凸輪軸型線設計

莫漢忠

（東風柳州汽車有限公司 廣西柳州市 545005）

摘要：凸輪軸是汽車發動機開發設計過程設計的主要部分，對汽車做功大小具有直接影響。同時也正是由于其做功的速率變化，會產生不同的噪聲，是現代汽車設計開發中的關鍵技術部分。本文對凸輪軸型線的研究，主要從凸輪軸型線的設計、優化以及確定角度進行分析。

關鍵詞：汽車發動機開發；凸輪軸型線；選定與優化

引言：隨著社會經濟發展水平提升，社會資源結構也逐步優化。一方面，電子信息技術，成為社會發展的主要分支，社會發展的各個方面，都融合自動化網絡數據程序，成為提升現代社會發展速率的主要動力；另一方面，機械做功系統，也在發展中進一步優化。其中汽車設計系統，是其發展的突出性代表。現代系統資源開發與應用中，凸輪軸型線是汽車發動機設計的主要部分，探索凸輪軸型線設計的結構，基于傳統設計基礎上，進一步實現凸輪軸型線設計開發，推進現代汽車設計結構逐步完善，帶來更新的發展技術新引導。

一、 凸輪軸型線的設計概述

凸輪軸是汽車發動力內部的構成部分，主要用于控制氣門的開啟和閉合，實現對汽車做功的調節。發動機內部氣缸做功，實現汽車發動機內部周期性循環，系統氣壓壓力變化與曲軸的動力之間形成慣性運動，氣缸內部動力傳輸過程中，系統資源獲得有效的動力做功傳輸。同時凸輪軸型線做功，氣缸內部氣體做功與發動機做功之間形成了力的相互碰撞，氣缸內部做功速率越快，動力之間的摩擦也越大，產生的噪聲也就越大；其次，汽車發動機做功情況與凸輪軸型線變化，也具有一定的變化規律，把握運動的基本規律，也是發揮凸輪軸型線動力做功引導的重要保障。如圖1為凸輪軸型線做功分析圖[1]。從圖中來看，凸輪軸型線的做功變化與發動機的動力做功規律可以總結為：凸輪軸型線周期運動兩次，汽車動力系統做功運動一次，分析其做功運轉速率；同時，當凸輪軸型線做功與氣缸動力做功處于力相互平衡狀態，汽車發動機做功的運轉速率車相對平穩。

二、 凸輪軸型線設計優化

（一） 建立凸輪軸型線分析模型

基于現代汽車發動力做功系統，建立凸輪軸型線應用結構圖，導入凸輪軸型線做功運行的運動力學分析公式，分析凸輪軸型線分析的影響因素，優化力學分析各部分系統運行的做功結構，確定凸輪軸型線做功的最大做功脈沖值。假設凸輪軸型線在發動機做功中的變化系數為K，則系統做功的最優變化值在1-1.5之間，設定凸輪軸型線的做功運動的變化為X1，X2，X3……，同時也分析機械做功系統闊系數做功變化頻率，總結凸輪軸型線發動機做功中的諧波變化規律。一般而言，系統數據分析具有階段性特征歸結為：諧波做功的頻率與發動機做功運動的變化頻率間具有規律進行波動。但值得注意的是，發動機啟動時與關閉前的做功分析，與汽車平穩運行的做功運動相比，存在一定的做功差距。基于以上凸輪軸型線數據模型研究，要做好汽車做功的系統性分析。

（二） 實現凸輪軸型線的做功計算

基于以上對凸輪軸型線做功模型的綜合探究，確定凸輪軸型線做功計算的基本公式，形成凸輪軸型線在汽車發動機內部做功的規律性分析。凸輪軸型線做功設計結構的計算公式為：f1=f2×n[2]。依據圖1對凸輪軸型線動力做功的圖像可知，凸輪軸型線的做功過程，呈現數列的有規律做功，進行數據計算分析，應力、做功效率以及機動車發動機的做功損耗等因素，在穩定數據變化規律上，形成一個完整的做功運行體。凸輪軸型線做功應力變化，會帶動發動機做功凸輪動力與做功動力系統之間形成做功動力傳輸循環體，系統做功氣門落座、氣門升程控制系統之間，形成氣門磨損與做功速率變化圖，如圖2[3]。

從圖2中數據變化來看，凸輪軸型線在汽車發動機中應用，動力做功速率不同的情況下，凸輪軸型線的應力做功變化波動不同。一方面，凸輪軸型線應力做功中，氣缸活塞的做功頻率發生變化，凸輪軸的轉動周期需要的時間也不同，汽車發動機做功運轉的速率在氣缸做功為800MPa時，凸輪軸的做功狀態達到最佳標準，凸輪軸型線受到的牽引力也最大；當數據波動在500-600MPa之間，凸輪軸型線的做功，發動機細氣缸中的動力系統出現輕微反跳的情況，從而使凸輪軸型線的動力做功曲線波動；其次，當凸輪軸型線氣缸動力變化磨損力為達到發動機做功的最佳值，系統做功的數據值也會發生變化。如圖2中的數據變化為：數據在100-200MPa時，動力做功在400-450Pa之間；數據在450-600MPa時，動力做功在400-700Pa之間。凸輪軸型線帶動發動機系統做功，不同階段具有不同的標準，凸輪軸型線的動力分析也存在著較大的不同程度做功。

（三） 凸輪軸型線的因素分析

凸輪軸型線優化，要抓住汽車發動機做功運動的基本規律。其一，發動機做功應力分析：為了減小凸輪軸型線做功與氣缸內部做功之間的動力傳輸，發動機內部做功，必須實現凸輪軸型線與氣缸之間形成良好的做功傳輸，增加凸輪軸型線做功時，發動機的做功運動速率，降低凸輪軸型線的做功損耗，實現凸輪軸型做功速率更新的效果增強；其二，凸輪軸型線做功周期變化，與氣缸活塞運動產生的變化頻率相同，減小氣門坐落力和氣門落座速率的變化，避免凸輪軸運動的牽引動力增加、摩擦力增加、噪聲增加，假設凸輪軸型線受力50MPa，牽引力為20Pa，則按照計算公式f1=f2×n，則f1為1000Pa，那么，我們進行汽車做功控制，應當將發動機做功動力控制在定力做功1000Pa為最佳，從而實現系統做功動力相互平衡。

三、 凸輪軸型線的選定

凸輪軸型線是現代汽車發動機做工的主要構成部分，實現現代汽車機械做功的創新發展，實現現代汽車發動機中凸輪軸型線充分應用，適應汽車發動機的設計需求。例如：系統做功的凸輪重力分析，要實現汽車做功動力系統，在重力相互平衡的狀態下，汽車動力做功滿足汽車發動機做功的基本需求；其次，氣門做功磨損性分析，也是發動機凸輪軸型線做功效率增加的有效途徑。例如：系統做功氣門做功的動力大小，對其氣門做功磨損力有直接影響，做好汽車做功的動力分析，實現凸輪軸型線做功的低速做功。

結論：凸輪軸型線做功研究，是提升汽車做功效率的有效途徑。結合凸輪軸型線的基本原理，探索新時期凸輪軸型線設計優化的途徑，凸輪軸型線的數據分析和理論分析雙向結合，現代汽車設計提供設計技術創新保障。

參考文獻：

[1]沈繼鵬.汽油發動機配氣機構動力學分析及凸輪型線優化[D].吉林大學，2016.

[2]張鵬.組合式凸輪軸徑向滾花裝配工藝優化及粉末凸輪裝配失效分析[D].吉林大學，2015.