中碳钢凸轮轴热处理工艺设计(3)
凸轮轴由曲轴驱动，其传动机构有齿轮式、链条式及齿形带式。齿轮传动机构用于下置式和中置式凸轮轴的传动。汽油机一般只用一对定时齿轮，即曲轴定时齿轮和凸轮轴定时齿轮。柴油机需要同时驱动柴油机喷油泵，所以增加一个中间齿轮。为了保证齿轮啮合平顺，噪声低，磨损小，定时齿轮都是圆柱螺旋齿轮并用不同的材料制造。曲轴定时齿轮用中碳钢制造，凸轮轴定时齿轮则采用铸铁或夹布胶木。为了保证正确的配气定时和喷油定时，在传动齿轮上刻有定时记号，装配时必须对正记号。链传动机构用于中置式和上置式凸轮轴的传动，尤其是上置式凸轮轴的高速汽油机采用链传动机构的很多。链条一般为滚子链，工作时应保持一定的张紧度，不使其产生振动和噪声。为此在链传动机构中装有导链板并在链条的松边装置张紧器。
国内外生产凸轮轴的主要方法有：采用钢质锻造毛坯经切削加工后，凸轮桃尖部分经高频淬火形成马氏体层的工艺。20世纪70年代末，德国和法国相继开发了凸轮轴氩弧重熔新工艺；另有以美国为主的可淬硬铸铁凸轮轴；以日本和法国为主的冷硬铸铁凸轮轴；以及凸轮部位用 Cr-Mn-Mo 合金涂料进行铸件表面合金化的生产工艺等。
1.1.1 凸轮轴的功能
凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。凸轮轴的工作必须保证气缸在准确的时间内进气和排气，四行程发动机每个气缸在曲轴旋转两周内即有进气行程和排气行程各一次。因此凸轮轴的转速必须是曲轴转速的一半。凸轮轴是发动机配气机构的一部分，专门负责驱动气门按时开启和关闭，作用是保证发动机在工作中定时为汽缸吸入新鲜的可燃混合气，并及时将燃烧后的废气排出汽缸。凸轮轴直接通过摇臂驱动气门，很适用于高转速的轿车发动机，由于转速较高，为保证进排气和传动效率、简化传动机构、降低高转速的振动和噪音，多采用顶置式气门和顶置式凸轮轴，这样，发动机的结构也比较紧凑。
1.1.2 凸轮轴的性能要求
随着人们对发动机环保要求的提高，尤其在排放和百公里油耗方面，作为发动机的主要传动件之一的凸轮轴在排放好人轻量化反面的作用也引起人们广泛的关注。
各种发动机均需通过凸轮轴的与转、驱动并控制进、排气门的启闭。实现发动机的金、排气运转。凸轮轴要有一定的抗弯强度和足够的韧性，能承受一定的抗扭转载荷，保证受力后无明显的变形。 其表面要有较高的粗糙度、中等强度和硬度以及一定的耐磨性，防止凸轮轴在工作过程中产生磨损、刮伤、断裂等缺陷。而且需要具有较好的耐磨性能和切削加工性能。要具有准确的尺寸，轴颈要有中等的抗弯强度和抗扭转载荷及中等的韧性和耐磨性。凸轮轴的凸轮承受强烈的摩擦磨损，凸轮桃形部位的尺寸精度直接影响发动机的启闭时间，从而影响发动机的功率与废弃排放，因此对凸轮轴的材料与组织性能有较高的要求。
1.1.3凸轮轴的选材及工艺
凸轮轴专司控制内燃机进气门和排气门开启和关闭时间。
凸轮轴设计的发展从来都没有停止过:在现代发动机中, 凸轮轴的位置已经从下置式改成了上置式。上置式凸轮轴通过挺杆、圆柱齿轮、链条、摇臂或者辊子随动件驱动顶置式气门。此外, 由于采用多气门的缘故, 每一台内燃机凸轮轴的数量也增加了。还开发了各种各样可变气门定时的凸轮轴。
国内外生产凸轮轴的材质很多，有45钢、冷硬铸铁、锻钢、球墨铸铁、合金铸铁等等。如表1.1 凸轮轴常用材料及性能要求所示。
表1.1 凸轮轴常用材料及性能要求[2]