【本田cb25017期凸轮轴安装】谁都能理解的发动机原理——凸轮轴的结构设计

1.凸轮轴结构

汽油发动机凸轮轴上大多有驱动分配器、油泵的螺旋齿轮和驱动汽油泵的偏心轮。在使用单体泵的柴油机中，凸轮轴上有驱动单体泵的偏心轮。

凸轮轴分为整体型和组合型。整体凸轮轴是凸轮、偏心轮等与轴成型或铸造一体的。组合凸轮轴由芯轴、凸轮、支承轴颈、偏心轮等组成，并通过键连接、热压配合、钎焊、烧结等多种方式组成。组合凸轮轴的优点是，每个部件可以独立选择合适的材料，从而减少凸轮轴加工余量，质量较轻，中心轴为钢管的凸轮轴可以省去在轴上钻长油孔的过程。

凸轮轴基本尺寸的确定

凸轮轴轴之间的大小取决于发动机的整体布局。凸轮轴直径的确定，支承数的选择必须保证凸轮轴的刚度。

凸轮轴的挠曲可以计算为在两点自由支撑并承受一个或多个集中载荷的双光束。作用在凸轮上的力是阀弹簧力PS。阀头的气体压力pg；阀门和阀门弹簧组件的等效惯性力；摇臂转动惯量转换的等效惯性力；推杆和挺柱的惯性力。作用在凸轮上的OHC机构的合力P为

型Yt——挺柱加速；

G——重力加速度；

Gt、Gv、Gs、Gp——分别是支柱、阀门(包括空气门锁铁和弹簧座)、阀门弹簧和推杆的质量。

IR——摇臂轴的转动惯量；

Lv——摇臂轴到阀门轴的距离；

I——摇臂比。

凸轮轴的最大挠度不得超过0.03mm。下面的凸轮轴大多数都是每两个气缸设置支撑点，凸轮轴高速内燃机大多数都使用全支承凸轮轴。

凸轮轴的直径DC(通常为~ 0.35) D，D是气缸直径。凸轮的基准圆必须比最细部分直径大2 ~ 3mm。使用整体凸轮轴轴承时，凸轮轴的安装条件必须增加凸轮轴颈，以便整个凸轮轴通过轴承孔。为了便于安装，有时每个轴颈直径会从轴的一端减少到另一端。

每个气缸名称相同的凸轮在轴上的相对位置取决于发动机的气缸数、气缸排列和点火顺序。单列四冲程发动机的每个气缸同名凸轮之间的角度等于相应气缸点火间隔角度(曲轴角度)的一半，二冲程发动机等于该角度。在v型发动机中确定具有相同双列气缸名称的凸轮的相对位置时，还必须考虑该立柱之间的空间角度。

相同气缸进气凸轮在轴上的相对角度位置取决于发动机的配气定时和驱动方式。进气排气门与发动机垂直排列，凸轮形状对称时，同一个气缸进气凸轮顶点落后于排气凸轮顶点的角度为C(图7-2):

进气排气门和发动机垂直成对排列，由凸轮轴驱动(图7-18)，例如，排气摆动臂的滚子先于进气阀摆动臂的车轮/角度(图7-18)。

=c/2- (3)

排气门摇臂的滚子倒车者进入阀门摆动臂的滚子/角度时。

=c/2 (4)

凸轮和挺柱之间的接触应力和润滑

阀门机构工作时，凸轮和挺杆之间的接触面受到很大压力，由于零件的加工误差和变形，凸轮和挺杆之间形成点接触，因此工作面的接触应力很高。

具有小锥度锥度的凸轮采用大半径球形挺杆，使凸轮和挺杆接触点偏离挺杆轴，挺杆在工作中缓慢旋转，磨损均匀，凸轮和挺杆倾斜不会使接触恶化，接触应力降低。

圆柱凸轮配有平面筒柱，不仅可以补偿凸轮和柱之间的扭转，还可以尽可能大地确保接触面积，从而降低接触应力。接触应力计算见7.2.6节第5段。

由于凸轮和挺杆之间的接触应力很大，凸轮和挺杆工作面之间的相对滑动速度高、热条件差、工作面摩擦磨损严重，必须保证良好的动态润滑。7.6.4.4中详细介绍了凸轮和挺杆之间的润滑特性和最小油膜厚度计算。

凸轮轴材料

在凸轮和挺柱的工作条件下，合理选择凸轮和挺柱的材料对，通过适当的热处理获得适当的金属组织，可以有效地减少凸轮和挺柱的早期磨损。

凸轮轴的材料大多由低碳钢、墨铸铁、冷激合金铸铁等制造，例如45、45Mn2中的碳钢或15Cr、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、20MnVB等。中碳钢凸轮轴的所有工作表面和支撑轴颈表面的高频火，硬度HRC 56 ~ 63。低碳钢凸轮轴为表面渗碳淬火，硬度HRC 58 ~ 63。球墨铸铁凸轮轴用等温淬火使硬度达到HRC A3-50，或用表面淬火使硬度达到HRC 48 ~ 55。冷合金铸铁凸轮轴的表面硬度可达HRC45~55，冷合金铸铁凸轮轴的表面硬度可达HRC 45 ~ 55。一般额定速度超过3000r/min的发动机的凸轮轴大多使用合金铸铁材料。目前，国外采用可与冷激合金铸铁硬质的冷激合金铸铁材料的凸轮轴已占总产量的70%左右。

表7-2列出了代表性凸轮和挺杆的材料配对和材料的弹性系数E。

挺杆的硬度一般需要HRC50以上，挺杆的硬度要比凸轮轴高3 ~ 7 HRC。