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汽車凸輪軸前景怎么樣？

: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2017-08-11

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凸輪軸是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)里的一個(gè)部件。它的作用是控制氣門的開(kāi)啟和閉合動(dòng)作。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(guò)通常它的轉(zhuǎn)速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此設(shè)計(jì)中對(duì)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，偶爾也有采用鍛件的。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(guò)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(zhǎng)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，具體來(lái)說(shuō)就是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成氣門的開(kāi)、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(kāi)閉動(dòng)作中的加減速過(guò)程產(chǎn)生過(guò)多過(guò)大的沖擊，否則就會(huì)造成氣門的嚴(yán)重磨損、噪聲增加或是其它嚴(yán)重后果。因此，凸輪和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩輸出以及運(yùn)轉(zhuǎn)的平順性有很直接的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)直列式發(fā)動(dòng)機(jī)中，一個(gè)凸輪都對(duì)應(yīng)一個(gè)氣門，V型發(fā)動(dòng)機(jī)或水平對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)則是每?jī)蓚€(gè)氣門共享一個(gè)凸輪。而轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和無(wú)閥配氣發(fā)動(dòng)機(jī)由于其特殊的結(jié)構(gòu)，并不需要凸輪。在以前很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，底置式凸輪軸在內(nèi)燃機(jī)中最為常見(jiàn)。通常這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣門位于發(fā)動(dòng) 凸輪軸機(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(guò)配氣機(jī)構(gòu)（如挺桿、推桿、搖臂等）對(duì)氣門進(jìn)行控制。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(guò)這種結(jié)構(gòu)的引擎輸出扭矩和低速性能比較出色，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，易于維修?，F(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，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(dòng)能的浪費(fèi)。頂置式凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)由于氣門開(kāi)閉動(dòng)作比較迅速，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（SingleOverHeadCam，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，頂置雙凸輪軸）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(guò)與此同時(shí)低速性能會(huì)受到一定的影響，結(jié)構(gòu)也會(huì)變得復(fù)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(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。以往一般采用的側(cè)置凸輪軸，即凸輪軸在氣缸側(cè)面，由正時(shí)齒輪直接驅(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)，必須使用氣門挺桿來(lái)傳遞動(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，細(xì)長(zhǎng)的挺桿具有一定的彈性，容易引起振動(dòng)，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(qū)動(dòng)進(jìn)氣門，另一根用于驅(qū)動(dòng)排氣門。采用雙頂置凸輪軸對(duì)凸輪軸和氣門彈簧的設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)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?zhàn)渔溁螨X條與曲軸相連。為了控制噪聲，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(duì)直徑較小的曲軸端傳動(dòng)輪則大多采用鋼材。示意圖鏈條連接也比較多見(jiàn)。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(jiàn)的是用一個(gè)塑料齒條鏈連接。這個(gè)齒條鏈位于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油腔外，附帶有鋼質(zhì)的嵌入部件，通過(guò)一個(gè)可調(diào)的輥?zhàn)訋椭鷱埦o。還有一種結(jié)構(gòu)由于動(dòng)力在傳輸過(guò)程中損耗過(guò)大且過(guò)于復(fù)雜，現(xiàn)在已經(jīng)比較少見(jiàn)。這種結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)偏心連桿、星形齒輪組或帶中間軸的錐形齒輪組來(lái)連接頂置式凸輪軸與曲軸。凸輪軸與曲軸之間的常見(jiàn)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)大多采用圓柱形正時(shí)齒輪傳動(dòng)，一般從曲軸到凸輪軸只需要１對(duì)齒輪傳動(dòng)，如果傳動(dòng)齒輪直徑過(guò)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)齒輪大多采用斜齒輪。鏈條傳動(dòng)常見(jiàn)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(dòng)。近年來(lái)在高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛使用齒形膠帶代替?zhèn)鲃?dòng)鏈條，但在一些大功率發(fā)動(dòng)機(jī)上仍然使用鏈條傳動(dòng)。齒形膠帶具有工作噪聲小、工作可靠以及成本低等特點(diǎn)。對(duì)于雙頂置凸輪軸，一般是排氣凸輪軸通過(guò)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(guò)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(guò)齒形膠帶或鏈條驅(qū)動(dòng)。安裝凸輪軸時(shí)，一定要注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(méi)有明顯的正時(shí)標(biāo)記，維修人員可以在拆卸凸輪軸之前標(biāo)記出曲軸和凸輪軸的準(zhǔn)確位置，有些發(fā)動(dòng)機(jī)則是需要專用工具才能進(jìn)行正時(shí)的調(diào)校。凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)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(dòng)機(jī)效率的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。在保證凸輪有足夠高的硬度和相當(dāng)深的白口層的前提下，還應(yīng)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(guó)內(nèi)外生產(chǎn)凸輪軸的主要方法有：采用鋼質(zhì)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(jì) 70年代末，德國(guó)和法國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了凸輪軸氬弧重熔新工藝；另有以美國(guó)為主的可淬硬鑄鐵凸輪軸；以日本和法國(guó)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(jìn)行鑄件表面合金化的生產(chǎn)工藝等。: 回答者：網(wǎng)友

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