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1、摘要发动机是汽车的核心组件，凸轮轴又是发动机的关键机械部件，凸轮轴的加工精度直接影响着发动机的性能和指标，我国已经进入了汽车时代，对汽车发动机的性能、环保（欧、欧标准的提出）要求日益严格，随着半自动、全自动凸轮轴磨床在我国的逐渐普及，加工设备已逐渐满足日趋严格的要求，随之而来的是要求有更高性能的检验设备，来监督检验和控制加工设备和工序。在凸轮轴众多参数中如化学含量、物理硬度、长度、直径等参众多参数的重中之重。凸轮升程和桃尖角度直接影响发动机气门开闭间隙大小和数都可由相关的检测手段和设备予以检测，其中测量凸轮升程和桃尖相位角度是配气效率，由此决定汽车噪声、驱动动力和尾气排放。凸轮轴测量仪就是专门
2、用于凸轮轴（或曲轴）角度和升程检测的专用精密测量仪器。测量尤其是精密测量首先要保证加工基准和测量基准的统一，结合凸轮轴的工艺特点我们采用立式结构，引入了高精度气浮主轴，很好地解决了基准统一的问题。凸轮轴测量仪的工作原理是基于计算机的采用圆光栅获取角度同时同步触发采集卡采集长光栅的数值，从而采集凸轮的轮廓数据，经过硬件滤波、软件滤波、去野值、消除偏心一系列的运算，计算出工件轮廓和理想轮廓进行对比，确定每个凸轮的升程误差、基圆误差、角度误差，最终评定整个凸轮轴是否合格。软件设计功能要模块化，便于以后的维护和新功能的加入，界面设计人性化，易于客户接受，方便客户操作，并能给出多种报告，屏幕显示报告和打
3、印报告，做到所见即所得，本文设计的程序采用模块化设计，按功能划分为不同模块，采集控制模块、数据处理打印模块、参数设置模块。本文研制的全自凸轮轴测量仪采用了业界最新理论，仪器的最终精度达到国内领先水平，升程误差2um，角度误差2um，轴颈圆度误差0.5um，实现了测量和控制的全自动，而且成功实现了商品化，对加工设备的调整和对加工工艺的改进起到了积极意义，获得了市场较好的评价。关键词： 凸轮轴 测量仪器 数据分析 发动机AbstractEngine is the heart of the automobile, the camshaft is the most importance part of
4、 the engine, So the machining precision of the camshaft directness influences the enginescape abilities, china had entered the automobile times, Engine performance an den viron mental(Euro and Euro standard proposed) protection requirements become more stringent , With semi-automatic and fully autom
5、atic cam grinding machines and CNC grinding machine with the increasing popularity in China , Processing equipment is gradually able to meet the increasingly stringent requirements ,the problem is comes ,the measuring equipment got behind ,now asked better precision measuring instrument to control t
6、he machining equipment and working procedure.Chemical content or Physical hardness or length or and diameter and or so other parameters can use special equipment to get，the cam Raising and the peach angle are the most important parameters in a large number of parameters，them Impact engine valves ope
7、n and close the gap size and The efficiency of engine valve,so The resulting decisions automobile noise, drive power and Exhaust emissions ，Camshaft measuring instrument is came into being at the request of special precision measuring instruments.Measurement with particularly precise measurement iss
8、ues the benchmark unified , the particular question is the processing of baselines and benchmarks for measuring the unified,First settlement processing and measurement baseline unified，then carry out follow-up work，We combine the characteristics of the camshaft，using High-precision air bearing spind
9、le, Solves the datum unified problem.This working Principle is angle encoder trigger Single Chip Micyoco to Acquisition Value of linear encoder,the data of cam profile through hardware filtering and digital filtering and Removal of singular value and elimination of eccentric and a series of mathemat
10、ical operations ， Analog out workpiece contours and compare with ideal profile ,To calculate error of Peach Raising and Roundness of part of the profile angle error,final judging the camshaft whether qualitied.Software design function to Modular , To facilitate future maintenance and adding new feat
11、ures ，User-friendly interface design，easy-to-accept and easy to operate,and can Offers a variety of formats of print reports, Screen display and print the report, do what you see is what you get. This process is designed using modular design，Divided into different modules according to the functions，
12、Acquisition and control module, data processing,printing module, parameter setting module.This article is developed from the camshaft Measurer with the industrys latest theory，The ultimate precision of instrument with leading level in China，cam Peach Raising error 2 microns，Angle error 2，roundness a
13、ccuracy 0.5 microns，Realization of the automatic measurement and control，To achieve the one-key figure it out. And successful coumercialization，this instrument have better effect on improving production and Processing quality ，On the setting of adjustment and improvement of the processing technology
14、 has played a positive meaning.Key words：Camshaft Measuring instrument Engine Data analysis摘要.Abstract.1.绪论.11.1 课题研究目的及意义.11.2 凸轮轴测量仪国内外研究动态.21.2.1 国外凸轮轴测量仪的现状.31.2.2 国内凸轮轴测量发展历程.42. 凸轮轴测量仪的设计.82.1 凸轮轴的作用及其简介.82.2 凸轮轴的设计.112.2.1 凸轮轴的结构特点和技术要求.112.2.2 凸轮轴的凸轮形状计.112.2.3 凸轮轴的材料选定.132.2.4 凸轮轴的数据选定.132.
15、2.5 凸轮轴的结构设计图.13 2.3 凸轮轴检测方法.142.4 凸轮轴测量仪整体设计.172.4.1 凸轮轴测量仪的测量原理.192.4.2 凸轮轴测量仪的主要组成 .192.4.3 凸轮轴测量仪的设计方案.192.5 凸轮轴测量仪的数据处理.202.5.1 凸轮桃尖的确定.212.5.2 角度基准的确定.212.5.3 凸轮升程的计算.22 2.5.4 影响凸轮轴测量精度的因素.27 3. 凸轮轴测量仪的传动.283.1 主轴箱概述.283.2 主轴箱的种类和结构.283.3 主轴箱总体设计及零件主要参数计算.293.3.1 主轴箱设计的原始依据.293.3.2 传动系统的设计与计算.
16、293.3.3 传动轴的校核.323.4 电机的选择.33 3.5 轴承的选择.34 3.6 同步带轮的设计.35 4. 传感器的选择.37 4.1 位移传感器简介及选择.374.2 角度传感器简介及选择.415. 本文总结和展望.425.1 全文总结.,.425.2 展望.435.3 致谢.43参考文献.44附录.441. 绪论1.1 课题研究目的及意义在计算机出现以前,人们采用人工测量的方法,来测量凸轮的升程图1.1为人工测量凸轮升程的示意图。铸铁平板上安装有光学分度头和光学阿贝头,光学阿贝头可在导轨上移动。在工作台上有T形槽,尾架可在T形槽中移动。在工作台上有与T形槽平行的阿贝头导轨,阿
17、贝头可在导轨上自由移动。分度头和尾架上分别有工作顶尖。在检测凸轮轴时,移动尾架,将两个顶尖孔分别顶入凸轮轴两端顶尖孔中,并固定尾架,拧紧尾架顶尖,使凸轮轴定位。在分度头顶尖和凸轮轴左端有连接装置,保证凸轮轴和分度头主轴同步转动。人工测量凸轮升程分为两个步骤:图1.1人工测量凸轮轴示意图Fig l.1sehematic diagram of the manual measurement of the camshaft第一步,测量凸轮升程的角度零位。按照凸轮设计图纸的规定,寻找图纸规定的凸轮升程的两个点,即敏感点。例如,一种汽车发动机凸轮规定,以凸轮在与两个点的升程相差3.7932mm来确定凸轮升
18、程的角度零位。人工测量时,就不停地测量凸轮左右相差的两个点的升程差值,直到这两个点的升程相差3.7932mm,就认为这两个点分别为和，从而确定凸轮升程的角度零位。第二步,测量凸轮升程。转动凸轮轴,测量凸轮基圆半径。然后,以凸轮升程的角度零位为起点,根据凸轮升程表的角度间隔转动到规定的角度,读取测头读数。最后,以所得读数与基圆半径的差作为凸轮在各个角度的升程值。对人工测量凸轮轴的方法进行分析,可知会引入三个方面的误差:一是测量基准与使用基准不统一引入的系统误差,发动机凸轮轴轮廓形状的加工是以凸轮轴两端的顶针孔为基准,凸轮轴的测量也是以凸轮轴两端的顶针孔为基准,凸轮轴的测量基准和加工基准相一致。但
19、是,凸轮在工作时,由于各轴颈支承在箱体上,即以各轴颈表面为基准。这样,凸轮的测量基准和使用基准是不统一的。人工测量时无法进行数据处理,这就带来较大的测量系统误差。二是确定凸轮升程的角度零位不准确引入的系统误差,由于测量按照敏感点来确定凸轮升程的角度零位,敏感点的加工误差和仪器自身在敏感点的测量误差将严重影响凸轮升程角度零位确定的准确性。三是确定凸轮基圆半径不准确引入的误差,由于测量基准和使用基准的不统一以及凸轮轴弯曲的影响而引起凸轮基圆偏心。从而使凸轮基圆半径的测量存在较大的误差,这个误差将直接计入凸轮升程的测量值。人工使用光学分度头、阿贝头进行凸轮轴检测,检测效率非常低,约需要三个熟练计量检
20、测人员两个工作日才能测量一根凸轮轴;人工测量的重复精度较差,只能达到约士5um;无法进行数据处理工作,不能满足最小条件，因此测量的系统误差很大。因此,开发一台测量精度好,效率高,能够满足用户需要的全自动凸轮轴测量仪产品是十分必要的。而本课题以凸轮轴测量仪所具有的高精机械结构为基础,采用全新的数据处理方法,利用计算机数控技术,完成测量与控制系统的开发,实现凸轮轴各项参数的测量功能。1.2 凸轮轴测量仪国内外研究动态凸轮轴测量是比较尖端的精密测量，因其特殊性，对硬件和数据处理算法都有着很高的要求；凸轮轴和其他的轴类又有很大的不同，其理想轮廓设计值是以 1、0.5更有的是 0.25给出的离散值，没有
21、可对应的函数或公式，其原型是起码三次B 样条函数，测量和处理数据的每周起码 360 个值，数据量非常大。目前，没有国家标准和规程对数据处理提出要求，因而各个厂家的数据处理方法都不尽相同，最后得到的结果也不很一样，这使验收仪器时非常麻烦。前些年由于机加工行业对加工精度要求不是很高，凸轮轴测量仪市场需求较少，因而很少有厂家或研究机构投入很大的精力、人力和资金去开发研制凸轮轴测量仪，目前，国内外比较有名的凸轮轴测量仪生产厂家仅有两三家，而国外的凸轮轴测量仪价位较高，一台中档的全自动凸轮轴测量仪大概在 300 万元人民币左右，一台高档的全自动凸轮轴测量仪甚至达到 500 万元以上，因此在国内的市场占有
22、率不是很高。1.2.1 国外凸轮轴测量仪的现状目前在全世界范围内生产凸轮轴测量仪器的厂家不是很多，其中美国 Adcole 公司凭借着强大的软件修正功能，德国霍梅尔公司凭借着德国扎实、精良的机械工艺，在行业中具有领先地位，目前，由于我国没有凸轮轴测量仪的国家标准和规程，美国Adcole 公司的凸轮轴测量仪实际上已经是潜在行业标准。我国的凸轮轴测量仪在初次校验和验收时，厂家一般以在国产仪器上测量的凸轮轴结果与在美国 Adcole 公司上测得的凸轮轴结果相对比，如果两者能对应上，意味着仪器很容易被厂家认可，否则厂家很难认可、验收仪器的。凸轮轴测量在国外起步较早，国外从20世纪60年代中期开始研制凸轮
23、轴测量仪，现在已经做到了全自动测量控制，自动化程度较高，测量过程基本勿需人工干预，整套仪器的功能很强大，其主要功能有：凸轮轴各个轴颈误差（圆度，跳动，偏心，偏心角度）、圆柱度、同轴度。凸轮轴各个凸轮 圆周轮廓形线（包括基圆段和升程段）误差、各个桃型轮廓最大升程、桃尖所在角度、各个桃型轮廓高度、相邻误差、上升段和下降段的最大误差及角度；凸轮轴的键槽（或定位销）与参考桃之间的相位角度；凸轮轴的各个桃型基圆的半径误差和跳动误差；凸轮各个轴颈相对仪器的轴线或工件轴线的偏心度；凸轮桃尖形线的直线度及桃尖相对于基准轴的平行度；径向绝对尺寸测量，轴颈直径；未知凸轮轮廓的测绘功能；自主编程、测量自学习功能；具
24、有显示理论升程表的升程曲线的功能；计算凸轮桃形的速度和加速度曲线功能；桃形公差带显示功能；直角坐标和极坐标显示打印测量结果功能；大多凸轮轴测量仪整体上采用计算机技术下的圆光栅和长光栅系统，为了适应快速测量、多功能、符合凸轮轴测量的最小原理，主流仪器都采用了立式结构。为减少温度和内应力的影响，仪器基础机构多采用花岗岩平板、花岗岩导轨或气浮导轨，为保证仪器精度，采取了一些特殊措施，如采用零膨胀光栅或激光干涉仪作为直线传感器；长光栅测杆采用测量臂应变测量技术消除测量臂自重变形影响，或采用空气静压轴承限制测杆的倾斜、弯曲、扭摆等变形提高其线性度；采用电控测量力控制技术保证测力恒定等等；仪器测量速度大大
25、提高，测量单个凸轮的时间约 30 秒钟；仪器配备多种软件，使其不仅能测量凸轮轴还能测量具有回转中心零件的圆度、同轴度、直线度、垂直度等等，有的厂家还融合了测量曲轴的功能，形成全自动凸轮轴曲轴测量仪，有的融合和圆度、圆柱度仪功能形成功能强大的圆度仪或曲轴凸轮轴综合测量仪。1.2.2 国内凸轮轴测量发展历程凸轮轴测量在我国还是比较新的行业，早些年国内机加工行业对机械加工的要求不是很高，机械加工的产品通常只经过简单的手工计量有的甚至根本不经过任何计量、检验就直接进入下一道工序，而现在随着我国的产品升级换代，技术、环保和节能意识的日益加强，粗放的加工方式和原始的计量方式越来越不能满足日益严格的要求，半
26、自动、全自动的测量和评价系统越来越多的在生产中投入使用，专用的测量仪也在机加工行业广泛应用；例如：测量具有回转中心工件圆度、圆柱度的圆度仪；测量工件形位公差的三坐标测量仪，投影仪等等；凸轮轴加工行业半自动、全自动凸轮轴测量仪的使用在很大程度上解放了人力，又能真实客观地反映工件的加工精度，有利于工人及时调整加工设备，改进加工工艺。国内凸轮轴测量行业在汽车行业的带动下，近些年有了起色，但因为原理材料及其他原因，水平和国外还有不少的差距，国内行业从业者也深感压力和任务艰巨，通过努力，最近几年生产出的凸轮轴测量仪在数据处理上和全自动控制上虽和国外先进仪器有些差距，但已经在精度和其他方面与国外仪器有了竞
27、争的实力，给国外的仪器厂家带来了不少的压力，在价格上比以前也有了松动，行业人员的不懈努力也为我国的精密测量仪器事业做出了贡献。我国的凸轮轴加工行业虽然起步晚，但随着最近几年汽车行业的异军突起，凸轮轴加工业也迅猛的发展起来，凸轮仪测量仪也得以发展起来。目前，国内也有几家凸轮轴测量仪厂家，但由于复杂的原因这和其他精密测量仪器的现状是一样，市场占有率也不高。最近几年机械加工在国内经过了爆炸式的发展，虽然和国外的差距在减少，但其差距还是客观存在的，其表现在：首先是基础材料的差别，材料是一切仪器的根本,电气和软件全要靠它工作更要靠它保证精度和效率，材质看似相同但其失效的工艺和失效时间的长度也有差别，再就
28、是加工水平的不同；还有测量水平的差别（其中包含测量仪器的差距）。这些就造成了仪器组装后的整体精度、可靠性、稳定性等各方面的差异，也是与国外仪器差距之所在。近年来由于美国为首的国家对我国的高技术出口的放松，前些年对中国禁止出口的五轴联动和其他高精度加工设备现在也能进口，高精度的加工设备的应用在一定程度上保证了加工精度，但检验手段的匮乏同样是影响中国整体工业水平提高的瓶颈。纵观我国凸轮轴测量大概可分为三个阶段：第一个阶段：手工测量阶段手动检测方式示意图，如图 1.2 所示，其方法是在调平的大理石平台或铸铁平台上放两个同样的 V 形铁，把待检凸轮轴放在 V 形铁上，轴颈做为测量基准，用千分表来读取凸
29、轮的升程，因其设计基准、加工基准、装配基准、测量基准四基准的不统一所带来的误差不能被消除，因全靠手工测量，人员带来人为误差也没办法消除，这种方法只能粗略的得到凸轮升程和桃形角度，很粗糙的评价凸轮轴加工的情况。凸轮轴理想升程一般是在升程段按 1或 0.5甚至是 0.25给出，普通的汽车凸轮轴一般有四到八个轴径和八到十二个桃形，如果只测量桃形，按每根凸轮轴有 8个凸轮，每个凸轮以 180为升程段，每度 1 个数据计算，测一根凸轮轴要 8*180=1440个数据，人工手工方式测量一根凸轮轴，其工作量之大、任务之繁重是可以想像的，以前的凸轮轴检测人员都有这样的感慨，很难检测到一个合格的凸轮，更别说检测
30、到一根合格的凸轮轴了。但这种简陋粗糙的测量在当时阶段也起到了很大的作用，这种比较简陋、粗糙的检测比根本没有检测明显上了一个台阶，从无法进行质量控制到能简单粗糙的指导工人调整加工设置，指导加工工艺，对产品质量的保证起到一定的作用。图 1.2 手动检测方式示意图第二阶段：卧式凸轮轴测量仪卧式凸轮轴测量仪，如图 1-3 所示，这种凸轮轴测量仪的结构是，大理石工作台或铸铁平板、圆光栅、主顶尖（安装圆光栅带动工件旋转的顶尖）、辅顶尖、电感传感器或阿贝头、计算机、打印机。用采集卡或单片机采集数据，计算机分析数据，在这一阶段，有的公司融入了自动控制技术，实现了自动进位自动测量的功能，还有的公司把单片机技术应
31、用到凸轮轴测量仪中，使得采集、控制和计算机彻底脱离开来，提高了仪器的抗干扰能力，这种形式的凸轮轴测量仪统一了加工基准和测量基准，达到了最小原理的要求，但它的最大的弱点是用滚珠轴承作为旋转中心，这在很大程度上限制了凸轮仪的精度，另一局限是卧式设计本身带来的硬伤，凸轮轴一般是 1：40 的长轴，虽然有一定的刚度，但卧式装夹方式会把重力和两顶尖的压力叠加在一起，造成凸轮轴的变形，哪怕是轻微的，也会给测量带来很多不确定性，很难保证凸轮轴的中心线和仪器的中心线的重合，不能满足测量基准和加工基准的统一；这种仪器虽然能用消偏心等算法对数据进行优化处理，减少系统和原型带来的误差，但使用时间一长随着密珠主轴的磨
32、损，其精度的降低，造成仪器自身精度根本无法保证，更别说其检测的凸轮轴的质量了。此阶段计算机代替人工检测凸轮轴，大幅度提高了检测效率，减轻了测量人员的劳动强度，一根凸轮轴的检测时间从原来的三人两天提高到约一人一小时。这种结构的凸轮轴测量仪在国内还是存在的，其凭借价格的优势也有一定的市场，同时，在客户刚购买测量仪时，其测量精度一般都能满足要求，但时间长了随着主轴精度的磨损精度就很难保证。但这种仪器的出现也具有重要意义，它使国内的凸轮轴测量仪上了一个大的台阶，由人工手动测量升级到了借助计算机的自动测量，解放了人力也减少了人为误差，为凸轮轴的质量保障提供了支持，为汽车行业的发展也做出了贡献。但其最核心
33、的装夹方式和主轴得不到改善，这种结构的仪器很难达到国外先进仪器的水平。图 1.3卧式凸轮轴测量仪第三阶段 立式结构测量方式这种测量方式是现阶段主流方式，美国 Adcole 公司凸轮轴测量仪和德国霍梅尔公司凸轮轴测量仪都是采用这种方式，程序上进行了偏心归算等数据处理，剔除了凸轮基圆偏心和凸轮轴弯曲带来的误差，解决了凸轮检测安装基准与设计基准的统一问题，大大降低了凸轮升程测量的系统误差，使凸轮检测精度提高近一个数量级，也使凸轮检测发生了质的飞跃。本论文课题所研究的就是此种方式的凸轮轴测量仪，这种凸轮轴测量仪遵循凸轮轴的设计基准、加工基准、测量基准的统一，满足测量的最小条件，最大程度地减少了各种基准
34、不统一所带来的误差，利用了最新的科技成果，较大程度的解放了人力，减少了人为因素带来的误差。如图1.4图1.4立式凸轮轴测量仪第二章 凸轮轴测量仪的设计2.1 凸轮轴的作用及其简介凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同），不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是采用锻件的。由于气门运动规律关系到一台发动机的动力和运转特性，因此凸轮轴设计在发动机的设计过程中占据着十分重要的地位。简单来说，凸轮轴是一根有多个圆盘形凸轮的
35、金属杆。这根金属杆在发动机工作中起到什么作用？它主要负责进、排气门的开启和关闭。凸轮轴在曲轴的带动下不断旋转，凸轮便不断地下压气门（摇臂或顶杆），从而实现控制进气门和排气门开启和关闭的功能。 图2.2四冲程的工作循环。吸、压、暴、排。不同时刻进气，排气的需要也不同。需要控制气门的开闭时间。 凸轮轴的凸轮就是挤压气门顶杆下行从而开启气门的。 在发动机中，混合气爆炸做功，活塞下行。活塞连杆带动曲轴转动。曲轴把转速和扭矩传递给变速箱。同时曲轴通过正时皮带（或正时链条）带动凸轮轴转动。曲轴转两圈，凸轮轴转一圈。凸轮轴有两个，一个排气一个进气。凸轮轴特点：（1）凸轮轴几乎位于发动机润滑系统的末端，因此润
36、滑状况不容乐观。如果机油泵因为使用时间过长等原因出现供油压力不足，或润滑油道堵塞造成润滑油无法到达凸轮轴，或轴承盖紧固螺栓拧紧力矩过大造成润滑油无法进入凸轮轴间隙，均会造成凸轮轴的异常磨损。（2）凸轮轴的异常磨损会导致凸轮轴与轴承座之间的间隙增大，凸轮轴运动时会发生轴向位移，从而产生异响。异常磨损还会导致驱动凸轮与液压挺杆之间的间隙增大，凸轮与液压挺杆结合时会发生撞击，从而产生异响。（3）凸轮轴有时会出现断裂等严重故障，常见原因有液压挺杆碎裂或严重磨损、严重的润滑不良、凸轮轴质量差以及凸轮轴正时齿轮破裂等。（4）有些情况下，凸轮轴的故障是人为原因引起的，特别是维修发动机时对凸轮轴没有进行正确的
37、拆装。例如拆卸凸轮轴轴承盖时用锤子强力敲击或用改锥撬压，或安装轴承盖时将位置装错导致轴承盖与轴承座不匹配，或轴承盖紧固螺栓拧紧力矩过大等。安装轴承盖时应注意轴承盖表面上的方向箭头和位置号等标记，并严格按照规定力矩使用扭力扳手拧紧轴承盖紧固螺栓。发动机是汽车的核心功能组件，凸轮轴又是汽车发动机的关键零部件，其质量对发动机的性能特别是发动机功率、凸轮挺杆摩擦副的寿命、配气机构的工作状态都有很大的影响，因此，凸轮轴的加工精度直接影响发动机的性能和指标。我国已经进入了汽车时代，对汽车发动机的性能、环保（欧、欧标准的提出）、能耗、噪音要求日益严格，对汽车发动机凸轮轴的加工精度要求更加严格，同时，对凸轮轴
38、的检测提出了更高的要求。典型汽车发动机凸轮轴主要由若干凸轮、轴颈、键槽（有的是在顶端的定位孔、或在轴颈上的定位平面）、顶尖孔，以及其他要素（齿轮、偏心轮.）组成，四缸发动机凸轮轴示意图，如图 2-1 所示，由五个轴颈、八个凸轮(其中四个排气凸轮，四个进气凸轮)、定位键槽组成。图 2.1 发动机凸轮轴示意图凸轮轴是发动机配气机构的一部分，发动机通过链条把曲轴的转动传递给凸轮轴，凸轮轴在工作过程把运动通过进气凸轮和排气凸轮传递给气门，气门在进气凸轮和弹簧的作用下按严格的时序定量开启和关闭，使新鲜的可燃混合气体定时定量进入发动机汽缸中，活塞的定时挤压使可燃混合气体点火爆发、做功，产生动力，带动连杆运
39、动，驱动汽车运动，气门在排气凸轮和弹簧的作用下将燃烧后的废气排出汽缸，这样通过一组进气凸轮和排气凸轮的配合工作实现了发动机一个缸体的工作，发动机的所有缸体同时工作，从而实现发动机的连续工作，产生持续动力，实现汽车的持续运动。凸轮升程是专用术语，用于表示凸轮轴在发动机机构中在某一角度时从动件的工作位移，它直接关系到该角度气门的开合大小，是决定发动机性能的关键参数之一；凸轮因其外形像桃形，俗般桃形，其最大升程值又称为桃尖，凸轮相位角度，就是凸轮的最大升程值即桃尖位置和参考定位机构（有的是键槽、有的是在顶端的定位孔、有的是轴颈上的定位平面）之间的夹角。凸轮轴在发动机内部工作过程中真正起作用的是凸轮，
40、确切的说是凸轮的升程和凸轮的相位角度，而不是其外部实际轮廓，更不是凸轮轴上的轴颈，轴颈仅是凸轮轴安装和凸轮的工作基准，其中，升程决定了从动件运动位移的大小，相位角度决定了从动件运动的时刻，升程和相位决定着凸轮轴的质量，是凸轮轴检测的两个核心参数。解决凸轮轴检测问题，特别是凸轮升程和相位角度的测量问题，稳定和提高凸轮轴生产质量，提高加工精度，一直是汽车生产企业关注的重点之一。2.2 凸轮轴的设计2.2.1 凸轮轴的技术要求1）支承轴颈的尺寸精度及各支承轴颈间的同轴度。3）凸轮轴基面的尺寸精度和相对于支承轴颈的轴线的同轴度。4）凸轮的位置精度。5）凸轮的形状精度。2.2.2 凸轮轴的凸轮形状设计1
41、） 进气凸轮的升程（回程）的设计将进气凸轮的升程（回程）定为14mm,基圆直径取为60mm。根据教材机械原理第七版中第九章凸轮机构及其设计的第二节推杆的运动规律，可确定本课题中的推杆为正弦加速度运动，因为是为了避免推杆在运动中发生冲击，不仅如此，发动机中的轴的运动速度较高，均有柔性冲击，而正弦加速度运动，因为没有加速度突变的现象，不存在柔性冲击，具有较好的运动性能，因此可在高速下应用。根据机械原理第三节凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线设计方法是解析法，凸轮廓线设计方法的基本原理是反转法，在由于是正弦加速度运动，升程（回程）值为14可作出推杆的运动轨迹计算如下：凸轮的推杆升程（回程）的具体数据如下表2-2。 （2.1） （2.2） （2.3）(为推程运动角，为回程运动角）； （2.4）令，得 （2.5）式中位移应该分段计算a 推程阶段 （2.6） ； b.回程阶段 （2.7） 取计算间隔为1度，将以上各相应值带入公式计算凸轮轮廓上各点的坐标值。具体数据见下表：凸轮升程表表2.22.2.3 凸轮轴的材料选定由于发动机工作时，凸轮轴承受气门开启的周期性冲击载荷。所以，要求凸轮轴和支承轴颈表面应耐磨，凸轮轴本身应具有足够的韧性和刚性。为此，凸轮轴的主要工作表面需经热处理。因为凸轮轴在加工时需要较强的加工性和经济性,并且对它的硬度也有较大的要求,因此选定凸轮轴的材料为煅
