凸輪軸設(shè)計開題報告

1、1開 題 報 告題目名稱 凸輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝編制題目來源 A 題目類型 4 導(dǎo)師姓名學(xué)生姓名 班級學(xué)號 專 業(yè)凸輪軸的功用是通過凸輪軸的不斷旋轉(zhuǎn)，推動氣門頂桿上下運動，進而控制氣門的開啟與關(guān)閉。通過改變凸輪軸的曲線，可精確調(diào)整氣門開啟、關(guān)閉時間。1、課題背景和意義：凸輪軸是活塞發(fā)動機里的一個部件。它的作用是控制氣門的開啟和閉合動作。雖然在四沖程發(fā)動機里凸輪軸的轉(zhuǎn)速是曲軸的一半（在二沖程發(fā)動機中凸輪軸的轉(zhuǎn)速與曲軸相同） ，不過通

2、常它的轉(zhuǎn)速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此設(shè)計中對凸輪軸在強度和支撐方面的要求很高，其材質(zhì)一般是特種鑄鐵，偶爾也有采用鍛件的。由于氣門運動規(guī)律關(guān)系到一臺發(fā)動機的動力和運轉(zhuǎn)特性，因此凸輪軸設(shè)計在發(fā)動機的設(shè)計過程中占據(jù)著十分重要的地位。2、凸輪軸的國內(nèi)外發(fā)展趨勢：2.1 凸輪軸的結(jié)構(gòu)、位置及轉(zhuǎn)動方式凸輪軸的主體是一根與氣缸組長度相同的圓柱形棒體。上面套有若干個凸輪，用于驅(qū)動氣門。凸輪軸的一段時軸承支撐點，另一端與驅(qū)動輪相連接凸輪的側(cè)面

3、呈雞蛋形。其設(shè)計的目的在于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(nèi)完成氣門的開、閉動作。另外考慮到發(fā)動機的耐久性和運轉(zhuǎn)的平順性，氣門也不能因開閉動作中的加減速過程產(chǎn)生過多過大的沖擊，否則就會造成氣門的嚴(yán)重磨損、噪聲增加或是其他嚴(yán)重后果。因此，凸輪和發(fā)動機的功率、扭矩輸出以及運轉(zhuǎn)的平順性有很直接的關(guān)系。在以前的很長的一段時間里，底置式凸輪軸在內(nèi)燃機中最為常見。通過這樣的發(fā)動機中，氣門位于發(fā)動機的頂部，即所謂的 OHV(Ov

4、erHeadValve，頂置氣門）式發(fā)動機。此時通常凸輪軸位于曲軸箱的側(cè)面，通過配氣機構(gòu)（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(cè)置式凸輪軸。由于在這樣的發(fā)動機凸輪軸距離氣門較遠，而且每個氣缸通常只有 2 個氣門，因此轉(zhuǎn)速通常較慢，平順性不佳，輸出功率也較低。不過這種結(jié)構(gòu)的引擎輸出扭矩和低速性能比較出色，結(jié)構(gòu)也比較簡單，易于維修。按凸輪軸的數(shù)目多少，可分為單頂置凸輪軸（SOHC)和雙頂置凸輪軸（DOHC)2 種。

5、單頂置凸輪軸就只有 1 根凸輪軸，雙頂置凸輪軸有 2 根凸輪軸。底置式凸輪軸通常次用星形齒輪組（即所謂的“控制論”） ，輥子鏈或齒條與曲軸相連。為了控制噪聲，直徑大的凸輪軸端傳動輪通常由塑料或4塑料固定形成一體。這種凸輪軸的成本及重量均可減少 4O，可降低發(fā)動機噪聲，加工準(zhǔn)備時間由原來的幾小時縮短至幾分鐘【2】 。裝配式凸輪軸目前以較快的速度發(fā)展，主要應(yīng)用于高性能發(fā)動機上。目前，世界上許多汽車工業(yè)發(fā)達的汽車制造廠正在越來越多使用裝配式凸

6、輪軸制造新技術(shù)，但因技術(shù)掌握的程度、方法不同，使用裝配式凸輪軸的種類也不同。裝配式凸輪軸已發(fā)展二十多年，正大力開發(fā)應(yīng)用復(fù)合材料，例如陶瓷材料等制造凸輪軸。隨著裝配式凸輪軸生產(chǎn)技術(shù)的提高，性能更好、成本更低、技術(shù)多樣化的裝配式凸輪軸將會涌現(xiàn)出來【3】 。1981 年 7 月，日本豐田汽車公司宣布，世界第 1 個粉末冶金技術(shù)制成粉末燒結(jié)結(jié)中空整體凸輪軸，已大量用于 IS 型直列式死缸發(fā)動機。在汽車領(lǐng)域，中空裝配式凸輪軸新技術(shù)已在高性能的發(fā)動

7、機上得到應(yīng)用。美國福特汽車公司的 GT 一 90 汽油機(V 型12 缸)頂置式凸輪軸，通用汽車的 LN2 汽油機(直列 4 缸)頂置式凸輪軸和 3100SFI 汽油機(V型 6 缸)頂置凸輪軸，日本日野公司的 J08C 系列柴油機(直列 4 缸和 6 缸)頂置式凸輪軸，上海通用汽車公司的別克發(fā)動機頂置式凸輪軸，均采用中空裝配式凸輪軸【4】 。國內(nèi)外生產(chǎn)凸輪軸的材質(zhì)很多，有 45 鋼、球墨鑄鐵、合金鑄鐵。目前，常使用的鑄造方法是殼型鑄造

8、，其中包括鐵型覆砂 l_5 和殼型填鐵丸兩種鑄造工藝，其他還有如消失模鑄造等【5-6】 。清華大學(xué)李雙壽等人研究了球鐵凸輪軸的激光表面處理【7，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過該技術(shù)處理之后，球鐵凸輪軸的表層由外而內(nèi)分別是熔凝層、淬硬層和基體，并且其硬度均大于58HRC，搭接處的硬度也沒有降低。AstashkevichBM 等人研究了激光表面處理在所有的鑄鐵、中碳鋼以及工具鋼中的應(yīng)用，指出材料的淬透性和硬度等都受到激光處理的一些可變參數(shù)的限制，比如能量大小、光

9、束直徑、光束形狀、掃描速度以及聚焦條件等的限制。在國外，ChernyshevAN 等人通過試驗研究發(fā)現(xiàn)灰鑄鐵和具有球狀石墨的高強鑄鐵不適合于使用重熔工藝來進行表面強化，其原因有 3 點：1)產(chǎn)量大幅度降低；2)熔池內(nèi)的碳沒有完全分解，耐磨性降低；3)鎢電極消耗太大。他們指出用蠕墨鑄鐵來代替灰鑄鐵和具有球狀石墨的高強鑄鐵效果更好，還指出參數(shù)的變化會影響激冷層中片狀滲碳體的分布。2005 年英國哥倫比亞大學(xué) A Mitchell 教授又將以