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[原创] 立卧转换主轴工作原理浅析

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大校

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楼主
发表于 2020-10-13 22:39:54 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

前日在网上看到图1所示动图,原文中图1展示的是某战斗机的尾喷管,可从水平转换至垂直,从而实现战斗机垂直升降。一些干加工中心的朋友可能对此种机构比较眼熟,因为有些加工中心的主轴动力头就可以进行立卧转换,只不过加工中心的主轴内部更复杂些,主轴不仅需要完成立卧转换,还需要在其中传递动力,输送冷却液,提供换刀时的夹持力。

以前在洛阳搬砖的时候,我们厂有一台这样的加工中心,当时对该机构也是比较好奇,但是厂家给的维护资料里面没有主轴内部结构图纸,现在只大概记得和图1差不多的运动方式。

图1 某战斗机尾喷管工作动图

从图1我们可以得到如下信息:

  • 外部可见部件分3部分,由左至右,我们分别用字母A、B、C代替这三部分。机构工作时,A固定,B相对于A转动(逆时针),C相对于B转动(顺时针)。
  • 水平位置时,这三部分组成一个圆柱体,垂直位置时,则组成成一个90度的弯头。


根据以上已知条件,在草图中绘制图2所示简图。蓝色部分表示其水平位置,双点划线部分表示B和C转动后的位置,两个蓝色标记点分别表示B和C的回转中心。

图2 机构简图绘制

进入运动仿真,选B,和C为连杆,再建立两个旋转副,回转轴分别为两斜线的法线,回转中心为龙蓝色点,B自转180度,C相对于B转180度。仿真效果如图3所示。因为转动半周,所以顺时针还是逆时针不影响结果。

图3 机构简图运动仿真动图

该机构实际工作时,驱动器在A上,B和C联动,即动力传递方向为:A➡B➡C。可采用齿轮机构,如图4所示,取消之前C部件的驱动,对齿轮机构进行运动仿真,仿真效果如图5所示,图6为对A,B,C这3部分构件添加了实体后的运动仿真效果。

图4 立卧转换机构简图的齿轮传动图

图5 立卧转换机构简图的仿真(通过齿轮机构传动驱动)

图6 立卧转换机构实体仿真

如果像大部分的加工中心一样,主轴切削动力电机位于主轴末端时,即图2中A部件的左侧,立卧转换前,主轴水平,三部分的传动轴都是水平状态,转换后,主轴变成垂直方向,此时这三部分的传动轴彼此有一个夹角,如图7所示。因为主轴无论在何种情况,都需要这3部分的传动轴速度保持一致,所以这三部分可通过等速万向节进行连接。带传动轴的运动仿真如图8所示。

图7  立卧转换机构的主轴传动系统

图8 主轴传动系统的运动仿真

对于加工中心来说,主轴的冷却系统和换刀时的松刀机构都需要布置在主轴内,如果采用上述立卧转换机构,冷却系统和松刀机构就比较难布置了,我还没有想到好的布置方案。有这方面资料的朋友,还希望能分享出来(机构工作视频或说明书均可),相互交流,共同进步。

以上机构我们可以举一反三,如图9,图10所示,可以看出,如果采用多节完成立卧转换时,弯头处比较平滑。但是需要更多节的传动轴,和更多节的等速万向节,使得转换机构和动力传动机构更复杂。

图9 不同节数实现立卧转换的简图仿真

图10 多节实体模型实现立卧转换的仿真

以上文字仅是个人对该机构的理解和分析,不代表其实际结构。

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少尉

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发表于 2020-10-20 16:47:21 | 只看该作者
楼主的立卧转换主轴头旋转原理完全错误,没有两个旋转轴旋转,只有一个45度非正交旋转而已,你的图上原理多一个旋转轴。百度搜索德国德玛吉机床 型号DMG 80P   。不知道我说的对不对。微信xier589578交流。
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少校

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沙发
发表于 2020-10-14 06:43:50 | 只看该作者
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地板
发表于 2020-10-14 07:23:29 | 只看该作者
老哥,你这仿真技术有点厉害哟
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少将

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5#
发表于 2020-10-14 07:51:48 | 只看该作者
大神,国之栋梁
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少校

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发表于 2020-10-14 09:15:52 | 只看该作者
技术绝对好……
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六级士官

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发表于 2020-10-14 09:18:41 | 只看该作者
某某所需要你的加入,研制国产歼-50
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少校

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发表于 2020-10-14 09:21:22 | 只看该作者
这这这 楼主厉害了
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中校

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发表于 2020-10-14 09:38:24 | 只看该作者
zheshigaoshou
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