凸輪軸零件銑畢業(yè)論文

1、<p>　　1.1 凸輪軸工藝設(shè)計的概述</p><p>　　凸輪軸零件設(shè)計的任務(wù)是讓我們綜合運用我們所學(xué)的機(jī)械設(shè)計基礎(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)械制造工藝等知識，來完成凸輪軸零件的三維造型設(shè)計、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。通過這一環(huán)境的訓(xùn)練，使我不但更加深入了解畢業(yè)設(shè)計的基本理論、基本知識、而且學(xué)會使用這些理論、基本知識去了解解決工程

2、中的問題。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計的目的就是要對機(jī)械零件的加工設(shè)計制造過程有所了解，也是為了鞏固所學(xué)的關(guān)于機(jī)械設(shè)計加工的理論知識,培養(yǎng)分析和解決問題的能力,提高自己的設(shè)計能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。</p><p>　　1.2凸輪軸設(shè)計的作用</p><p>　　在進(jìn)行凸輪軸工藝設(shè)計的時候勇于創(chuàng)新，從這個過程中可以學(xué)到很多東西。凸輪軸是一個比較復(fù)雜的曲軸，也是一個

3、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)計加工時對該件的尺寸規(guī)格要求都相當(dāng)嚴(yán)格，每進(jìn)行一步都要慎重考慮。</p><p>　　這次設(shè)計將運用計算機(jī)輔助制圖軟件，優(yōu)化設(shè)計。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，以至于減少生產(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，每一個凸輪的角度都要控制在公差范圍內(nèi)。但是

4、還有一些復(fù)雜的問題得到改善，在工藝規(guī)程設(shè)計方面也欠佳，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)計將我所學(xué)知識融會貫通，讓我提高了許多。</p><p>　　1.3凸輪軸設(shè)計的結(jié)果和意義</p><p>　　這樣的一次畢業(yè)實踐設(shè)計，讓我們進(jìn)一步培養(yǎng)了自己分析總結(jié)和表達(dá)能力，也鞏固，深化了在設(shè)計過程中所獲得的知識，也是對我們以往所學(xué)知識的一個考驗。它是通過對相關(guān)課程的內(nèi)容進(jìn)行有

5、機(jī)融合，使課程內(nèi)容與崗位能力的培養(yǎng)緊密結(jié)合，使我們在畢業(yè)實踐與設(shè)計過程中，能把所學(xué)的知識與崗位實踐聯(lián)系起來，達(dá)到崗位的要求。</p><p>　　通過畢業(yè)設(shè)計讓我明白，自己在哪些方面還是薄弱的，欠缺的。借此機(jī)會再認(rèn)真地補一下，在以后的學(xué)習(xí)和工作中注意這些。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，學(xué)以致用更是掌握知識，技巧的基礎(chǔ)，現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用更能鞏固所學(xué)知識。</p&

6、gt;<p>　　1.4凸輪軸加工的有關(guān)定義</p><p>　　升程(Lift)— 隨動件與凸輪凸角相接觸進(jìn)行直線運動的總量.端部(Nose)—凸輪軸的尖端，隨動件升程最大處，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，單位是毫米。</p><p>　　基圓(Base circle)—凸角上將零升程傳遞給隨動件的區(qū)域。</p><p>　

7、　側(cè)面(Flank)—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.</p><p>　　凹入輪廓(Re-entrant profile) — NROC的另一個叫法。</p><p>　　加工速度(Work speed) — 凸輪軸在磨削中的自旋速度。</p><p>　　橫向進(jìn)給量(Infeed)—砂輪每刀進(jìn)入凸輪軸凸角的直線

8、量(增量)。</p><p>　　徑綠色磨削(Green grinding)— 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。</p><p>　　接觸弧(Arc of contact)— 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。</p><p>　　當(dāng)量直徑(Equivale

9、nt diameter)— 表示接觸弧的一個值，從砂輪直徑以及不斷變化的加工(凸角)直徑中推導(dǎo)而來。</p><p>　　上升曲線——凸輪上升的起點到最高點的弧線稱為上升曲線</p><p>　　下降曲線——凸輪下降的最高點到最低點的弧線稱為下降曲線</p><p>　　升角——從凸輪的上升起點到最高點的角度，即上升曲線的角度。我們定個代號為φ。</p>

10、<p>　　降角——從凸輪的最高點到最低點的角度，即下降曲線的角度。代號為φ1。</p><p>　　降距——凸輪下降曲線的最大半徑與最小半徑之差。代號為h1。</p><p>　　導(dǎo)程——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°時凸輪的升距（或降距）。代號為L，單位是毫米。</p><p>　　第二章 凸輪軸零件分析&

11、lt;/p><p><b>　　2.1 加工要求</b></p><p>　　在選擇各表面、孔及槽的加工方法時，要考慮加工表面的精度和表面粗糙度要求，根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求，選擇加工方法及分幾次加工；要根據(jù)生產(chǎn)類型選擇設(shè)備，在大批量生產(chǎn)中可采用高效率的設(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，采用鉆、擴(kuò)、鉸加工方

12、法；而在大批量生產(chǎn)時采用拉削加工；要考慮被加工材料的性質(zhì)，例如：淬火鋼必須采用磨削或電加工；而有色金屬由于磨削時容易堵塞砂輪，一般都采用精細(xì)車削，高速精銑等；要考慮工廠或車間的實際情況，同時也應(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，工件形狀和重量等。</p><p><b>　　2.2軸的要求</b></

13、p><p>　　2.2.1 各種凸輪軸的技術(shù)要求</p><p>　　1）支承軸頸的尺寸精度及各支承軸頸間的同軸度。</p><p>　　2）止推面對于支承軸線的垂直度。</p><p>　　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。</p><p>　　4）凸輪的位置精度。</p><

14、p>　　5）凸輪的形狀精度。</p><p>　　2.2.2 以發(fā)動機(jī)該凸輪軸為例具體說明（如圖）</p><p><b>　　1）支承軸頸</b></p><p>　　兩個支承軸頸的外圓尺寸φ43.85 mm表面粗糙度Ra≤0.4 μm.。各部分的倒角都為C2。凸輪軸長208，屬細(xì)長軸。</p><p><

15、;b>　　2）凸輪</b></p><p>　　凸輪基圓尺寸R15.5±0.05，表面粗糙度Ra≤0.8 μm。凸輪上的孔選擇的加工方法是鉆，但其表面粗糙度的要求為，所以選擇加工的方法是鉆——擴(kuò)——鉸。</p><p><b>　　3）軸上油壁孔</b></p><p>　　軸上油壁孔尺寸為φ8 mm。油孔底面的加工

16、方案為底平面：粗銑——精銑（），粗糙度為，一般不淬硬的平面，精銑的粗糙度可以較小。</p><p><b>　　4）軸上鍵槽</b></p><p>　　軸上的鍵槽起地位作用，基本尺寸為13mm*6mm，左邊為φ6mm的半圓，表面粗糙度要求為3.2。 </p><p>　　第三章 凸輪軸零件工藝規(guī)程設(shè)計</p><p>

17、;<b>　　3.1凸輪軸的概念</b></p><p>　　凸輪軸大家應(yīng)該不會陌生，我們經(jīng)常聽到的氣門、氣門正時皮帶、正時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?，F(xiàn)在市面上的車大多都是雙頂置凸輪軸(DOHC)設(shè)計，也就是說有兩根凸輪軸。一根負(fù)責(zé)進(jìn)氣氣門的開閉，一個負(fù)責(zé)排氣氣門的開閉。</p><p>　　凸輪軸的名字是因為它的模樣而定，有很多凸起的部位

18、。這些凸起的部位作用是推動氣門(俗稱滑佬)開啟，當(dāng)轉(zhuǎn)到凸起部分時將會把氣門頂起，此時氣門將屬于開啟狀態(tài)。氣門的閉合動作則是凸輪軸的凸起部分離開氣門后，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，也會用這個度數(shù)的大小來界定是否屬于高角度凸輪軸。</p><p>　　凸輪軸是上有若干個桃形凸輪的軸，是配氣機(jī)構(gòu)最關(guān)鍵的零件。它的功用是控制各缸氣門的適時開啟和

19、關(guān)閉，同時驅(qū)動汽油泵、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)動機(jī)油泵和分電器的齒輪及推動汽油泵搖臂的偏心輪制成一體。凸輪的個數(shù)一般等于氣門的個數(shù)，凸輪在軸上的分布位置，是由發(fā)動機(jī)的工作順序所決定的。</p><p>　　凸輪軸是活塞發(fā)動機(jī)里的一個部件。它的作用是控制氣門的開啟和閉合動作（如圖）。雖然在四沖程發(fā)動機(jī)里凸輪軸的轉(zhuǎn)速是曲軸的一半（在二沖程發(fā)動機(jī)中凸輪軸的轉(zhuǎn)速與曲軸相同），不過通常

20、它的轉(zhuǎn)速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此設(shè)計中對凸輪軸在強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。由于氣門運動規(guī)律關(guān)系到一臺發(fā)動機(jī)的動力和運轉(zhuǎn)特性，因此凸輪軸設(shè)計在發(fā)動機(jī)的設(shè)計過程中占據(jù)著十分重要的地位。所以對于凸輪軸的質(zhì)量要求就非常高了，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</p>&l

21、t;p><b>　　3.2凸輪軸的作用</b></p><p>　　凸輪軸是發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一部分，專門負(fù)責(zé)驅(qū)動氣門按時開啟和關(guān)閉，作用是保證發(fā)動機(jī)在工作中定時為汽缸吸入新鮮的可燃混合氣，并及時將燃燒后的廢氣排出汽缸。凸輪軸直接通過搖臂驅(qū)動氣門，很適用于高轉(zhuǎn)速的轎車發(fā)動機(jī)，由于轉(zhuǎn)速較高，為保證進(jìn)排氣和傳動效率、簡化傳動機(jī)構(gòu)、降低高轉(zhuǎn)速的振動和噪音，多采用頂置式氣門和頂置式凸輪軸，這樣，

22、發(fā)動機(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是由于部件的布置設(shè)計比較復(fù)雜，維修起來也比較麻煩。但衡量利弊，它還是比較適合于轎車。</p><p><b>　　3.3凸輪軸的特點</b></p><p><b>　?。保馆嗇S的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　凸輪軸凸輪軸的主體是一根與汽缸組長度相同的圓

23、柱形棒體。上面套有若干個凸輪，用于驅(qū)動氣門。凸輪軸的一端是軸承支撐點，另一端與驅(qū)動輪相連接。</p><p>　　凸輪的側(cè)面呈雞蛋形。其設(shè)計的目的在于保證汽缸充分的進(jìn)氣和排氣，具體來說就是在盡可能短的時間內(nèi)完成氣門的開、閉動作。另外考慮到發(fā)動機(jī)的耐久性和運轉(zhuǎn)的平順性，氣門也不能因開閉動作中的加減速過程產(chǎn)生過多過大的沖擊，否則就會造成氣門的嚴(yán)重磨損、噪聲增加或是其它嚴(yán)重后果。因此，凸輪和發(fā)動機(jī)的功率、扭矩輸出以及運

24、轉(zhuǎn)的平順性有很直接的關(guān)系。</p><p>　　一般來說直列式發(fā)動機(jī)中，一個凸輪都對應(yīng)一個氣門，V型發(fā)動機(jī)或水平對置式發(fā)動機(jī)則是每兩個氣門共享一個凸輪。而轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)和無閥配氣發(fā)動機(jī)由于其特殊的結(jié)構(gòu)，并不需要凸輪。</p><p>　　雖然在四沖程發(fā)動機(jī)里，凸輪軸的轉(zhuǎn)速是曲軸轉(zhuǎn)速的一半，但是它的轉(zhuǎn)速依然很高，而且需要承受很大的轉(zhuǎn)矩，因此對凸輪軸的強度和可靠支撐方面的要求很高。凸輪軸的主體是１

25、根與氣缸組長度相同的圓柱體，上面加工有若干個凸輪，凸輪軸的材質(zhì)一般是特種鑄鐵，有時也采用鍛剛和合金制造。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，同時也提高了凸輪軸承受載荷的能力。凸輪軸上還加工有潤滑油道，潤滑油由此經(jīng)過，為凸輪軸、搖臂軸以及搖臂等部件提供潤滑。圖１所示是三菱４Ｇ６３ ＤＯＨＣ發(fā)動機(jī)使用的凸輪軸。</p><p><b>　　２．凸輪軸的位置</b>&l

26、t;/p><p>　　凸輪軸在以前很長的一段時間里，底置式凸輪軸在內(nèi)燃機(jī)中最為常見。通常這樣的發(fā)動機(jī)中，氣門位于發(fā)動機(jī)的頂部，即所謂的OHV（OverHeadValve，頂置氣門）式發(fā)動機(jī)。此時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)動機(jī)中凸輪軸距離氣門較遠(yuǎn)，而且每個氣缸通常只有兩個氣門，因此轉(zhuǎn)速通常較慢，平順性不佳，輸出功率

27、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出色，結(jié)構(gòu)也比較簡單，易于維修。</p><p>　　現(xiàn)在大多數(shù)量產(chǎn)車的發(fā)動機(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能的浪費。頂置式凸輪軸的發(fā)動機(jī)由于氣門開閉動作比較迅速，因而轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的發(fā)動機(jī)是SOHC（SingleOverHead

28、Cam，頂置單凸輪軸）式發(fā)動機(jī)。這種發(fā)動機(jī)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(jìn)氣一到兩個，排氣一個），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)動機(jī)，這種發(fā)動機(jī)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(jìn)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(jié)構(gòu)也會變得復(fù)雜，不易維修。</p>

29、<p>　　發(fā)動機(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，都采用進(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，如果采用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)，需要氣門挺桿和挺柱等輔助零件，造成氣門傳動機(jī)件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)動機(jī)體積大，而且在高速運轉(zhuǎn)下還容易產(chǎn)生噪聲，而采用頂置式凸輪軸則可以改變這

30、種現(xiàn)象。所以，現(xiàn)代轎車發(fā)動機(jī)一般都采用了頂置式凸輪軸，將凸輪軸配置在發(fā)動機(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機(jī)構(gòu)，將發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊。更重要的是，這種安裝方式可以減少整個系統(tǒng)往復(fù)運動的質(zhì)量，提高了傳動效率。</p><p>　?。常馆嗇S的分類 </p><p>　　凸輪軸按凸輪軸數(shù)目的多少，可分為單頂置凸輪軸(

31、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。</p><p>　　單頂置凸輪軸在氣缸蓋上用一根凸根軸，直接驅(qū)動進(jìn)、排氣門，它具有結(jié)構(gòu)簡單，適用于高速發(fā)動機(jī)。以往一般采用的側(cè)置凸輪軸，即凸輪軸在氣缸側(cè)面，由正時齒輪直接驅(qū)動。為了把凸輪軸的轉(zhuǎn)動變換為氣門的往復(fù)運動，必須使用氣門挺桿來傳遞動力。這樣，往復(fù)運動的零件較多，慣性質(zhì)量大，不利于發(fā)動機(jī)高速運動。而且，細(xì)長的

32、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。</p><p>　　頂置雙凸輪軸是在缸蓋上裝有兩根凸輪軸，一根用于驅(qū)動進(jìn)氣門，另一根用于驅(qū)動排氣門。采用雙頂置凸輪軸對凸輪軸和氣門彈簧的設(shè)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(jī)構(gòu)配合使用。</p><p>　　4．凸輪軸毛坯的種類</p><p>　　在制定工藝規(guī)程

33、時，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訂額。正確的選用毛坯需要毛坯制造和機(jī)加工工藝人員緊密配合，兼顧冷熱加工兩個方面的要求。</p><p>　　由于發(fā)動機(jī)工作時，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。</p>&

34、lt;p>　　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）。</p><p>　　在國外，冷硬鑄鐵凸輪軸多用于凸輪承受隨動件高負(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)動機(jī)。</p><p>　　對于鋼凸輪軸，一般是選用中碳鋼和滲

35、碳鋼經(jīng)熱模鍛制坯。</p><p>　　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。</p><p>　　鑒于此，凸輪軸選用50Mn材料毛坯由精鍛而成。</p><p>　　5．凸輪軸的傳動 </p><p>　　凸輪軸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。

36、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。</p><p>　　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(chǎn)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(zhì)的導(dǎo)軌。</p><p>　　頂置式凸輪軸結(jié)構(gòu)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(jī)機(jī)油

37、腔外，附帶有鋼質(zhì)的嵌入部件，通過一個可調(diào)的輥子幫助張緊。</p><p>　　還有一種結(jié)構(gòu)由于動力在傳輸過程中損耗過大且過于復(fù)雜，現(xiàn)在已經(jīng)比較少見。這種結(jié)構(gòu)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。</p><p>　　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

38、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。</p><p>　　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(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)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(jī)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

39、膠帶或鏈條由曲軸驅(qū)動，進(jìn)氣凸輪軸通過金屬鏈條由排氣凸輪軸驅(qū)動，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。</p><p>　　安裝凸輪軸時，一定要注意凸輪軸帶輪或鏈輪上的正時標(biāo)記。有些發(fā)動機(jī)沒有明顯的正時標(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)動機(jī)則是需要專用工具才能進(jìn)行正時的調(diào)校。</p><p>　　6．凸輪軸的故障 </

40、p><p>　　凸輪軸凸輪軸的常見故障包括異常磨損、異響以及斷裂，異響和斷裂發(fā)生之前往往先出現(xiàn)異常磨損的癥狀。</p><p>　?。ǎ保┩馆嗇S幾乎位于發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的末端，因此潤滑狀況不容樂觀。如果機(jī)油泵因為使用時間過長等原因出現(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，均會造成凸輪軸的異常磨損。</p>&

41、lt;p>　　（２）凸輪軸的異常磨損會導(dǎo)致凸輪軸與軸承座之間的間隙增大，凸輪軸運動時會發(fā)生軸向位移，從而產(chǎn)生異響。異常磨損還會導(dǎo)致驅(qū)動凸輪與液壓挺桿之間的間隙增大，凸輪與液壓挺桿結(jié)合時會發(fā)生撞擊，從而產(chǎn)生異響。</p><p>　?。ǎ常┩馆嗇S有時會出現(xiàn)斷裂等嚴(yán)重故障，常見原因有液壓挺桿碎裂或嚴(yán)重磨損、嚴(yán)重的潤滑不良、凸輪軸質(zhì)量差以及凸輪軸正時齒輪破裂等。</p><p>　?。ǎ矗?/p>

42、有些情況下，凸輪軸的故障是人為原因引起的，特別是維修發(fā)動機(jī)時對凸輪軸沒有進(jìn)行正確的拆裝。例如拆卸凸輪軸軸承蓋時用錘子強力敲擊或用改錐撬壓，或安裝軸承蓋時將位置裝錯導(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。安裝軸承蓋時應(yīng)注意軸承蓋表面上的方向箭頭和位置號等標(biāo)記，并嚴(yán)格按照規(guī)定力矩使用扭力扳手?jǐn)Q緊軸承蓋緊固螺栓。</p><p>　　7．凸輪軸改裝 </p><p&g

43、t;　　為了提升汽車發(fā)動機(jī)的動力，有些汽車改裝店對發(fā)動機(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。這種改裝操作并不復(fù)雜，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)動機(jī)的性能惡化。高角度凸輪軸是相對于普通凸輪軸的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

44、間，增大氣門的升程，使進(jìn)氣門和排氣門實現(xiàn)早開和晚關(guān)，使更多空氣進(jìn)入氣缸，以提高發(fā)動機(jī)中、高轉(zhuǎn)速的動力輸出。對于民用車來說，改裝時應(yīng)該選擇凸輪工作角度在278°以下的凸輪軸，因為工作角度大于278°的凸輪軸會大幅度增加氣門重疊角，使發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速時的動力提升很多，但發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速時會因為氣缸密封性不好而導(dǎo)致怠速嚴(yán)重抖動甚至熄火，這樣的車輛無法適應(yīng)日常使用，而只能用于競賽用途。</p><p>&l

45、t;b>　　3.4凸輪軸的應(yīng)用</b></p><p><b>　　汽車發(fā)動機(jī)工作原理</b></p><p>　　汽油發(fā)動機(jī)的目的在于將汽油轉(zhuǎn)換為運動，以便汽車能夠開動。 目前將汽油變成運動的最簡單方法是在發(fā)動機(jī)中燃燒汽油。 因此，汽車發(fā)動機(jī)是一種“內(nèi)燃發(fā)動機(jī)”——燃燒發(fā)生在內(nèi)部。 需要注意兩件事情： </p><p>　　

46、有多種不同的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。 柴油發(fā)動機(jī)是一種，燃?xì)廨啓C(jī)是另外一種。 參見有關(guān)HEMI發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)和二沖程發(fā)動機(jī)的文章。 每種發(fā)動機(jī)都有自己的優(yōu)缺點。 </p><p>　　還有一種外燃發(fā)動機(jī)。 老式火車和蒸汽輪船中的蒸汽機(jī)是外燃發(fā)動機(jī)。 在蒸汽機(jī)中，燃料（煤、木柴、石油等）在發(fā)動機(jī)外部燃燒并產(chǎn)生蒸汽，由蒸汽在發(fā)動機(jī)內(nèi)部形成運動。 內(nèi)燃機(jī)的效率比外燃機(jī)高出許多（每公里消耗的燃料更少），而且內(nèi)燃發(fā)動機(jī)比同等功率的

47、外燃發(fā)動機(jī)要小巧很多。 福特和通用這些公司之所以不使用蒸汽機(jī)，原因也在于此。 </p><p>　　典型汽車發(fā)動機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造 </p><p>　　當(dāng)前幾乎所有汽車都使用往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，因為這種發(fā)動機(jī)具有以下優(yōu)點： </p><p>　　相對高效（與外燃發(fā)動機(jī)相比） </p><p>　　相對廉價（與燃?xì)廨啓C(jī)相比） </p>

48、<p>　　相對來說易于加注燃料（與電動汽車相比） </p><p>　　這些優(yōu)點使得其成為驅(qū)動汽車的首選技術(shù)。 </p><p>　　為了了解往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的工作原理，對“內(nèi)部燃燒”的工作方式有一個直觀的認(rèn)識十分有幫助。 加農(nóng)炮是一個很好的例子。 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，然后點著它。 這就是我們說的內(nèi)部燃燒，但是很難想象發(fā)動機(jī)是如何完成這些過程

49、的。 </p><p><b>　　內(nèi)部燃燒</b></p><p>　　土豆加農(nóng)炮的基本原理與所有往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)完全一致： 如果將一點兒高能燃料（例如汽油）放在一個小的密閉空間中并點燃它，它將以氣體膨脹的形式釋放出巨大能量。 可以使用這些能量將土豆拋出150米遠(yuǎn)。 在這個例子中，能量被轉(zhuǎn)換為土豆的運動。 也可以使用這些能量完成更有意思的工作。 例如，如果可以建立一

50、個循環(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)動機(jī)的核心秘密！ </p><p>　　目前幾乎所有汽車都使用四沖程燃燒循環(huán)來將汽油轉(zhuǎn)化為運動。 四沖程方式又稱作“奧托循環(huán)”，以此紀(jì)念1867年發(fā)明它的尼克勞斯?奧托 (Nikolaus Otto)。這四個沖程如圖1所示。 它們分別是： </p><p><b>　　進(jìn)氣沖程 <

51、/b></p><p><b>　　壓縮沖程 </b></p><p><b>　　燃燒沖程 </b></p><p><b>　　排氣沖程  </b></p><p><b>　　循環(huán)過程 </b></p><p>　　在

52、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，它的作用相當(dāng)于“讓加農(nóng)炮復(fù)位”。 在發(fā)動機(jī)的循環(huán)過程中會發(fā)生如下事情：</p><p>　　典型汽車發(fā)動機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造</p><p>　　1. 活塞開始時位于頂部，排氣門打開，然后活塞向下運動，在發(fā)動機(jī)的氣缸中充滿空氣和汽油的混合物。 這便是吸氣沖程。 此時，只需要在空氣中混合最少量的

53、汽油即可。 （圖中部分1） </p><p>　　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） </p><p>　　3. 當(dāng)活塞到達(dá)其沖程的頂部時，火花塞發(fā)出一個火花，點燃汽油。 氣缸中的汽油爆炸，推動活塞向下運動。 （圖中部分3） </p><p>　　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)

54、入排氣尾管。 （圖中部分4） </p><p>　　現(xiàn)在，發(fā)動機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)行下一次循環(huán)，再次吸入空氣和汽油。 </p><p>　　注意，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)輸出的運動是旋轉(zhuǎn)運動，而土豆加農(nóng)炮產(chǎn)生的運動是線性運動（直線）。 在發(fā)動機(jī)中，活塞的線性運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。 而旋轉(zhuǎn)運動非常好，因為我們正好打算通過它讓車輪轉(zhuǎn)起來。 </p><p>　　發(fā)動機(jī)的核心是氣缸和在氣缸內(nèi)部

55、上下運動的活塞。上面介紹的發(fā)動機(jī)只有一個氣缸。大多數(shù)割草機(jī)屬于這種情況，但是大多數(shù)汽車都有多個氣缸（通常有四個、六個或八個氣缸）。在多缸發(fā)動機(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 </p><p>　　圖2. 直列式——氣缸按直線排成一排。 </p><p>　　圖3. V型——氣缸按一定角度排成兩排。 </p><p>

56、　　圖4. 臥式——氣缸在發(fā)動機(jī)的相對兩側(cè)排成兩排。 </p><p>　　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)點和缺點使它們分別適合某些特定車輛的要求。</p><p>　　其他發(fā)動機(jī)部件如圖：</p><p><b>　　內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)</b></p><p>　　氣門機(jī)構(gòu)由氣門以及開合氣門

57、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氣門。 </p><p><b>　　圖5. 凸輪軸 </b></p><p>　　大多數(shù)現(xiàn)代發(fā)動機(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）。凸輪軸上的凸輪直接控制氣門，或者通過一個很短的連桿控制氣門。 老式的發(fā)動機(jī)使用的凸輪軸位于曲軸附近的油槽中。 使用橫桿將下方的

58、凸輪連接到位于氣門上方的氣門挺桿。 這種方法使用的運動零件較多，并且會導(dǎo)致凸輪激活氣門的動作大大滯后于氣門的后續(xù)運動。 使用正時皮帶或正時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)動速度是曲軸的一半。 許多高性能發(fā)動機(jī)的每個氣缸有四個氣門（兩個進(jìn)氣門，兩個排氣門），這種布置方式需要為每組氣缸提供兩個凸輪軸，因此稱作“雙頂置凸輪軸”。 </p><p>　　汽車凸輪軸響故障排

59、除分析</p><p><b>　　現(xiàn)象：</b></p><p>　　1)發(fā)動機(jī)怠速運轉(zhuǎn)時響聲輕微而清晰，低速時出現(xiàn)沉重而有節(jié)奏的“嗒嗒”聲，中速時響聲明顯，高速時響聲模糊而不清。</p><p>　　2)發(fā)動機(jī)中速時從缸體凸輪軸側(cè)發(fā)出鈍重響聲，高速時響聲混濁不清。</p><p>　　3)單缸斷火試驗時響聲不變。&l

60、t;/p><p>　　4)凸輪軸軸承附近有振動。</p><p><b>　　原因：</b></p><p>　　1)使發(fā)動機(jī)在聲響最強狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，用起子在缸體處觸及各軸承附近部位聽診，若某處聲響較鈍并伴隨有振動，則為凸輪軸該節(jié)軸承發(fā)響。</p><p>　　2)進(jìn)行斷火試驗聲響無變化，緩慢變換節(jié)氣門，若怠速聲響清晰，中速時

61、聲響明顯，高速時聲響由雜亂變?nèi)?，則為凸輪軸軸向間隙過大或軸承松動。</p><p>　　3.5凸輪軸工藝分析</p><p>　　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；可將凸輪寬度減小，并排練緊湊，

62、可以降低汽車的成本、減輕發(fā)動機(jī)的質(zhì)量、提高發(fā)動機(jī)的性能。目前，世間上許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。</p><p>　　1、傳統(tǒng)整體式凸輪軸工藝流程及主要問題</p><p>　　1.1傳統(tǒng)整體式凸輪軸工藝流程</p><p

63、>　　毛坯→毛坯檢查→銑斷面，鉆中心孔，車軸頸→粗磨軸頸→鉆油孔道，擴(kuò)鉸球座孔，擴(kuò)螺紋底孔，攻絲，倒角，鉆軸頸油孔→粗磨凸輪→清洗→凸輪表面淬火→校直→精磨油頸→精磨凸輪→磁粉探傷→精車止推面→磷化→拋光油頸止推面→清洗→檢測軸頸和跳動→壓裝鋼球及定位銷。</p><p>　　1.2傳統(tǒng)整體式凸輪軸存在的主要問題</p><p>　　（1）配氣機(jī)構(gòu)對凸輪軸各個部分的性能要求有很大不同

64、：凸輪要求耐磨損、乃膠著、耐點蝕；軸頸要求滑動性好；芯軸要求剛性、彎曲、扭轉(zhuǎn)性能好。傳統(tǒng)凸輪軸很難滿足上述要求，材料利用也不盡合理。</p><p>　　（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)。</p><p>　?。?）傳統(tǒng)方法制造凸輪軸需要大量的機(jī)械加工工序，耗費大量的機(jī)械加工工時，機(jī)床、刀具、夾具、操作人員和作業(yè)面積較難有新突破。</p>&

65、lt;p>　　(4)傳統(tǒng)加工需對凸輪表面進(jìn)行耐磨性強化處理，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，費時費力不宜保證精度。</p><p>　?。?）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，自動化水平低。在降低零件重量方面也難有作為。</p><p>　　3.4.1裝配式凸輪軸

66、制造工藝</p><p>　　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)計與現(xiàn)在制造模式。</p><p>　　目前，大部分發(fā)動機(jī)制造企業(yè)都采用整體式凸輪軸，其材料有的采用中碳低合金鍛鋼（經(jīng)高頻淬火），有的采用球墨鑄鐵。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)中采用自動線多工位機(jī)床，設(shè)備投資

67、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、軸套可采用不同的材料，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。</p><p>　　目前，大部分發(fā)動機(jī)制造企業(yè)都采用整體式凸輪軸，其材料有的采用中碳低合金鍛鋼(經(jīng)高頻淬火)，有的采用球墨鑄鐵。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)中采用自動線多工位機(jī)床，設(shè)備投資

68、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、軸套可采用不同的材料，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。</p><p>　　1 裝配式凸輪軸工藝流程</p><p>　　裝配式凸輪軸工藝流程為校直→加工兩端面中心孔、螺紋孔、驅(qū)動孔(2臺加工中心并行加工)→車軸頸、齒輪毛坯、前止端面及導(dǎo)向輪轂→

69、磨軸頸及導(dǎo)向輪轂→滾齒→壓銷→磨凸輪(3臺磨床并行加工)→凸輪淬火→去毛刺→校直軸頸→凸輪軸頸及凸輪拋光→清洗→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。</p><p>　　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。裝配過程是人工將所有凸輪軸組裝。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。啟動設(shè)備后，該上料盒進(jìn)入設(shè)備

70、中，首先用工裝測頭進(jìn)行部件到位檢測，并驗證凸輪放置位置是否正確。驗證通過后，使用機(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以精確定位凸輪、軸頸、齒輪。到位后同時夾緊各部件，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。</p><p>　　2 凸輪軸裝配工藝方法</p

71、><p><b>　　2．1 熱套法</b></p><p>　　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，借以消除過盈。這種工藝方法在短暫時間內(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。</p><p>　　2．2 內(nèi)部高壓成形法(IHU)</p>&l

72、t;p>　　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1／10 mm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成功應(yīng)用在奧迪公司2003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2．5 mm或3．0 mm精密鋼管上安裝等溫淬火的凸輪和鋼管堵頭組成。</p><p>　　整個周長上等壁厚的凸輪被置入一臺專門的設(shè)備中，這

73、臺設(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，一臺真空抓取機(jī)將預(yù)先定位好的各個零件放到帶IHU工具的液壓機(jī)上，IHU工具的模腔形狀正好與制好的毛坯軸的外形輪廓相一致。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，使整個鋼管發(fā)生塑性變形，直到貼合在IHU工具上。此時，鋼管和凸輪之間接產(chǎn)生了力聯(lián)接和形狀聯(lián)接。</p><p>　　2．3 管內(nèi)滾壓擴(kuò)張法</p&g

74、t;<p>　　利用滑動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)動機(jī)裝配式凸輪軸就采用鋼球在鋼管內(nèi)部擴(kuò)張方式。</p><p>　　2．4 凸輪壓力套裝定位法</p><p>　　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?/p>

75、輪套上鋼管并推入，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，推入之后非常牢固。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采取這種方法。</p><p>　　3 裝配式凸輪軸制造工藝特點</p><p>　　a．省略了毛坯件粗加工，工藝流程簡單。裝配式凸輪軸的各個零件加工余量小，精度高，不像整體式凸輪軸要從毛坯件(鑄件或

76、鍛件)開始進(jìn)行大量的毛坯粗加工和繁雜的工藝后，才能達(dá)到所要求的形狀。裝配式凸輪軸只需要在裝配后進(jìn)行半精加工和精加工，從而縮短了整個工藝流程。</p><p>　　b．加工余量小，便于高效率生產(chǎn)。各凸輪采用精鑄部件，因而加工余量小。設(shè)備加工單件時間短，產(chǎn)能高，有利于規(guī)?；a(chǎn)。如凸輪按最終形狀精鑄，減少了磨削余量，從而縮短了磨削時間。</p><p>　　c．不同的零件可使用不同的材料，以提

77、高產(chǎn)品性能和加工性能。發(fā)動機(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采用不同材料。如凸輪采用粉末冶金或鑄鋼，凸輪軸采用冷拔鋼管。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。</p><p>　　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)是一致的，包括軸頸、凸輪基圓半徑、鋼管直徑、軸方向、

78、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。</p><p>　　4 裝配式凸輪軸加工工藝發(fā)展方向</p><p>　　a．柔性化的生產(chǎn)線布局。生產(chǎn)線布置采用單元自動化模塊。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。單元問輸送可采用自動化或人工運輸，這樣有利于生產(chǎn)線開動率的提高。</p><p>　　b．柔性化的產(chǎn)品。凸輪

79、軸的材料和結(jié)構(gòu)可根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計需要靈活變化，以更多地滿足市場要求，通過軸頸和凸輪型線的變化提供多品種產(chǎn)品。</p><p>　　c．高速磨削、高速磨削CBN(氮化硼)工具的使用?？梢源蠓忍岣吣ハ餍剩瑴p少設(shè)備使用臺數(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。</p><p>　　d．多砂輪磨削和兩個砂輪頭架的使用。在提高砂輪轉(zhuǎn)速的同時采用多砂輪磨削是另一種

80、減少加工節(jié)拍的方法，如多砂輪磨削凸輪的同時磨軸頸外徑，一臺磨床使用兩個砂輪頭架同步加工凸輪等。</p><p>　　e．在線量儀的使用。為保證尺寸穩(wěn)定性，裝配式凸輪軸加工的關(guān)鍵設(shè)備越來越多地使用在線檢測自動補償功能。</p><p>　　f．粉末冶金等材料的使用。</p><p>　　g．工序集中方式加工。該方式就是將車、銑、鉆、磨削的工序內(nèi)容分別集中在一起，采用柔

81、性設(shè)備組成的制造單元集中式加工。這樣，將最大限度地減少工件裝夾次數(shù)和上下料輸送等輔助時間，有利于減少誤差和提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　h．設(shè)備單元可采用雙主軸或雙機(jī)床來減少加工節(jié)拍，如一個磨削單元可組合兩臺磨床，共用一套控制系統(tǒng)，并通過內(nèi)置的龍門架式上下料裝置輸送工件。與采用兩臺獨立的機(jī)床相比，不但節(jié)省了設(shè)備費用，而且大大減小了占地面積，并且每臺磨床可使用多主軸完成磨床組合。車床和加工中心也都可以采用雙主

82、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)動機(jī)制造企業(yè)提供裝配式凸輪軸。</p><p>　　采用裝配式凸輪軸，發(fā)動機(jī)性能得到提高，明顯改善了燃油經(jīng)濟(jì)性，降低了排放，減少了振動，同時也降低了制造成本。目前，裝配式凸輪軸已越來越受到發(fā)動機(jī)制造企業(yè)的歡迎。</p><p><b>　　3.6夾具的設(shè)計</b></p><p&g

83、t;　　凸輪軸是發(fā)動機(jī)配氣系統(tǒng)中極為重要的零件，其各項性能也成為制約發(fā)動機(jī)的工作的主要因素之一。為提高凸輪軸的性能，各發(fā)動機(jī)制造企業(yè)在設(shè)計和加工工藝方面采取了一系列措施，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)過了諸多措施的實施，汽車凸輪軸各項性能較從前來說有了質(zhì)的飛躍，但新問題應(yīng)運而生：凸輪軸的加工難度大大增加，這對生產(chǎn)廠家的專業(yè)化程度無疑是一個嚴(yán)峻考驗。</p><p>　　目前，大部分發(fā)動機(jī)制造

84、企業(yè)都采用整體式凸輪軸，其材料有的采用中低碳合金鍛鋼（經(jīng)高頻淬火），有的采用球墨鑄鐵。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)中采用自動線多工位機(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)計者提出了“裝配式凸輪軸”。裝配式凸輪軸，就是將原本整體化的凸輪軸設(shè)計分解為由若干零件裝配的凸輪軸部件。實踐證明，該設(shè)計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，并且在裝配時會因各種因素而產(chǎn)生誤差

85、，因此，《裝配式凸輪軸》方案不能為廣大發(fā)動機(jī)制造商所采納。此后，眾多設(shè)計人員開始把目光轉(zhuǎn)向提高整體式凸輪軸加工的效率。由于傳統(tǒng)的凸輪軸加工采用磨削，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)均圍繞著一個中心：專用機(jī)床。</p><p>　　事實證明，專用機(jī)床較普通機(jī)床在價格上相差許多。機(jī)床的科技含量越高，其價格就越昂貴，這實際是提高了其加工產(chǎn)品的成本。</p>&l

86、t;p>　　在綜合分析凸輪軸加工技術(shù)的領(lǐng)域知識及信息需求與處理需求的基礎(chǔ)上，1.以仿形加工為平臺，通過分析設(shè)計提出了改變汽車凸輪軸的凸輪部位傳統(tǒng)加工方式，采用專用夾具配合數(shù)控銑床加工，從而降低了凸輪軸的生產(chǎn)成本。2.提出數(shù)控機(jī)床加工過程中的“人機(jī)配合”，在編程時將手動控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。</p><p>　　專用夾具的設(shè)計與開發(fā)、數(shù)控機(jī)床手動元件在數(shù)控加工過程中的

87、充分利用等將是今后繼續(xù)研究的方向。</p><p>　　1．車軸凸輪軸夾具設(shè)計</p><p>　　2．銑削凸輪夾具設(shè)計</p><p>　　平面凸輪零件是數(shù)控銑削加工中常見的零件之一，其輪廓曲線組成不外乎直線—圓弧、圓弧?圓弧、圓弧—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)動的數(shù)控銑床。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)控銑

88、削加工工藝。</p><p>　　1．零件圖樣工藝分析</p><p>　　圖樣分析主要分析凸輪輪廓形狀、普通車床尺寸和技術(shù)要求、定位基準(zhǔn)及毛坯等。</p><p>　　材料為鑄鐵，切削加工性較好。</p><p>　　該零件在數(shù)控銑削加工前，工件是一個經(jīng)過加工、含有兩個基準(zhǔn)孔、直徑為巾280mm、厚度為18mm的圓盤。圓盤底面且及手35C7

89、和412H7兩孑L可用作定位基準(zhǔn)，無需另作工藝孔定位。</p><p>　　凸輪槽組成幾何元素之間關(guān)系清楚，條件充分，編程時，所需基點坐標(biāo)很容易求得。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面與銑刀軸線垂直， 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。</p><p><b>　　2．確定裝夾方案</b></p>&

90、lt;p>　　一般大型凸輪可用等高墊塊墊在工作臺上，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，不與銑刀發(fā)生干涉。對小型凸輪，一般用心軸定位、壓緊即可。</p><p>　　凸輪的結(jié)構(gòu)特點，采用“一面兩孑L，’定位，設(shè)計一“一面兩銷”普通車床專用夾具。用一塊320mmX320mmx40mm的墊塊，在墊塊上分別精鏜，少35mm及412mm兩個定位銷安裝孔，孔距為80

91、7;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面平行，并用百分表檢查。</p><p>　　凸輪零件的裝夾方案示意圖。采用雙螺母夾緊，加工中心提高裝夾剛性，防止銑削時振動。</p><p><b>　　3．確定進(jìn)給路線</b></p><p>　　進(jìn)給路線包括平面

92、內(nèi)進(jìn)給和深度進(jìn)給兩部分路線。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)動的數(shù)控銑床上，對銑削平面槽形凸輪，深度進(jìn)給有兩種方法：一種方法是在XZ(或YZ)平面內(nèi)來回銑削逐漸進(jìn)刀到既定深度；另一種方法是先打一個工藝孑L，普通車床然后從工藝孔進(jìn)刀到既定深度。</p><p>　　本例進(jìn)刀點選在戶(150，0)，刀具在r—15及r十15之間來回運動，逐漸加深銑削深度。當(dāng)達(dá)到既定深度后，刀具

93、在XY平面內(nèi)運動，銑削凸輪輪廓。為保證凸輪的工作表面有較好的表面質(zhì)量，采用順銑方式，即從戶(150，0)開始，對外凸輪廓，按順時針方向銑削，對內(nèi)凹輪廓按逆時針方向銑削。加工中心即為銑刀在水平面內(nèi)的切人進(jìn)給路線。</p><p>　　4．選擇刀具及切削用量</p><p>　　銑刀材料和幾何參數(shù)主要根據(jù)零件材料切削加工性、普通車床工件表面幾何形狀和尺寸大小選擇；切削用量是依據(jù)零件材料特點、刀

94、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銑刀；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)通過試驗選取效率和刀具壽命的綜合最佳值。精銑時切削速度應(yīng)高一些。</p><p>　　本例零件材料(鑄鐵)屬于一般材料，加工中心切削加工性較好，選用批8mm硬質(zhì)合金立銑刀，主軸轉(zhuǎn)速取150—235r／min，進(jìn)給速度取30—60mm／min。槽深14mm，普通車

95、床銑削余量分三次完成，第一次背吃刀量8mm，第二次背吃刀量5mm，剩下的1mm隨同輪廓精銑一起完成。凸輪槽兩側(cè)面各留0．5—0．7mm精銑余量。在第二次進(jìn)給完成之后，檢測零件幾何尺寸，依據(jù)檢測結(jié)果決定進(jìn)刀深度和刀具半徑偏置量，分別對凸輪槽兩側(cè)面精銑一次，達(dá)到圖樣要求的尺寸。</p><p>　　傳統(tǒng)的盤形凸輪設(shè)計主要有圖解法和解析法，加工方法有手工畫線加工和數(shù)控銑削加工，大批量生產(chǎn)亦可采用仿形銑。圖解法直觀、簡單

96、，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復(fù)雜的程序。尤其在滾子推桿盤形凸輪設(shè)計中，對于理論輪廓曲線的等距線的編程更為復(fù)雜，以此為基礎(chǔ)的數(shù)控銑床加工也就同樣存在著編程復(fù)雜的問題。因此它的應(yīng)用也就受到了很大的限制。利用CAD軟件的強大作圖功能，可以十分方便地進(jìn)行凸輪的廓形設(shè)計，精度好效率高。本文介紹了利用CAXA系列CA

97、D/CAM軟件及圖解法進(jìn)行盤形凸輪的設(shè)計與加工。 </p><p>　　1． 盤形凸輪CAD </p><p>　　CAXA-電子圖板（下稱EB）是一個通用的二維CAD軟件，它有一個很好的功能-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。這樣就可以很容易地完成凸輪廓形曲線的設(shè)計，而無需任何形式的語言編程。下面介紹作圖法設(shè)計盤形凸輪的過程，其中的所有作圖過程完全

98、是在EB上交互作圖完成。 </p><p>　　已知推桿運動規(guī)律S、最大行程h或φmax以及升程許用壓力角[α1]和回程許用壓力角[α2]，用作圖法設(shè)計盤形凸輪輪廓有兩個步驟:先要確定凸輪基圓半徑r0，然后再求凸輪輪廓廓形。 </p><p>　　1．1 盤形凸輪基圓半徑的確定 </p><p>　　1．1．1 直動推桿盤形凸輪的最小基圓半徑 </p>

99、<p>　　首先在直角坐標(biāo)系中作曲線C </p><p>　　X=S Y=dS/dδ </p><p>　　其中S=S(δ)，δ為凸輪轉(zhuǎn)角。此曲線可用EB的公式曲線功能來實現(xiàn)。 </p><p>　　其次作兩條直線與X軸成升程許用壓力角[α1]和回程許用壓力角[α2]，且與所作曲線相切，則有交點A，那么就有OA=r0min，如圖1所示。圖1中陰影部分為凸

100、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r0=OA1 </p><p>　　1．1．2 擺動推桿盤形凸輪的最小基圓半徑 </p><p>　　由文獻(xiàn)[1]可知，先在直角坐標(biāo)系中作曲線C1 </p><p>　　X=ρcosθ Y=ρsinθ 且 ρ=L(1+dφ/dδ) θ=φ,其中擺桿的擺角φ=φ(δ)，L為擺桿的長度。 &l

101、t;/p><p>　　如圖2所示，用EB的圓形陣列畫法過O點在最大擺動角φmax做N條等分射線，與曲線的推程和回程段分別交于D、C點。再過D點做直線mm與直線OD成θ角（θ=90°-[α1]），過C點做直線nn與直線OC成θ1角(θ1=90°-[α2])，則圖2中的陰影部分為凸輪回轉(zhuǎn)中心的可行區(qū)，且O1A =r0min。以此為基礎(chǔ)將O1A及中心距a進(jìn)行圓整，就可得到基圓半徑r0=O2A。 <

102、/p><p>　　1．2 設(shè)計凸輪輪廓曲線 </p><p>　　當(dāng)確定了凸輪基圓半徑r0，并已知推桿運動規(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。 </p><p>　　1．2．1 直動滾子推桿盤形凸輪設(shè)計 </p><p>　　先作出滾子中心的理論輪廓曲線。 </p><p>

103、;　　X=(S0+S)sinδ+e·cosδY=(S0+S)cosδ+e·sinδ </p><p>　　其中， 因為工作廓線與理論廓線在法線方向的距離處處相等，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，用三點畫圓的畫法在理論輪廓曲線曲率最大的位置取三點求出ρmin，使rr=0.8ρmin。這樣一來，在EB中作出理論廓線，再用EB中的畫等距線的功能畫出工作廓線（距離

104、為rr），則完成了該凸輪的輪廓曲線設(shè)計。 </p><p>　　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 </p><p>　　根據(jù)反轉(zhuǎn)法作圖法可知，推桿平底與凸輪切點的軌跡為凸輪的輪廓曲線。此時，平面凸輪機(jī)構(gòu)壓力角與凸輪的基圓半徑及從動件的運動規(guī)律無關(guān)。基圓半徑由實際工作情況決定，其廓形曲線的解析方程為： </p><p>　　X=(r0+s)s

105、inδ+(dS/dδ)cosδ Y=(r0+s)cosδ-(dS/dδ)sinδ </p><p>　　式中S=S(δ)。 </p><p>　　1．2．3 擺動滾子推桿盤形凸輪設(shè)計 </p><p>　　已知擺桿的長度L，擺桿運動規(guī)律φ=φ(δ)。先由上述方法確定基圓r0以及中心距a。然后作出滾子中心B點的理論輪廓曲線，曲線方程如下： </p>&l

106、t;p>　　X=a·sinδ-L·sin(δ+φ+φ0) Y=a·cosδ-L·cos(δ+φ+φ0) </p><p>　　利用EB繪出理論廓線后，再確定滾子半徑rr的數(shù)值，然后做它的等距線，則為此凸輪的實際輪廓曲線。有了凸輪廓形曲線之后，再進(jìn)行其結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸標(biāo)注等工作就完成了凸輪設(shè)計。 </p><p>　　2 盤形凸輪CAM </

107、p><p>　　盤形凸輪的廓形曲線為二維曲線，可采用兩軸聯(lián)動的數(shù)控銑（或加工中心）、線切割機(jī)床加工，其加工程序可采用通用的CAM軟件自動編制。本文選用CAXA系列CAM軟件中的數(shù)控銑（MILL）及線切割（WEDM）進(jìn)行加工程序編制。 </p><p>　　2．1 CAD/CAM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 </p><p>　　CAXA-EB的圖形文件格式為*.EXB。由于開發(fā)時間的先后及