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汽車凸輪軸前景怎么樣？

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-08-11

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凸輪軸是活塞發(fā)動機里的一個部件。它的作用是控制氣門的開啟和閉合動作。雖然在四沖程發(fā)動機里凸輪軸的轉速是曲軸的一半（在二沖程發(fā)動機中凸輪軸的轉速與曲軸相同），不過通常它的轉速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此設計中對凸輪軸在強度和支撐方面的要求很高，其材質一般是特種鑄鐵，偶爾也有采用鍛件的。由于氣門運動規(guī)律關系到一臺發(fā)動機的動力和運轉特性，因此凸輪軸設計在發(fā)動機的設計過程中占據(jù)著十分重要的地位。凸輪軸的主體是一根與汽缸組長度相同的圓柱形棒體。上面套有若干個凸輪，用于驅動氣門。凸輪軸凸輪軸的一端是軸承支撐點，另一端與驅動輪相連接。凸輪的側面呈雞蛋形。其設計的目的在于保證汽缸充分的進氣和排氣，具體來說就是在盡可能短的時間內完成氣門的開、閉動作。另外考慮到發(fā)動機的耐久性和運轉的平順性，氣門也不能因開閉動作中的加減速過程產生過多過大的沖擊，否則就會造成氣門的嚴重磨損、噪聲增加或是其它嚴重后果。因此，凸輪和發(fā)動機的功率、扭矩輸出以及運轉的平順性有很直接的關系。一般來說直列式發(fā)動機中，一個凸輪都對應一個氣門，V型發(fā)動機或水平對置式發(fā)動機則是每兩個氣門共享一個凸輪。而轉子發(fā)動機和無閥配氣發(fā)動機由于其特殊的結構，并不需要凸輪。在以前很長的一段時間里，底置式凸輪軸在內燃機中最為常見。通常這樣的發(fā)動機中，氣門位于發(fā)動凸輪軸機的頂部，即所謂的OHV（OverHeadValve，頂置氣門）式發(fā)動機。此時通常凸輪軸位于曲軸箱的側面，通過配氣機構（如挺桿、推桿、搖臂等）對氣門進行控制。因此底置式凸輪軸一般也叫側置式凸輪軸。由于在這樣的發(fā)動機中凸輪軸距離氣門較遠，而且每個氣缸通常只有兩個氣門，因此轉速通常較慢，平順性不佳，輸出功率也比較低。不過這種結構的引擎輸出扭矩和低速性能比較出色，結構也比較簡單，易于維修?，F(xiàn)在大多數(shù)量產車的發(fā)動機配備的是頂置式凸輪軸。頂置式凸輪軸結構使凸輪軸更加接近氣門，減少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往返動能的浪費。頂置式凸輪軸的發(fā)動機由于氣門開閉動作比較迅速，因而轉速更高，運行的平穩(wěn)度也比較好。較早出現(xiàn)的頂置式凸輪軸結構的發(fā)動機是SOHC（SingleOverHeadCam，頂置單凸輪軸）式發(fā)動機。這種發(fā)動機在頂部只安裝了一根凸輪軸，因此一般每個汽缸只有兩到三個氣門（進氣一到兩個，排氣一個），高速性能受到了限制。而技術更新一些的則是DOHC式（DoubleOverHeadCam，頂置雙凸輪軸）發(fā)動機，這種發(fā)動機由于配備了兩根凸輪軸，每個汽缸可以安裝四到五個氣門（進氣二到三個，排氣二個），高速性能得到了顯著的提升，不過與此同時低速性能會受到一定的影響，結構也會變得復雜，不易維修。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。單頂置凸輪軸就是凸輪軸只有一根凸輪軸，雙頂置凸輪軸就是有兩根，這是太直白的解釋。單頂置凸輪軸在氣缸蓋上用一根凸根軸，直接驅動進、排氣門，它具有結構簡單，適用于高速發(fā)動機。以往一般采用的側置凸輪軸，即凸輪軸在氣缸側面，由正時齒輪直接驅動。為了把凸輪軸的轉動變換為氣門的往復運動，必須使用氣門挺桿來傳遞動力。這樣，往復運動的零件較多，慣性質量大，不利于發(fā)動機高速運動。而且，細長的挺桿具有一定的彈性，容易引起振動，加速零件磨損，甚至使氣門失去控制。頂置雙凸輪軸是在缸蓋上裝有兩根凸輪軸，一根用于驅動進氣門，另一根用于驅動排氣門。采用雙頂置凸輪軸對凸輪軸和氣門彈簧的設計要求不高，特別適用于氣門V形配置的半球形燃燒室，也便于和四氣門配氣機構配合使用底置式凸輪軸通常采用星形齒輪組（即所謂的“控制輪”），輥子鏈或齒條與曲軸相連。為了控制噪聲，直徑較大的凸輪軸端傳動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輪則大多采用鋼材。示意圖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（一般是鏈條在運動中產生的“振擺噪聲”），通常還會附帶一個液壓壓緊裝置和塑料材質的導軌。頂置式凸輪軸結構中比較多見的是用一個塑料齒條鏈連接。這個齒條鏈位于發(fā)動機機油腔外，附帶有鋼質的嵌入部件，通過一個可調的輥子幫助張緊。還有一種結構由于動力在傳輸過程中損耗過大且過于復雜，現(xiàn)在已經(jīng)比較少見。這種結構通過一個偏心連桿、星形齒輪組或帶中間軸的錐形齒輪組來連接頂置式凸輪軸與曲軸。凸輪軸與曲軸之間的常見傳動方式包括齒輪傳動、鏈條傳動以及齒形膠帶傳動。下置凸輪軸和中置凸輪軸與曲軸之間的傳動大多采用圓柱形正時齒輪傳動，一般從曲軸到凸輪軸只需要１對齒輪傳動，如果傳動齒輪直徑過大，可以再增加１個中間惰輪。為了嚙合平穩(wěn)并降低工作噪聲，正時齒輪大多采用斜齒輪。鏈條傳動常見于頂置凸輪軸與曲軸之間，但其工作可靠性和耐久性不如齒輪傳動。近年來在高轉速發(fā)動機上廣泛使用齒形膠帶代替?zhèn)鲃渔湕l，但在一些大功率發(fā)動機上仍然使用鏈條傳動。齒形膠帶具有工作噪聲小、工作可靠以及成本低等特點。對于雙頂置凸輪軸，一般是排氣凸輪軸通過正時齒形膠帶或鏈條由曲軸驅動，進氣凸輪軸通過金屬鏈條由排氣凸輪軸驅動，或進氣凸輪軸和排氣凸輪軸均由曲軸通過齒形膠帶或鏈條驅動。安裝凸輪軸時，一定要注意凸輪軸帶輪或鏈輪上的正時標記。有些發(fā)動機沒有明顯的正時標記，維修人員可以在拆卸凸輪軸之前標記出曲軸和凸輪軸的準確位置，有些發(fā)動機則是需要專用工具才能進行正時的調校。凸輪軸是發(fā)動機的關鍵零件之一，凸輪桃尖的硬度和白口層深度是決定凸輪軸使用壽命和發(fā)動機效率的關鍵技術指標。在保證凸輪有足夠高的硬度和相當深的白口層的前提下，還應考慮軸頸不出現(xiàn)較高的碳化物，使其具有較好的切削加工性能。目前，國內外生產凸輪軸的主要方法有：采用鋼質鍛造毛坯經(jīng)切削加工后，凸輪桃尖部分經(jīng)高頻淬火形成馬氏體層的工藝。20世紀 70年代末，德國和法國相繼開發(fā)了凸輪軸氬弧重熔新工藝；另有以美國為主的可淬硬鑄鐵凸輪軸；以日本和法國為主的冷硬鑄鐵凸輪軸；以及凸輪部位用 Cr-Mn-Mo 合金涂料進行鑄件表面合金化的生產工藝等。: 回答者：網(wǎng)友

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