインバーサー / ハートのAフレーム（1875）
• ペロラッツ インバーサー
• ケンペのダブルカイトインバーサー^[1] (1875)
• ブリカール・インヴァーサー^[2]
• 四面体反転器(1875)

スコットラッセル リンク機構(1803) は、直角を通る直線運動を変換しますが、それ自体は直線機構ではありません。近似直線リンク機構であるグラスホッパー ビーム/エバンス リンク機構と、正確な直線リンク機構であるブリカール リンク機構は、スコット ラッセル リンク機構やアルキメデスのトランメルと類似点があります。

これらの機構は、カップラー曲線の代わりにローリング曲線の原理を使用し、楕円運動を介して、制限された回転運動だけでなく連続的な回転運動を往復運動に変換したり、その逆を行ったりすることができます。直線正弦運動は二次慣性力を生成しないため、高速機械の バランス調整が簡単になります。

• カルダン直線機構。トゥーシカップル（1247）の原理を使用して、平歯車が直径の2倍の内歯リングギアの内側を転がります。小さい方の歯車のピッチ円上の任意の点が描くハイポサイクロイドは、大きい方の歯車の直径です。この機構は、マレーのハイポサイクロイドエンジンで使用されています。

• アルキメデスのトラメル。元々は楕円グラフでした。機構としては、円と直線が楕円の特殊なケースであるという事実を利用しています。カルダンの直線機構 (上記) とほぼ同じ運動原理に基づいており、4 歯のリング ギアの中に 2 歯の平歯車があると考えることができます。ベーカー クロス エンジンで使用されました。^[3] パーソンズの蒸気エンジンでは反転した形で使用されており^{[4] 、さらに反転した形で}オルダム カップリングとして今日でも見ることができます。

同じ色のパーツ/リンクは同じ寸法です。

• 
  ワットのリンク
• 
  ワッツパラレルモーションリンケージ
• 
  エヴァンス「グラスホッパー」リンケージ
• 
  ロバーツリンク
• 
  チェビシェフ結合
• 
  チェビシェフラムダ結合
• 
  チェビシェフテーブルリンク
• 
  ホーケンの連結

同じ色のパーツ/リンクは同じ寸法です。

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  サラスリンケージ（バーズバリアント）
• 
  サラスリンケージ（プレートバリアント）
• 
  ポーセリエ・リプキン逆数
• 
  ハーツインバーサー1
• 
  ハーツインバーサー2 ^[注1]
• 
  ペロラッツ インバーサー
• 
  ケンペカイトインバーサー1 ^[注1]
• 
  ケンペカイトインバーサー2 ^[注1]
• 
  ケンペカイトインバーサー3 ^[注1]
• 
  スコットラッセルリンク（スライダー接続）^[注1]
• 
  スコット ラッセル リンク (ポーセリエ リプキン リンクに接続)
• 
  ブリカール・インヴァーソル^[注1]
• 
  Sylvester-Kempe 四平面インバーサ 1 ^{[注 1]}
• 
  Sylvester-Kempe 四平面インバーサ 2 ^{[注 1]}
• 
  シルベスター・ケンペ四面体インバーサー 3
• 
  Kumara-Kampling インバーサー^{[注 1]}

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  トゥーシの原典の写本の翻訳図によると、トゥーシのカップル（1247年）：小さな円が大きな円の中に転がっている。
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  トゥシのオリジナルの説明のコピーの翻訳によると、トゥシカップルは次のように説明しています。円は同じ方向に回転し、速度比は 1:2 です。
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  コペルニクス (1473-1543) のトゥーシのカップルに関する見解: 回転の方向と動く円の軌道は等しく、反対である。
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  反転その3
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  反転その4
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  反転No.5 - 速度比1:3
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  反転No.6
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  裏返しのトゥシ カップル。小さな円は 4 つの固定された象限に分割されます。大きな円の 2 つの 45° の弧がトランメルのウエストを形成します。
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  パーソンズの機構 (1877) は、トゥシ反転機構 No. 2 とアルキメデスのトラメルを組み合わせたものです。A と C のピストンは互いにバランスを取ります。
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  オールダム カップリング(1821)。2 つのずれたシャフト (黒) のスロット端がクロス ピース (緑) で結合されています。Tusi Inversion No. 4 と比較してください。
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  平行四辺形 ABCD を特徴とする複数固定軸シャフト複合偏心 (MultiFAZE) 機構 (1982) の運動学。

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  2 本の歯を持つ平歯車が 4 本の歯を持つリング ギアの内側を転がります。アルキメデス、トゥーシ、それともカルダノ?
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  カルダノ (1501-1576) のハイポサイクリック ギア: 赤、緑、青のピンがリング ギアの直径上で往復運動します。
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  三角形の回転子に取り付けられた 3 つのアルキメデス (紀元前 287 ～ 212 年) のトランメル。トランメルの中点の円軌道を示しています。
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  ヨークと回転式カウンターウェイトを備えた 60° X4 エンジンの MultiFAZE メカニズム (1982) により、完全なバランスが保たれます。
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  クロスヘッド、トラメルギア、往復バランスウェイト/スライダーを備えた 90° X4 エンジンの MultiFAZE メカニズム (1982)。
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  Stiller-Smith 90° X4 2T フローティング カンチレバー クランク エンジン (1984)、MultiFAZE 偏心ギア トレイン付き。効果を出すために、ウォブルとオーバーシュートが誇張されています。

• 4節リンク
• リンケージ（機械式）
• リジッドチェーンアクチュエータ

• 機械とメカニズムの理論、ジョセフ・エドワード・シグリー

• コーネル大学 (アーカイブ) - 直線メカニズムモデル
• アルフレッド・ケンプ(1877)。直線の描き方(PDF)。マクミラン–カリフォルニア大学アーバイン校経由。
• Daina Taimina . 「直線の描き方 - チュートリアル」コーネル大学。
• Molecular Workbenchソフトウェアを使用したシミュレーション
• bham.ac.uk - Hart の A フレーム (ドラッグ可能なアニメーション) 6 バー リンク