1．凸轮轴的结构

汽油机凸轮轴上多数有驱动分电器、机油泵的螺旋齿轮和驱动汽油泵的偏心轮。在采用单体泵的柴油机上，凸轮轴上有驱动单体泵的偏心轮。

凸轮轴分整体式和组合式两种。整体式凸轮轴即凸轮、偏心轮等与轴模锻或铸造成一体。组合式凸轮轴则由芯轴、凸轮、支承轴颈、偏心轮等组成，联接方式有键联接、热压配合、钎焊、烧结等多种。组合式凸轮轴的优点是各组合件可以独立选择适宜的材料，减少凸轮轴加工余量，质量轻，心轴为钢管的凸轮轴可以省略在轴中钻长油孔的工序。

2．凸轮轴基本尺寸的确定

凸轮轴的轴间尺寸决定于发动机的总布置。凸轮轴直径的确定、支承数的选择应保证凸轮轴的刚度。

凸轮轴的挠度可按自由支承于两支点并承受一个或多个集中载荷的双支梁计算。作用在凸轮上的力有：气门弹簧力Ps；气门头上的气体压力Pg；气门和气门弹簧组件的当量惯性力；摇臂惯性矩转化的当量惯性力；推杆和挺柱的惯性力。对OHC式机构作用在凸轮上的合力P为

式中 Yt——挺柱加速度；

g——重力加速度；

Gt、Gv、Gs、Gp——分别为挺柱、气门(包括气门锁铁和弹簧座)、气门弹簧、推杆的质量；

IR——摇臂对摇臂轴的转动惯量；

Lv——摇臂轴到气门轴线的距离；

i——摇臂比。

凸轮轴的最大挠度不得超过0.03mm。下置凸轮轴多是每隔两缸设置一个支承，顶置凸轮轴高速内燃机多数采用全支承凸轮轴。

凸轮轴的直径dc(一般取为(0.25～0.35)D，D为气缸直径。凸轮的基圆应比最细部分直径大2～3mm。采用整体式凸轮轴轴承时，凸轮轴的装拆条件要求凸轮轴轴颈应增大到能使整根凸轮轴通过轴承孔。有时为使安装容易，各轴颈直径从轴的一端向另一端递减。

各气缸同名凸轮在轴上的相对位置取决于发动机的缸数、气缸排列和发火次序。单列四行程发动机各缸同名凸轮间的夹角等于相应气缸发火间隔角(曲轴角)的一半，二行程发动机则等于此角。在V型发动机中确定异列气缸同名凸轮相对位置时，还必须考虑相应挺柱间的空间角度。

同一气缸进排气凸轮在轴上的相对角位置占取决于发动机的配气定时和驱动方式。当进排气门与发动机纵向成一列布置，凸轮外形又对称时，同一气缸进气凸轮顶点落后于排气凸轮顶点的角度为C时(图7-2)：

当进排气门与发动机纵向成双列布置，由一根凸轮轴驱动时(图7-18)，如排气门摇臂的滚轮超前于进气门摇臂的滚轮／角，则

ξ=C/2－γ (3)

如排气门摇臂的滚轮落后子进气门摇臂的滚轮／角，则

ξ=C/2＋γ (4)

3．凸轮与挺柱间的接触应力和润滑

由于配气机构工作时，凸轮与挺柱间的接触面承受很大的压力，而由于零件的加工误差和变形，会使凸轮与挺柱之间形成点接触，因此工作面上的接触应力很高。

带有小锥度锥形的凸轮配用大半径球面挺柱，可使凸轮与挺柱接触点偏离挺柱轴线，使挺柱在工作中能缓缓转动，磨损趋向均匀，且其接触情况不会因凸轮与挺柱相歪斜而恶化，接触应力会有所降低。

柱面凸轮配用平面桶形挺柱，不仅可以补偿凸轮和挺柱之间的歪斜，而且可以获得尽可能大的接触面积，降低接触应力。接触应力的计算见第7．2．6节第5段。

由于凸轮与挺柱间的接触应力很大，凸轮与挺柱工作面间的相对滑动速度又很高，散热条件又差，工作面摩擦磨损很大，必须保证良好的动态润滑。关于凸轮与挺柱间的润滑特性和最小油膜厚度的计算将在7．6．4．4中进行详细的论述。

4．凸轮轴的材料

在已定凸轮与挺柱工作条件下，合理选择凸轮与挺柱的材料配副和通过适当的热处理得到合适的金相组织，可以有效地降低凸轮和挺柱的早期磨损。

凸轮轴的材料大多用45、45Mn2中碳钢或15Cr、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、20MnVB等低碳钢、球墨铸铁、冷激合金铸铁等制造。中碳钢凸轮轴所有工作表面和支承轴颈表面高频淬火，硬度HRC56～63。低碳钢凸轮轴用表面渗碳淬火，硬度HRC58～63。球墨铸铁凸轮轴用等温淬火使硬度达到HRCA3—50，或用表面淬火使硬度达到HRC48～55。冷激合金铸铁凸轮轴表面硬度可达到HRC45～55，可淬硬冷激合金铸铁凸轮轴的表面硬度HRC>55。一般额定转速超过3000r/min的发动机的凸轮轴多数采用合金铸铁材料。目前国外采用冷激合金铸铁和可淬硬冷激合金铸铁材料的凸轮轴已占总产量的70％左右。

表7-2所列为一些有代表性的凸轮和挺柱的材料配副和材料的弹性模数E。

挺柱的硬度一般都需要在HRC50以上，挺柱硬度应比凸轮轴高3～7HRC。

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