3.2 氣門傳動組

3.2.1 凸輪軸

1.凸輪軸的構造及分類

凸輪軸由凸輪、凸輪軸頸及軸等組成，如圖3-15所示。凸輪可以分為進氣凸輪和排氣凸輪，分別用來驅動進氣門和排氣門的開啟和關閉。軸頸主要用于支承并裝配凸輪軸在氣缸體（或氣缸蓋）上。在四沖程柴油機中，凸輪軸上安裝有各缸的進、排氣凸輪，有的還裝有空氣分配器凸輪；在二沖程柴油機中，除直流掃氣式柴油機凸輪軸上裝有排氣凸輪外，一般只裝有噴油泵凸輪和示功器凸輪，有的也裝有空氣分配器凸輪和帶動調速器等各附件的傳動輪；而某些汽油機上則裝有汽油泵驅動凸輪及驅動機油泵和分電器的螺旋齒輪，如圖3-15所示。這些凸輪按照一定的順序和角度排列。

由于凸輪軸凸輪在工作過程中不斷受到氣門間歇性開啟的反作用于挺柱的周期性沖擊載荷與摩擦，因此要求凸輪的工作表面必須具有較高的耐磨性和抗疲勞強度，同時要求凸輪軸要求具有足夠的韌性和剛度，以便能承受沖擊負荷，使受力后變形較小。大部分凸輪軸采用優質鋼模鍛而成，有些也采用球墨鑄鐵、合金鑄鐵鑄造而成，對凸輪和軸頸的工作表面經過熱處理后精磨，以提高其耐磨性。

圖3-15 四缸四沖程汽油機凸輪軸結構

a）發動機凸輪軸 b）各凸輪的相對角位置 c）進（排）氣凸輪投影 1—凸輪 2—凸輪軸軸頸 3—驅動汽油泵的偏心輪 4—驅動機油泵和分電器的螺旋齒輪

圖3-16 凸輪在凸輪軸上的安裝

a）無鍵連接 b）鍵連接 c）組合凸輪

凸輪軸的結構可以分為整體式和組合式兩大類。整體式凸輪軸（圖3-15）是將凸輪與軸本體鍛成或鑄成一體，在汽油機和小型柴油機上應用非常廣泛。組合式凸輪軸（圖3-16c）是將凸輪與軸分開制造，然后根據正時要求將凸輪緊固于軸上，而較長的凸輪軸本體也常分為多段制造，然后用螺栓等連接起來。這種結構的優點是制造方便，凸輪損壞時可單獨更換；某些凸輪軸采用中空形式，可以減輕凸輪軸的質量；凸輪和凸輪軸的材料可以采用任意的組合，有助于提高凸輪的接觸強度。但整體式凸輪裝配難度大，工藝復雜，僅在某些特定發動機上采用。凸輪可以制成整體的，也可以做成組合式的。凸輪在軸上的安裝方法分無鍵連接和有鍵連接兩種，如圖3-16所示。

2.凸輪輪廓的確定

凸輪輪廓的形狀應該能保證氣門開閉的持續時間符合配氣相位的要求，并使氣門有合適的升程及升降過程的運動規律。

每種型號的發動機的凸輪具有不同的輪廓形狀。如圖3-17所示的凸輪輪廓中，整個輪廓由凸頂、凸根、打開凸面以及關閉凸面組成。凸輪軸升程是指從基圓直徑往上凸輪能達到的高度。它決定了氣門的升程大小。凸輪的頂部稱作凸頂，它的長度決定了氣門將在完全打開的位置保持多長時間。凸頂可能有多種不同的輪廓形狀，這取決于氣門需在完全打開的位置保持多久。凸根是指凸輪軸外形的底部部分，當挺柱或氣門在凸根部分移動時，氣門處于完全關閉狀態。凸輪的這些外形特征決定了氣門開閉過程的具體特性——時間和速度。

圖3-17 凸輪的輪廓及確定

3.凸輪在凸輪軸上的相對角位置及確定

同一氣缸的進、排氣凸輪的相對角位置是與既定的配氣相位相適應的。發動機各缸的進、排氣凸輪的相對角位置應符合發動機各缸的點火順序和點火間隔時間的要求。因此，必須根據凸輪軸的旋轉方向以及各缸進、排氣和凸輪的工作順序，來判定發動機的點火次序。對于四缸四沖程發動機來說，每完成一個工作循環，曲軸旋轉兩周而凸輪軸旋轉一周，各氣缸分別進行一次進氣和一次排氣，且進氣與排氣時間間隔相等，即各缸進氣或者排氣凸輪彼此間的夾角為360°/4=90°，如圖3-15c所示，發動機的凸輪軸旋轉方向（從前端向后看）為逆時針，可以確定該發動機的點火順序為1—2—4—3；而對于六缸四沖程發動機來說，每完成一個工作循環，曲軸旋轉兩周而凸輪軸旋轉一周，各氣缸分別進行一次進氣和一次排氣，且各缸進氣和排氣間隔時間相等，所以各缸進氣和排氣凸輪彼此間的夾角為360°/6=60°，如圖3-18所示。同樣，如其轉動方向為逆時針，該發動機的點火順序可以確定為1—5—3—6—2—4。

圖3-18 六缸發動機凸輪軸及其進排氣凸輪投影

1—凸輪 2—凸輪軸軸頸 3—驅動汽油泵的偏心輪 4—驅動分電器等的螺旋齒輪