發(fā)動機(jī)缸蓋凸輪軸孔工藝分析與設(shè)計(jì)

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(jī)上的一個重要的旋轉(zhuǎn)機(jī)件，裝上連桿后，可承接活塞的上下(往復(fù))運(yùn)動變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)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(jī)構(gòu)。發(fā)動機(jī)工作過程就是：活塞經(jīng)過混合壓縮氣的燃爆，推動活塞做直線運(yùn)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(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動。而缸蓋凸輪軸孔的好壞將直接影響著發(fā)動機(jī)整體性能的表現(xiàn)。發(fā)動機(jī)機(jī)體是構(gòu)成發(fā)動機(jī)的骨架，是發(fā)動機(jī)各機(jī)構(gòu)和各系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動機(jī)的所有主要零件和附件，承受各種載荷。機(jī)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(jī)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(nèi)腔為缸蓋凸輪軸孔運(yùn)動的空間。在氣缸體內(nèi)部鑄有許多加強(qiáng)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(jī)的總體布置和機(jī)油的容量。油底殼內(nèi)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(jī)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(gòu)成燃燒室。它經(jīng)常與高溫高壓燃?xì)庀嘟佑|，因此承受很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。水冷發(fā)動機(jī)的氣缸蓋內(nèi)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(jìn)、排氣門座，氣門導(dǎo)管孔，用于安裝進(jìn)、排氣門，還有進(jìn)氣通道和排氣通道等。汽油機(jī)的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機(jī)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(jī)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(dǎo)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(jī)上的一個重要的旋轉(zhuǎn)機(jī)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(diǎn)，它由主軸頸，連桿軸頸與連桿軸頸之間的連接板組成，其結(jié)構(gòu)細(xì)長、曲拐多、剛性差，因而安排缸蓋凸輪軸孔工藝應(yīng)采取相應(yīng)的工藝措施。

在缸蓋凸輪軸孔的機(jī)械加工中，采用新技術(shù)和提高自動化程度都不斷取得進(jìn)展。目前，國內(nèi)較陳舊的缸蓋凸輪軸孔生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動化程度相對較低。粗加工設(shè)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(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的加工應(yīng)力，難以達(dá)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(jìn)行粗磨、半精磨、精磨、拋光，通?？咳斯げ僮?，加工質(zhì)量不穩(wěn)，尺寸一致性差?，F(xiàn)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?yán)に嚭透咚偻忏?，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(jìn)行隨動磨削時，缸蓋凸輪軸孔以主軸頸為軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動進(jìn)給，跟蹤著偏心回轉(zhuǎn)的連桿頸進(jìn)行磨削加工。

當(dāng)然，目前國際上還有更加先進(jìn)的缸蓋凸輪軸孔工藝和機(jī)床設(shè)備，只鉆一對質(zhì)量中心孔，選用日本的Mazak 五軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行一系列的加工。類似這樣的新技術(shù)，目前國內(nèi)汽車發(fā)動機(jī)缸蓋凸輪軸孔的加工還處于研究階段，從經(jīng)濟(jì)效益和加工難度上考慮這是顯而易見的。但是對于新技術(shù)、新工藝的追求是不會止步的，這就需要我們當(dāng)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(jī)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(zhuǎn)的動力，傳給底盤的傳動機(jī)構(gòu)，同時，驅(qū)動配氣機(jī)構(gòu)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(fù)雜，同時，缸蓋凸輪軸孔又是高速旋轉(zhuǎn)件，因此，要求缸蓋凸輪軸孔具有足夠的剛度和強(qiáng)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(shù)目等于氣缸數(shù)(直列式發(fā)動機(jī))；V 型發(fā)動機(jī)缸蓋凸輪軸孔的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)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(shù)目不僅與發(fā)動機(jī)氣缸數(shù)目有關(guān)，還取決于缸蓋凸輪軸孔的支承方式。