凸輪軸設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、1開(kāi) 題 報(bào) 告題目名稱(chēng) 凸輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝編制題目來(lái)源 A 題目類(lèi)型 4 導(dǎo)師姓名學(xué)生姓名 班級(jí)學(xué)號(hào) 專(zhuān) 業(yè)凸輪軸的功用是通過(guò)凸輪軸的不斷旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)氣門(mén)頂桿上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制氣門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。通過(guò)改變凸輪軸的曲線，可精確調(diào)整氣門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)間。1、課題背景和意義：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(mén)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

2、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(mén)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。2、凸輪軸的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)：2.1 凸輪軸的結(jié)構(gòu)、位置及轉(zhuǎn)動(dòng)方式凸輪軸的主體是一根與氣缸組長(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(mén)。凸輪軸的一段時(shí)軸承支撐點(diǎn)，另一端與驅(qū)動(dòng)輪相連接凸輪的側(cè)面

3、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(mén)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(mén)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(mén)的嚴(yán)重磨損、噪聲增加或是其他嚴(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。在以前的很長(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)。通過(guò)這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣門(mén)位于發(fā)動(dòng)機(jī)的頂部，即所謂的 OHV(Ov

4、erHeadValve，頂置氣門(mén)）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(mén)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)凸輪軸距離氣門(mén)較遠(yuǎn)，而且每個(gè)氣缸通常只有 2 個(gè)氣門(mén)，因此轉(zhuǎn)速通常較慢，平順性不佳，輸出功率也較低。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。按凸輪軸的數(shù)目多少，可分為單頂置凸輪軸（SOHC)和雙頂置凸輪軸（DOHC)2 種。

5、單頂置凸輪軸就只有 1 根凸輪軸，雙頂置凸輪軸有 2 根凸輪軸。底置式凸輪軸通常次用星形齒輪組（即所謂的“控制論”） ，輥?zhàn)渔溁螨X條與曲軸相連。為了控制噪聲，直徑大的凸輪軸端傳動(dòng)輪通常由塑料或4塑料固定形成一體。這種凸輪軸的成本及重量均可減少 4O，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，加工準(zhǔn)備時(shí)間由原來(lái)的幾小時(shí)縮短至幾分鐘【2】 。裝配式凸輪軸目前以較快的速度發(fā)展，主要應(yīng)用于高性能發(fā)動(dòng)機(jī)上。目前，世界上許多汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)的汽車(chē)制造廠正在越來(lái)越多使用裝配式凸

6、輪軸制造新技術(shù)，但因技術(shù)掌握的程度、方法不同，使用裝配式凸輪軸的種類(lèi)也不同。裝配式凸輪軸已發(fā)展二十多年，正大力開(kāi)發(fā)應(yīng)用復(fù)合材料，例如陶瓷材料等制造凸輪軸。隨著裝配式凸輪軸生產(chǎn)技術(shù)的提高，性能更好、成本更低、技術(shù)多樣化的裝配式凸輪軸將會(huì)涌現(xiàn)出來(lái)【3】 。1981 年 7 月，日本豐田汽車(chē)公司宣布，世界第 1 個(gè)粉末冶金技術(shù)制成粉末燒結(jié)結(jié)中空整體凸輪軸，已大量用于 IS 型直列式死缸發(fā)動(dòng)機(jī)。在汽車(chē)領(lǐng)域，中空裝配式凸輪軸新技術(shù)已在高性能的發(fā)動(dòng)

7、機(jī)上得到應(yīng)用。美國(guó)福特汽車(chē)公司的 GT 一 90 汽油機(jī)(V 型12 缸)頂置式凸輪軸，通用汽車(chē)的 LN2 汽油機(jī)(直列 4 缸)頂置式凸輪軸和 3100SFI 汽油機(jī)(V型 6 缸)頂置凸輪軸，日本日野公司的 J08C 系列柴油機(jī)(直列 4 缸和 6 缸)頂置式凸輪軸，上海通用汽車(chē)公司的別克發(fā)動(dòng)機(jī)頂置式凸輪軸，均采用中空裝配式凸輪軸【4】 。國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)凸輪軸的材質(zhì)很多，有 45 鋼、球墨鑄鐵、合金鑄鐵。目前，常使用的鑄造方法是殼型鑄造

8、，其中包括鐵型覆砂 l_5 和殼型填鐵丸兩種鑄造工藝，其他還有如消失模鑄造等【5-6】 。清華大學(xué)李雙壽等人研究了球鐵凸輪軸的激光表面處理【7，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)該技術(shù)處理之后，球鐵凸輪軸的表層由外而內(nèi)分別是熔凝層、淬硬層和基體，并且其硬度均大于58HRC，搭接處的硬度也沒(méi)有降低。AstashkevichBM 等人研究了激光表面處理在所有的鑄鐵、中碳鋼以及工具鋼中的應(yīng)用，指出材料的淬透性和硬度等都受到激光處理的一些可變參數(shù)的限制，比如能量大小、光

9、束直徑、光束形狀、掃描速度以及聚焦條件等的限制。在國(guó)外，ChernyshevAN 等人通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)灰鑄鐵和具有球狀石墨的高強(qiáng)鑄鐵不適合于使用重熔工藝來(lái)進(jìn)行表面強(qiáng)化，其原因有 3 點(diǎn)：1)產(chǎn)量大幅度降低；2)熔池內(nèi)的碳沒(méi)有完全分解，耐磨性降低；3)鎢電極消耗太大。他們指出用蠕墨鑄鐵來(lái)代替灰鑄鐵和具有球狀石墨的高強(qiáng)鑄鐵效果更好，還指出參數(shù)的變化會(huì)影響激冷層中片狀滲碳體的分布。2005 年英國(guó)哥倫比亞大學(xué) A Mitchell 教授又將以