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:
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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