وصلة الحركة المتوازية

في علم الحركة ، تُعدّ وصلة الحركة المتوازية وصلة ميكانيكية سداسية القضبان، اخترعها المهندس الاسكتلندي جيمس وات عام 1784 لمحرك وات البخاري مزدوج الفعل . تسمح هذه الوصلة لقضيب يتحرك بشكل شبه مستقيم لأعلى ولأسفل بنقل الحركة إلى عارضة تتحرك في قوس، دون إحداث إجهاد جانبي كبير على القضيب.

في المحركات السابقة التي صممها نيومان ووات، كان المكبس يسحب أحد طرفي ذراع التأرجح إلى الأسفل أثناء شوط القدرة باستخدام سلسلة ، بينما يسحب وزن المضخة الطرف الآخر من الذراع إلى الأسفل أثناء شوط الاستعادة باستخدام سلسلة أخرى، وتُنتج هذه القوى المتناوبة حركة تأرجح الذراع. أما في محرك وات الجديد ثنائي الفعل، فيُنتج المكبس القدرة في كلٍ من شوطي الصعود والهبوط، لذا لم يكن من الممكن استخدام سلسلة لنقل القوة إلى الذراع. صمم وات الحركة المتوازية لنقل القوة في كلا الاتجاهين مع الحفاظ على قضيب المكبس شبه عمودي. أطلق عليها اسم "الحركة المتوازية" لأن كلاً من المكبس وقضيب المضخة كانا يتحركان عموديًا، بشكل متوازٍ.

في رسالةٍ إلى ابنه عام ١٨٠٨ يصف فيها كيف توصل إلى التصميم، كتب جيمس وات: "أنا فخورٌ بالحركة المتوازية أكثر من أي اختراعٍ آخر قمتُ به على الإطلاق". ^{[ ١ ]} يُظهر الرسم التخطيطي الذي أرفقه ما يُعرف الآن بوصلة وات، وهي وصلةٌ وُصفت في براءة اختراع وات عام ١٧٨٤، ولكن سرعان ما حلت محلها الحركة المتوازية. ^{[ ٢ ]}

اختلفت الحركة المتوازية عن آلية وات بوجود وصلة بانتوغراف إضافية مدمجة في التصميم. لم يؤثر هذا على المبدأ الأساسي، ولكنه سمح بتصغير حجم حجرة المحرك لأن الوصلة كانت أكثر إحكامًا. ^{[ 2 ]}

كان مكبس محرك نيوكومن يُدفع إلى الأسفل بفعل الضغط الجوي. سمح جهاز وات باستخدام البخار الحي للعمل المباشر على جانبي المكبس، مما أدى إلى مضاعفة الطاقة تقريبًا، بالإضافة إلى توصيل الطاقة بشكل أكثر انتظامًا خلال الدورة، وهي ميزة عند تحويل الحركة الترددية إلى حركة دورانية (سواء من خلال عمود مرفقي أو من خلال نظام تروس الشمس والكواكب ).

انظر إلى الرسم التوضيحي على اليمين. يُمثل A محور ارتكاز ذراع التأرجح KAC ، الذي يتأرجح لأعلى ولأسفل حول A. أما H فهو المكبس، المطلوب منه التحرك عموديًا فقط دون أفقيًا. يكمن جوهر التصميم في آلية الوصلات الرباعية المكونة من AB و BE و EG ، والوصلة الأساسية هي AG ، وكلا المفصلين مثبتان على هيكل المحرك. أثناء تأرجح الذراع، ترسم النقطة F (المرسومة لتسهيل هذا الشرح، وليست نقطة محددة على الآلة نفسها) شكلًا ثمانيًا ممدودًا (أو بالأحرى، منحنى برنولي ) في الهواء. ولأن حركة ذراع التأرجح مقيدة بزاوية صغيرة، فإن F لا ترسم سوى جزء قصير من الشكل الثماني، وهو قريب جدًا من خط مستقيم رأسي. يكون الشكل الثماني متناظرًا طالما أن الذراعين AB و EG متساويان في الطول، ويكون في أقصى استقامة له عندما تتطابق نسبة BF إلى FE مع نسبة AB إلى EG . إذا ^كان طول الشوط (أي أقصى مسافة تحرك للقوة F ) هو S ، فإن الجزء المستقيم يكون أطول عندما يكون BE حوالي ⅔ S ويكون AB هو 1.5 S. ^{[ 3} ]

كان من الممكن توصيل النقطة F مباشرةً بقضيب المكبس (تصميم "وصلة وات")، لكن ذلك كان سيجعل شكل الآلة غير متناسق، حيث ستكون النقطة G بعيدةً عن نهاية ذراع الحركة. لتجنب ذلك، أضاف وات وصلة متوازية الأضلاع ▱BCDE لتشكيل البانتوغراف . يضمن هذا أن تقع النقطة F دائمًا على خط مستقيم بين النقطتين A و D ، وبالتالي فإن حركة النقطة D هي نسخة مكبرة من حركة النقطة F. ومن ثم، فإن النقطة D هي التي يُثبَّت بها قضيب المكبس DH . أدى إضافة البانتوغراف إلى تقصير الآلية، وبالتالي أصبح من الممكن تصغير حجم المبنى الذي يحتوي على المحرك.

كما ذُكر سابقاً، فإن مسار النقطة F ليس خطاً مستقيماً مثالياً، بل هو مجرد تقريب. وقد أدى تصميم وات إلى انحراف مقداره جزء واحد من 4000 عن الخط المستقيم. وفي وقت لاحق، في القرن التاسع عشر، تم اختراع وصلات خطية مثالية، بدءاً من وصلة بوسيليه-ليبكين عام 1864.

• البانتوغراف ، وهو جزء مما تستخدمه وصلة الحركة المتوازية.
• آلية الخط المستقيم
• وصلة وات ، جوهر كيفية عمل وصلة الحركة المتوازية.

عام

• مقالة الروابط في موسوعة بريتانيكا، 1958.
• مقالة عن الحركة المتوازية في موسوعة بريتانيكا، 1911.
• روبرت ستيوارت، تاريخ وصفي لمحرك البخار ، لندن، ج. نايت وهـ. لاسي، 1824.

• يحتوي كتاب "ما مدى استدارة دائرتك؟" (براينت وسانغوين، 2008) على فصل حول آلية الحركة المتوازية لجيمس وات