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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发表于 2020-10-13 22:39:54
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实在是高。
