Enlace de movimiento paralelo

En cinemática , el mecanismo de movimiento paralelo es un mecanismo mecánico de seis barras inventado por el ingeniero escocés James Watt en 1784 para la máquina de vapor Watt de doble efecto . Permite que una varilla que se mueve prácticamente en línea recta hacia arriba y hacia abajo transmita movimiento a una viga que se mueve en un arco, sin ejercer una tensión lateral significativa sobre la varilla.

En los motores anteriores construidos por Newcomen y Watt, el pistón tiraba de un extremo de la viga móvil hacia abajo durante la carrera de potencia utilizando una cadena , y el peso de la bomba tiraba del otro extremo de la viga hacia abajo durante la carrera de recuperación utilizando una segunda cadena, las fuerzas alternas producían el movimiento de balanceo de la viga. En el nuevo motor de doble efecto 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 mientras mantenía 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 describiendo cómo llegó al diseño, James Watt escribió: "Estoy más orgulloso del movimiento paralelo que de cualquier otro invento que haya hecho". ^[1] El boceto que incluyó en realidad muestra lo que ahora se conoce como el mecanismo de Watt , que era un mecanismo descrito en la patente de Watt de 1784, pero que fue inmediatamente reemplazado por el movimiento paralelo. ^[2]

El movimiento paralelo se diferenciaba del mecanismo de Watt en que se incorporaba un mecanismo de pantógrafo adicional al diseño. Esto no afectaba al principio fundamental, pero permitía que la sala de máquinas fuera más pequeña porque el mecanismo era más compacto. ^[2]

El pistón del motor Newcomen era impulsado hacia abajo por la presión atmosférica. El dispositivo de Watt permitió utilizar vapor vivo para el trabajo directo en ambos lados del pistón, duplicando así la potencia y distribuyéndola de manera más uniforme a lo largo del ciclo, una ventaja a la hora de convertir el movimiento alternativo en movimiento rotatorio (ya sea a través de una manivela o de un sistema de engranajes planetarios ).

Vea el diagrama de la derecha. A es el muñón (cojinete) de la viga móvil KAC , que se balancea hacia arriba y hacia abajo alrededor de A. H es el pistón, que se requiere que se mueva verticalmente pero no horizontalmente. El corazón del diseño es el enlace de cuatro barras que consta de AB , BE y EG y el enlace de base es AG , ambas articulaciones en el marco del motor. A medida que la viga se balancea, el punto F (que se dibuja para ayudar a esta explicación, pero no es un punto marcado en la máquina en sí) describe una figura alargada en forma de ocho (más precisamente, una lemniscata de Bernoulli ) en el aire. Dado que el movimiento de la viga móvil está restringido a un ángulo pequeño, F describe solo una sección corta de la figura en forma de ocho, que está bastante cerca de una línea recta vertical. La figura en forma de ocho es simétrica siempre que los brazos AB y EG tengan la misma longitud, y es más recta cuando la relación de BF a FE coincide con la de AB a EG . Si la longitud de la carrera (es decir, el recorrido máximo de F ) es S , entonces la sección recta es más larga cuando BE es alrededor de ⅔ S y AB es 1,5 S. ^[3 ]

Habría sido posible conectar F directamente al vástago del pistón (el diseño del "eslabón de Watt"), pero esto habría hecho que la máquina tuviera una forma extraña, con G muy lejos del extremo de la viga móvil. Para evitar esto, Watt agregó el eslabón 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 sea una versión magnificada del movimiento de F. Por lo tanto, D es el punto al que está unido el vástago del pistón DH . La adición del pantógrafo hizo que el mecanismo fuera más corto y, por lo tanto , el edificio que contiene el motor podría ser más pequeño.

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

• Pantógrafo , parte de lo que utiliza el mecanismo de movimiento paralelo.
• Mecanismo de línea recta
• El mecanismo de Watt , el núcleo de cómo funciona el mecanismo de movimiento paralelo.

General

• Artículo sobre enlaces en la Enciclopedia Británica, 1958.
• Artículo sobre movimiento paralelo en la Enciclopedia Británica, 1911.
• Robert Stuart, Una historia descriptiva de la máquina de vapor, Londres, J. Knight y H. Lacey, 1824.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Movimiento paralelo de Watt .

• ¿Qué tan redondo es tu círculo? (Bryant y Sangwin, 2008) contiene un capítulo sobre el mecanismo de movimiento paralelo de James Watt