汽车气门
凸轮轴的设计
1.引言
凸轮轴是内燃机配气机构中的重要部件，用来驱动气门的开与关并决定气门升程变化规律。它直接影响着燃烧的进行，因此影响着发动机性能，燃油经济性和排放等环节；而且由于凸轮型线在机构中造成很大的加减，相应地造成很大的惯性力以及由此带来的动负荷，磨损，振动，噪声等问题。由此可见，凸
轮轴的设计是内燃机设计的一个重要环节。
2.凸轮轴的总体布置
凸轮轴的布置取决于发动机总体的布置和机体的外形尺寸，因此在选择时要进行周密分析.凸轮轴由曲轴驱动，因此希望尽可能缩短凸轮轴和曲轴之间的距离.有的发动机布置在接近曲轴的气缸体下部，称为下置式凸轮轴.另一类是凸轮轴位置于气缸盖上，称为顶置凸轮轴式。顶置凸轮轮轴式按其凸轴是否直接作用于气门组又可分成凸轮轴直接驱动气门和凸轮轴带动摇壁而驱动气门两种型式。
顶置凸轮轴式的配气机构其总布置特点是：
(1)总体布置比较紧凑，但高度较大；
(2)零件数较少，减少了运动件的惯性质量，适于高速下工作。
(3)刚性好，自振频率较高，气门运动规律与凸轮外形所规定的运动规律接近，
(4)凸轮作用于气门导管上的侧压力大(凸轮轴直接驱动气门的)，气门导管与气门杆易磨损从而造成窜漏机油并增加积碳；
(5)凸轮轴的驱动比较复杂。
另一类是凸轮轴置于气缸体或上曲轴箱上，称为下置式凸轮轴。下置式凸轮轴的配气
机构其凸轮铀通过挺柱、推杆、摇臂来驱动气门(图11—5)。这种配气机构其总布置特点是：
(1)凸轮轴的驱动较简单，安装调整容易.
(2)气门与气门导管几乎不受侧压力.
(3)适宜于系列化，大量生产；
(4)整个系统的刚度不如顶置式凸轮轴
下置凸轮轴式的配气机构由于它的突出优点而被各种内燃机广泛采用。但在具体内
燃机上究竟采用哪种型式，这要取决于整个内燃机的总体布置要求、使用场合，以及传
统的生产方式等。
3.凸轮轴总成
凸轮轴总成由凸轮轴，凸轮型线和信号轮组成；如下图示；
凸轮轴总成图
4.凸轮轴工作环境：
凸轮与从动件在高接触应力下循环工作，因此要有足够的抗接触疲劳和抗擦伤能力。发动机的最高爆发压力是一个必须要考虑的影响应力水平的参数；另外机油的润滑和机油温度和发动机所处的环境温度也是凸轮轴工作环境所要考虑的因素。以00001028和00001031为例，其最高爆发压力90bar，最高油温150°C，环境温度-30°C~45°C. 5.设计理念
一般性设计理念。比如在保证强度，硬度等技术要求的条件下，应当尽可能降低零件重量等等。在00001028和00001031的设计中，零件的重量是
2.5±0.2kg;
通用性设计理念。在设计过程中，尽量使零件通用于一个同一系列不同发动机，这样既能节省工作量，又可大幅度降低成本。
凸轮轴是配气机构的主要驱动零件，必须正确设计．为此提出如下要求：
(1)正确配置各缸的进、排气凸轮的位置，保证内燃机正常运转.
(2)根据总布置情况和允许的弯曲变形要求正确确定支承轴颈数及其直径的大小；
(3)凸轮与轴颈表而应有一定的硬度，保证耐磨性。
6.设计参数的确定
凸轮轴的轴向布置取决于内燃机的总布置。支撑轴颈数对气门机构刚度有明显影响，多数内燃机用全支撑凸轮轴(每缸之间都有凸轮轴)。
凸轮轴各凸轮的周向角的位置决定于各缸的点火顺序和配气正时。后者一般是经过热力学开
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