一、背景和意義
針對(duì)調(diào)整偏心軸，設(shè)計(jì)專用加工車床如下，既要求其性能穩(wěn)定及操作方便又要符合傳統(tǒng)的審美觀，它能完成多種加工工序：車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、切斷等加工。零件圖如圖1、表1所示。
二、調(diào)整偏心軸機(jī)械加工工藝過程
三爪自定心卡盤夾緊方鋼一端，卡盤外長度40mm，車端面;車螺紋外徑 
及切槽2×Φ6.5mm，長11mm， 倒角1×45°;車螺紋 M8;切斷，保證總長34mm車偏心部分，關(guān)鍵保證2mm的偏心距。因偏心軸各部分尺寸較小，偏心加工可在車床上裝一個(gè)偏心夾具來完成。即以 M8螺紋及其端面為定位基準(zhǔn)車偏心，在工裝上加工一個(gè) M8的螺紋孔，與螺紋配合后，加墊片，裝夾在卡盤上，找正。
三、總體布局
根據(jù)調(diào)研、工程現(xiàn)場和相關(guān)資料進(jìn)行整理確定了JC615車床的總體方案與結(jié)構(gòu)布置。車床主要由主軸箱、電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、尾座組成。下面就這四個(gè)部分做概訴，并和 CA6140車床進(jìn)行對(duì)比，詳細(xì)討論簡化后JC615結(jié)構(gòu)有何差異，功能有何優(yōu)劣。
設(shè)計(jì)總體方案如下：1)采用交流調(diào)速電機(jī)取代傳統(tǒng)的主軸電機(jī)，實(shí)現(xiàn)多段調(diào)速，完全滿足齒輪加工的需要。2)簡化傳動(dòng)形式，達(dá)到多檔調(diào)速傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。3)潤滑系統(tǒng)采用飛濺油潤滑。減少運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦，對(duì)刀具和原料之間冷卻、密封、防銹、過濾雜質(zhì)等功能。選168ZYT51永磁直流電動(dòng)機(jī)，額定功率1.5kW，額定轉(zhuǎn)速1500r/min。額定電壓380/220(V)。額定電流是12A。
四、傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)考慮傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是平面運(yùn)動(dòng)還是空間運(yùn)動(dòng)：
實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)還是空間運(yùn)動(dòng)，其角速度必須保持一致，按照以下原則(即傳動(dòng)副數(shù)多和傳動(dòng)副數(shù)少的變速組的組合)：
1)6=2×3; 2)6=3×2
根據(jù)齒輪傳動(dòng)必須保持準(zhǔn)確傳動(dòng)比的原則，方案1是可以滿足加工需要的。但是，應(yīng)從換向開關(guān)中先斷開的一刀開始算起，換向開關(guān)的時(shí)間與第一個(gè)暫態(tài)過程的時(shí)間相重疊，動(dòng)作時(shí)間是下一個(gè)暫態(tài)動(dòng)作時(shí)間的4～30倍，因此方案1存在很大的弊端。
設(shè)計(jì)變速組合的時(shí)間要素：
6=3×2的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，考慮時(shí)間因素，新的傳動(dòng)系統(tǒng)綜合主副傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式：
1)6=32×21;2)6=31×23
根據(jù)主副傳動(dòng)必須保持準(zhǔn)確傳動(dòng)比的原則，考慮轉(zhuǎn)換開關(guān)換向時(shí)，將產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)尺寸的限制，有可能造成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不匹配。
第一變速組采用降速傳動(dòng)(圖2)時(shí)，由于不具有反向鎖止功能，使得輸出軸和輸入軸不在同一條直線上，坐標(biāo)的偏移量較大，造成傳動(dòng)效率不高，能量消耗較大，精度不高，加工誤差成幾何倍率增加。這種設(shè)計(jì)不可取。
第一變速組采用升速傳動(dòng)(圖3)，主軸的升速傳動(dòng)是利用柔性原件可控的彈性形變來傳遞動(dòng)力，體積較小，精度較高，但是柔性原件剛性不夠，不耐沖擊，輸出轉(zhuǎn)矩較大，回程間隙小，性價(jià)比不高，不易采用。
繪制轉(zhuǎn)速圖：
(1)驗(yàn)算傳動(dòng)組變速范圍
第二擴(kuò)大組的變速范圍是：
符合設(shè)計(jì)原則要求。
(2)分配降速比
傳動(dòng)比=從動(dòng)輪齒數(shù)/主動(dòng)輪齒數(shù)=主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速/從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速i=z2/z1=n1/n2。
當(dāng)式中的角速度為瞬時(shí)值時(shí)，則求得的傳動(dòng)比為瞬時(shí)傳動(dòng)比。當(dāng)式中的角速度為平均值時(shí)，則求得的傳動(dòng)比為平均傳動(dòng)比。理論上對(duì)于大多數(shù)漸開線齒廓正確的齒輪傳動(dòng)，瞬時(shí)傳動(dòng)比是不變的;對(duì)于鏈傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)，瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的。
五、齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
(1)選擇齒輪類型、精度、材料
①傳動(dòng)方案如圖3所示，選用直齒圓柱齒輪。
②本設(shè)計(jì)車床為專用零件加工設(shè)備，精度較高，轉(zhuǎn)速下降，需要進(jìn)行補(bǔ)償。
③材料選擇，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì))硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))，硬度為240HBS，二者硬度差為40HBS。
(2)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，即：
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。
①考慮零件在加工中動(dòng)載系數(shù)kt=1.3
②主副齒輪傳動(dòng)的扭矩
③加工齒輪的直徑φd=1
④由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
⑤計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-12得
計(jì)算 ①試計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1t，代入[σH]中的較小值
②計(jì)算圓周速度
③計(jì)算齒寬
④計(jì)算寬高比 
⑤計(jì)算載荷系數(shù)
載荷系數(shù)是計(jì)算載荷與額定載荷的比值，通常取K≥1。
⑥按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式 (10-10a)得
⑦計(jì)算模數(shù) m
(3)根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式(10-5)得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：
六、片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算
雙向式多片摩擦離合器的作用控制主軸的啟動(dòng)，停止和換向。實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)向變換功能主要結(jié)構(gòu)摩擦片處于兩反向旋轉(zhuǎn)主摩擦片間同同主摩擦片結(jié)合實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)向變換處于離狀態(tài)主軸停止。要求傳遞大扭矩，可增加摩擦面對(duì)數(shù)，而不必增大離合器的徑向尺寸和軸向壓緊力，這有利于降低離合器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。片式離合器主副存在一定 轉(zhuǎn)速差值才能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，即：Mt≥KMn。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，離合器中動(dòng)摩擦系數(shù)盡量和靜摩擦系數(shù)相近，強(qiáng)度高，耐摩擦，導(dǎo)熱性好，熱慣量大，不易變形等。
機(jī)床實(shí)用摩擦片慣量很小，散熱性好，調(diào)整方便，分離徹底，但所能傳遞的扭矩小，一般不超過1000N·m。多盤式有多對(duì)摩擦面，傳遞的扭矩可達(dá)8×106 N·m。但表中推薦的尺寸不合適時(shí)，可自行設(shè)計(jì)。
七、裝配方案
根據(jù)離合器的安裝要求，軸肩右側(cè)取d3 =25mm，調(diào)心球軸承 1212 尺 寸 為 d×D×T=25 mm×52 mm× 15mm，所以d3 處長度為15mm，此處需制出退刀槽，故 d3 左端退刀槽長度為2 mm，右端長度有2 mm，所以 d3 處分了三段，由于軸承要定位，所以軸承右端用圓螺母定位，故取d1=22mm，L1=6mm。
離合器右端設(shè)計(jì)時(shí)候，為了滿足與離合器的安裝和箱體的配合，取離合器左端d5 =75mm，L5 =57mm。d5 段左側(cè)是箱體壁，需要與軸承座和軸承配合，故d5 段左側(cè)制一軸肩，并且d6=51mm，L6=12mm，軸肩右側(cè)用軸承安裝配合，故取滾動(dòng)軸承 6120，其尺寸為 d×D ×T = 45mm×25mm×25mm，故d7=45mm。
d8 段處于變速箱主工作箱體的內(nèi)部，考慮到d8段左側(cè)要安裝雙聯(lián)滑移齒輪，和箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，取 d8=40mm，L8=51mm。安裝雙聯(lián)滑移齒輪的d9 段，取d9=38mm 考慮到箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取L9=176mm。
d10段處于箱體壁軸承座處，取d10 =30mm，且d10與 d9 段之間制有退刀槽，取退刀槽長度為3mm，且考慮到齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)回油潤滑油飛濺到軸承里面，故需在d10上安裝一個(gè)擋油盤，長度為20mm，且此處軸承取為標(biāo)準(zhǔn)滾子軸承6120，其尺寸為d×D×T=30mm×72mm×19mm，故取L10=36mm。
八、優(yōu)化后的車床在汽車此輪加工中的應(yīng)用
齒輪加工采用成形法，機(jī)床不需要表面成形運(yùn)動(dòng)。機(jī)床需要兩個(gè)成形運(yùn)動(dòng)。一個(gè)是銑刀的旋轉(zhuǎn) B1，一個(gè)銑刀沿齒坯的軸向移動(dòng) A。合理選擇加工精度高、效率高的切削工具，決定了加工時(shí)間、加工效率、加工的質(zhì)量，加工條件和加工方式往往對(duì)零件的完整度有不可缺少的影響。刀具加工零件按漸開線形成軌跡，以滿足刀具的偏移量，盡量縮短加工路線，減少空刀運(yùn)動(dòng)時(shí)間。將加工零件的余量考慮在內(nèi)，優(yōu)化加工的流程，方便補(bǔ)償。
把齒輪嚙合副(齒條——齒輪、齒輪——齒輪)中的一個(gè)轉(zhuǎn)化為刀具;另一個(gè)轉(zhuǎn)化為工件，并強(qiáng)制刀具和工件作嚴(yán)格的嚙合運(yùn)動(dòng)而范成切出齒廓。范成法切齒所用刀具切削刃的形狀相當(dāng)于齒條或齒輪的齒廓，它與被切齒輪的齒數(shù)無關(guān)。
每一種模數(shù)，只需用一把刀具就可以加工各種不同齒數(shù)的齒輪;加工時(shí)能連續(xù)分度，加工精度和生產(chǎn)率一般比較高，應(yīng)用廣泛。此法必須在專門的齒輪機(jī)床上加工，而且機(jī)床的調(diào)整、刀具的制造和刃磨都比較復(fù)雜，一般用于成批大量生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)略.