發(fā)動機缸蓋凸輪軸孔工藝分析與設計

郭帥 原世偉

（長城汽車股份有限公司徐水分公司，河北 保定 071000）

缸蓋凸輪軸孔是發(fā)動機上的一個重要的旋轉機件，裝上連桿后，可承接活塞的上下(往復)運動變成循環(huán)(旋轉)運動。缸蓋凸輪軸孔主要有兩個重要加工部位：主軸頸和連桿頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個典型的曲柄滑塊機構。發(fā)動機工作過程就是：活塞經過混合壓縮氣的燃爆，推動活塞做直線運動，并通過連桿將力傳給缸蓋凸輪軸孔，由缸蓋凸輪軸孔將直線運動轉變?yōu)樾D運動。而缸蓋凸輪軸孔的好壞將直接影響著發(fā)動機整體性能的表現。發(fā)動機機體是構成發(fā)動機的骨架，是發(fā)動機各機構和各系統(tǒng)的安裝基礎，其內、外安裝著發(fā)動機的所有主要零件和附件，承受各種載荷。機體組主要由氣缸體、缸蓋凸輪軸孔箱、氣缸蓋等零件組成。

一、氣缸體

水冷發(fā)動機的氣缸體和上缸蓋凸輪軸孔箱常鑄成一體，氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成，氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承缸蓋凸輪軸孔的缸蓋凸輪軸孔箱，其內腔為缸蓋凸輪軸孔運動的空間。在氣缸體內部鑄有許多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等。

二、缸蓋凸輪軸孔箱

氣缸體下部用來安裝缸蓋凸輪軸孔的部位稱為缸蓋凸輪軸孔箱，缸蓋凸輪軸孔箱分上缸蓋凸輪軸孔箱和下缸蓋凸輪軸孔箱。上缸蓋凸輪軸孔箱與氣缸體鑄成一體，下缸蓋凸輪軸孔箱用來貯存潤滑油，并封閉上缸蓋凸輪軸孔箱，故又稱為油底殼。油底殼受力很小，一般采用薄鋼板沖壓而成，其形狀取決于發(fā)動機的總體布置和機油的容量。油底殼內裝有穩(wěn)油擋板，以防止汽車顛動時油面波動過大。油底殼底部還裝有放油螺塞，通常放油螺塞上裝有永久磁鐵，以吸附潤滑油中的金屬屑，減少發(fā)動機的磨損。在上下缸蓋凸輪軸孔箱接合面之間裝有襯墊，防止?jié)櫥托孤?/p>

三、氣缸蓋

氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸并構成燃燒室。它經常與高溫高壓燃氣相接觸，因此承受很大的熱負荷和機械負荷。水冷發(fā)動機的氣缸蓋內部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環(huán)水來冷卻燃燒室等高溫部分。缸蓋上還裝有進、排氣門座，氣門導管孔，用于安裝進、排氣門，還有進氣通道和排氣通道等。汽油機的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動機的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。氣缸蓋一般采用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，鋁合金的導熱性好，有利于提高壓縮比，所以近年來鋁合金氣缸蓋被采用得越來越多。

而作為發(fā)動機上的一個重要的旋轉機件——缸蓋凸輪軸孔，其加工方法仍有一般軸的加工規(guī)律，如銑兩端面，鉆中心孔，車、磨及拋光，但是缸蓋凸輪軸孔也是有它的特點，它由主軸頸，連桿軸頸與連桿軸頸之間的連接板組成，其結構細長、曲拐多、剛性差，因而安排缸蓋凸輪軸孔工藝應采取相應的工藝措施。

在缸蓋凸輪軸孔的機械加工中，采用新技術和提高自動化程度都不斷取得進展。目前，國內較陳舊的缸蓋凸輪軸孔生產線多數由普通機床和專用機床組成，生產效率和自動化程度相對較低。粗加工設備一般采用多刀車床車削缸蓋凸輪軸孔主軸頸及連桿軸頸，工序質量穩(wěn)定性差，容易產生較大的加工應力，難以達到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260 等普通缸蓋凸輪軸孔磨床進行粗磨、半精磨、精磨、拋光，通常靠人工操作，加工質量不穩(wěn)，尺寸一致性差。現在加工缸蓋凸輪軸孔粗加工比較流行的工藝是：主軸頸采用車拉工藝和高速外銑，連桿頸采用高速外銑，而且傾向于高速隨動外銑，全部采用干式切削。在對連桿頸進行隨動磨削時，缸蓋凸輪軸孔以主軸頸為軸線進行旋轉，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實現往復擺動進給，跟蹤著偏心回轉的連桿頸進行磨削加工。

當然，目前國際上還有更加先進的缸蓋凸輪軸孔工藝和機床設備，只鉆一對質量中心孔，選用日本的Mazak 五軸聯(lián)動的數控機床進行一系列的加工。類似這樣的新技術，目前國內汽車發(fā)動機缸蓋凸輪軸孔的加工還處于研究階段，從經濟效益和加工難度上考慮這是顯而易見的。但是對于新技術、新工藝的追求是不會止步的，這就需要我們當代的青年和科技工作者的不斷努力。

缸蓋凸輪軸孔是汽車發(fā)動機中的重要零件，它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D的動力，傳給底盤的傳動機構，同時，驅動配氣機構和其它輔助裝置。

缸蓋凸輪軸孔在工作時，受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復雜，同時，缸蓋凸輪軸孔又是高速旋轉件，因此，要求缸蓋凸輪軸孔具有足夠的剛度和強度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤滑良好。

缸蓋凸輪軸孔一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。一個主軸頸、一個連桿軸頸和一個曲柄組成了一個曲拐，缸蓋凸輪軸孔的曲拐數目等于氣缸數(直列式發(fā)動機)；V 型發(fā)動機缸蓋凸輪軸孔的曲拐數等于氣缸數的一半。

主軸頸是缸蓋凸輪軸孔的支承部分，通過主軸承支承在缸蓋凸輪軸孔箱的主軸承座中。主軸承的數目不僅與發(fā)動機氣缸數目有關，還取決于缸蓋凸輪軸孔的支承方式。