推动人类文明的小发明：瓦特连杆

平面四杆机构，是机械设计中最简单的机构之一，应用非常广泛，在日常生活中很常见。

1784年，也就是乾隆四十九年，工程师詹姆斯·瓦特设计了一个非常巧妙的四连杆机构，并用在他的蒸汽机上，在工业革命中发挥了巨大作用。

这个机构就是瓦特连杆(Watt's linkage)，也被称为平行连杆(parallel linkage)。瓦特在他的 专利说明书中有所描述。

两边白色的杆一样长，蓝色连杆比白色杆要短，它的中点轨迹很像一个数字8，这个8字形轨迹上面有两段是近似的直线段。

至于它的用途，瓦特在给他的合作伙伴的信中提到：

我发现了一种使活塞杆上下垂直运动的办法，不需要链条或者导轨……这是我最巧妙的发明之一。

而在给他儿子的信中，瓦特解释了他是怎么发现这个机构的。

"The idea originated in this manner. On finding double chains, or racks and sectors, very inconvenient for communicating the motion of the piston-rod to the angulat motion of the working-beam, I set to work to try if I could not contrieve some means of performing the same form motions turning upon centres, and after some time it occured to me that AB, CD, being two equal radii revolving on the centres B and C, and connected together by a rod AD, in moving through arches of certain length, the variations from straight line would be nearly equal and opposite, and that the point E would describe a line nearly straight, and that if for convenice the radius CD was only half of AB, by moving the point E nearer to D, the same would take place; and from this the construction, afterwards called the parallel motion was derived."

这是瓦特手绘的图，AB和CD是两根等长的杆，可分别绕B点和C点旋转，用一根杆将AD连接起来，那么在一定的弧段内，AD中点E的轨迹近似为直线。

瓦特连杆并不是一个完美的设计，因为它只是一个近似的直线机构。

但相比于精确直线机构，它具有结构简单的优点，因此至今仍应用在一些车辆的悬架上。

它能保证车轮轴相对于车身只做垂直运动，而不会发生侧向的运动，这对车辆的性能很重要。