发动机缸盖凸轮轴孔工艺分析与设计

郭帅 原世伟

（长城汽车股份有限公司徐水分公司，河北 保定 071000）

缸盖凸轮轴孔是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。缸盖凸轮轴孔主要有两个重要加工部位：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给缸盖凸轮轴孔，由缸盖凸轮轴孔将直线运动转变为旋转运动。而缸盖凸轮轴孔的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。发动机机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。机体组主要由气缸体、缸盖凸轮轴孔箱、气缸盖等零件组成。

一、气缸体

水冷发动机的气缸体和上缸盖凸轮轴孔箱常铸成一体，气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承缸盖凸轮轴孔的缸盖凸轮轴孔箱，其内腔为缸盖凸轮轴孔运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。

二、缸盖凸轮轴孔箱

气缸体下部用来安装缸盖凸轮轴孔的部位称为缸盖凸轮轴孔箱，缸盖凸轮轴孔箱分上缸盖凸轮轴孔箱和下缸盖凸轮轴孔箱。上缸盖凸轮轴孔箱与气缸体铸成一体，下缸盖凸轮轴孔箱用来贮存润滑油，并封闭上缸盖凸轮轴孔箱，故又称为油底壳。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下缸盖凸轮轴孔箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。

三、气缸盖

气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。

而作为发动机上的一个重要的旋转机件——缸盖凸轮轴孔，其加工方法仍有一般轴的加工规律，如铣两端面，钻中心孔，车、磨及抛光，但是缸盖凸轮轴孔也是有它的特点，它由主轴颈，连杆轴颈与连杆轴颈之间的连接板组成，其结构细长、曲拐多、刚性差，因而安排缸盖凸轮轴孔工艺应采取相应的工艺措施。

在缸盖凸轮轴孔的机械加工中，采用新技术和提高自动化程度都不断取得进展。目前，国内较陈旧的缸盖凸轮轴孔生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般采用多刀车床车削缸盖凸轮轴孔主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260 等普通缸盖凸轮轴孔磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。现在加工缸盖凸轮轴孔粗加工比较流行的工艺是：主轴颈采用车拉工艺和高速外铣，连杆颈采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。在对连杆颈进行随动磨削时，缸盖凸轮轴孔以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削所有连杆颈。在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。

当然，目前国际上还有更加先进的缸盖凸轮轴孔工艺和机床设备，只钻一对质量中心孔，选用日本的Mazak 五轴联动的数控机床进行一系列的加工。类似这样的新技术，目前国内汽车发动机缸盖凸轮轴孔的加工还处于研究阶段，从经济效益和加工难度上考虑这是显而易见的。但是对于新技术、新工艺的追求是不会止步的，这就需要我们当代的青年和科技工作者的不断努力。

缸盖凸轮轴孔是汽车发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装置。

缸盖凸轮轴孔在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，同时，缸盖凸轮轴孔又是高速旋转件，因此，要求缸盖凸轮轴孔具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。

缸盖凸轮轴孔一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，缸盖凸轮轴孔的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V 型发动机缸盖凸轮轴孔的曲拐数等于气缸数的一半。

主轴颈是缸盖凸轮轴孔的支承部分，通过主轴承支承在缸盖凸轮轴孔箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于缸盖凸轮轴孔的支承方式。