Enlace de Watt - Watt's linkage

Enlace de Watt: el punto P sigue una lemniscata mientras se mueve casi verticalmente durante una parte de su trayectoria.
Diagrama dibujado a mano por James Watt (1808) en una carta a su hijo, describiendo cómo llegó al diseño.

El enlace de Watt (también conocido como enlace paralelo ) es un tipo de enlace mecánico inventado por James Watt en el que el punto central de movimiento del enlace está obligado a viajar en una línea casi recta. Se describió en la especificación de la patente de Watt de 1784 para la máquina de vapor Watt .

Hoy en día se utiliza en suspensiones de automóviles, lo que permite que el eje de un vehículo se desplace verticalmente al tiempo que evita el movimiento lateral.

Descripción

El eslabón de Watt consta de tres barras atornilladas juntas en una cadena. La cadena de barras consta de dos barras de extremo y una barra intermedia. La barra del medio está atornillada en cada uno de sus extremos a uno de los extremos de cada barra exterior. Las dos barras exteriores tienen la misma longitud y son más largas que la barra del medio. Las tres barras pueden girar alrededor de los dos pernos. Los extremos exteriores de las barras largas se fijan en su lugar entre sí, pero por lo demás, las tres barras pueden girar libremente alrededor de las dos articulaciones donde se encuentran.

En el análisis de vinculación hay una barra imaginaria de longitud fija que se conecta entre los extremos exteriores. Por tanto, el enlace de Watt es un ejemplo de enlace de cuatro barras .

Historia

Figura 9 de la solicitud de patente de James Watt (parte superior izquierda) que muestra el enlace en línea recta

Su génesis está contenida en una carta que Watt le escribió a Matthew Boulton en junio de 1784.

He vislumbrado un método para hacer que un vástago de pistón se mueva hacia arriba y hacia abajo perpendicularmente fijándolo solo a una pieza de hierro sobre la viga, sin cadenas ni guías perpendiculares [...] y una de las piezas simples más ingeniosas de la mecánica que he inventado.

Este tipo de enlace es uno de los varios tipos descritos en la memoria descriptiva de la patente de Watt del 28 de abril de 1784. Sin embargo, en su carta a Boulton, en realidad estaba describiendo un desarrollo del vínculo que no estaba incluido en la patente. El diseño ligeramente posterior, llamado enlace de movimiento paralelo , condujo a un diseño más conveniente para ahorrar espacio que en realidad se usó en sus motores de haz alternativo y giratorio .

CG Gibson ha descrito el contexto de la innovación de Watt:

Durante la Revolución Industrial , los mecanismos para convertir el movimiento giratorio en lineal se adoptaron ampliamente en maquinaria industrial y minera, locomotoras y dispositivos de medición. Dichos dispositivos debían combinar la simplicidad de la ingeniería con un alto grado de precisión y la capacidad de funcionar a gran velocidad durante períodos prolongados. Para muchos propósitos, el movimiento lineal aproximado es un sustituto aceptable del movimiento lineal exacto. Quizás el ejemplo más conocido es el enlace de cuatro barras Watt, inventado por el ingeniero escocés James Watt en 1784.

Forma trazada por el enlace

Este vínculo no genera un verdadero movimiento en línea recta y, de hecho, Watt no afirmó que lo hiciera. Más bien, traza la curva de Watt , una lemniscata o una curva en forma de ocho; cuando se eligen las longitudes de sus barras y su base para formar un cuadrado cruzado , traza la lemniscata de Bernoulli . En una carta a Boulton el 11 de septiembre de 1784, Watt describe el vínculo de la siguiente manera.

Las convexidades de los arcos, que se encuentran en direcciones contrarias, hay un cierto punto en la palanca de conexión, que tiene muy poca variación sensible de una línea recta.

Aunque el enlace Peaucellier-Lipkin , el inversor de Hart y otros mecanismos de línea recta generan un verdadero movimiento en línea recta, el enlace de Watt tiene la ventaja de una simplicidad mucho mayor que estos otros enlaces. Es similar a este respecto al enlace de Chebyshev , un enlace diferente que produce un movimiento aproximado en línea recta; sin embargo, en el caso del enlace de Watt, el movimiento es perpendicular a la línea entre sus dos puntos finales, mientras que en el enlace de Chebyshev el movimiento es paralelo a esta línea.

Aplicaciones

Pistón de doble efecto

Los primeros motores de viga de acción simple usaban una cadena para conectar el pistón a la viga y esto funcionaba satisfactoriamente para bombear agua de minas, etc. Cilindro de doble efecto que se utilizará. Dicho motor incorpora un pistón sobre el que actúa el vapor alternativamente en los dos lados, duplicando así su potencia. El enlace realmente utilizado por Watt (también inventado por él) en sus posteriores motores de haz rotatorio se llamó enlace de movimiento paralelo , un desarrollo del "enlace de Watt", pero utilizando el mismo principio. El pistón del motor está unido al punto central del varillaje, lo que le permite actuar sobre las dos vigas exteriores del varillaje tanto empujando como tirando. El movimiento casi lineal de la articulación permite que este tipo de motor utilice una conexión rígida al pistón sin que el pistón se atasque en su cilindro contenedor. Esta configuración también da como resultado un movimiento más suave de la viga que el motor de acción simple, lo que facilita la conversión de su movimiento hacia adelante y hacia atrás en rotación.

Un ejemplo de la articulación de Watt se puede encontrar en el vástago del pistón de presión alta e intermedia de los motores Crossness 1865 . En estos motores, el vástago del pistón de baja presión utiliza el varillaje de movimiento paralelo más convencional , pero el vástago de presión alta e intermedia no se conecta al extremo de la viga, por lo que no es necesario ahorrar espacio.

Suspensión del vehículo

Suspensión de automóvil con varillaje de Watt
El enlace de Watt en una suspensión Ford Ranger EV 1998
Suspensión del tren de varillaje de Watt

El varillaje de Watt se utiliza en el eje trasero de algunas suspensiones de automóviles como una mejora con respecto a la barra Panhard , que fue diseñada a principios del siglo XX. Ambos métodos están destinados a evitar el movimiento lateral relativo entre el eje y la carrocería del automóvil. El varillaje de Watt se aproxima mucho más a un movimiento vertical en línea recta, y lo hace mientras ubica constantemente el centro del eje en la línea central longitudinal del vehículo, en lugar de hacia un lado del vehículo, como sería el caso si se usara una simple varilla Panhard. usó.

Consiste en dos varillas horizontales de igual longitud montadas a cada lado del chasis. Entre estas dos varillas, se conecta una barra vertical corta. El centro de esta varilla vertical corta, el punto que está restringido en un movimiento en línea recta, está montado en el centro del eje. Todos los puntos de pivote pueden girar libremente en un plano vertical.

En cierto modo, el enlace de Watt puede verse como dos varillas Panhard montadas una frente a la otra. Sin embargo, en la disposición de Watt, los movimientos curvos opuestos introducidos por las barras Panhard pivotantes se equilibran en gran medida entre sí en la barra giratoria vertical corta.

El varillaje se puede invertir, en cuyo caso el centro P está unido a la carrocería, y L1 y L3 se montan en el eje. Esto reduce la masa no suspendida y cambia ligeramente la cinemática. Esta disposición se utilizó en los superdeportivos V8 australianos hasta el final de la temporada 2012.

El varillaje de Watt también se puede utilizar para evitar el movimiento del eje en la dirección longitudinal del automóvil. Esta aplicación involucra dos varillajes de Watt en cada lado del eje, montados paralelos a la dirección de conducción, pero solo un solo varillaje de 4 barras es más común en los sistemas de suspensión de carreras.

Ver también

Referencias

enlaces externos