3.2 气门传动组

3.2.1 凸轮轴

1.凸轮轴的构造及分类

凸轮轴由凸轮、凸轮轴颈及轴等组成，如图3-15所示。凸轮可以分为进气凸轮和排气凸轮，分别用来驱动进气门和排气门的开启和关闭。轴颈主要用于支承并装配凸轮轴在气缸体（或气缸盖）上。在四冲程柴油机中，凸轮轴上安装有各缸的进、排气凸轮，有的还装有空气分配器凸轮；在二冲程柴油机中，除直流扫气式柴油机凸轮轴上装有排气凸轮外，一般只装有喷油泵凸轮和示功器凸轮，有的也装有空气分配器凸轮和带动调速器等各附件的传动轮；而某些汽油机上则装有汽油泵驱动凸轮及驱动机油泵和分电器的螺旋齿轮，如图3-15所示。这些凸轮按照一定的顺序和角度排列。

由于凸轮轴凸轮在工作过程中不断受到气门间歇性开启的反作用于挺柱的周期性冲击载荷与摩擦，因此要求凸轮的工作表面必须具有较高的耐磨性和抗疲劳强度，同时要求凸轮轴要求具有足够的韧性和刚度，以便能承受冲击负荷，使受力后变形较小。大部分凸轮轴采用优质钢模锻而成，有些也采用球墨铸铁、合金铸铁铸造而成，对凸轮和轴颈的工作表面经过热处理后精磨，以提高其耐磨性。

图3-15 四缸四冲程汽油机凸轮轴结构

a）发动机凸轮轴 b）各凸轮的相对角位置 c）进（排）气凸轮投影 1—凸轮 2—凸轮轴轴颈 3—驱动汽油泵的偏心轮 4—驱动机油泵和分电器的螺旋齿轮

图3-16 凸轮在凸轮轴上的安装

a）无键连接 b）键连接 c）组合凸轮

凸轮轴的结构可以分为整体式和组合式两大类。整体式凸轮轴（图3-15）是将凸轮与轴本体锻成或铸成一体，在汽油机和小型柴油机上应用非常广泛。组合式凸轮轴（图3-16c）是将凸轮与轴分开制造，然后根据正时要求将凸轮紧固于轴上，而较长的凸轮轴本体也常分为多段制造，然后用螺栓等连接起来。这种结构的优点是制造方便，凸轮损坏时可单独更换；某些凸轮轴采用中空形式，可以减轻凸轮轴的质量；凸轮和凸轮轴的材料可以采用任意的组合，有助于提高凸轮的接触强度。但整体式凸轮装配难度大，工艺复杂，仅在某些特定发动机上采用。凸轮可以制成整体的，也可以做成组合式的。凸轮在轴上的安装方法分无键连接和有键连接两种，如图3-16所示。

2.凸轮轮廓的确定

凸轮轮廓的形状应该能保证气门开闭的持续时间符合配气相位的要求，并使气门有合适的升程及升降过程的运动规律。

每种型号的发动机的凸轮具有不同的轮廓形状。如图3-17所示的凸轮轮廓中，整个轮廓由凸顶、凸根、打开凸面以及关闭凸面组成。凸轮轴升程是指从基圆直径往上凸轮能达到的高度。它决定了气门的升程大小。凸轮的顶部称作凸顶，它的长度决定了气门将在完全打开的位置保持多长时间。凸顶可能有多种不同的轮廓形状，这取决于气门需在完全打开的位置保持多久。凸根是指凸轮轴外形的底部部分，当挺柱或气门在凸根部分移动时，气门处于完全关闭状态。凸轮的这些外形特征决定了气门开闭过程的具体特性——时间和速度。

图3-17 凸轮的轮廓及确定

3.凸轮在凸轮轴上的相对角位置及确定

同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与既定的配气相位相适应的。发动机各缸的进、排气凸轮的相对角位置应符合发动机各缸的点火顺序和点火间隔时间的要求。因此，必须根据凸轮轴的旋转方向以及各缸进、排气和凸轮的工作顺序，来判定发动机的点火次序。对于四缸四冲程发动机来说，每完成一个工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴旋转一周，各气缸分别进行一次进气和一次排气，且进气与排气时间间隔相等，即各缸进气或者排气凸轮彼此间的夹角为360°/4=90°，如图3-15c所示，发动机的凸轮轴旋转方向（从前端向后看）为逆时针，可以确定该发动机的点火顺序为1—2—4—3；而对于六缸四冲程发动机来说，每完成一个工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴旋转一周，各气缸分别进行一次进气和一次排气，且各缸进气和排气间隔时间相等，所以各缸进气和排气凸轮彼此间的夹角为360°/6=60°，如图3-18所示。同样，如其转动方向为逆时针，该发动机的点火顺序可以确定为1—5—3—6—2—4。

图3-18 六缸发动机凸轮轴及其进排气凸轮投影

1—凸轮 2—凸轮轴轴颈 3—驱动汽油泵的偏心轮 4—驱动分电器等的螺旋齿轮