什么是凸轮轴？
凸轮轴如何工作？

凸轮轴是一根带有系列凸起凸轮的轴，设计用于将旋转运动转换为直线运动。

就发动机而言，凸轮轴是调节内燃机进排气门开启与关闭的部件。凸轮轴不只有单个凸轮，它带有许多径向凸轮，用于推动进气门或排气门。这些凸轮在进排气门上方滑过。

凸轮将凸轮轴的旋转运动转换为挺杆或随动件的往复运动。该轴实现发动机内部燃油的吸入与排出。

凸轮轴的工作取决于凸轮的工作与气门的动作。进排气门安装在气缸盖上，凸轮安装在气门上方。气缸盖封闭着允许燃油吸入或排出的通道，该通道需要往复运动配合。

简单来说，凸轮是一种将旋转运动转换为直线运动（反之亦然）的元件。凸轮轴上的凸轮通过径向旋转方式并结合垂直于旋转轴运动的随动件来实现位移。凸轮轴的位置因发动机设计不同而异。

凸轮轴的主要功能是在适当的时候开启进气门和排气门。该轴由曲轴驱动，通过皮带或啮合齿轮与曲轴相连。

凸轮轴的运动比曲轴慢：曲轴每转两圈，凸轮轴转一圈。在四冲程发动机中，凸轮轴的工作方式如下：

• 当活塞从上止点（TDC）向下止点（BDC）运动（下行）时，将运动传递给曲轴。
• 曲柄接收活塞的运动并将其转换为旋转运动，开始旋转。
• 曲轴通过齿轮或皮带与凸轮轴相连。
• 当曲轴将旋转运动传递给凸轮轴后，凸轮轴将其转换为往复运动，压下进气门并将其开启。
• 气门开启后，燃油开始进入燃烧室。
• 在吸气与压缩行程之后，燃烧后的油气混合气在燃烧室内膨胀，推动活塞向下运动。
• 在活塞向下运动的过程中，曲轴再次获得运动并带动凸轮轴。
• 当排气门的凸轮接收到这一运动时，它压下排气门并将其开启，使废气得以排出燃烧室。

凸轮轴包含以下主要部件：

• 凸轮随动件
• 凸轮
• 主轴颈
• 桃尖
• 轴端
• 轴承

凸轮轴有以下主要类型：

• 按凸轮轴使用的挺杆分类
• 按凸轮轴驱动件形状分类

1) 圆柱凸轮

这种凸轮呈圆柱形，也称为鼓形凸轮。圆柱凸轮表面加工有凹槽，凸轮随动件沿凹槽运动。

这种凸轮轴的凸轮轴线与随动件的运动方向平行。

2) 径向凸轮

径向凸轮也叫平板凸轮或盘形凸轮。之所以称为径向凸轮，是因为其轴线垂直于随动件的运动方向。

这种凸轮有一块轮廓不规则的平板。该平板用于将凸轮的运动转换为凸轮随动件（从动件）的运动。

3) 共轭凸轮

共轭凸轮有 2 个滚轮，凸轮轴的随动件（从动件）或驱动件与这些滚轮相连。滚轮相互限制对方的运动，从而消除噪声、实现安静运转。

这类凸轮用于需要凸轮轴安静工作的场合。

4) 球面弧面凸轮

这种凸轮的设计与圆柱凸轮非常相似，主要区别在于以凹面或凸面组件代替圆柱凸轮。

5) 球形凸轮

球形凸轮在其弧形表面上加工有凹槽，整体呈球状。随动件沿凹槽运动，其运动方向垂直于球形凸轮的旋转轴。

6) 平移凸轮

这种凸轮包含一块带槽的轮廓板，随动件沿凸轮凹槽表面往复摆动。

7) 心形凸轮

之所以称为心形凸轮，是因为其呈不对称的心形。随动件沿凸轮边缘运动，运动平滑而连续。这类凸轮最常见的用途是让线缆平整地绕在电磁线圈上。

8) 楔形凸轮

这种凸轮的末端呈尖形，底部较宽。驱动件相对凸轮做滑动运动。

9) 螺旋凸轮

它是一种带表面凹槽的螺旋半圆弧轮廓。该凸轮的随动件沿与凸轮轴驱动件直线运动相垂直的方向运动。

凸轮轴由曲轴提供驱动力。曲轴通过不同方式将动力传递给凸轮轴并驱动它。凸轮轴的驱动机构如下：

• 链条传动
• 齿轮传动
• 皮带传动

1) 链条传动机构

该机构利用链轮将曲轴动力传递给凸轮轴。

当曲轴与凸轮轴之间距离较大时，采用链条传动机构。

在该机构中，凸轮轴与曲轴同向旋转。它使用链条张紧器防止链条系统松驰，因为松驰的链条无法将足够的动力从曲轴传递给凸轮轴。

2) 齿轮传动机构

齿轮传动机构用于需要曲轴与凸轮轴之间距离尽可能小的场合。该机构利用齿轮传动方式将曲轴动力传递给凸轮。

在齿轮传动机构中，曲轴的主动齿轮与凸轮轴的从动齿轮啮合（如下图所示）。曲轴开始旋转时，通过主动齿轮将动力传递给凸轮轴；主动齿轮旋转带动从动齿轮旋转，从而开启和关闭发动机的进排气门。

3) 皮带传动机构

皮带传动机构的工作方式与链条传动机构非常相似。两者之间仅有一点点差异：皮带机构用皮带将曲轴动力传递给凸轮轴，而链条传动机构用链条。