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凸輪軸

凸輪軸

凸輪軸

凸輪軸是活塞發動機裡的一個部件.它的作用是控制氣門的開啟和閉合動作.雖然在四沖程發動機裡凸輪軸的轉速是曲軸的一半(在二沖程發動機中凸輪軸的轉速與曲軸相同)_不過通常它的轉速依然很高_而且需要承受很大的扭矩_因此設計中對凸輪軸在強度和支撐方面的要求很高_其材質一般是特種鑄鐵_偶爾也有采用鍛件的.由於氣門運動規律關系到一台發動機的動力和運轉特性_因此凸輪軸設計在發動機的設計過程中占據著十分重要的地位.

構造

凸輪軸的主體是一根與汽缸組長度相同的圓柱形棒體.上面套有若干個凸輪_用於驅動氣門.凸輪軸的一端是軸承支撐點_另一端與驅動輪相連接.

凸輪的側面呈雞蛋形.其設計的目的在於保證汽缸充分的進氣和排氣_具體來說就是在盡可能短的時間內完成閥門的開、閉動作.另外考慮到發動機的耐久性和運轉的平順性_氣門也不能因開閉動作中的加減速過程產生過多過大的沖擊_否則就會造成氣門的嚴重磨損、噪聲增加或是其它嚴重後果.因此_凸輪和發動機的功率、扭矩輸出以及運轉的平順性有很直接的關系.

一般來說直列式發動機中_一個凸輪都對應一個氣門_V型發動機或水平對置式發動機則是每兩個氣門共享一個凸輪.而轉子發動機和無閥配氣發動機由於其特殊的結構_並不需要凸輪.

位置

在以前很長的一段時間裡_底置式凸輪軸在內燃機中最為常見.通常這樣的發動機中_氣門位於發動機的頂部_即所謂的OHV(OverHeadValve_頂置氣門)式發動機.此時通常凸輪軸位於曲軸箱的側面_通過配氣機構(如挺桿、推桿、搖臂等)對氣門進行控制.因此底置式凸輪軸一般也叫側置式凸輪軸.由於在這樣的發動機中凸輪軸距離氣門較遠_而且每個氣缸通常只有兩個氣門_因此轉速通常較慢_平順性不佳_輸出功率也比較低.不過這種結構的引擎輸出扭矩和低速性能比較出色_結構也比較簡單_易於維修.

現在大多數量產車的發動機配備的是頂置式凸輪軸.頂置式凸輪軸結構使凸輪軸更加接近氣門_減少了底置式凸輪軸由於凸輪軸和氣門之間較大的距離而造成的往返動能的浪費.頂置式凸輪軸的發動機由於氣門開閉動作比較迅速_因而轉速更高_運行的平穩度也比較好.較早出現的頂置式凸輪軸結構的發動機是SOHC(Single Over Head Cam_頂置單凸輪軸)式發動機.這種發動機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(進氣一到兩個_排氣一個)_高速性能受到了限制.而技術更新一些的則是DOHC式(Double Over Head Cam_頂置雙凸輪軸)發動機_這種發動機由於配備了兩根凸輪軸_每個汽缸可以安裝四到五個氣門(進氣二到三個_排氣二個)_高速性能得到了顯著的提升_不?.與此同時低速性能會受到一定的影響_結構也會變得復雜_不易維修.

分類

按凸輪軸數目的多少_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_直接驅動進、排氣門_它具有結構簡單_適用於高速發動機.以往一般采用的側置凸輪軸_即凸輪軸在氣缸側面_由正時齒輪直接驅動.為了把凸輪軸的轉動變換為氣門的往復運動_必須使用氣門挺桿來傳遞動力.這樣_往復運動的零件較多_慣性質量大_不利於發動機高速運動.而且_細長的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.

頂置雙凸輪軸是在缸蓋上裝有兩根凸輪軸_一根用於驅動進氣門_另一根用於驅動排氣門.采用雙頂置凸輪軸對凸輪軸和氣門彈簧的設計要求不高_特別適用於氣門V形配置的半球形燃燒室_也便於和四氣門配氣機構配合使用.

故障:

凸輪軸的常見故障包括異常磨損、異響以及斷裂_異響和斷裂發生之前往往先出現異常磨損的症狀.

(1)凸輪軸幾乎位於發動機潤滑系統的末端_因此潤滑狀況不容樂觀.如果機油泵因為使用時間過長等原因出現供油壓力不足_或潤滑油道堵塞造成潤滑油無法到達凸輪軸_或軸承蓋緊固螺栓擰緊力矩過大造成潤滑油無法進入凸輪軸間隙_均會造成凸輪軸的異常磨損.

(2)凸輪軸的異常磨損會導致凸輪軸與軸承座之間的間隙增大_凸輪軸運動時會發生軸向位移_從而產生異響.異常磨損還會導致驅動凸輪與液壓挺桿之間的間隙增大_凸輪與液壓挺桿結合時會發生撞擊_從而產生異響.

(3)凸輪軸有時會出現斷裂等嚴重故障_常見原因有液壓挺桿碎裂或嚴重磨損、嚴重的潤滑不良、凸輪軸質量差以及凸輪軸正時齒輪破裂等.

(4)有些情況下_凸輪軸的故障是人為原因引起的_特別是維修發動機時對凸輪軸沒有進行正確的拆裝.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.安裝軸承蓋時應注意軸承蓋表面上的方向箭頭和位置號等標記_並嚴格按照規定力矩使用扭力扳手擰緊軸承蓋緊固螺栓.

關鍵詞:氣門 頂置凸輪軸 單頂置凸輪軸 雙頂置凸輪軸