Кіріспе

Төрт таяқшалы тік сызықты механизм

Уатт байланысы – Джеймс Уатттың ойлап тапқан механикалық байланысының бір түрі, онда байланыстың орталық қозғалатын нүктесіге дерлік түзу жолмен қозғалуға шектеу қойылады. Уатт 1784 жылғы Уатт бу машинасының патенталды сипаттамасында осы байланысты сипаттаған. Бүгінде ол автомобильдің серіппелі ілгештерінде қолданылады, онда ол серіппелі ілгештің кинематикасының, яғни оның қозғалыс қасиеттерінің маңызды бөлігі болып табылады, көлік осінің қозғалысын дерлік тік бағытта шектейді, сонымен қатар көлденең қозғалысты да шектейді.

Сипаттама

Ватт байланысы – тізбектей біріктірілген үш құбырдан тұрады. Құбырлар тізбегі екі ұшты және ортаңғы құбырдан құралады. Ортаңғы құбырдың әр шеті сыртқы құбырлардың бір ұшына бұрандалармен бекітіледі. Екі сыртқы құбырдың ұзындығы тең және ортаңғы құбырдан ұзын. Үш құбыр екі бұранданың айналасында айналуға мүмкіндік алады. Ұзын құбырлардың сыртқы ұштары бір-біріне қатысты бекітілген, ал қалған жағдайда үш құбыр олардың қосылған екі буынының айналасында еркін айналады. Байланысты талдау кезінде сыртқы ұштарды жалғайтын көзге көрінбейтін, тұрақты ұзындығы бар құбыр қарастырылады. Осылайша, Ватт байланысы – төрт құбырлы механизмнің мысалы болып табылады.

Тарих

Оның бастауы 1784 жылғы маусымда Уатттың Мэтью Болтонға жазған хатында қамтылған. Уатттың инновациясының мән-жайы С.Г. Гибсонмен былай сипатталған: Өнеркәсіптік революция кезінде айналма қозғалысты сызықтық қозғалысқа түрлендіретін механизмдер өнеркәсіптік және кен өндіру машиналарында, локомотивтерде және өлшеу құралдарында кеңінен қолданылды. Мұндай құрылғылар инженерлік тұрғыдан қарапайымдылықты, жоғары дәлдікті және ұзақ уақыт бойы жоғары жылдамдықпен жұмыс істеу мүмкіндігін біріктіруі керек еді. Көптеген жағдайларда шамамен сызықтық қозғалыс нақты сызықтық қозғалысқа қолданылатын жақсы балама болып табылады. Мүмкін, ең белгілі мысалы – 1784 жылы шотланд инженері Джеймс Уатт ойлап тапқан Уатттың төрт буырысты механизмдері. Бұл механизмдердің түрі 1784 жылғы 28 сәуірдегі Уатттың патенттік сипаттамасында сипатталған бірнеше түрдің бірі болып табылады. Дегенмен, ол Болтонға жазған хатында патентке енбеген механизмнің жетілдірілген нұсқасын сипаттады. Сәл кейінірек жасалған, параллель қозғалыс механизмі деп аталған бұл конструкция, оның поршеньді және айналмалы сәулелі қозғалтқыштарында қолданылған ғарыш үнемдейтін ыңғайлы дизайнға әкелді.

Байланыстың сызған пішіні

Бұл байланыс нақты түзу сызықты қозғалыс жасамайды, тіпті Ватт олай жасады деп мәлімдемеген. Керісінше, ол Ватт қисығын, яғни лемниската немесе сегіз пішіндес қисықты сызады; егер оның тіректері мен негізінің ұзындығы қиылысқан квадратты құрауы үшін таңдалса, онда ол Бернулли лемнискатын сызады. Ватт 1784 жылғы 11 қыркүйекте Болтонға жазған хатында осы байланысты былай сипаттайды. Пёсельер-Липкин байланысы, Харт инверторы және басқа да түзу сызықты механизмдер нақты түзу сызықты қозғалыс жасаса да, Ватт байланысы осы басқа байланыстарға қарағанда әлдеқайда қарапайым. Бұл тұрғысынан ол Чебышев байланысына ұқсас, ол да жуық түрде түзу сызықты қозғалыс жасайды; алайда, Ватт байланысында қозғалыс оның екі ұшы арасындағы сызыққа перпендикуляр, ал Чебышев байланысында – осы сызыққа параллель.

Қос әрекет ететін поршень

Бұрынғы бір әрекетті бу машинасының поршенін буға жалғау үшін тізбек қолданылды, және бұл кендерден су сору үшін жеткілікті болды. Дегенмен, айналмалы қозғалыс үшін қысым мен кернеуде жұмыс істейтін механизм жақсырақ конструкцияны қамтамасыз етеді және екі жақты әрекет ететін цилиндрді пайдалануға мүмкіндік береді. Мұндай машинада поршень екі жағынан кезекпен будың күшімен әрекет етеді, осылайша қуаты екі есеге артады. Уатт өзі ойлап тапқан және кейінгі айналмалы сәулелі машиналарын қолданған механизмді параллельді механизм деп атады, ол "Уатт механизмінің" дамуы болып табылады, бірақ сол принципті қолданады. Машинаның поршені механизмнің орталық нүктесіне бекітіледі, бұл оған екі сыртқы сәулені итеру және тарту арқылы әрекет етуге мүмкіндік береді. Механизмнің дерлік түзу қозғалысы осы типтегі машинаға поршеньді цилиндрінде қысып қоймай, поршеньге берік байланыс жасауға мүмкіндік береді. Бұл конфигурация сонымен қатар сәуленің қозғалысын бір әрекетті машинаға қарағанда тегіс етеді, оның алға-артқа қозғалысын айналуға айналдыруды жеңілдетеді. Уатт механизмінің мысалын 1865 жылғы Кросснес машиналарынның жоғары және орташа қысымды поршеньдік таяқшасында табуға болады. Бұл машиналарынң төмен қысымды поршеньдік таяқшасы дәстүрлі параллельді механизмді пайдаланады, бірақ жоғары және орташа қысымды таяқша сәуленің ұшына жалғанбайды, сондықтан орынды үнемдеу қажеттілігі тумайды.

Көлік құралының аспасы

Ватт байланысы кейбір автомобильдердің артқы біліктерінде Панхард таяқшасына қарағанда жақсарту ретінде қолданылады, ол 20-ғасырдың басында жасалған. Екі әдіс те автомобильдің білігі мен корпусы арасындағы көлденең қозғалысты болдырмауға бағытталған. Ватт байланысы тік сызықты қозғалысты дәлдеуге мүмкіндік береді және осьтің ортасын автомобильдің бойлық осьтік сызығында тұрақты ұстайды, ал қарапайым Панхард таяқшасы қолданылғанда ось автомобильдің бір жағына қарай жылжуы мүмкін. Ол шассидің екі жағына орнатылған, тең ұзындықтағы екі көлденең таяқшадан тұрады. Осы екі таяқшаның арасында қысқа тік таған бекітілген. Бұл тік тағанның ортасы – тік сызықты қозғалысқа шектелген нүктесі – біліктің ортасына орнатылады. Барлық айналу нүктелері тік жазықтықта еркін айналады. Ватт байланысын бір-біріне қарама-қарсы орналасқан екі Панхард таяқшасы ретінде қарастыруға болады. Дегенмен, Ватт құрылымында Панхард таяқшаларының тудырған қарама-қарсы қисық қозғалыстары қысқа тік айналатын тағанда бір-бірін теңестіреді. Байланысты кері бұруға болады, онда P нүктесі корпусқа, ал L1 және L3 білікке бекітіледі. Бұл серпімсіз массаны азайтады және кинематиканы сәл өзгертеді. Бұл конструкция 2012 жылғы маусым соңына дейін Австралияның V8 Суперкарларында қолданылды. Ватт байланысы автомобильдің бойлық бағытында біліктің қозғалысын болдырмау үшін де қолданылуы мүмкін. Бұл жағдайда әр жағында, жүріс бағытына параллель орнатылған екі Ватт байланысы қолданылады, бірақ жарыс аспасы жүйелерінде көбінесе 4 буынды бір байланыс қолданылады.