Un varillaje de Watt es un tipo de varillaje mecánico inventado por James Watt en el que el punto móvil central del varillaje está obligado a viajar en una línea casi recta . Watt describió el vínculo en su especificación de patente de 1784 para la máquina de vapor Watt .
Hoy en día se utiliza en suspensiones de automóviles , donde es clave para la cinemática de una suspensión , es decir, sus propiedades de movimiento, lo que limita el eje de un vehículo a un desplazamiento casi vertical y al mismo tiempo limita el movimiento horizontal.
El vínculo de Watt consta de tres barras atornilladas entre sí formando una cadena. La cadena de barras consta de dos barras finales y una barra intermedia. La barra intermedia 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 están fijos en su lugar entre sí, pero por lo demás las tres barras son libres de pivotar alrededor de las dos juntas donde se encuentran.
En el análisis de vínculos, hay una barra imaginaria de longitud fija que conecta los puntos finales externos. Por tanto, el eslabonamiento de Watt es un ejemplo de eslabonamiento de cuatro barras .
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 el vástago de un pistón se mueva hacia arriba y hacia abajo perpendicularmente fijándolo únicamente a una pieza de hierro sobre la viga, sin cadenas ni guías perpendiculares [...] y una de las piezas simples más ingeniosas de mecánica que he inventado. [2]
CG Gibson ha descrito el contexto de la innovación de Watt:
Este tipo de enlace es uno de los varios tipos descritos en la especificación de patente de Watt del 28 de abril de 1784. Sin embargo, en su carta a Boulton, en realidad describía un desarrollo del vínculo que no estaba incluido en la patente. El diseño ligeramente posterior, llamado varillaje de movimiento paralelo , condujo a un diseño más conveniente que ahorra espacio y que en realidad se utilizó en sus motores de viga alternativos y rotativos . [4]
Este vínculo no genera un verdadero movimiento rectilíneo y, de hecho, Watt no afirmó que lo hiciera. Más bien, traza la curva de Watt , una lemniscata o curva en forma de ocho; cuando las longitudes de sus barras y su base se eligen para formar un cuadrado cruzado , traza la lemniscata de Bernoulli . [5] En una carta a Boulton del 11 de septiembre de 1784, Watt describe el vínculo de la siguiente manera.
Las convexidades de los arcos, situadas en direcciones contrarias, tienen un cierto punto en la palanca de conexión, que tiene muy poca variación sensible con respecto a una línea recta.
Aunque el vínculo Peaucellier-Lipkin , el inversor de Hart y otros mecanismos en línea recta generan un verdadero movimiento rectilíneo, el vínculo de Watt tiene la ventaja de una simplicidad mucho mayor que estos otros vínculos. Es similar a este respecto al varillaje de Chebyshev , un varillaje diferente que produce un movimiento rectilíneo aproximado; sin embargo, en el caso del vínculo de Watt, el movimiento es perpendicular a la línea entre sus dos puntos finales, mientras que en el vínculo de Chebyshev el movimiento es paralelo a esta línea.
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. Sin embargo, para el movimiento giratorio, un varillaje que funciona tanto en compresión como en tensión proporciona un mejor diseño y permite una cilindro de doble efecto a utilizar. Un motor de este tipo incorpora un pistón sobre el que actúa el vapor alternativamente en ambos lados, duplicando así su potencia. El varillaje realmente utilizado por Watt (también inventado por él) en sus motores de haz giratorio posteriores se llamó varillaje de movimiento paralelo , un desarrollo del "barrilamiento 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 del varillaje permite que este tipo de motor utilice una conexión rígida con el pistón sin que el pistón se atasque en el cilindro que lo contiene. Esta configuración también da como resultado un movimiento más suave de la viga que el motor de acción simple, lo que facilita convertir su movimiento de ida y vuelta en rotación. [4] [6]
Un ejemplo del varillaje 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.
El varillaje de Watt se utiliza en el eje trasero de algunas suspensiones de automóviles como una mejora con respecto a la varilla 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 consistentemente 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. usado. [7]
Consta de 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 corta varilla vertical, el punto que está obligado a realizar 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 vínculo 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 varillas Panhard pivotantes se equilibran en gran medida entre sí en la corta barra giratoria vertical.
El varillaje se puede invertir, en cuyo caso la P central está unida a la carrocería y L1 y L3 se montan en el eje. Esto reduce la masa no suspendida y modifica ligeramente la cinemática. Esta disposición se utilizó en los supercoches australianos V8 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 implica dos varillajes Watt a cada lado del eje, montados paralelos a la dirección de conducción, pero un solo varillaje de 4 barras es más común en los sistemas de suspensión de carreras.
