2024年4月全國自考《管理信息系統(tǒng)》試題

1.1凸輪軸工藝設(shè)計(jì)的概述

凸輪軸零件設(shè)訂的任務(wù)是讓我們綜合運(yùn)用我們所學(xué)的機(jī)械沒“基礎(chǔ)、數(shù)控編程、CAD

技術(shù)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造原理、機(jī)械加工、機(jī)械制造工藝等學(xué)問，來完成凸輪軸零件的三

維造型設(shè)計(jì)、凸輪軸零件工藝規(guī)程文件編制、相關(guān)數(shù)控程序編制和相關(guān)夾具的設(shè)計(jì)。通過這

一環(huán)境的訓(xùn)練，使我不但更加深化了解畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本理論、基本學(xué)問、而且學(xué)會(huì)運(yùn)用這些

理論、基本學(xué)問去了解解決工程中的問題。

這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是要對機(jī)械零件的加工設(shè)計(jì)制造過程有所了解，也是為了鞏固所

學(xué)的關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)加工的理論學(xué)問，培育分析和解決問題的實(shí)力,提高自己的設(shè)計(jì)實(shí)力和創(chuàng)新

設(shè)計(jì)實(shí)力。

1.2凸輪軸設(shè)計(jì)的作用

在進(jìn)行凸輪軸工藝設(shè)計(jì)的時(shí)候勇于創(chuàng)新，從這個(gè)過程中可以學(xué)到很多東西。凸輪軸是一

個(gè)比較困難的曲軸，也是一個(gè)精密零件，所以在各方面加工要求都比較高，在加工以前要對

凸輪軸零件材料加以精細(xì)選擇，作為以后加工的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)加工時(shí)對該件的尺寸規(guī)格要求都

相當(dāng)嚴(yán)格，每進(jìn)行一步都要慎重考慮。

這次設(shè)計(jì)將運(yùn)用計(jì)算機(jī)協(xié)助制圖軟件，優(yōu)化設(shè)計(jì)。在提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量的前

提下，尋求最好的工藝方案，以至于削減生產(chǎn)過程中的成本。這些將在工藝和編程上得到體

現(xiàn)。它的尺寸要求也比較嚴(yán)格，每一個(gè)凸輪的角度都要限制在公差范圍內(nèi)。但是還有一些困

難的問題得到改善，在工藝規(guī)程設(shè)計(jì)方面也欠佳，編程方面也不是很完好以及其他地方還存

在很大的問題。這次設(shè)計(jì)將我所學(xué)學(xué)問融會(huì)貫穿，讓我提高了很多。

1.3凸輪軸設(shè)計(jì)的結(jié)果和意義

這樣的一次畢業(yè)實(shí)踐設(shè)計(jì)，讓我們進(jìn)一步培育了自己分析總結(jié)和表達(dá)實(shí)力，也鞏固，

深化了在設(shè)計(jì)過程中所獲得的學(xué)問，也是對我們以往所學(xué)學(xué)問的一個(gè)考驗(yàn)。它是通過對相關(guān)

課程的內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)融合，使課程內(nèi)容與崗位實(shí)力的培育緊密結(jié)合，使我們在畢業(yè)實(shí)踐與設(shè)

計(jì)過程中，能把所學(xué)的學(xué)問與崗位實(shí)踐聯(lián)系起來，達(dá)到崗位的要求。

通過畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我明白，自己在哪些方面還是薄弱的，欠缺的。借此機(jī)會(huì)再仔細(xì)地補(bǔ)一

下，在以后的學(xué)習(xí)和工作中留意這些。積少成多，讓我明白學(xué)習(xí)的重要性，勇于置疑讓我明

白只有在不斷的發(fā)問中才能增長自己的見識(shí)，學(xué)以致用更是駕馭學(xué)問，技巧的基礎(chǔ)，現(xiàn)學(xué)現(xiàn)

用更能鞏固所學(xué)學(xué)問。

1.4凸輪軸加工的有關(guān)定義

升程(Lift)一隨動(dòng)件與凸輪凸角相接觸進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的總量.端部(Nose)一凸輪軸的尖端，

隨動(dòng)件升程最大處，凸輪上升曲線的最大半徑與最小半徑之差。我們給定代號為h,單位

是亳米。

基圓(Basecircle)一凸角上將零升程傳遞給隨動(dòng)件的區(qū)域。

側(cè)面(Flank)一凸輪軸上引導(dǎo)至并離開凸輪軸端部的大致扁平部分。正是在該區(qū)到最大，最

可能發(fā)生磨床燒傷.

凹入輪廓(Re-entranlprofile)—NROC的另一個(gè)叫法。

加工速度(Workspeed)一凸輪軸在磨削中的自旋速度。

橫向進(jìn)給量(Infeed)一砂輪每刀進(jìn)入凸輪軸凸角的直線量(增量)。

徑綠色磨削(Greengrinding)—從圓棒料上磨削凸角輪廓的過程。新的砂輪技術(shù)正

轉(zhuǎn)拉工藝的競爭對手。切削輪在精磨前粗切凸角輪廓。

接觸弧(Arcofcontact)一砂輪和凸輪軸凸角之間的接觸區(qū)。該接觸區(qū)對基圓、NROC及端

部各不相同。

當(dāng)量直徑(Equivalentdiameter)一表示接觸弧的一個(gè)值，從砂輪直徑以及不斷變更的加工

(凸角)直徑中推導(dǎo)而來。

上升曲線一一凸輪上升的起點(diǎn)到最高點(diǎn)的弧線稱為上升曲線

下降曲線一一凸輪下降的最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的弧線稱為下降曲線

升角一一從凸輪的上升起點(diǎn)到最高點(diǎn)的角度，即上升曲線的角度。我們定個(gè)代號為6。

降角——從凸輪的最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的角度，即下降曲線的角度。代號為610

降距一一凸輪下降曲線的最大半徑與最小半徑之差。代號為hi.

導(dǎo)程一一即凸輪的曲線導(dǎo)程，就是假定凸輪曲線的升角(或降角)為360°時(shí)凸輪的升

距(或降距)。代號為L,單位是亳米。

其次章凸輪軸零件分析

2.1加工要求

在選擇各表面、孔及槽的加工方法時(shí)，要考慮加工表面的精度和表面粗糙度要求，依據(jù)

各加工表面的技術(shù)要求，選擇加工方法及分幾次加工；要依據(jù)生產(chǎn)類型選擇設(shè)備，在大批量

生產(chǎn)中可接受高效率的設(shè)備。在單件小批量生產(chǎn)中則常用通用設(shè)備和一般的加工方法。如、

柴油機(jī)連桿小頭孔的加工，在小批量生產(chǎn)時(shí)，接受鉆、擴(kuò)、較加工方法；而在大批量生產(chǎn)時(shí)

接受拉削加工；要考慮被加工材料的性質(zhì)，例如：淬火鋼必需接受磨削或電加工；而有色金

屬由于磨削時(shí)簡潔堵塞砂輪，一般都接受精細(xì)車削，高速精銃等；要考慮工廠或車間的實(shí)際

狀況，同時(shí)也應(yīng)考慮不斷改進(jìn)現(xiàn)有加工方法和設(shè)備，推廣新技術(shù)，提高工藝水平；此外，還

要考慮一些其它因素，如加工表面物理機(jī)械性能的特殊要求，工件形態(tài)和重量等。

2.2軸的要求

2.2.1各種凸輪軸的技術(shù)要求

1)支承軸頸的尺寸精度及各支承軸頸間的同軸度。

2)止推面對于支承軸線的垂直度。

3)凸輪軸基面的尺寸精度和相對于支承軸頸的軸線的同軸度。

4）凸輪的位置精度。

5）凸輪的形態(tài)精度。

2.2.2以發(fā)動(dòng)機(jī)該凸輪軸為例詳細(xì)說明（如圖）

1）支承軸頸

兩個(gè)支承軸頸的外圓尺寸巾43.85mm表面粗糙度RaW0.4|im.o各部分的倒角

都為C2。凸輪軸長208,屬瘦長軸。

2）凸輪

凸輪基圓尺寸

R15.5+0,05,表面粗糙度

Ra<0.8|imo凸輪上。25『3

的孔選擇的加工方法是鉆，

但其表面粗糙度的要求為

Ra=1.6,所以選擇加工的

方法是鉆一一擴(kuò)一一較。

3）軸上油壁孔

軸上油壁孔尺寸為68mm。

油孔底面的加工方案為底平

面：粗銃一一精銃

（m?1T9）,粗糙度為

&63?0.8〃團(tuán)，一般不淬硬的平面，精銃的粗糙度可以較小。

4）軸上鍵槽

軸上的鍵槽起地位作用，基本尺寸為13mm*6mm,左邊為66mm的半圓，表面粗糙度

要求為3.2。

第三章凸輪軸零件工藝規(guī)程設(shè)計(jì)

3.1凸輪軸的概念

凸輪軸大家應(yīng)當(dāng)不會(huì)生疏，我們常常聽到的氣門、氣門正時(shí)皮帶、正時(shí)鏈條等等都跟它

有著緊密的關(guān)系，氣門室正是它的棲身之地。現(xiàn)在市面上的車大多都是雙頂置凸輪軸（DOHC）

設(shè)計(jì)，也就是說有兩根凸輪軸。一根負(fù)責(zé)進(jìn)氣氣門的開閉，一個(gè)負(fù)責(zé)排氣氣門的開閉。

凸輪軸的名字是因?yàn)樗哪佣?，有很多凸起的部位。這些凸起的部位作用是推動(dòng)氣

門（俗稱滑佬）開啟，當(dāng)轉(zhuǎn)到凸起部分時(shí)將會(huì)把氣門頂起，此時(shí)氣門將屬于開啟狀態(tài)。氣門的

閉合動(dòng)作則是凸輪軸的凸起部分別開氣門后，利用氣門彈簧（俗稱彈弓）的作用力來完成的。

一般標(biāo)準(zhǔn)的凸輪軸在自轉(zhuǎn)240度后，便可以使氣門完成一次開合過程，也會(huì)用這個(gè)度數(shù)的

大小來界定是否屬于高角度凸輪軸。

凸輪軸是上有若干個(gè)桃形凸輪的軸，是配氣機(jī)構(gòu)最關(guān)鍵的零件。它的功用是限制各缸氣

門的適時(shí)開啟和關(guān)閉，同時(shí)驅(qū)動(dòng)汽油泵、機(jī)油泵和分電器等附件工作。凸輪軸由進(jìn)氣凸輪、

排氣凸輪、軸頸、驅(qū)動(dòng)機(jī)油泵和分電器的齒輪及推動(dòng)汽油泵搖臂的偏心輪制成一體。凸輪的

個(gè)數(shù)一般等于氣門的個(gè)數(shù)，凸輪右軸上的分布位置，是由發(fā)動(dòng)機(jī)的工作依次所確定的。

凸輪軸是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)里的一個(gè)部件。它的作用是限制氣門的開啟和閉合動(dòng)作（如圖）。

雖然在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)里凸輪軸的轉(zhuǎn)速是曲軸的一半（在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中凸輪軸的轉(zhuǎn)速與曲軸

相同），不過通常它的轉(zhuǎn)速依舊很高，而且須要承受很大的扭矩，因此設(shè)計(jì)中對凸輪軸在強(qiáng)

度和支撐方面的要求很高，其材質(zhì)一般是特種鑄鐵，間或也有接受鍛件的。由于氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)

律關(guān)系到一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)轉(zhuǎn)特性，因此凸輪軸設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程中占據(jù)著特別

重要的地位。所以對于凸輪軸的質(zhì)量要求就特別高了，但目前有很多的公司將凸輪軸制作不

好，主要還是在很大一部份上是沒有把核心技術(shù)吃透，當(dāng)然我不否機(jī)床存在部份因素，但最

主要還是要制作出標(biāo)準(zhǔn)的母凸輪

ffll四缸四沖程汽油機(jī)凸輪軸E

Fig.1Gasolineengineoffourstrokeandfourcylinders^

3.2凸輪軸的作用

凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一部分，特地負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)氣門按時(shí)開啟和關(guān)閉，作用是保證發(fā)

動(dòng)機(jī)在工作中定時(shí)為汽缸吸入簇新的可燃混合氣，并剛好將燃燒后的廢氣排出汽缸。凸輪軸

干脆通過搖臂驅(qū)動(dòng)氣門，很適用于高轉(zhuǎn)速的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)，由于轉(zhuǎn)速較高，為保證進(jìn)排氣和傳

動(dòng)效率、簡化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、降低高轉(zhuǎn)速的振動(dòng)和噪音，多接受頂置式氣門和頂置式凸輪軸，這

樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但任何事物都有兩面性，頂置式凸輪軸的缺點(diǎn)是由于部件的

布置設(shè)計(jì)比較困難，修理起來也比較麻煩。但衡量利弊，它還是比較適合于轎車。

3.3凸輪軸的特點(diǎn)

1.凸輪軸的結(jié)構(gòu)

凸輪軸凸輪軸的主體是一根與汽缸組長度相同的圓柱形棒體。上面套有若干個(gè)凸輪，用

于驅(qū)動(dòng)氣門。凸輪軸的一端是軸承支撐點(diǎn)，另一端與驅(qū)動(dòng)輪相連接。

凸輪的側(cè)面呈雞蛋形。其設(shè)計(jì)的目的在于保證汽缸充分的進(jìn)氣和排氣，詳細(xì)來說就是在

盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成氣門的開、閉動(dòng)作。另外考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和運(yùn)轉(zhuǎn)的平順性，氣

門也不能因開閉動(dòng)作中的加減速過程產(chǎn)生過多過大的沖擊，否則就會(huì)造成氣門的嚴(yán)峻磨損、

噪聲增加或是其它嚴(yán)峻后果。因此，凸輪和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩輸出以及運(yùn)轉(zhuǎn)的平順性有很

干脆的關(guān)系。

一般來說直列式發(fā)動(dòng)機(jī)中，一個(gè)凸輪都對應(yīng)一個(gè)氣門，V型發(fā)動(dòng)機(jī)或水平對置式發(fā)動(dòng)機(jī)

則是每兩個(gè)氣門共享一個(gè)凸輪。而轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和無閥配氣發(fā)動(dòng)機(jī)由于其特殊的結(jié)構(gòu)，并不須

要凸輪。

雖然在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)里，凸輪軸的轉(zhuǎn)速是曲軸轉(zhuǎn)速的一半，但是它的轉(zhuǎn)速依舊很高，而

且須要承受很大的轉(zhuǎn)矩，因此對凸輪軸的強(qiáng)度和牢靠支撐方面的要求很高。凸輪軸的主體是

1根與氣缸組長度相同的圓柱體，上面加工有若干個(gè)凸輪，凸輪軸的材質(zhì)一般是特種鑄鐵，

有時(shí)也接受鍛剛和合金制造。大多數(shù)凸輪軸的內(nèi)部被制造成中空結(jié)構(gòu)，這不僅可以降低凸輪

軸的質(zhì)量，同時(shí)也提高了凸輪軸承受載荷的實(shí)力。凸輪軸上還加工有溝滑油道，潤滑油由此

經(jīng)過，為凸輪軸、搖臂軸以及搖臂等部件供應(yīng)潤滑。圖1所示是三菱4G63DOHC發(fā)

動(dòng)機(jī)運(yùn)用的凸輪軸。

?

2.凸輪軸的位置

凸輪軸在以前很長的一段時(shí)間里，底置式凸輪軸在內(nèi)燃機(jī)中最為常見。通常這樣的發(fā)動(dòng)

機(jī)中，氣門位于發(fā)動(dòng)機(jī)的頂部，即所謂的OHV（OverHeadValve,頂置氣門）式發(fā)動(dòng)機(jī)。此

時(shí)通常凸輪軸位于曲軸箱的側(cè)面，通過配氣機(jī)構(gòu)（如挺桿、推桿、搖臂等）對氣門進(jìn)行限制。

因此底置式凸輪軸一般也叫側(cè)置式凸輪軸。由于在這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)中凸輪軸距離氣門較遠(yuǎn)，而

且每個(gè)氣缸通常只有兩個(gè)氣門，因此轉(zhuǎn)速通常較慢，平順性不佳，輸出功率也比較低。不過

這種結(jié)構(gòu)的引擎輸出扭矩和低速性能比較精彩，結(jié)構(gòu)也比較簡潔，易于修理。

現(xiàn)在大多數(shù)量產(chǎn)車的發(fā)動(dòng)機(jī)配備的是頂置式凸輪軸。頂置式凸輪軸結(jié)構(gòu)使凸輪軸更加接

近氣門，削減了底置式凸輪軸由于凸輪軸和氣門之間較大的距離而造成的來回動(dòng)能的奢侈。

頂置式凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)由于氣門開閉動(dòng)作比較快速，因而轉(zhuǎn)速更高，運(yùn)行的平穩(wěn)度也比較好。

較早出現(xiàn)的頂置式凸輪軸結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)是SOHC（SingleOverHcadCam,頂置單凸輪軸）式

發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)在頂部只安裝了一根凸輪軸，因此一般每個(gè)汽缸只有兩到三個(gè)氣門（進(jìn)

氣一到兩個(gè)，排氣一個(gè)），高速性能受到了限制。而技術(shù)更新一些的則是DOHC式

（DoubleOverHeadCam,頂置雙凸輪釉）發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)由于配備了兩根凸輪軸，每個(gè)

汽缸可以安裝四到五個(gè)氣門（進(jìn)氣二到三個(gè)，排氣二個(gè)），高速性能得到了顯著的提升，不

過與此同時(shí)低速性能會(huì)受到肯定的影響，結(jié)構(gòu)也會(huì)變得困難，不易修理。

發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸安裝位置有下置、中置、頂置三種形式。轎車發(fā)動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)速較快，每

分鐘轉(zhuǎn)速可達(dá)5000轉(zhuǎn)以上，為保證進(jìn)排氣效率，都接受進(jìn)氣門和排氣門倒掛的形式，即頂

置式氣門裝置，這種裝置都適合用凸輪軸的三種安裝形式。但是，假如接受下置式或者中置

式的凸輪軸，由于氣門與凸輪軸的距離較遠(yuǎn)，須要?dú)忾T挺桿和挺柱等協(xié)助零件，造成氣門傳

動(dòng)機(jī)件較多，結(jié)構(gòu)困難，發(fā)動(dòng)機(jī)體積大，而且在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下還簡潔產(chǎn)生噪聲，而接受頂置式

凸輪軸則可以變更這種現(xiàn)象。所以，現(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)一般都接受了頂置式凸輪軸，將凸輪軸

配置在發(fā)動(dòng)機(jī)的上方，縮短了凸輪軸與氣門之間的距離，省略了氣門的挺桿和挺柱，簡化了

凸輪軸到氣門之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊。更重要的是，這種安裝方式

可以削減整個(gè)系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，提高了傳動(dòng)效率。

3.凸輪軸的分類

凸輪軸按凸輪軸數(shù)目的多少，可分為單頂置凸輪軸（SOHC）和雙頂置凸輪軸（DOHC）兩

種。單頂置凸輪軸就是只有一根凸輪軸，雙頂置凸輪軸就是有兩根。

單頂置凸輪軸在氣缸蓋上用一根凸根軸，干脆驅(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門，它具有結(jié)構(gòu)簡潔，適用

于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。以往一般接受的側(cè)置凸輪軸，即凸輪軸在氣缸側(cè)面，由正時(shí)齒輪干脆驅(qū)動(dòng)。

為了把凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)變換為氣門的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，必需運(yùn)用氣門挺桿來傳宛動(dòng)力。這樣，往復(fù)運(yùn)

動(dòng)的零件較多，慣性質(zhì)量大，不利于發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)動(dòng)。而且，瘦長的挺桿具有肯定的彈性，

簡潔引起振動(dòng)，加速零件磨損，甚至使氣門失去限制。

頂置雙凸輪軸是在缸蓋上裝有兩根凸輪軸，一根用于驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門，另一根用于驅(qū)動(dòng)排氣

門。接受雙頂置凸輪軸對凸輪軸和氣門彈簧的設(shè)計(jì)要求不高，特殊適用于氣門V形配置的

半球形燃燒室，也便于和四氣門配氣機(jī)構(gòu)協(xié)作運(yùn)用。

4.凸輪軸毛坯的種類

在制定工藝規(guī)程時(shí)，正確的選擇毛坯具有重要意義。它不僅影響毛坯的制造工藝設(shè)備

及制造費(fèi)用，還影響零件的機(jī)加工工藝，設(shè)備和刀具的消耗及工時(shí)訂額。正確的選用毛坯須

要毛坯制造和機(jī)加工工藝人員緊密協(xié)作，兼顧冷熱加工兩個(gè)方面的要求。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，凸輪軸承受氣門開啟的周期性沖擊載荷。所以，要求凸輪軸和支

承軸頸表面應(yīng)耐磨，凸輪軸本身應(yīng)具有足夠的韌性和剛性。為此，凸輪軸的主要工作表面需

經(jīng)熱處理。

對于凸輪軸材料目前國內(nèi)外主要選用鑄鐵（冷硬鑄鐵，可淬硬鑄鐵，球墨鑄鐵）和鋼

（中碳鋼，滲碳鋼）。

在國外，冷硬鑄鐵凸輪軸多用于凸輪承受隨動(dòng)件高負(fù)荷的場合，這在英國較為普遍，

可淬硬的低合金鑄鐵凸輪軸多用于凸輪承受隨動(dòng)件低負(fù)荷的場合，這在美國較為普遍，高合

金鑄鐵和特殊合金鑄鐵凸輪軸則多用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。

對于鋼凸輪軸，一般是選用中碳鋼和滲碳鋼經(jīng)熱模鍛制坯。

就毛坯精度來說，鑄件的精度明顯的高于鍛件。目前，國內(nèi)外普遍趨向于精鑄和精鍛。

鑒于此，凸輪軸選用50Mn材料毛坯由精鍛而成。

5.凸輪軸的傳動(dòng)

凸輪軸底置式凸輪軸通常接受星形齒輪組（即所謂的“限制輪”），輯子鏈或齒條與曲軸

相連。為了限制噪聲，直徑較大的凸輪軸端傳動(dòng)輪通常由塑料或者輕金屬制造，而相對直徑

較小的曲軸端傳動(dòng)輪則大多接受鋼材。

鏈條連接也比較多見。這種方式在底置式和頂置式凸輪軸上都可以看到。為了減小噪聲

（一般是鏈條在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的“振擺噪聲”），通常還會(huì)附帶一個(gè)液壓壓緊裝置和塑料材質(zhì)的

導(dǎo)軌。

頂置式凸輪軸結(jié)構(gòu)中比較多見的是用一個(gè)塑料齒條鏈連接。這個(gè)討條鏈位于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油

腔外，附帶有鋼質(zhì)的嵌入部件，通過一個(gè)可調(diào)的輻子幫助張緊。

還有一種結(jié)構(gòu)由于動(dòng)力在傳輸過程中損耗過大且過于困難，現(xiàn)在已經(jīng)比較少見。這種結(jié)

構(gòu)通過?個(gè)偏心連桿、星形齒輪組或帶中間軸的錐形齒輪組束連接頂置式凸輪軸與曲軸。

凸輪軸與曲軸之間的常見傳動(dòng)方式包括齒輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)以及齒形膠帶傳動(dòng)。下置凸

輪軸和中置凸輪軸與曲軸之間的傳動(dòng)大多接受圓柱形正時(shí)齒輪傳動(dòng)，一般從曲軸到凸輪軸只

須要1對齒輪傳動(dòng)，假如傳動(dòng)齒輪直徑過大，可以再增加1個(gè)中間惰輪。為了嚙合平穩(wěn)并降

低工作噪聲，正時(shí)齒輪大多接受斜齒輪。

鏈條傳動(dòng)常見于頂置凸輪軸與曲軸之間，但其工作牢靠性和耐久性不如齒輪傳動(dòng)。近年

來在高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛運(yùn)用齒形膠帶代替?zhèn)鲃?dòng)鏈條，但在一些大功率發(fā)動(dòng)機(jī)上仍舊運(yùn)用鏈

條傳動(dòng)。齒形膠帶具有工作噪聲小、工作牢靠以及成本低等特點(diǎn)。對干雙頂置凸輪軸，一般

是排氣凸輪軸通過正時(shí)齒形膠帶或鏈條

由曲軸驅(qū)動(dòng)，進(jìn)氣凸輪軸通過金屬鏈條

由排氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)，或進(jìn)氣凸輪軸和排

氣凸輪軸均由曲軸通過齒形膠帶或鏈條

驅(qū)動(dòng)。

安裝凸輪軸時(shí)，肯定要留意凸輪軸

帶輪或鏈輪上的正時(shí)標(biāo)記。有些發(fā)動(dòng)機(jī)

沒有明顯的正時(shí)標(biāo)記，修理人員可以在

拆卸凸輪軸之前標(biāo)記出曲軸和凸輪軸的

精確位置，有些發(fā)動(dòng)機(jī)則是須要專用工

具才能進(jìn)行正時(shí)的調(diào)校。

6.凸輪軸的故障

凸輪軸凸輪軸的常見故障包括異樣磨損、異響以及斷裂，異響和斷裂發(fā)生之前往往先出

現(xiàn)異樣磨損的癥狀。

（1）凸輪軸幾乎位于發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)的末端，因此潤滑狀況不容樂觀。假如機(jī)油泵因

為運(yùn)用時(shí)間過長等緣由出現(xiàn)供油壓力不足，或潤滑油道堵塞造成潤滑油無法到達(dá)凸輪軸，或

軸承蓋緊固螺栓擰緊力矩過大造成潤滑油無法進(jìn)入凸輪軸間隙，均會(huì)造成凸輪軸的異樣磨

損。

（2）凸輪軸的異樣磨損會(huì)導(dǎo)致凸輪軸與軸承座之間的間隙增大，凸輪軸運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生

軸向位移，從而產(chǎn)生異響。異樣磨損還會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)凸輪與液壓挺桿之間的間隙增大，凸輪與

液壓挺桿結(jié)合時(shí)會(huì)發(fā)生撞擊，從而產(chǎn)生異響。

（3）凸輪軸有時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷裂等嚴(yán)峻故障，常見緣由有液壓挺桿碎裂或嚴(yán)峻磨損、嚴(yán)峻

的潤滑不良、凸輪軸質(zhì)量差以及凸輪軸正時(shí)齒輪裂開等。

（4）有些狀況下，凸輪軸的故障是人為緣由引起的，特殊是修理發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)對凸輪軸沒

有進(jìn)行正確的拆裝。例如拆卸凸輪軸軸承蓋時(shí)用錘子強(qiáng)力敲擊或用改錐撬壓，或安裝軸承蓋

時(shí)將位置裝錯(cuò)導(dǎo)致軸承蓋與軸承座不匹配，或軸承蓋緊固螺栓擰緊力矩過大等。安裝軸承蓋

時(shí)應(yīng)留意軸承蓋表面上的方向箭頭和位置號等標(biāo)記，并嚴(yán)格依據(jù)規(guī)定力矩運(yùn)用扭力扳手?jǐn)Q緊

軸承蓋緊固螺栓。

7.凸輪軸改裝

為了提升汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，有些汽車改裝店對發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸進(jìn)行了改裝，其中換裝

高角度凸輪軸（Hi—CAM）是常見的一種改裝方法。這種改裝操作并不困難，但由于一些

改裝人員對凸輪軸上凸輪的工作角度和工作原理了解不足，使得改裝后的效果并不明顯甚至

導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的性能惡化。高角度凸輪軸是相對于一般凸輪軸的240。左右的凸輪工作角度而

言的，高角度凸輪軸的凸輪工作角度通?？梢赃_(dá)到280°以上。大角度的凸輪軸可以延長氣

門的開啟時(shí)間，增大氣門的升程，便進(jìn)氣門和排氣門實(shí)現(xiàn)早開和晚關(guān)，使更多空氣進(jìn)入氣缸,

以提高發(fā)動(dòng)機(jī)中、高轉(zhuǎn)速的動(dòng)力輸出。對于民用車來說，改裝時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇凸輪工作角度在

278°以下的凸輪軸，因?yàn)楣ぷ鹘嵌却笥?78°的凸輪軸會(huì)大幅度增加氣門重整角，使發(fā)動(dòng)

機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)力提升很多，但發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)因?yàn)闅飧酌芊庑圆缓枚鴮?dǎo)致怠速嚴(yán)峻抖

動(dòng)甚至熄火，這樣的車輛無法適應(yīng)日常運(yùn)用，而只能用于競賽用途。

3.4凸輪軸的應(yīng)用

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的目的在于將汽油轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)，以便汽車能夠開動(dòng)。目前將汽油變成運(yùn)動(dòng)

的最簡潔方法是在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒汽油。因此，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是一種“內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)”一一燃燒

發(fā)生在內(nèi)部。須要留意兩件事情：

有多種不同的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是一種，燃?xì)廨啓C(jī)是另外一種。參見有關(guān)

HEMI發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的文章。每種發(fā)動(dòng)機(jī)都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。

還有一種外燃發(fā)動(dòng)機(jī)。老式火車和蒸汽輪船中的蒸汽機(jī)是外燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在蒸汽機(jī)

中，燃料（煤、木柴、石油等）在發(fā)動(dòng)機(jī)外部燃燒并產(chǎn)生蒸汽，由蒸汽在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部形成運(yùn)

動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)的效率比外燃機(jī)高出很多（每公里消耗的燃料事少），而且內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)比同等

功率的外燃發(fā)動(dòng)機(jī)要小巧很多。福特和通用這些公司之所以不運(yùn)用蒸汽機(jī)，緣由也在于此。

O進(jìn)氣閥，?凸輪軸

徭臂和彈簧?排氣門、

o閥門蓋徭臂和彈簧

G進(jìn)氣口O火花塞

O氣缸蓋?排氣口

Q冷卻液6活塞

。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。連桿

O油盤。連桿軸承

。油槽。曲軸

進(jìn)氣

?壓縮

€）燃燒

。排氣

C0O3OHM&U?Works,heYourR點(diǎn)花

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典型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造

當(dāng)前幾乎全部汽車都運(yùn)用往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)檫@種發(fā)動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

相對高效（與外燃發(fā)動(dòng)機(jī)相比）

相對廉價(jià)（與燃?xì)廨啓C(jī)相比）

相對來說易于加注燃料（與電動(dòng)汽車相比）

這些優(yōu)點(diǎn)使得其成為駟動(dòng)汽車的首選技術(shù)。

為了了解往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，對“內(nèi)部燃燒”的工作方式有一個(gè)直觀的相識(shí)特別

有幫助。加農(nóng)炮是一個(gè)很好的例子。您可能在電影里看到過它們，士兵們向炮中填入火藥

和炮彈，然后點(diǎn)著它。這就是我們說的內(nèi)部燃燒，但是很難想象發(fā)動(dòng)機(jī)是如何完成這些過

程的。

內(nèi)部燃燒

土豆加農(nóng)炮的基本原理與全部往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)完全一樣：假如將一點(diǎn)兒高能燃料（例如

汽油）放在一個(gè)小的密閉空間中并點(diǎn)燃它，它將以氣體膨脹的形式釋放出巨大能量?？梢?/p>

運(yùn)用這些能量將土豆拋出150米遠(yuǎn)。在這個(gè)例子中，能量被轉(zhuǎn)換為土豆的運(yùn)動(dòng)。也可以運(yùn)

用這些能量完成更有意思的工作。例如，假如可以建立一個(gè)循環(huán)，使得在每分鐘內(nèi)可以進(jìn)

行數(shù)百次爆炸，然后將能量用于有意義的事情，現(xiàn)在您已經(jīng)接觸到了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的核心隱私!

目前幾乎全部汽車都運(yùn)用四沖程燃燒循環(huán)來將汽油轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)。四沖程方式又稱作“奧托

循環(huán)”，以此紀(jì)念1867年獨(dú)創(chuàng)它的尼克勞斯?奧托（NikolausOtto）。這四個(gè)沖程如圖1

所示。它們分別是：

進(jìn)氣沖程

壓縮沖程

燃燒沖程

排氣沖程

循環(huán)過程

在圖中，可以看到稱作“活塞”的裝置，它取代了土豆加農(nóng)炮中的土豆。活塞通過連桿連

接到曲軸。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，它的作用相當(dāng)于“讓加農(nóng)炮復(fù)位”。在發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)過程中會(huì)

發(fā)生如下事情：

。進(jìn)氣閥、?凸輪軸

推臂和睥簧o排氣門、

徭臂和彈簧

O閥門蓋

。進(jìn)氣口?火花塞

。氣缸蓋?排氣口

。冷卻液6活塞

O發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。連桿

。油盤。連桿軸承

?油槽。曲軸

進(jìn)氣

?壓縮

?燃燒

。排氣

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典型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造

1.活塞起先時(shí)位于頂部，排氣門打開，然后活塞向下運(yùn)動(dòng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中充溢空氣和

汽油的混合物。這便是吸氣沖程。此時(shí)，只須要在空氣中混合最少量的汽油即可。（圖

中部分1）

2.然后，活塞向上返回以壓縮燃油/空氣混合物。壓縮過程使得爆炸更具威力。（圖中部

分2）

3.當(dāng)活塞到達(dá)其沖程的頂部時(shí)，火花塞發(fā)出一個(gè)火花，點(diǎn)燃汽油。氣缸中的汽油爆炸，推

動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)。（圖中部分3）

4.在活塞到達(dá)其沖程的底部后，排氣門開啟，廢氣被排出氣缸并進(jìn)入排氣尾管。（圖中部

分4）

現(xiàn)在，發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)行下一次循環(huán)，再次吸入空氣和汽油。

留意，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而土豆加農(nóng)炮產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是線性運(yùn)動(dòng)（直線）。

在發(fā)動(dòng)機(jī)中，活塞的線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)特別好，因?yàn)槲覀冋?/p>

準(zhǔn)備通過它讓車輪轉(zhuǎn)起來。

發(fā)動(dòng)機(jī)的核心是氣缸和在氣缸內(nèi)部上下運(yùn)動(dòng)的活塞。上面介紹的發(fā)動(dòng)機(jī)只有一個(gè)氣缸。大多

數(shù)割草機(jī)屬于這種狀況，但是大多數(shù)汽車都有多個(gè)氣缸（通常有四個(gè)、六個(gè)或八個(gè)氣缸）。

在多缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣缸的排列方式通常有三種：直列式、V型或臥式（也叫水平對置式），

如下圖所示

圖2.直列式一氣缸按直線排成一排。

圖3.V型一一氣缸按肯定角度排成兩排。

圖4.臥式一一氣缸在發(fā)動(dòng)機(jī)的相對兩側(cè)排成兩排。

各種配置方式在平滑性、制造成本和外形特征方面均各有利弊。這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)使它們分

別適合某些特定車輛的要求。

其他發(fā)動(dòng)機(jī)部件如圖:

。進(jìn)氣閥、?凸輪軸

播臂和彈簧O排氣門、

搖臂和彈簧

O閥門蓋

e進(jìn)氣口Q火花塞

?氣缸蓋?排氣口

6活塞

G冷卻液

G發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。連桿

。油盤。連桿軸承

(3油槽Q曲軸

直

U進(jìn)

縮

?壓

燒

燃

氣

?排

花

點(diǎn)

止

?上

內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)

氣門機(jī)構(gòu)由氣門以及開合氣門的機(jī)構(gòu)組成。開合系統(tǒng)稱作凸輪軸。凸輪軸上有凸輪，可以

向上和向下移動(dòng)氣門。

圖5.凸輪軸

大多數(shù)現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)都有稱為頂置凸輪軸的機(jī)構(gòu)。也就是說，凸輪軸位于氣門上方（如圖5所

示）。凸輪軸上的凸輪干脆限制氣門，或者通過一個(gè)很短的連桿限制氣門。老式的發(fā)動(dòng)機(jī)

運(yùn)用的凸輪軸位于曲軸旁邊的油槽中。運(yùn)用橫桿將下方的凸輪連接到位于氣門上方的氣門

挺桿。這種方法運(yùn)用的運(yùn)動(dòng)零件較多，并且會(huì)導(dǎo)致凸輪激活氣門的動(dòng)作大大滯后于氣門的

后續(xù)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)用正時(shí)皮帶或正時(shí)鏈條將曲軸與凸輪軸聯(lián)系在一起，以便氣門與活塞保持同

步。凸輪軸的連接方式使得它的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是曲軸的一半。很多高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸有

四個(gè)氣門（兩個(gè)進(jìn)氣門，兩個(gè)排氣門），這種布置方式須要為每組氣缸供應(yīng)兩個(gè)凸輪軸，因

此稱作“雙頂置凸輪軸”。

汽車凸輪軸響故障解除分析

現(xiàn)象：

1）發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)響聲稍微而清晰，低速時(shí)出現(xiàn)沉重而有節(jié)奏的“嗒嗒”聲，中速時(shí)響聲

明顯，高速時(shí)響聲模糊而不清。

2）發(fā)動(dòng)機(jī)中速時(shí)從缸體凸輪軸側(cè)發(fā)出鈍重響聲，高速時(shí)響聲混濁不清。

3）單缸斷火試驗(yàn)時(shí)響聲不變。

4）凸輪軸軸承旁邊有振動(dòng)。

緣由：

1）使發(fā)動(dòng)機(jī)在聲響最強(qiáng)狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，用起子在缸體處觸及各軸承旁邊部位聽診，若某處聲響

較鈍并伴隨有振動(dòng)，則為凸輪軸該節(jié)軸承發(fā)響。

2）進(jìn)行斷火試驗(yàn)聲響無變更，緩慢變換節(jié)氣門，若怠速聲響清晰，中速時(shí)聲響明顯，高速時(shí)

聲響由雜亂變?nèi)酰瑒t為凸輪軸軸向間隙過大或軸承松動(dòng)。

3.5凸輪軸工藝分析

傳統(tǒng)制造整體式凸輪軸所用的加工設(shè)備和方法成本高，改進(jìn)凸輪軸的制造工藝，提高生

產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本很有必要。裝配式凸輪軸是近20年來的開發(fā)的新型內(nèi)燃機(jī)零件，它

與鑄造或鍛造整體式的凸輪軸相比，具有質(zhì)量輕、加工成本低、材料利用合理等優(yōu)點(diǎn)；可將

凸輪寬度減小，并排練緊湊，可以降低汽車的成本、減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量、提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

目前，世間上很多汽車制造廠家越來越多地生產(chǎn)裝配式凸輪軸并用于高性能發(fā)動(dòng)機(jī)上。因此,

了解裝配式凸輪軸的生產(chǎn)工藝及應(yīng)用，對促進(jìn)我國汽車產(chǎn)業(yè)向高精度、高效率、低成本、高

柔性的方向發(fā)展具有重要意義。

1、傳統(tǒng)整體式凸輪軸工藝流程及主要問題

1.1傳統(tǒng)整體式凸輪軸工藝流程

毛坯f毛坯檢查一銃斷面，鉆中心孔，車軸頸f粗磨軸頸~鉆油孔道，擴(kuò)較球座孔，擴(kuò)螺紋

底孔，攻絲，倒角，鉆軸頸油孔f粗磨凸輪一清洗f凸輪表面淬火一校直一精磨油頸一精磨

凸輪一磁粉探傷f精車止推面一磷化一拋光油頸止推面一清洗一檢測軸頸和跳動(dòng)f壓裝鋼

球及定位銷。

1.2傳統(tǒng)整體式凸輪軸存在的主要問題

（1）配氣機(jī)構(gòu)對凸輪軸各個(gè)部分的性能要求有很大不同：凸輪要求耐磨損、乃膠著、

耐點(diǎn)蝕；軸頸要求滑動(dòng)性好；芯軸要求剛性、彎曲、扭轉(zhuǎn)性能好。傳統(tǒng)凸輪軸很難滿意上述

要求，材料利用也不盡合理。

（2）傳統(tǒng)整體式鑄造或鍛造生產(chǎn)模式很難制造出凸輪密布排列的緊湊結(jié)構(gòu)。

（3）傳統(tǒng)方法制造凸輪軸須要大量的機(jī)械加工工序，耗費(fèi)大量的機(jī)械加工工時(shí)，機(jī)床、

刀具、夾具、操作人員和作業(yè)面積較難有新突破。

（4）傳統(tǒng)加工需對凸輪表面進(jìn)夕亍耐磨性強(qiáng)化處理，是對整體式凸輪軸進(jìn)行的并伴有的變

形多數(shù)用人工校直，費(fèi)時(shí)費(fèi)勁不宜保證精度。

（5）凸輪表面的機(jī)械加工較難進(jìn)行，也是影響加工質(zhì)量的重要因素。傳統(tǒng)方法制造凸

輪軸，不僅使大量的才來哦變成廢屑，生產(chǎn)效率低、材料消耗與能源消耗大，自動(dòng)化水平低。

在降低零件重量方面也難有作為。

裝配式凸輪軸制造工藝

裝配式凸輪軸亦稱組合式輪軸，是將凸輪軸分解成凸輪、芯軸、軸頸等可裝配件。分別

進(jìn)行材料優(yōu)化及精益加工后，再組裝成凸輪軸的新型組合設(shè)計(jì)與現(xiàn)在制造模式。

目前，大部分發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)都接受整體式凸

輪軸，其材料有的接受中碳低合金鍛鋼（經(jīng)高頻淬

火），有的接受球墨鑄鐵。整體式凸輪軸加工工藝包

括粗加工、半精加工和精加工。生產(chǎn)中接受自動(dòng)線

多工位機(jī)床，設(shè)備投資較大，生產(chǎn)線占地面積多，

生產(chǎn)成本較高。而裝配式凸輪軸只需半精加工和精

加工，凸輪、齒輪、軸套可接受不同的材料，因此

產(chǎn)品質(zhì)量可減輕30%?50%；可柔性化生產(chǎn)，設(shè)備

投資小，生產(chǎn)線占地面積少，生產(chǎn)成本較低。

目前，大部分發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)都接受整體式凸輪軸，其材料有的接受中碳低合金鍛鋼（經(jīng)

高頻淬火），有的接受球墨鑄鐵。摳體式凸輪軸加工工藝包括粗加工、半精加工和精加工。

生產(chǎn)中接受自動(dòng)線多工位機(jī)床，設(shè)備投資較大，生產(chǎn)線占地面積多，生產(chǎn)成本較高。而裝配

式凸輪軸只需半精加工和精加工，凸輪、齒輪、軸套可接受不同的材料，因此產(chǎn)品質(zhì)量可減

輕30%~50%；可柔性化生產(chǎn)，設(shè)備投資小，生產(chǎn)線占地面積少，生產(chǎn)成本較低。

1裝配式凸輪軸工藝流程

裝配式凸輪軸工藝流程為校直一加工兩端面中心孔、螺紋孔、驅(qū)動(dòng)孔（2臺(tái)加工中心并

行加工）一車軸頸、齒輪毛坯、前止端面及導(dǎo)向輪轂一磨軸頸及導(dǎo)向輪轂一滾齒一壓銷一磨

凸輪（3臺(tái)磨床并行加工）一凸輪淬火一去毛刺一校直軸頸一凸輪軸頸及凸輪拋光一清洗一綜

合檢測。與傳統(tǒng)凸輪軸加工的方法相比，裝配式凸輪軸加工的優(yōu)勢見表。

比較項(xiàng)目裝配式凸輪軸經(jīng)濟(jì)性簸體式凸輪，經(jīng)濟(jì)件

只刊華用加工和招行糧加工、牛招Hl

工藝流程加工,工藝洸程向*工、協(xié)加工,設(shè)備-

用.設(shè)備少多

m工余■人.??

加工余殿少,只精那

加工余H附、華初解、相冊-

主軸依和四輪

主軸頸和凸輪

工藝荷啦.果用CNC加工工藝程序及

中心、車床*用自動(dòng)線tE

柔性化mIm*-

床偵中式加工.只釘物方丈.柔性化程

較高的索性化度公

根據(jù)依期產(chǎn)H規(guī)模央用自動(dòng)線.設(shè)備

分期實(shí)施.逐步。故和工位數(shù)多.初

設(shè)*投資-

展,分期投貴.可降期投貫較大.也不

做投賞風(fēng)險(xiǎn)便于產(chǎn)能的r大

生產(chǎn)占地

較少場地*較多場地-

面枳

由「采用汾衣冷金

多次dIW不僅使

一，L加工余量

生產(chǎn)在本*設(shè)備投責(zé)人.也使-

少.戒少生產(chǎn)成本.

也H成本大

料廢率較低

8?施裝件加工作余■

毛坯成本檸制產(chǎn)格.M收收而.-毛坯n成本較低*

所以毛坯成本較？？

凸倫軸總更

產(chǎn)私件使30*.演度高.

改善發(fā)動(dòng)機(jī)忖健

裝配式凸輪軸內(nèi)凸輪、軸套、偏心環(huán)、齒輪等零部件先后聯(lián)成完整凸輪軸。裝配過程是

人工將全部凸輪軸組裝。部件包括凸輪、主軸頸、齒坯放到安裝上料盒中，鋼管穿到各部件

孔中，在安裝上料盒中進(jìn)行初定位。啟動(dòng)設(shè)備后，該上料盒進(jìn)入設(shè)備中，首先用工裝測頭進(jìn)

行部件到位檢測，并驗(yàn)證凸輪放置位置是否正確。驗(yàn)證通過后，運(yùn)用機(jī)械手將凸輪軸上料到

凸輪軸壓球工位，然后各部件定位塊啟動(dòng)以精確定位凸輪、軸頸、齒輪。到位后同時(shí)夾緊各

部件，并伸出頂桿將直徑超過管子內(nèi)徑的鋼球穿過整個(gè)鋼管內(nèi)徑，鋼管外的凸輪軸部件在受

到鋼管膨脹伸展作用力下和鋼管相互彈性變形最終形成裝配式凸輪軸，這種凸輪軸組合工藝

稱為管內(nèi)滾壓擴(kuò)張法。

2凸輪軸裝配工藝方法

2.1熱套法

常溫下，外部零件的孔和內(nèi)部鋼管的外徑之間有過盈，裝配之前先對外部零件（凸輪、

軸套）進(jìn)行加熱，對內(nèi)部鋼管進(jìn)行冷卻，借以消退過盈。這種工藝方法在短短暫間內(nèi)完成聯(lián)

接過程，在軸向尺寸和角度位置方面都有很高精度。

2.2內(nèi)部高壓成形法（IHU）

已經(jīng)淬硬的凸輪圈與利用內(nèi)部的高壓力，使鋼管變形形成軸向聯(lián)接。通過在凸輪旁將鋼

管材料往外壓出1/10mm左右而達(dá)到凸輪的軸向定位。這種IHU工藝制成的裝配式凸輪

軸已勝利應(yīng)用在奧迪公司2024年投入批量生產(chǎn)的V6TDI轎車柴油機(jī)中。IHU裝配式凸輪軸

是由壁厚為2.5mm或3.0mm精密鋼管上安裝等溫淬火的凸輪和鋼管堵頭組成。

整個(gè)周長上等壁厚的凸輪被置入一臺(tái)特地的設(shè)備中，這臺(tái)設(shè)備可保證軸向?qū)?zhǔn)凸輪中心

線和凸輪轉(zhuǎn)角位置。鋼管穿過如此定位好的凸輪推入，一臺(tái)真空抓取機(jī)將預(yù)先定位好的各個(gè)

零件放到帶IHU工具的液壓機(jī)上，IHU工具的模腔形態(tài)正好與制好的毛坯軸的外形輪廓相

一樣。將液體介質(zhì)注入管內(nèi)后，鋼管兩端用軸向塞頭封死。通過將管內(nèi)壓力提高，使整個(gè)鋼

管發(fā)生塑性變形，直到貼合在IHU工具上。此時(shí)，鋼管和凸輪之間接產(chǎn)生了力聯(lián)接和形態(tài)

聯(lián)接。

2.3管內(nèi)滾壓擴(kuò)張法

利用滑動(dòng)滾壓原理使得薄壁鋼管在帶孔的外部零件中發(fā)生局部的擴(kuò)張?？梢岳脦в袧L

壓過盈量，穿過內(nèi)管的滾壓工具，使內(nèi)管發(fā)生塑性擴(kuò)張。上海通用汽車有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)裝配

式凸輪軸就接受鋼球在鋼管內(nèi)部擴(kuò)張方式。

2.4凸輪壓力套裝定位法

這種工藝首次在鋼管外面滾壓加工出圓周方向的槽子，凸輪的孔內(nèi)加工出軸向的線槽,

然后從軸向?qū)⒓庸ず玫耐馆喬咨箱摴懿⑼迫?，由于鋼管外徑和凸輪孔之間有過盈，所以當(dāng)凸

輪推入到鋼管上面以后就會(huì)發(fā)生塑性變形，鋼管表面和凸輪孔都有一些錐度，推入之后特別

堅(jiān)固。蒂森克虜伯集團(tuán)在大連的裝配式凸輪軸的裝配工藝就是實(shí)行這種方法。

3裝配式凸輪軸制造工藝特點(diǎn)

a.省略了毛坯件粗加工，工藝流程簡潔。裝配式凸輪軸的各個(gè)零件加工余量小，精度

高，不像整體式凸輪軸要從毛坯件（鑄件或鍛件）起先進(jìn)行大量的毛坯粗加工和繁雜的工藝

后，才能達(dá)到所要求的形態(tài)。裝配式凸輪軸只須要在裝配后進(jìn)行半精加工和精加工，從而縮

短了整個(gè)工藝流程。

b.加工余量小，便于高效率生產(chǎn)。各凸輪接受精鑄部件，因而加工余量小。設(shè)備加工

單件時(shí)間短，產(chǎn)能高，有利于規(guī)?；a(chǎn)。如凸輪按最終形態(tài)精鑄，削減了磨削余量，從而

縮短了磨削時(shí)間。

c.不同的零件可運(yùn)用不同的材料，以提高產(chǎn)品性能和加工性能。發(fā)動(dòng)機(jī)對不同零件（軸

套、凸輪、齒輪）有著不同的性能要求，裝配式凸輪軸可在不同零件上接受不同材料。如凸

輪接受粉末冶金或鑄鋼，凸輪軸接受冷拔鋼管。這不僅有利于優(yōu)化產(chǎn)品性能，也有利于改善

凸輪軸加工性能和優(yōu)化成本。

d.適應(yīng)產(chǎn)品多品種柔性化要求。通過更換不同的軸頸和磨削不同的凸輪型線即可生產(chǎn)

出多品種的凸輪軸。該系列產(chǎn)品的基本參數(shù)是一樣的，包括軸頸、凸輪基圓半徑、鋼管直徑、

軸方向、長度間距等，生產(chǎn)線只需通過更換安裝盒中的軸頸模具和切換磨床程序即可。

4裝配式凸輪軸加工工藝發(fā)展方向

a.柔性化的生產(chǎn)線布局。生產(chǎn)線布置接受單元自動(dòng)化模塊。單元內(nèi)有龍門架式機(jī)械手

上、下料，在瓶頸單元內(nèi)預(yù)留位置便于擴(kuò)展。單元問輸送可接受自動(dòng)化或人工運(yùn)輸，這樣有

利于生產(chǎn)線開動(dòng)率的提高。

b.柔性化的產(chǎn)品。凸輪軸的材料和結(jié)構(gòu)可依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)須要敏捷變更，以更多地滿意

市場要求，通過軸頸和凸輪型線的變更供應(yīng)多品種產(chǎn)品。

c.高速磨削、高速磨削CBN（氮化硼）工具的運(yùn)用。可以大幅度提高磨削效率，削減設(shè)

備運(yùn)用臺(tái)數(shù)。磨削力小，零件加工精度高，工件表面粗糙度降低。砂輪壽命延長，生產(chǎn)成本

降低。

d.多砂輪磨削和兩個(gè)砂輪頭架的運(yùn)用。在提高砂輪轉(zhuǎn)速的同時(shí)接受多砂輪磨削是另一

種削減加工節(jié)拍的方法，如多砂輪磨削凸輪的同時(shí)磨軸頸外徑，一臺(tái)磨床運(yùn)用兩個(gè)砂輪頭架

同步加工凸輪等。

e.在線量儀的運(yùn)用。為保證尺寸穩(wěn)定性，裝配式凸輪軸加工的關(guān)鍵設(shè)備越來越多地運(yùn)

用在線檢測自動(dòng)補(bǔ)償功能。

f.粉末冶金等材料的運(yùn)用。

g.工序集中方式加工。該方式就是將車、銃、鉆、磨削的工序內(nèi)容分別集中在一起，

接受柔性設(shè)備組成的制造單元集中式加工。這樣，將最大限度地削減工件裝夾次數(shù)和上下料

輸送等協(xié)助時(shí)間，有利于削減誤差和提高生產(chǎn)效率。

h.設(shè)備單元可接受雙主軸或雙機(jī)床來削減加工節(jié)拍，如一個(gè)磨削單元可組合兩臺(tái)磨床,

共用一套限制系統(tǒng)，并通過內(nèi)置的龍門架式上下料裝置輸送工件。與接受兩臺(tái)獨(dú)立的機(jī)床相

比，不但節(jié)約了設(shè)備費(fèi)用，而且大大減小了占地面積，并且每臺(tái)磨床可運(yùn)用多主軸完成磨床

組合。車床和加工中心也都可以接受雙主軸的方式來提高效率。蒂森克虜伯集團(tuán)在大連建立

了裝配式凸輪軸工廠，為發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)供應(yīng)裝配式凸輪軸。

接受裝配式凸輪軸，發(fā)動(dòng)機(jī)性能得到提高，明顯改善了燃油經(jīng)濟(jì)性，降低了排放，削減

了振動(dòng)，同時(shí)也降低了制造成本。目前，裝配式凸輪軸已越來越受到發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)的歡迎。

3.6夾具的設(shè)計(jì)

凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)中極為重要的零件,其各項(xiàng)性能也成為制約發(fā)動(dòng)機(jī)的工作的主

要因素之一。為提高凸輪軸的性能，各發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)在設(shè)計(jì)和加工工藝方面實(shí)行了一系列

措施，如：零件的結(jié)構(gòu)、尺寸：零件毛坯的選材與熱處理工藝…經(jīng)過了諸多措施的實(shí)施，汽

車凸輪軸各項(xiàng)性能較從前來說有了質(zhì)的飛躍，但新問題應(yīng)運(yùn)而生：凸輪軸的加工難度大大增

加，這對生產(chǎn)廠家的專業(yè)化程度無疑是一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)。

目前，大部分發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)都接受整體式凸輪軸，其材料有的接受中低碳合金鍛鋼（經(jīng)

高頻淬火），有的接受球墨鑄鐵。整體式凸輪軸加工工藝包括粗加工、半精加工和精加工。

生產(chǎn)中接受自動(dòng)線多工位機(jī)床，設(shè)備投資較大，生產(chǎn)線占地面積多，生產(chǎn)成本較高。對此，

有相當(dāng)一部分設(shè)計(jì)者提出了“裝配式凸輪軸二裝配式凸輪軸，就是將原本整體化的凸輪軸

設(shè)計(jì)分解為由若干零件裝配的凸輪軸部件。實(shí)踐證明，該設(shè)計(jì)方案降低了加工難度，但對改

造后的凸輪軸各零件間存在間隙，并且在裝配時(shí)會(huì)因各種因素而產(chǎn)生誤差，因此，《裝配式

凸輪軸》方案不能為廣闊發(fā)動(dòng)機(jī)制造商所接受。此后，眾多設(shè)計(jì)人員起先把目光轉(zhuǎn)向提高整

體式凸輪軸加工的效率。由于傳統(tǒng)的凸輪軸加工接受磨削，因此，四坐標(biāo)凸輪軸磨床、CBN

砂輪，凸輪軸CBN磨削技術(shù)相繼誕生。而這些技術(shù)均圍圍著一個(gè)中心：專用機(jī)床.

事實(shí)證明，專用機(jī)床較一般機(jī)床在價(jià)格上相差很多。機(jī)床的科技含量越高，其價(jià)格就越

昂貴，這實(shí)際是提高了其加工產(chǎn)品的成本。

在綜合分析凸輪軸加工技術(shù)的領(lǐng)域?qū)W問及信息需求與處理需求的基礎(chǔ)上，1.以仿形加工

為平臺(tái)，通過分析設(shè)計(jì)提出了變更汽車凸輪軸的凸輪部位傳統(tǒng)加工方式，接受專用夾具協(xié)作

數(shù)控銃床加工，從而降低了凸輪輪的生產(chǎn)成本。2.提出數(shù)控機(jī)床加工過程中的“人機(jī)協(xié)作”,

在編程時(shí)將手動(dòng)限制考慮在加工過程中，大大降低了對數(shù)控編程及機(jī)床硬件配置的要求。

專用夾具的設(shè)計(jì)與開發(fā)、數(shù)控機(jī)床手動(dòng)元件在數(shù)控加工過程中的充分利用等將是今后

接著探討的方向。

1.車軸凸輪軸夾具設(shè)計(jì)

2.銃削凸輪夾具設(shè)計(jì)

平面凸輪零件是數(shù)控銃削加工中常見的零件之一，其輪廓曲線組成不外乎直線一圓弧、

圓弧?圓弧、網(wǎng)弧一非圓曲線及非圓曲線等幾種。加工中心所用數(shù)控機(jī)床多為兩軸以上聯(lián)動(dòng)

的數(shù)控銃床。加工工藝過程也大同小異。下面以平面槽形凸輪為例分析其數(shù)控銃削加工工藝。

1.零件圖樣工藝分析

圖樣分析主要分析凸輪輪廓形態(tài)、一般車床尺寸和技術(shù)要求、定位基準(zhǔn)及毛坯等。

材料為鑄鐵，切削加工性較好。

該零件在數(shù)控銃削加工前，工件是一個(gè)經(jīng)過加工、含有兩個(gè)基準(zhǔn)孔、直徑為巾

280mm、厚度為18mm的圓盤。圓盤底面且及手35C7和412H7兩孑L可用作定位基準(zhǔn)，

無需另作工藝孔定位。

凸輪槽組成幾何元素之間關(guān)系清晰，條件充分，編程時(shí)，所需基點(diǎn)坐標(biāo)很簡潔求得。

凸輪槽內(nèi)外輪廓面對A面有垂直度要求，只要提高裝夾精度，使A面與銃刀軸線垂直，加

工中心即可保證；手35G7對上面的垂直度要求已由前工序保證。

2.確定裝夾方案

一般大型凸輪可用等高墊塊墊在工作臺(tái)上，然后用壓板螺栓在凸輪的孑L上壓緊。

外輪廓平面盤形凸輪的墊塊要小于凸輪的輪廓尺寸，不與銃刀發(fā)生干涉。對小型凸輪，一般

專心軸定位、壓緊即可。

凸輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，接受“一面兩孑L,'定位，設(shè)計(jì)一“一面兩銷”一般車床專用

夾具。用,塊320mmX320mmx40mm的墊塊，在墊塊上分別精神，少35mm及412mm兩個(gè)

定位銷安裝孔，孔距為80±0.015mm,墊塊平面度為0.05mm,加工前先固定墊塊，使

兩定位銷孔的中心連線與機(jī)床的X軸平行，墊塊的平面要保證與工作臺(tái)面平行，并用百分

表檢查。

凸輪零件的裝夾方案示意圖。接受雙螺母夾緊，加工中心提高裝夾剛性，防止銃削

時(shí)振動(dòng)。

3.確定進(jìn)給路途

進(jìn)給路途包括平面內(nèi)進(jìn)給和深度進(jìn)給兩部分路途。對平面內(nèi)進(jìn)給，對外凸輪廓從切

線方向切人，對內(nèi)凹輪廓從過渡圓弧切人.在兩軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銃床上，對銃削平面槽形凸輪,

深度進(jìn)給有兩種方法：一種方法是在XZ(或YZ)平面內(nèi)來回銃削漸漸進(jìn)刀到既定深度；另一

種方法是先打一個(gè)工藝孑L,一般車床然后從工藝孔進(jìn)刀到既定深度。

本例進(jìn)刀點(diǎn)選在戶(150,0),刀具在r-15及I?十15之間來回運(yùn)動(dòng)，漸漸加深銃削

深度。當(dāng)達(dá)到既定深度后，刀具在XY平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，銃削凸輪輪廓。為保證凸輪的工作表面

有較好的表面質(zhì)量，接受順銃方式，即從戶(150,0)起先，對外凸輪廓，按順時(shí)針方向銃削，

對內(nèi)凹輪廓按逆時(shí)針方向銃削。加工中心即為銃刀在水平面內(nèi)的切人進(jìn)給路途。

4.選擇刀具及切削用量

銃刀材料和幾何參數(shù)主要依據(jù)零件材料切削加工性、一般車床工件表面幾何形態(tài)和

尺寸大小選擇；切削用量是依據(jù)零件材料特點(diǎn)、刀具性能及加工精度要求確定。通常為提高

切削效率要盡量選用大直徑的銃刀；側(cè)吃刀量取刀具直徑的三分之一到二分之一，背吃刀量

應(yīng)大于冷硬層厚度；切削速度和進(jìn)給速度應(yīng)通過試驗(yàn)選取效率和刀具壽命的綜合最佳值。精

銃時(shí)切削速度應(yīng)高一些。

本例零件材料(鑄鐵)屬于-?般材料，加工中心切削加工性較好，選用批8mm硬質(zhì)

合金立銃刀，主軸轉(zhuǎn)速取150—235r/min,進(jìn)給速度取30—60mm/min。槽深14mm,一

般車床銃削余量分三次完成，第一次背吃刀量8mm,其次次背吃刀量5mm,剩下的1mm

伴同輪廓精銃一起完成。凸輪槽兩側(cè)面各留0.5-0.7mm精銃余量。在其次次進(jìn)給完成

之后，檢測零件幾何尺寸，依據(jù)檢測結(jié)果確定進(jìn)刀深度和刀具半徑偏置量，分別對凸輪槽兩

側(cè)面精銃一次，達(dá)到圖樣要求的尺寸。

傳統(tǒng)的盤形凸輪設(shè)計(jì)主要有圖解法和解析法，加工方法有手工面線加工和數(shù)控銃削加

工，大批量生產(chǎn)亦可接受仿形銃。圖解法直觀、筒潔，但是手工作圖選取的等分?jǐn)?shù)有限、精

度差。以此為基礎(chǔ)的手工畫線加工的精度和加工表面精度都比較低。解析法設(shè)計(jì)雖然解決了

凸輪精度問題，但要得到完整的凸輪輪廓曲線就要編制困難的程序。尤其在滾子推桿盤形凸

輪設(shè)計(jì)中，對于理論輪廓曲線的等距線的編程更為困難，以此為基礎(chǔ)的數(shù)控銃床加工也就同

樣存在著編程困難的問題。因此它的應(yīng)用也就受到了很大的限制。利用CAD軟件的強(qiáng)大作

圖功能，可以特別便利地進(jìn)行凸輪的廓形設(shè)計(jì)，精度好效率高。本文介紹了利用CAXA系

列CAD/CAM軟件及圖解法進(jìn)行盤形凸輪的設(shè)計(jì)與加工。

1.盤形凸輪CAD

CAXA-電子圖板(下稱EB)是一個(gè)通用的二維CAD軟件，它有一個(gè)很好的功能-畫公

式曲線，只要在公式曲線的對話框中填入曲線公式及相關(guān)參數(shù)就可以畫出曲線。這樣就可以

很簡潔地完成凸輪廓形曲線的設(shè)計(jì)，而無需任何形式的語言編程。下面介紹作圖法設(shè)計(jì)盤形

凸輪的過程，其中的全部作圖過程完全是在EB上交互作圖完成。

已知推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律S、最大行程h或小max以及升程許用壓力角1]和回程許用壓力角

2],用作圖法設(shè)計(jì)盤形凸輪輪廓有兩個(gè)步驟:先要確定凸輪基圓半役rO,然后再求凸輪輪

廓廓形。

1.1盤形凸輪基圓半徑的確定

1.1.1直動(dòng)推桿盤形凸輪的最小基圓半徑

首先在直角坐標(biāo)系中作曲線C

X=SY=dS/d8

其中S=S(8),3為凸輪轉(zhuǎn)角。此曲線可用EB的公式曲線功能來實(shí)現(xiàn)。

其次作兩條直線與X軸成升程許用壓力角[a1]和回程許用壓力角[a2],且與所作曲線

相切，則有交點(diǎn)A,那么就有OA=rOmin,如圖1所示。圖1中陰影部分為凸輪回轉(zhuǎn)中心的

可行區(qū)。以此為基礎(chǔ)將偏心距e及OA進(jìn)行圓整，就可確定基圓半徑，即取rt)=OAl

1.1.2搖擺推桿盤形凸輪的最小基圓半徑

由文獻(xiàn)[1]可知，先在直角坐標(biāo)系中作曲線C1

X=Pcos0Y=Psin0且P=L(l+d4)/d8)9=4),其中擺桿的擺角6=@(5),L為擺

桿的長度。

如圖2所示，用EB的圓形陣列畫法過0點(diǎn)在最大搖擺角"max做N條等分射線，與

曲線的推程和回程段分別交于D、C點(diǎn)。再過D點(diǎn)做直線mm與直線OD成。角(()=90°

-[al]),過C點(diǎn)做直線nn與直線OC成。1角(。1=90°-[a2]),則圖2中的陰影部分為凸

輪回轉(zhuǎn)中心的可行區(qū)，且O1A二rOmin。以此為基礎(chǔ)將01A及中心距a進(jìn)行圓整，就可得到

基圓半徑rO=02A。

1.2設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線

當(dāng)確定了凸輪基圓半徑rt),并已知推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律及盤形凸輪輪廓曲線的解析公式[1],

就可用EB中的公式曲線功能來畫出凸輪輪廓曲線。

1.2.1直動(dòng)滾子推桿盤形四輪設(shè)計(jì)

先作出滾子中心的理論輪廓曲線。

X=(S0+S)sin8+ccos8Y=(S0+S)cos8+esin5

其中，因?yàn)楣ぷ骼€與理論廓線在法線方向的距離到處相等，且等于滾子半徑。那么

工作廓線為理論廓線的等距線。為了確定滾子半徑rr,用三點(diǎn)畫圓的畫法在理論輪廓曲線曲

率最大的位置取三點(diǎn)求出Pmin,使rr=0.8Pmin。這樣一來，在EB口作出理論廓線，再用

EB中的畫等距線的功能畫出工作廓線(距離為rr),則完成了該凸輪的輪廓曲線設(shè)計(jì)。

1.2.2對心平底推桿(平底與推桿軸線垂直)盤形凸輪設(shè)計(jì)

依據(jù)反轉(zhuǎn)法作圖法可知，推桿平底與凸輪切點(diǎn)的軌跡為凸輪的輪廓曲線。此時(shí)，平面凸

輪機(jī)構(gòu)壓力角與凸輪的基圓半