推動文明程序的小發明：瓦特連桿

平面四杆機構，是機械設計中最簡單的機構之一，應用非常廣泛，在日常生活中很常見。

1784年，也就是乾隆四十九年，工程師詹姆斯·瓦特設計了一個非常巧妙的四連桿機構，並用在他的蒸汽機上，在工業革命中發揮了巨大作用。

這個機構就是瓦特連桿（Watt‘s linkage），也被稱為平行連桿（parallel linkage）。瓦特在他的 專利說明書中有所描述。

兩邊白色的杆一樣長，藍色連桿比白色杆要短，它的中點軌跡很像一個數字8，這個8字形軌跡上面有兩段是近似的直線段。

至於它的用途，瓦特在給他的合作伙伴的信中提到：

我發現了一種使活塞桿上下垂直運動的辦法，不需要鏈條或者導軌……這是我最巧妙的發明之一。

而在給他兒子的信中，瓦特解釋了他是怎麼發現這個機構的。

“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。”

這是瓦特手繪的圖，AB和CD是兩根等長的杆，可分別繞B點和C點旋轉，用一根杆將AD連線起來，那麼在一定的弧段內，AD中點E的軌跡近似為直線。

瓦特連桿並不是一個完美的設計，因為它只是一個近似的直線機構。

但相比於精確直線機構，它具有結構簡單的優點，因此至今仍應用在一些車輛的懸架上。

它能保證車輪軸相對於車身只做垂直運動，而不會發生側向的運動，這對車輛的效能很重要。