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1、1.1 凸轮轴工艺设计的概述凸轮轴零件设计的任务是让我们综合运用我们所学的机械设计基础、数控编程、CAD技术、机械制图、机械制造原理、机械加工、机械制造工艺等学问，来完成凸轮轴零件的三维造型设计、凸轮轴零件工艺规程文件编制、相关数控程序编制和相关夹具的设计。通过这一环境的训练，使我不但更加深化了解毕业设计的基本理论、基本学问、而且学会运用这些理论、基本学问去了解解决工程中的问题。这次毕业设计的目的就是要对机械零件的加工设计制造过程有所了解，也是为了巩固所学的关于机械设计加工的理论学问,培育分析和解决问题的实力,提高自己的设计实力和创新设计实力。1.2 凸轮轴设计的作用在进行凸轮轴工艺设计的时候
2、勇于创新，从这个过程中可以学到很多东西。凸轮轴是一个比较困难的曲轴，也是一个精密零件，所以在各方面加工要求都比较高，在加工以前要对凸轮轴零件材料加以精细选择，作为以后加工的基础，设计加工时对该件的尺寸规格要求都相当严格，每进行一步都要慎重考虑。这次设计将运用计算机协助制图软件，优化设计。在提高生产效率、提高产品质量的前提下，寻求最好的工艺方案，以至于削减生产过程中的成本。这些将在工艺和编程上得到体现。它的尺寸要求也比较严格，每一个凸轮的角度都要限制在公差范围内。但是还有一些困难的问题得到改善，在工艺规程设计方面也欠佳，编程方面也不是很完好以及其他地方还存在很大的问题。这次设计将我所学学问融会贯
3、穿，让我提高了很多。1.3 凸轮轴设计的结果和意义这样的一次毕业实践设计，让我们进一步培育了自己分析总结利表达实力，也巩固，深化了在设计过程中所获得的学问，也是对我们以往所学学问的一个考验。它是通过对相关课程的内容进行有机融合，使课程内容与岗位实力的培育紧密结合，使我们在毕业实践与设计过程中，能把所学的学问与岗位实践联系起来，达到岗位的要求。通过毕业设计让我明白，自己在哪些方面还是薄弱的，欠缺的。借此机会再仔细地补一下，在以后的学习和工作中留意这些。积少成多，让我明白学习的重要性，勇于置疑让我明白只有在不断的发问中才能增长自己的见识，学以致用更是驾驭学问，技巧的基础，现学现用更能巩固所学学问。
4、1.4 凸轮轴加工的有关定义升程(Lift)一随动件与凸轮凸角相接触进行直线运动的总量.端部(NoSe)一凸轮轴的尖端，随动件升程最大处，凸轮上升曲线的最大半径与最小半径之差。我们给定代号为h,单位是亳米。基圆(BaSeCirCle)一凸角上将零升程传递给随动件的区域。侧面(FIank)一凸轮轴上引导至并离开凸轮轴端部的大致扁平部分。正是在该区到最大，最可能发生磨床烧伤.凹入轮廓(Re-entrantprofile)NRoC的另一个叫法。加工速度(WorkSPeed)一凸轮轴在磨削中的自旋速度。横向进给量(Infeed)一砂轮每刀进入凸轮轴凸角的直线量(增量)。径绿色磨削(Greengrind
5、ing)-从圆棒料上磨削凸角轮廓的过程。新的砂轮技术正转拉工艺的竞争对手。切削轮在精磨前粗切凸角轮廓。接触弧(ArCOfContaCt)一砂轮和凸轮轴凸角之间的接触区。该接触区对基圆、NROe及端部各不相同。当量直径(EqUiValentdiameter)一表示接触弧的一个值，从砂轮直径以及不断变更的加工(凸角)直径中推导而来。上升曲线一一凸轮上升的起点到最高点的弧线称为上升曲线下降曲线一一凸轮下降的最高点到最低点的弧线称为下降曲线升角一一从凸轮的上升起点到最高点的角度，即上升曲线的角度。我们定个代号为降角一一从凸轮的最高点到最低点的角度，即下降曲线的角度。代号为01。降距一一凸轮下降曲线的最
6、大半径与最小半径之差。代号为hl。导程一一即凸轮的曲线导程，就是假定凸轮曲线的升角(或降角)为360时凸轮的升距(或降距)。代号为L,单位是亳米。其次章凸轮轴零件分析2. 1加工要求在选择各表面、孔及槽的加工方法时，要考虑加工表面的精度和表面粗糙度要求，依据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工；要依据生产类型选择设备，在大批量生产中可接受高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在小批量生产时，接受钻、扩、较加工方法；而在大批量生产时接受拉削加工；要考虑被加工材料的性质，例如：淬火钢必需接受磨削或电加工；而有色金属由于磨削时简洁堵塞砂
7、轮，一般都接受精细车削，高速精铳等；要考虑工厂或车间的实际状况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平；此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形态和重量等。3. 2轴的要求4. 2.1各种凸轮轴的技术要求1)支承轴颈的尺寸精度及各支承轴颈间的同轴度。2)止推面对于支承轴线的垂直度。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）凸轮的形态精度。2. 2.2以发动机该凸轮轴为例详细说明（如图）1）支承轴颈两个支承轴颈的外圆尺寸43.85mm表面粗糙度Ra0.4m.o各部分的倒角都为C2。凸轮轴长208,属瘦长轴
8、。2）凸轮凸轮基圆尺寸R15.50.05,表面粗糙度Ra0.8m凸轮上。25丁3的孔选择的加工方法是钻，但其表面粗糙度的要求为Ra=I.6,所以选择加工的方法是钻扩较。3）轴上油壁孔轴上油壁孔尺寸为8mm。油孔底面的加工方案为底平面：粗铳一一精铳(/T7-/T9),粗糙度为R46.30.8m,一般不淬硬的平面，精铳的粗糙度可以较小。4）轴上键槽轴上的键槽起地位作用，基本尺寸为13mm*6mm,左边为66mm的半圆，表面粗糙度要求为3.2。第三章凸轮轴零件工艺规程设计5. 1凸轮轴的概念凸轮轴大家应当不会生疏，我们常常听到的气门、气门正时皮带、正时链条等等都跟它有着紧密的关系，气门室正是它的栖身
9、之地。现在市面上的车大多都是双顶置凸轮轴OHe）设计，也就是说有两根凸轮轴。一根负责进气气门的开闭，一个负责排气气门的开闭。凸轮轴的名字是因为它的模样而定，有很多凸起的部位。这些凸起的部位作用是推动气门（俗称滑佬）开启，当转到凸起部分时将会把气门顶起，此时气门将属于开启状态。气门的闭合动作则是凸轮轴的凸起部分别开气门后，利用气门弹簧（俗称弹弓）的作用力来完成的。一般标准的凸轮轴在自转240度后，便可以使气门完成一次开合过程，也会用这个度数的大小来界定是否属于高角度凸轮轴。凸轮轴是上有若干个桃形凸轮的轴，是配气机构最关键的零件。它的功用是限制各缸气门的适时开启和关闭，同时驱动汽油泵、机油泵和分电
10、器等附件工作。凸轮轴由进气凸轮、排气凸轮、轴颈、驱动机油泵和分电器的齿轮及推动汽油泵摇臂的偏心轮制成一体。凸轮的个数一般等于气门的个数，凸轮在轴上的分布位置，是由发动机的工作依次所确定的。凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是限制气门的开启和闭合动作（如图）。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旧很高，而且须要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁，间或也有接受锻件的。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特别重要的地位。所以
11、对于凸轮轴的质量要求就特别高了，但目前有很多的公司将凸轮轴制作不好，主要还是在很大部份上是没有把核心技术吃透，当然我不否机床存在部份因素，但最主要还是要制作出标准的母凸轮图1四缸四冲程汽油机凸轮轴回Fi.1GasoUneengineoffourstrokeandfourCyHnder凸轮轴是发动机配气机构的一部分，特地负责驱动气门按时开启和关闭，作用是保证发动机在工作中定时为汽缸吸入簇新的可燃混合气，并刚好将燃烧后的废气排出汽缸。凸轮轴干脆通过摇臂驱动气门，很适用于高转速的轿车发动机，由于转速较高，为保证进排气和传动效率、简化传动机构、降低高转速的振动和噪音，多接受顶置式气门和顶置式凸轮轴，这
12、样，发动机的结构也比较紧凑。但任何事物都有两面性，顶置式凸轮轴的缺点是由于部件的布置设计比较困难，修理起来也比较麻烦。但衡量利弊，它还是比较适合于轿车。3.3凸轮轴的特点1 .凸轮轴的结构凸轮轴凸轮轴的主体是一根与汽缸组长度相同的圆柱形棒体。上面套有若干个凸轮，用于驱动气门。凸轮轴的一端是轴承支撑点，另一端与驱动轮相连接。凸轮的侧面呈鸡蛋形。其设计的目的在于保证汽缸充分的进气和排气，详细来说就是在尽可能短的时间内完成气门的开、闭动作。另外考虑到发动机的耐久性和运转的平顺性，气门也不能因开闭动作中的加减速过程产生过多过大的冲击，否则就会造成气门的严峻磨损、噪声增加或是其它严峻后果。因此，凸轮和发
13、动机的功率、扭矩输出以及运转的平顺性有很干脆的关系。一般来说直列式发动机中，一个凸轮都对应一个气门，V型发动机或水平对置式发动机则是每两个气门共享一个凸轮。而转子发动机和无阀配气发动机由于其特殊的结构，并不须要凸轮。虽然在四冲程发动机里，凸轮轴的转速是曲轴转速的一半，但是它的转速依旧很高，而且须要承受很大的转矩，因此对凸轮轴的强度和牢靠支撑方面的要求很高。凸轮轴的主体是1根与气缸组长度相同的圆柱体，上面加工有若干个凸轮，凸轮轴的材质一般是特种铸铁，有时也接受锻刚和合金制造。大多数凸轮轴的内部被制造成中空结构，这不仅可以降低凸轮轴的质量，同时也提高了凸轮轴承受载荷的实力。凸轮轴上还加工有润滑油道
14、，润滑油由此经过，为凸轮轴、摇臂轴以及摇臂等部件供应润滑。图1所示是三菱4G63DOHC发动机运用的凸轮轴。凸轮轴在以前很长的一段时间里，底置式凸轮轴在内燃机中最为常见。通常这样的发动机中,气门位于发动机的顶部，即所谓的OHV（OverHeadValve,顶置气门）式发动机。此时通常凸轮轴位于曲轴箱的侧面，通过配气机构（如挺杆、推杆、摇臂等）对气门进行限制。因此底置式凸轮轴一般也叫侧置式凸轮轴。由于在这样的发动机中凸轮轴距离气门较远，而且每个气缸通常只有两个气门，因此转速通常较慢，平顺性不佳，输出功率也比较低。不过这种结构的引擎输出扭矩和低速性能比较精彩，结构也比较简洁，易于修理。现在大多数量
15、产车的发动机配备的是顶置式凸轮轴。顶置式凸轮轴结构使凸轮轴更加接近气门，削减了底置式凸轮轴由于凸轮轴和气门之间较大的距离而造成的来回动能的奢侈。顶置式凸轮轴的发动机由于气门开闭动作比较快速,因而转速更高,运行的平稳度也比较好。较早出现的顶置式凸轮轴结构的发动机是SoHC（SingleOverHeadCam,顶置单凸轮轴）式发动机。这种发动机在顶部只安装了一根凸轮轴，因此一般每个汽缸只有两到三个气门（进气一到两个，排气一个），高速性能受到了限制。而技术更新一些的则是DOHC式（DoubleOverHeadCam,顶置双凸轮轴）发动机，这种发动机由于配备了两根凸轮轴，每个汽缸可以安装四到五个气门（
16、进气二到三个，排气二个），高速性能得到了显著的提升，不过与此同时低速性能会受到肯定的影响，结构也会变得困难，不易修理。发动机的凸轮轴安装位置有下置、中置、顶置三种形式。轿车发动机由于转速较快，每分钟转速可达5000转以上，为保证进排气效率，都接受进气门和排气门倒挂的形式，即顶置式气门装置，这种装置都适合用凸轮轴的三种安装形式。但是，假如接受下置式或者中置式的凸轮轴，由于气门与凸轮轴的距离较远，须要气门挺杆和挺柱等协助零件，造成气门传动机件较多，结构困难，发动机体积大，而且在高速运转下还简洁产生噪声，而接受顶置式凸轮轴则可以变更这种现象。所以，现代轿车发动机一般都接受了顶置式凸轮轴，将凸轮轴配置
17、在发动机的上方，缩短了凸轮轴与气门之间的距离，省略了气门的挺杆和挺柱，简化了凸轮轴到气门之间的传动机构，将发动机的结构变得更加紧凑。更重要的是，这种安装方式可以削减整个系统往复运动的质量，提高了传动效率。3 .凸轮轴的分类凸轮轴按凸轮轴数目的多少，可分为单顶置凸轮轴（SoHC）和双顶置凸轮轴（DoHC）两种。单顶置凸轮轴就是只有一根凸轮轴，双顶置凸轮轴就是有两根。单顶置凸轮轴在气缸盖上用一根凸根轴，干脆驱动进、排气门，它具有结构简洁，适用于高速发动机。以往一般接受的侧置凸轮轴，即凸轮轴在气缸侧面，由正时齿轮干脆驱动。为了把凸轮轴的转动变换为气门的往复运动，必需运用气门挺杆来传递动力。这样，往复
18、运动的零件较多，惯性质量大，不利于发动机高速运动。而且，瘦长的挺杆具有肯定的弹性，简洁引起振动，加速零件磨损，甚至使气门失去限制。顶置双凸轮轴是在缸盖上装有两根凸轮轴，一根用于驱动进气门，另一根用于驱动排气门。接受双顶置凸轮轴对凸轮轴和气门弹簧的设计要求不高，特殊适用于气门V形配置的半球形燃烧室，也便于和四气门配气机构协作运用。4 .凸轮轴毛坯的种类在制定工艺规程时，正确的选择毛坯具有重要意义。它不仅影响毛坯的制造工艺设备及制造费用，还影响零件的机加工工艺，设备和刀具的消耗及工时订额。正确的选用毛坯须要毛坯制造和机加工工艺人员紧密协作，兼顾冷热加工两个方面的要求。由于发动机工作时，凸轮轴承受气
19、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。对于凸轮轴材料目前国内外主要选用铸铁（冷硬铸铁，可淬硬铸铁，球墨铸铁）和钢（中碳钢，渗碳钢）。在国外，冷硬铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件高负荷的场合，这在英国较为普遍，可淬硬的低合金铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件低负荷的场合，这在美国较为普遍，高合金铸铁和特殊合金铸铁凸轮轴则多用于高速发动机。对于钢凸轮轴，一般是选用中碳钢和渗碳钢经热模锻制坯。就毛坯精度来说，铸件的精度明显的高于锻件。目前，国内外普遍趋向于精铸和精锻。鉴于此，凸轮轴选用50Mn材料毛坯由精锻而成
20、。5 .凸轮轴的传动凸轮轴底置式凸轮轴通常接受星形齿轮组(即所谓的“限制轮”)，辑子链或齿条与曲轴相连。为了限制噪声，直径较大的凸轮轴端传动轮通常由塑料或者轻金属制造，而相对直径较小的曲轴端传动轮则大多接受钢材。链条连接也比较多见。这种方式在底置式和顶置式凸轮轴上都可以看到。为了减小噪声(一般是链条在运动中产生的“振摆噪声”)，通常还会附带一个液压压紧装置和塑料材质的导轨。顶置式凸轮轴结构中比较多见的是用一个塑料齿条链连接。这个齿条链位于发动机机油腔外，附带有钢质的嵌入部件，通过一个可调的辑子帮助张紧。还有一种结构由于动力在传输过程中损耗过大且过于困难，现在己经比较少见。这种结构通过一个偏心连
21、杆、星形齿轮组或带中间轴的锥形齿轮组来连接顶置式凸轮轴与曲轴。凸轮轴与曲轴之间的常见传动方式包括齿轮传动、链条传动以及齿形胶带传动。下置凸轮轴和中置凸轮轴与曲轴之间的传动大多接受圆柱形正时齿轮传动，一般从曲轴到凸轮轴只须要1对齿轮传动，假如传动齿轮直径过大，可以再增加1个中间惰轮。为了啮合平稳并降低工作噪声，正时齿轮大多接受斜齿轮。链条传动常见于顶置凸轮轴与曲轴之间，但其工作牢靠性和耐久性不如齿轮传动。近年来在高转速发动机上广泛运用齿形胶带代替传动链条,但在一些大功率发动机上仍旧运用链条传动。齿形胶带具有工作噪声小、工作牢靠以及成本低等特点。对于双顶置凸轮轴，一般是排气凸轮轴通过正时齿形胶带或
22、链条由曲轴驱动，进气凸轮轴通过金属链条由排气凸轮轴驱动，或进气凸轮轴和排气凸轮轴均由曲轴通过齿形胶带或链条驱动。安装凸轮轴时，肯定要留意凸轮轴带轮或链轮上的正时标记。有些发动机没有明显的正时标记，修理人员可以在拆卸凸轮轴之前标记出曲轴和凸轮轴的精确位置，有些发动机则是须要专用工具才能进行正时的调校。6 .凸轮轴的故障凸轮轴凸轮轴的常见故障包括异样磨损、异响以及断裂，异响和断裂发生之前往往先出现异样磨损的症状。(1)凸轮轴几乎位于发动机润滑系统的末端，因此润滑状况不容乐观。假如机油泵因为运用时间过长等缘由出现供油压力不足，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
23、滑油无法进入凸轮轴间隙，均会造成凸轮轴的异样磨损。(2)凸轮轴的异样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。异样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峻故障，常见缘由有液压挺杆碎裂或严峻磨损、严峻的润滑不良、凸轮轴质量差以及凸轮轴正时齿轮裂开等。（4）有些状况下，凸轮轴的故障是人为缘由引起的，特殊是修理发动机时对凸轮轴没有进行正确的拆装。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
24、装轴承盖时应留意轴承盖表面上的方向箭头和位置号等标记，并严格依据规定力矩运用扭力扳手拧紧轴承盖紧固螺栓。7 .凸轮轴改装为了提升汽车发动机的动力，有些汽车改装店对发动机的凸轮轴进行了改装，其中换装高角度凸轮轴（HiCAM）是常见的一种改装方法。这种改装操作并不困难，但由于一些改装人员对凸轮轴上凸轮的工作角度和工作原理了解不足,使得改装后的效果并不明显甚至导致发动机的性能恶化。高角度凸轮轴是相对于一般凸轮轴的240左右的凸轮工作角度而言的，高角度凸轮轴的凸轮工作角度通常可以达到280以上。大角度的凸轮轴可以延长气门的开启时间，增大气门的升程，使进气门和排气门实现早开和晚关，使更多空气进入气缸,以
25、提高发动机中、高转速的动力输出。对于民用车来说，改装时应当选择凸轮工作角度在278以下的凸轮轴，因为工作角度大于278的凸轮轴会大幅度增加气门重叠角，使发动机高转速时的动力提升很多,但发动机在低转速时会因为气缸密封性不好而导致怠速严峻抖动甚至熄火，这样的车辆无法适应日常运用，而只能用于竞赛用途。3.4凸轮轴的应用汽车发动机工作原理汽油发动机的目的在于将汽油转换为运动，以便汽车能够开动。目前将汽油变成运动的最简洁方法是在发动机中燃烧汽油。因此，汽车发动机是一种“内燃发动机”一一燃烧发生在内部。须要留意两件事情：有多种不同的内燃发动机。柴油发动机是一种，燃气轮机是另外一种。参见有关HEMl发动机、
26、转子发动机和二冲程发动机的文章。每种发动机都有自己的优缺点。还有一种外燃发动机。老式火车和蒸汽轮船中的蒸汽机是外燃发动机。在蒸汽机中，燃料（煤、木柴、石油等）在发动机外部燃烧并产生蒸汽，由蒸汽在发动机内部形成运动。内燃机的效率比外燃机高出很多（每公里消耗的燃料更少），而且内燃发动机比同等功率的外燃发动机要小巧很多。福特和通用这些公司之所以不运用蒸汽机，缘由也在于此。COOOO H* sr Vvk. Hg。进气阀、 推臂和弹簧阀门盖 。进气口 G）气缸盖 O冷却液 O发动机缸体 。油盘 油槽凸轮轴 O排气门、 授臂和弹簧。火花塞 排气口 6活塞 连杆 。连杆轴承 Q曲轴Yourbrowser d
27、oes not support JavaScript or it isdisabled.进气 。压缩 9燃烧排气 7点花 上止点典型汽车发动机的内部构造当前几乎全部汽车都运用往复式内燃发动机，因为这种发动机具有以下优点：相对高效（与外燃发动机相比）相对廉价（与燃气轮机相比）相对来说易于加注燃料（与电动汽车相比）这些优点使得其成为驱动汽车的首选技术。为了了解往复式内燃发动机的工作原理，对内部燃烧”的工作方式有一个直观的相识特别有帮助。加农炮是一个很好的例子。您可能在电影里看到过它们，士兵们向炮中填入火药和炮弹，然后点着它。这就是我们说的内部燃烧，但是很难想象发动机是如何完成这些过程的。内部燃烧土
28、豆加农炮的基本原理与全部往复式内燃发动机完全一样：假如将一点儿高能燃料（例如汽油）放在一个小的密闭空间中并点燃它，它将以气体膨胀的形式释放出巨大能量。可以运用这些能量将土豆抛出150米远。在这个例子中，能量被转换为土豆的运动。也可以运用这些能量完成更有意思的工作。例如，假如可以建立一个循环，使得在每分钟内可以进行数百次爆炸,然后将能量用于有意义的事情,现在您已经接触到了汽车发动机的核心隐私!目前几乎全部汽车都运用四冲程燃烧循环来将汽油转化为运动。四冲程方式又称作“奥托循环”，以此纪念1867年独创它的尼克劳斯奥托(NikolausOtto)这四个冲程如图1所示。它们分别是：进气冲程压缩冲程燃烧
29、冲程排气冲程循环过程在图中，可以看到称作“活塞”的装置，它取代了土豆加农炮中的土豆。活塞通过连杆连接到曲轴。当曲轴旋转时，它的作用相当于“让加农炮复位”。在发动机的循环过程中会发生如下事情：。进气阀、 徭臂和弹簧G阀门盖 。进气口 (D气缸盖 (3冷却液 O发动机缸体 油盘O油槽凸轮轴O排气门、推臂和弹簧。火花塞 排气口 6活塞 连杆 。连杆轴承 。曲轴Yourbrowser does not support JavaScript or it is进气 压缩 燃烧排气 点花上止点disabled.典型汽车发动机的内部构造1 .活塞起先时位于顶部，排气门打开，然后活塞向下运动，在发动机的气缸中充
30、溢空气和汽油的混合物。这便是吸气冲程。此时，只须要在空气中混合最少量的汽油即可。(图中部分1)2 .然后，活塞向上返回以压缩燃油/空气混合物。压缩过程使得爆炸更具威力。(图中部分2)3 .当活塞到达其冲程的顶部时，火花塞发出一个火花，点燃汽油。气缸中的汽油爆炸，推动活塞向下运动。（图中部分3）4 .在活塞到达其冲程的底部后，排气门开启，废气被排出气缸并进入排气尾管。（图中部分4）现在，发动机准备进行下次循环，再次吸入空气和汽油。留意，内燃发动机输出的运动是旋转运动，而土豆加农炮产生的运动是线性运动（直线）。在发动机中，活塞的线性运动转化为曲轴的旋转运动。而旋转运动特别好，因为我们正好准备通过它
31、让车轮转起来。发动机的核心是气缸和在气缸内部上下运动的活塞。上面介绍的发动机只有一个气缸。大多数割草机属于这种状况，但是大多数汽车都有多个气缸（通常有四个、六个或八个气缸）。在多缸发动机中，气缸的排列方式通常有三种：直列式、V型或卧式（也叫水平对置式），如下图所示图2.直列式一一气缸按直线排成排。图3.V型一一气缸按肯定角度排成两排。图4.卧式一一气缸在发动机的相对两侧排成两排。各种配置方式在平滑性、制造成本和外形特征方面均各有利弊。这些优点和缺点使它们分别适合某些特定车辆的要求。其他发动机部件如图：browser does not support JavaScript进气 压缩 燃烧排气点花
32、上止点。进气阀、 徭臂和弹簧阀门盖 G进气口 气缸盖 G冷却液 O发动机缸体 。油盘 。油槽、弹 轴门和 轮气臂 凸排播 Oo花气塞杆杆轴 火排活连连曲 OOOOOGoritisdisabled.内燃式发动机气门机构由气门以及开合气门的机构组成。开合系统称作凸轮轴。凸轮轴上有凸轮，可以向上和向下移动气门。图5.凸轮轴大多数现代发动机都有称为顶置凸轮轴的机构。也就是说，凸轮轴位于气门上方（如图5所示）。凸轮轴上的凸轮干脆限制气门，或者通过一个很短的连杆限制气门。老式的发动机运用的凸轮轴位于曲轴旁边的油槽中。运用横杆将下方的凸轮连接到位于气门上方的气门挺杆。这种方法运用的运动零件较多，并且会导致凸
33、轮激活气门的动作大大滞后于气门的后续运动。运用正时皮带或正时链条将曲轴与凸轮轴联系在一起，以便气门与活塞保持同步。凸轮轴的连接方式使得它的转动速度是曲轴的一半。很多高性能发动机的每个气缸有四个气门（两个进气门，两个排气门），这种布置方式须要为每组气缸供应两个凸轮轴，因此称作“双顶置凸轮轴”。汽车凸轮轴响故障解除分析现象：1）发动机怠速运转时响声稍微而清晰，低速时出现沉重而有节奏的“嗒嗒”声，中速时响声明显，高速时响声模糊而不清。2）发动机中速时从缸体凸轮轴侧发出钝重响声，高速时响声混浊不清。3）单缸断火试验时响声不变。4）凸轮轴轴承旁边有振动。缘由：1）使发动机在声响最强状态下运转，用起子在缸
34、体处触及各轴承旁边部位听诊，若某处声响较钝并伴随有振动，则为凸轮轴该节轴承发响。2）进行断火试验声响无变更，缓慢变换节气门，若怠速声响清晰，中速时声响明显，高速时声响由杂乱变弱，则为凸轮轴轴向间隙过大或轴承松动。3.5凸轮轴工艺分析传统制造整体式凸轮轴所用的加工设备和方法成本高，改进凸轮轴的制造工艺，提高生产效率，降低生产成本很有必要。装配式凸轮轴是近20年来的开发的新型内燃机零件，它与铸造或锻造整体式的凸轮轴相比，具有质量轻、加工成本低、材料利用合理等优点；可将凸轮宽度减小，并排练紧凑，可以降低汽车的成本、减轻发动机的质量、提高发动机的性能。目前,世间上很多汽车制造厂家越来越多地生产装配式凸
35、轮轴并用于高性能发动机上。因此,了解装配式凸轮轴的生产工艺及应用，对促进我国汽车产业向高精度、高效率、低成本、高柔性的方向发展具有重要意义。1、传统整体式凸轮轴工艺流程及主要问题1.1 传统整体式凸轮轴工艺流程毛坯一毛坯检查f铳断面，钻中心孔，车轴颈f粗磨轴颈f钻油孔道，扩校球座孔，扩螺纹底孔,攻丝，倒角，钻轴颈油孔f粗磨凸轮f清洗一凸轮表面淬火f校直一精磨油颈f精磨凸轮f磁粉探伤f精车止推面f磷化f抛光油颈止推面f清洗f检测轴颈和跳动f压装钢球及定位销。1.2 传统整体式凸轮轴存在的主要问题(1)配气机构对凸轮轴各个部分的性能要求有很大不同：凸轮要求耐磨损、乃胶着、耐点蚀；轴颈要求滑动性好；
36、芯轴要求刚性、弯曲、扭转性能好。传统凸轮轴很难满意上述要求，材料利用也不尽合理。(2)传统整体式铸造或锻造生产模式很难制造出凸轮密布排列的紧凑结构。(3)传统方法制造凸轮轴须要大量的机械加工工序，耗费大量的机械加工工时，机床、刀具、夹具、操作人员和作业面积较难有新突破。(4)传统加工需对凸轮表面进行耐磨性强化处理，是对整体式凸轮轴进行的并伴有的变形多数用人工校直，费时费劲不宜保证精度。(5)凸轮表面的机械加工较难进行，也是影响加工质量的重要因素。传统方法制造凸轮轴，不仅使大量的才来哦变成废屑，生产效率低、材料消耗与能源消耗大，自动化水平低。在降低零件重量方面也难有作为。装配式凸轮轴制造工艺装配
37、式凸轮轴亦称组合式轮轴，是将凸轮轴分解成凸轮、芯轴、轴颈等可装配件。分别进行材料优化及精益加工后，再组装成凸轮轴的新型组合设计与现在制造模式。目前，大部分发动机制造企业都接受整体式凸轮轴，其材料有的接受中碳低合金锻钢(经高频淬火)，有的接受球墨铸铁。整体式凸轮轴加工工艺包括粗加工、半精加工和精加工。生产中接受自动线多工位机床，设备投资较大，生产线占地面积多，生产成本较高。而装配式凸轮轴只需半精加工和精加工，凸轮、齿轮、轴套可接受不同的材料，因此产品质量可减轻30%50%;可柔性化生产，设备投资小，生产线占地面积少，生产成本较低。目前，大部分发动机制造企业都接受整体式凸轮轴，其材料有的接受中碳低
38、合金锻钢(经高频淬火)，有的接受球墨铸铁。整体式凸轮轴加工工艺包括粗加工、半精加工和精加工。生产中接受自动线多工位机床，设备投资较大，生产线占地面积多，生产成本较高。而装配式凸轮轴只需半精加工和精加工，凸轮、齿轮、轴套可接受不同的材料，因此产品质量可减轻30%50%;可柔性化生产，设备投资小，生产线占地面积少，生产成本较低。1装配式凸轮轴工艺流程装配式凸轮轴工艺流程为校直f加工两端面中心孔、螺纹孔、驱动孔（2台加工中心并行加工）一车轴颈、齿轮毛坯、前止端面及导向轮毂一磨轴颈及导向轮毂一滚齿一压销一磨凸轮（3台磨床并行加工）一凸轮淬火一去毛刺一校直轴颈一凸轮轴颈及凸轮抛光一清洗一综合检测。与传统
39、凸轮轴加工的方法相比，装配式凸轮轴加工的优势见表。比较项目装配式凸轮轴经济性体犬凸轮轴经济性2?w只有小精加工和相加工.工艺消程向朝、设稿少有粗加工、华相加工，精加工.设备多-加E4tW加工余”少.只相脚上轴颈和八轮E工余H大.SfH.,C：、一：主轴频和凸轮-柔性化工艺蔺单.果用CNC加匚中心、车床M床家中式E工.Rfj较高的柔性化*EH工艺豌序多.多用自用吱*1.也方式.乘性化程ttft-议着投资根据倚期产H城根分期实施.逐步犷展.分期投费.可降低投费风殴用Fl动线.设着故和匚位敢初投漫较大电不像F产健的犷大-生产占地面枳较少场地较多场地-生产在本由F家用用木木佥等材料.加工余少.战少生产
40、成本.W度率较怔多次Bn卜、代使设籥投费人.也使曲具或本大-毛算成本务组装件加工作余用制产格.精度较氟.所以色坯我本较省-LK律皮本较低产跖性使八轮轴总电IltM辂30*50.4,改善发动机件使4-装配式凸轮轴内凸轮、轴套、偏心环、齿轮等零部件先后联成完整凸轮轴。装配过程是人工将全部凸轮轴组装。部件包括凸轮、主轴颈、齿坯放到安装上料盒中，钢管穿到各部件孔中，在安装上料盒中进行初定位。启动设备后，该上料盒进入设备中，首先用工装测头进行部件到位检测，并验证凸轮放置位置是否正确。验证通过后，运用机械手将凸轮轴上料到凸轮轴压球工位，然后各部件定位块启动以精确定位凸轮、轴颈、齿轮。到位后同时夹紧各部件，
41、并伸出顶杆将直径超过管子内径的钢球穿过整个钢管内径，钢管外的凸轮轴部件在受到钢管膨胀伸展作用力下和钢管相互弹性变形最终形成装配式凸轮轴，这种凸轮轴组合工艺称为管内滚压扩张法。2凸轮轴装配工艺方法2.1热套法常温下，外部零件的孔和内部钢管的外径之间有过盈，装配之前先对外部零件（凸轮、轴套）进行加热，对内部钢管进行冷却，借以消退过盈。这种工艺方法在短短暂间内完成联接过程，在轴向尺寸和角度位置方面都有很高精度。2.2内部高压成形法（IHU）已经淬硬的凸轮圈与利用内部的高压力，使钢管变形形成轴向联接。通过在凸轮旁将钢管材料往外压出1/1Omm左右而达到凸轮的轴向定位。这种IHU工艺制成的装配式凸轮轴己
42、胜利应用在奥迪公司2024年投入批量生产的V6TDI轿车柴油机中。IHU装配式凸轮轴是由壁厚为2.5mm或3.Omm精密钢管上安装等温淬火的凸轮和钢管堵头组成。整个周长上等壁厚的凸轮被置入一台特地的设备中，这台设备可保证轴向对准凸轮中心线和凸轮转角位置。钢管穿过如此定位好的凸轮推入，一台真空抓取机将预先定位好的各个零件放到带IHU工具的液压机上，IHU工具的模腔形态正好与制好的毛坯轴的外形轮廓相一样。将液体介质注入管内后，钢管两端用轴向塞头封死。通过将管内压力提高，使整个钢管发生塑性变形，直到贴合在IHU工具上。此时，钢管和凸轮之间接产生了力联接和形态联接。2.3管内滚压扩张法利用滑动滚压原理
43、使得薄壁钢管在带孔的外部零件中发生局部的扩张。可以利用带有滚压过盈量，穿过内管的滚压工具，使内管发生塑性扩张。上海通用汽车有限公司发动机装配式凸轮轴就接受钢球在钢管内部扩张方式。2. 4凸轮压力套装定位法这种工艺首次在钢管外面滚压加工出圆周方向的槽子，凸轮的孔内加工出轴向的线槽，然后从轴向将加工好的凸轮套上钢管并推入，由于钢管外径和凸轮孔之间有过盈，所以当凸轮推入到钢管上面以后就会发生塑性变形，钢管表面和凸轮孔都有一些锥度，推入之后特别坚固。蒂森克虏伯集团在大连的装配式凸轮轴的装配工艺就是实行这种方法。3装配式凸轮轴制造工艺特点a.省略了毛坯件粗加工，工艺流程简洁。装配式凸轮轴的各个零件加工余
44、量小，精度高，不像整体式凸轮轴要从毛坯件（铸件或锻件）起先进行大量的毛坯粗加工和繁杂的工艺后，才能达到所要求的形态。装配式凸轮轴只须要在装配后进行半精加工和精加工，从而缩短了整个工艺流程。b.加工余量小，便于高效率生产。各凸轮接受精铸部件，因而加工余量小。设备加工单件时间短，产能高，有利于规模化生产,如凸轮按最终形态精铸，削减了磨削余量，从而缩短了磨削时间。c.不同的零件可运用不同的材料，以提高产品性能和加工性能。发动机对不同零件（轴套、凸轮、齿轮）有着不同的性能要求，装配式凸轮轴可在不同零件上接受不同材料。如凸轮接受粉末冶金或铸钢，凸轮轴接受冷拔钢管.这不仅有利于优化产品性能，也有利于改善凸
45、轮轴加工性能和优化成本。d.适应产品多品种柔性化要求。通过更换不同的轴颈和磨削不同的凸轮型线即可生产出多品种的凸轮轴。该系列产品的基本参数是一样的，包括轴颈、凸轮基圆半径、钢管直径、轴方向、长度间距等，生产线只需通过更换安装盒中的轴颈模具和切换磨床程序即可。4装配式凸轮轴加工工艺发展方向a.柔性化的生产线布局。生产线布置接受单元自动化模块。单元内有龙门架式机械手上、下料，在瓶颈单元内预留位置便于扩展。单元问输送可接受自动化或人工运输，这样有利于生产线开动率的提高。b.柔性化的产品。凸轮轴的材料和结构可依据产品设计须要敏捷变更，以更多地满意市场要求，通过轴颈和凸轮型线的变更供应多品种产品。c.高
46、速磨削、高速磨削CBN（氮化硼）工具的运用。可以大幅度提高磨削效率，削减设备运用台数。磨削力小，零件加工精度高，工件表面粗糙度降低。砂轮寿命延长，生产成本降低。d.多砂轮磨削和两个砂轮头架的运用。在提高砂轮转速的同时接受多砂轮磨削是另一种削减加工节拍的方法，如多砂轮磨削凸轮的同时磨轴颈外径，一台磨床运用两个砂轮头架同步加工凸轮等。e.在线量仪的运用。为保证尺寸稳定性，装配式凸轮轴加工的关键设备越来越多地运用在线检测自动补偿功能。f.粉末冶金等材料的运用。g.工序集中方式加工。该方式就是将车、铳、钻、磨削的工序内容分别集中在一起，接受柔性设备组成的制造单元集中式加工。这样，将最大限度地削减工件装
47、夹次数和上下料输送等协助时间，有利于削减误差和提高生产效率。h.设备单元可接受双主轴或双机床来削减加工节拍，如一个磨削单元可组合两台磨床,共用一套限制系统，并通过内置的龙门架式上下料装置输送工件。与接受两台独立的机床相比，不但节约了设备费用，而且大大减小了占地面积，并且每台磨床可运用多主轴完成磨床组合.车床和加工中心也都可以接受双主轴的方式来提高效率。蒂森克虏伯集团在大连建立了装配式凸轮轴工厂，为发动机制造企业供应装配式凸轮轴。接受装配式凸轮轴，发动机性能得到提高，明显改善了燃油经济性，降低了排放，削减了振动，同时也降低了制造成本。目前，装配式凸轮轴己越来越受到发动机制造企业的欢迎。3.6夹具的设计凸轮轴是发动机配气系统中极为重要的零件，其各项性能也成为制约发动机的工作的主要因素之一。为提高凸轮轴的性能，各发动机制造企业在设计和加工工艺方面实行了一系列措施，如：零件的结构、尺寸；零件毛坯的选材与热处理工艺经过了诸多措施的实施，汽车凸轮轴各项性能较从前来说有了质的飞跃，但新问题应运而生：凸轮轴的加工难度大大增加，这对生产厂家的专业化程度无疑是一个严峻考验。目前,大部分发动机制造企业都接受整体式凸轮轴，其材料有的接受中低碳合金锻钢（经高频淬火），有的接受球墨铸铁。整体式凸轮轴加工工艺包括粗加工、半精加工和精加
