一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構的制作方法

本發明涉及汽車發動機技術領域中的一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構。

背景技術：

目前，汽車發動機凸輪軸是汽車發動機正時系統的關鍵零件。為了滿足發動機不斷提高功率的需求，對汽車發動機各處的功率損失提出一定要求，凸輪軸頸配合結構處也不例外。在現有技術中，通常采用調整公差配合或在軸頸處開“環槽”的方式來實現功率提升。調整配合尺寸會因加工后各軸頸實體尺寸較設計尺寸波動而致使實際配合狀態不良。而將凸輪軸采用“環槽”結構進行設計有著減小摩擦面積、增大軸頸處油液儲量的優點，對實際功率提升效果也有限。另一方面，由于發動機轉速的進一步提高，環槽結構因加工問題容易引起凸輪軸軸頸磨損不均，產生徑向跳動，造成發動機NVH提升。以上兩項措施均對功率提升有限。因此研發一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構一直是急待解決的新課題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構，該發明采用異形槽結構軸頸，增大油室容積，減小軸頸與軸承座間摩擦面積，改善摩擦環境，軸承摩擦有所改善，且高速NVH不明顯，可形成更理想的油膜，進一步降低摩擦損失。

本發明的目的是這樣實現的：一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構，包括上軸承蓋、凸輪軸、氣缸蓋、凸輪軸軸承蓋螺栓、凸輪軸前軸承蓋，在氣缸蓋上安裝凸輪軸，在凸輪軸上安裝上軸承蓋，通過凸輪軸軸承蓋螺栓將上軸承蓋和氣缸蓋固定在一起，凸輪軸前軸承蓋安裝在凸輪軸的左部，在凸輪軸的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段的上設置用于注油的異形槽結構；

所述的一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構的工作原理是，異形槽型線結合泰勒級數及流體潤滑相關理論，采取三段式型線設計，在凸輪軸的的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段注油孔周圍軸向設置異形槽結構，凸輪軸的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段與上軸承蓋、氣缸蓋形成的軸孔通過間隙配合；考慮到凸輪軸動平衡等因素，以及實際運轉時凸輪軸徑向跳動，將，凸輪軸的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段型線初步均勻分布，，凸輪軸的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段型線相位相對偏轉360/n°，凸輪軸的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段開槽采取數控銑工藝，共同組成類滑動軸承結構；采用異形槽結構，增大油室容積的設計，降低軸孔摩擦，合理選取開槽寬度，減輕因高速轉動造成的振動問題，滿足高速NVH要求，凸輪軸的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段異形槽結構的槽區別于普通環槽之處在開槽深度及形狀；該槽槽深僅在最大值與普通環槽一致，其余方向相較同深度環槽成規律性減小，均減小軸孔直接接觸面積，增加機油在凸輪軸的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段處的存儲量，有利于降低凸輪軸的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段處摩擦，增強潤滑性能，雖級數展開項較其他階次效果略有下降，但加工難度降低、加工時間縮短，較符合生產工藝設計，后進行CAE分析，小范圍調整角度以滿足最優設計；

所述的一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構的使用及操作方法是，上軸承蓋、氣缸蓋通過螺栓連接，使用時，通過上軸承蓋與氣缸蓋連接在一起，通過發動機正時系統實現正常運轉；

所述的一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構的加工工藝是，氣缸蓋前軸承蓋5、上軸承蓋經凸輪軸軸承蓋螺栓擰于氣缸蓋上，一體加工凸輪軸軸孔后卸下氣缸蓋前軸承蓋、上軸承蓋，裝入含軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段結構的凸輪軸，再依一定的擰緊順序、擰緊力矩擰緊上軸承蓋；凸輪軸軸孔加工分兩種刀具依次進行加工；以氣缸蓋下面作為定位基準，銑削加工上端面，粗銑氣缸蓋的凸輪軸孔；按照圖4的順序，通過凸輪軸軸承蓋螺栓固緊氣缸蓋前軸承蓋、上軸承蓋后，用成型刀具Ⅰ精銑一階凸輪軸孔，粗銑二階凸輪軸孔；然后用成型刀具Ⅱ精銑二階凸輪軸孔，粗銑+精銑三、四、五階凸輪軸孔；采取3-4mm微型銑刀，通過轉換頭與數控加工中心主軸連接，再于數控加工中心中編入型線方程以確定刀具走向；

所述的凸輪軸的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段的型線設計為均勻分布，凸輪軸的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段型線相位偏轉360/n°，使得在發動機運轉時，抵消異形槽產生的慣性力，滿足動平衡要求，后進行CAE潤滑、模態、應力分析，小范圍調整角度以使動平衡得到滿足；

所述的凸輪軸單處軸頸型線以泰勒級數為基礎引申計算得出，采取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段式結構，每段相距120°；槽深最深處較軸頸深0.5-1mm，初期設計選值0.5mm，后經拓撲運算根據CAE分析對該值進行優化；軸頸的異形槽加工應平滑過渡，曲率連續不產生尖點，避免不利于軸頸強度的缺陷產生；異形槽尾端加工采取直線走刀形式加工，角度較圖5徑向偏移30°；

所述的凸輪軸的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段型線加工采取微型銑刀，通過轉換頭與五軸聯動數控加工中心刀具主軸連接，再于數控加工中心中編入型線方程以確定刀具走向；起始點為異形槽首端，刀具Z-Y向進給，加工至凹槽最深處后沿30°走出，旋轉凸輪軸，重復此操作。

本發明的要點在于它的結構、工作原理及加工工藝。

一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構與現有技術相比，具有采用開異形槽結構，增大油室容積的設計，降低軸孔摩擦，合理選取開槽寬度，減輕因高速轉動造成的振動問題，滿足高速NVH要求等優點，將廣泛地應用于汽車發動機技術領域中。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2 是圖1的F-F剖視圖。

圖3是本發明凸輪軸軸頸部分的結構示意圖。

圖4是圖1在加工凸輪軸軸孔時螺栓擰緊順序圖。

圖5是圖3的E-E剖視圖。

圖6是圖2的A段異形槽結構剖面圖。

圖7是圖2的B段異形槽結構剖面圖。

圖8是圖2的C段異形槽結構剖面圖。

圖9是圖2的D段異形槽結構剖面圖。

具體實施方式

參照附圖，一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構，包括上軸承蓋1（4處）、凸輪軸2、氣缸蓋3、凸輪軸軸承蓋螺栓4、凸輪軸前軸承蓋5（1處），在氣缸蓋3上安裝凸輪軸2，在凸輪軸2上安裝上軸承蓋1，通過凸輪軸軸承蓋螺栓4將上軸承蓋1（4處）和氣缸蓋3固定在一起，凸輪軸前軸承蓋5（1處）安裝在凸輪軸2的左部，在凸輪軸2的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段的上設置用于注油的異形槽結構。

所述的一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構的工作原理是，異形槽型線結合泰勒級數及流體潤滑相關理論，采取三段式型線設計，在凸輪軸2的的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段注油孔周圍軸向設置異形槽結構，凸輪軸2的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段與上軸承蓋1、氣缸蓋3形成的軸孔通過間隙配合；考慮到凸輪軸2動平衡等因素，以及實際運轉時凸輪軸2徑向跳動，將，凸輪軸2的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段（以直列四缸發動機為例）型線初步均勻分布，，凸輪軸2的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段型線相位相對偏轉360/n°（n為軸頸個數），凸輪軸2的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段開槽采取數控銑工藝，共同組成類滑動軸承結構；采用異形槽結構，增大油室容積的設計，降低軸孔摩擦，合理選取開槽寬度，減輕因高速轉動造成的振動問題，滿足高速NVH要求，凸輪軸2的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段異形槽結構的槽區別于普通環槽之處在開槽深度及形狀；該槽槽深僅在最大值與普通環槽一致，其余方向相較同深度環槽成規律性減小，均減小軸孔直接接觸面積，增加機油在凸輪軸2的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段處的存儲量，有利于降低凸輪軸2的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段處摩擦，增強潤滑性能，雖級數展開項較其他階次效果略有下降，但加工難度降低、加工時間縮短，較符合生產工藝設計，后進行CAE分析，小范圍調整角度以滿足最優設計。

所述的一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構的使用及操作方法是，上軸承蓋1、氣缸蓋3通過螺栓連接，使用時，通過上軸承蓋1與氣缸蓋3連接在一起，通過發動機正時系統實現正常運轉。

所述的一種汽車發動機凸輪軸軸頸結構的加工工藝是，氣缸蓋前軸承蓋5、上軸承蓋1（4處）經凸輪軸軸承蓋螺栓4擰于氣缸蓋3上，一體加工凸輪軸2軸孔后卸下氣缸蓋前軸承蓋5、上軸承蓋1（4處），裝入含軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段結構的凸輪軸2，再依一定的擰緊順序、擰緊力矩擰緊上軸承蓋1；凸輪軸2軸孔加工分兩種刀具依次進行加工；以氣缸蓋3下面作為定位基準，銑削加工上端面，粗銑氣缸蓋3的凸輪軸孔；按照圖4的順序，通過凸輪軸軸承蓋螺栓4固緊氣缸蓋前軸承蓋5、上軸承蓋1（4處）后，用成型刀具Ⅰ精銑一階凸輪軸孔，粗銑二階凸輪軸孔；然后用成型刀具Ⅱ精銑二階凸輪軸孔，粗銑+精銑三、四、五階凸輪軸孔；采取3-4mm微型銑刀（依實際需求選取），通過轉換頭與數控加工中心主軸連接，再于數控加工中心中編入型線方程以確定刀具走向。

所述的凸輪軸2的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段的（圖3所示）型線設計為均勻分布（如圖6-圖9所示），凸輪軸2的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段型線相位偏轉360/n°，使得在發動機運轉時，抵消異形槽產生的慣性力，滿足動平衡要求，后進行CAE潤滑、模態、應力分析，小范圍調整角度以使動平衡得到滿足。

所述的凸輪軸2單處軸頸（圖3所示）型線以泰勒級數為基礎引申計算得出，采取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段式結構，每段相距120°；槽深最深處較軸頸深0.5-1mm，初期設計選值0.5mm，后經拓撲運算根據CAE分析對該值進行優化；軸頸的異形槽加工應平滑過渡，曲率連續不產生尖點，避免不利于軸頸強度的缺陷產生；異形槽尾端加工采取直線走刀形式加工，角度較圖5徑向偏移30°。

所述的凸輪軸2的軸頸A段、軸頸B段、軸頸C段、軸頸D段型線加工采取微型銑刀（依實際需求選取），通過轉換頭與五軸聯動數控加工中心刀具主軸連接，再于數控加工中心中編入型線方程（泰勒級數采取3階）以確定刀具走向；起始點為異形槽首端，刀具Z-Y向進給，加工至凹槽最深處后沿30°（4中提及結構處）走出，旋轉凸輪軸2，重復此操作。

圖4是加工凸輪軸軸孔時螺栓擰緊順序圖，在加工凸輪軸軸孔時，按照1-10的先后順序將凸輪軸軸承蓋螺栓4擰緊。