嵌套式凸轮轴的研究

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[摘 要]本文罗列了凸轮轴常用的加工方法，重点探讨了嵌套式凸轮轴结构、装配等问题，最后得出嵌套式凸轮轴还有足够的成长空间。

[关键词]凸轮轴 嵌套

中图分类号：U464.134+. 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0296-01

1 前言

凸轮轴是发动机配气系统中的一个重要零部件，负责驱动气门按时开启和关闭，配合发动机工作时吸入新鲜空气，并及时将燃烧后的废气排出，要求凸轮轴既要有一定的韧性又要有很高的耐磨性。凸轮轴的设计和加工一定程度上影响着发动机的性能。

目前，业内加工凸轮轴的方法有两种，一种采取整体锻造或铸造，然后机械加工；还有一种就是把凸轮轴分割成不同的零部件，先分别加工各零部件然后再组合工成完整的凸轮轴。组合式凸轮轴发展前景极其广阔，本文重点探讨嵌套式凸轮轴。

2 现有凸轮轴加工技术

2.1 整根凸轮轴的机械加工

凸轮轴的主体是一根与汽缸组长度相同的圆柱形棒体，包括芯轴、支承轴颈、进排气凸轮、偏心轮、驱动发动机辅助装置的齿轮和正时齿轮轴颈等几个部分（图1）。

传统的凸轮轴加工工艺一般分为以下几个阶段：粗加工（粗车轴颈、凸轮等）、半精加工（粗磨轴颈、凸轮等）精加工（精磨轴颈、凸轮等）、光整加工（抛光轴颈、凸轮）。

现代加工艺过程：一般只有精加工（车轴颈、铣凸轮等）和精加工（清磨轴颈、凸轮等）两个阶段，在保证零件加工质量的同时，大大提高了生产效率，降低了生产制造成本。

由于凸轮轴结构细长，存在受力变形、表面残余应力变形以及热处理变开，常常完成一道工序就要校直一次，极其繁琐；其次，凸轮、偏心轮等杂表面的尺寸、形状和相互位置精度要求高，因此加工难度很大。

2.2 组合式凸轮轴加工

其关键技术都是针对凸轮或其它功能件与轴的连接方式上，如热套法、内部高压成形法、管内滚压扩张法、滚花连接法等。其优点是各个功能件可分别加工，其缺点是实施方法结构工艺复杂，或各部件组装达到要求精度存在一定的困难[1]。

3 嵌套式凸轮轴

嵌套式凸轮轴是组合式凸轮轴的一种，力求实施方法工艺更简单、更实用。

3.1 嵌套凸轮轴结构功能件

按功能，凸轮轴结构功能件区分为芯轴、正时齿轮轴套、端轴承套、凸轮、支承轴套、定位套、键销、尾轴承套等（图1）。

芯轴为圆柱棒形，其长度方向设键槽，用来装配其它的功能结构件。芯轴两端设螺孔，通过螺钉紧固装配正时齿轮轴套和尾轴承套。

正时齿轮轴套、端轴承套、凸轮、支承轴套、定位套、尾轴承套等功能结构件的内孔均设键槽（图2-图4）。进气凸轮和排气凸轮相位角的变化，通过改变各自中心内孔的键槽位置来实现（图5）。

显然，各个功能结构件分别加工完成，即根据具体情况，不同功能结构件可采用不同材质或热处理工艺加工完成，充分发挥柔性加工的优势。

3.2 嵌套凸轮轴装配

装配时，首先嵌套正时齿轮轴套，并用紧固螺钉紧固，然后依次嵌套端轴承套，定位套，进气凸轮，定位套，排气凸轮，定位套，支轴承套……，最后嵌套尾轴承套，并用紧固螺钉紧固。

正时齿轮轴套或尾轴承套与芯轴也可以反螺纹的方式紧固，即在所述芯轴的端外圆、正时齿轮轴套和尾轴承套车反螺纹。

与其它组合式凸轮轴实施方法相比较，嵌套工艺是最简单的，相邻功能结构件间的距离以定位套的长度得到有效严格的控制。

4 结论

组合式凸轮轴与整根棒材加工凸轮轴比较，组合式结构更科学，各个功能结构件可分别加工，性能上很容易实现绝佳配合，而嵌套式凸轮轴是原本复杂繁琐的实施方法结构工艺大大简化。

参考文献

[1] 龙建勇.合金钢凸轮轴的加工工艺[J].MC现代零部件.2011年第4期.

[2] 张驰，杨慎华，寇淑清.装配式凸轮轴生产工艺及应用[J].汽车技术.2004年第1期.

[3] 徐志江，朱国富，沈建英等.嵌套凸轮轴.中国，200820171447.5[P].2009.12.16.