置凸轮轴顾名思义就是在气缸盖上仅有唯一的一根凸根轴,没有推杆和挺杆,因此减小了配气机构的惯性力的同时也减少了气门产成颤动的倾向和系统的变形量。而且单顶置凸轮轴发动机还有另外一个特点,那就是运动质量小,从而让凸轮轮廓可以设计的比较陡一些,可以使气门的打开和关闭更为迅速,保证有充分的时间停留在全开的位置上,有利于发动机的换气,提高容积效率,这样也可同时提高发动机的性能,尤其是高速下的性能。双顶置凸轮轴就是比单顶置凸轮轴在缸盖上多安装一跟凸轮轴,第一根用于驱动进气门,第二根用于驱动排气门,省去了挺柱和推杆,使往复运动质量得以大大减小。因此普遍应用于高速发动机,但正时传动机构复杂,且为拆装缸盖造成一定困难。正因为顶置凸轮轴相对于下置,中置而言优点众多,现在大多数量产汽车的发动机配备的是顶置式凸轮轴。
22凸轮轴传动与工作条件
汽车发动机工作时,曲轴转动然后带动凸轮轴运动。曲轴与凸轮轴之间的传动方式有三种,分别是齿轮传动、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主要通过圆柱形正时齿轮的方式传动,一般从曲轴到凸轮轴只需要一对齿轮传动,也可以通过再增加1个中间惰轮,从而避免传动齿轮直径过大。而正时齿轮采用斜齿轮,可以让啮合平稳减少振动和降低工作过程中的噪声。链条传动常见于顶置凸轮轴与曲轴之间,但由于其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。在高转速发动机上通常使用齿形胶带代替传动链条,但在一些大功率发动机上仍然使用链条传动。齿形胶带具有工作噪声小、工作可靠以及成本低等优点。对于双顶置凸轮轴,一般是由正时齿形胶带或链条由曲轴驱动排气凸轮轴,通过金属链条由排气凸轮轴驱动进气凸轮轴,又或者是进气凸轮轴和排气凸轮轴二者都由曲轴通过齿形胶带或链条驱动。
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f凸轮轴工作条件和工作环境比较恶劣,在应力作用下凸轮轴与挺杆、气门阀杆形成摩擦副,在工作过程中承受挺杆挤压应力作用,其次受到一定的弯矩和扭矩的作用,同时又要承受周期性变化的挤压应力以及与挺杆相接处产生的摩擦的作用力,也受到周期性的冲击载荷和摩损。凸轮轴在工作过程中与挺柱配合接触面应力大,且摩擦会产生热,而散热条件不好,容易出现撕裂、刮伤、剥落以及早期的磨损等。凸轮轴的主要失效形式为疲劳失效(黏着磨损及擦伤)、凸轮磨损、表面压应力反复作用造成块状剥落和麻点等。
23凸轮轴的结构及其特点
图21凸轮轴简图
图22为凸轮轴实物图
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