一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构的制作方法

本发明涉及汽车发动机技术领域中的一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构。

背景技术：

目前，汽车发动机凸轮轴是汽车发动机正时系统的关键零件。为了满足发动机不断提高功率的需求，对汽车发动机各处的功率损失提出一定要求，凸轮轴颈配合结构处也不例外。在现有技术中，通常采用调整公差配合或在轴颈处开“环槽”的方式来实现功率提升。调整配合尺寸会因加工后各轴颈实体尺寸较设计尺寸波动而致使实际配合状态不良。而将凸轮轴采用“环槽”结构进行设计有着减小摩擦面积、增大轴颈处油液储量的优点，对实际功率提升效果也有限。另一方面，由于发动机转速的进一步提高，环槽结构因加工问题容易引起凸轮轴轴颈磨损不均，产生径向跳动，造成发动机NVH提升。以上两项措施均对功率提升有限。因此研发一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构一直是急待解决的新课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构，该发明采用异形槽结构轴颈，增大油室容积，减小轴颈与轴承座间摩擦面积，改善摩擦环境，轴承摩擦有所改善，且高速NVH不明显，可形成更理想的油膜，进一步降低摩擦损失。

本发明的目的是这样实现的：一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构，包括上轴承盖、凸轮轴、气缸盖、凸轮轴轴承盖螺栓、凸轮轴前轴承盖，在气缸盖上安装凸轮轴，在凸轮轴上安装上轴承盖，通过凸轮轴轴承盖螺栓将上轴承盖和气缸盖固定在一起，凸轮轴前轴承盖安装在凸轮轴的左部，在凸轮轴的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段的上设置用于注油的异形槽结构；

所述的一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构的工作原理是，异形槽型线结合泰勒级数及流体润滑相关理论，采取三段式型线设计，在凸轮轴的的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段注油孔周围轴向设置异形槽结构，凸轮轴的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段与上轴承盖、气缸盖形成的轴孔通过间隙配合；考虑到凸轮轴动平衡等因素，以及实际运转时凸轮轴径向跳动，将，凸轮轴的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段型线初步均匀分布，，凸轮轴的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段型线相位相对偏转360/n°，凸轮轴的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段开槽采取数控铣工艺，共同组成类滑动轴承结构；采用异形槽结构，增大油室容积的设计，降低轴孔摩擦，合理选取开槽宽度，减轻因高速转动造成的振动问题，满足高速NVH要求，凸轮轴的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段异形槽结构的槽区别于普通环槽之处在开槽深度及形状；该槽槽深仅在最大值与普通环槽一致，其余方向相较同深度环槽成规律性减小，均减小轴孔直接接触面积，增加机油在凸轮轴的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段处的存储量，有利于降低凸轮轴的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段处摩擦，增强润滑性能，虽级数展开项较其他阶次效果略有下降，但加工难度降低、加工时间缩短，较符合生产工艺设计，后进行CAE分析，小范围调整角度以满足最优设计；

所述的一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构的使用及操作方法是，上轴承盖、气缸盖通过螺栓连接，使用时，通过上轴承盖与气缸盖连接在一起，通过发动机正时系统实现正常运转；

所述的一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构的加工工艺是，气缸盖前轴承盖5、上轴承盖经凸轮轴轴承盖螺栓拧于气缸盖上，一体加工凸轮轴轴孔后卸下气缸盖前轴承盖、上轴承盖，装入含轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段结构的凸轮轴，再依一定的拧紧顺序、拧紧力矩拧紧上轴承盖；凸轮轴轴孔加工分两种刀具依次进行加工；以气缸盖下面作为定位基准，铣削加工上端面，粗铣气缸盖的凸轮轴孔；按照图4的顺序，通过凸轮轴轴承盖螺栓固紧气缸盖前轴承盖、上轴承盖后，用成型刀具Ⅰ精铣一阶凸轮轴孔，粗铣二阶凸轮轴孔；然后用成型刀具Ⅱ精铣二阶凸轮轴孔，粗铣+精铣三、四、五阶凸轮轴孔；采取3-4mm微型铣刀，通过转换头与数控加工中心主轴连接，再于数控加工中心中编入型线方程以确定刀具走向；

所述的凸轮轴的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段的型线设计为均匀分布，凸轮轴的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段型线相位偏转360/n°，使得在发动机运转时，抵消异形槽产生的惯性力，满足动平衡要求，后进行CAE润滑、模态、应力分析，小范围调整角度以使动平衡得到满足；

所述的凸轮轴单处轴颈型线以泰勒级数为基础引申计算得出，采取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段式结构，每段相距120°；槽深最深处较轴颈深0.5-1mm，初期设计选值0.5mm，后经拓扑运算根据CAE分析对该值进行优化；轴颈的异形槽加工应平滑过渡，曲率连续不产生尖点，避免不利于轴颈强度的缺陷产生；异形槽尾端加工采取直线走刀形式加工，角度较图5径向偏移30°；

所述的凸轮轴的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段型线加工采取微型铣刀，通过转换头与五轴联动数控加工中心刀具主轴连接，再于数控加工中心中编入型线方程以确定刀具走向；起始点为异形槽首端，刀具Z-Y向进给，加工至凹槽最深处后沿30°走出，旋转凸轮轴，重复此操作。

本发明的要点在于它的结构、工作原理及加工工艺。

一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构与现有技术相比，具有采用开异形槽结构，增大油室容积的设计，降低轴孔摩擦，合理选取开槽宽度，减轻因高速转动造成的振动问题，满足高速NVH要求等优点，将广泛地应用于汽车发动机技术领域中。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2 是图1的F-F剖视图。

图3是本发明凸轮轴轴颈部分的结构示意图。

图4是图1在加工凸轮轴轴孔时螺栓拧紧顺序图。

图5是图3的E-E剖视图。

图6是图2的A段异形槽结构剖面图。

图7是图2的B段异形槽结构剖面图。

图8是图2的C段异形槽结构剖面图。

图9是图2的D段异形槽结构剖面图。

具体实施方式

参照附图，一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构，包括上轴承盖1（4处）、凸轮轴2、气缸盖3、凸轮轴轴承盖螺栓4、凸轮轴前轴承盖5（1处），在气缸盖3上安装凸轮轴2，在凸轮轴2上安装上轴承盖1，通过凸轮轴轴承盖螺栓4将上轴承盖1（4处）和气缸盖3固定在一起，凸轮轴前轴承盖5（1处）安装在凸轮轴2的左部，在凸轮轴2的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段的上设置用于注油的异形槽结构。

所述的一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构的工作原理是，异形槽型线结合泰勒级数及流体润滑相关理论，采取三段式型线设计，在凸轮轴2的的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段注油孔周围轴向设置异形槽结构，凸轮轴2的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段与上轴承盖1、气缸盖3形成的轴孔通过间隙配合；考虑到凸轮轴2动平衡等因素，以及实际运转时凸轮轴2径向跳动，将，凸轮轴2的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段（以直列四缸发动机为例）型线初步均匀分布，，凸轮轴2的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段型线相位相对偏转360/n°（n为轴颈个数），凸轮轴2的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段开槽采取数控铣工艺，共同组成类滑动轴承结构；采用异形槽结构，增大油室容积的设计，降低轴孔摩擦，合理选取开槽宽度，减轻因高速转动造成的振动问题，满足高速NVH要求，凸轮轴2的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段异形槽结构的槽区别于普通环槽之处在开槽深度及形状；该槽槽深仅在最大值与普通环槽一致，其余方向相较同深度环槽成规律性减小，均减小轴孔直接接触面积，增加机油在凸轮轴2的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段处的存储量，有利于降低凸轮轴2的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段处摩擦，增强润滑性能，虽级数展开项较其他阶次效果略有下降，但加工难度降低、加工时间缩短，较符合生产工艺设计，后进行CAE分析，小范围调整角度以满足最优设计。

所述的一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构的使用及操作方法是，上轴承盖1、气缸盖3通过螺栓连接，使用时，通过上轴承盖1与气缸盖3连接在一起，通过发动机正时系统实现正常运转。

所述的一种汽车发动机凸轮轴轴颈结构的加工工艺是，气缸盖前轴承盖5、上轴承盖1（4处）经凸轮轴轴承盖螺栓4拧于气缸盖3上，一体加工凸轮轴2轴孔后卸下气缸盖前轴承盖5、上轴承盖1（4处），装入含轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段结构的凸轮轴2，再依一定的拧紧顺序、拧紧力矩拧紧上轴承盖1；凸轮轴2轴孔加工分两种刀具依次进行加工；以气缸盖3下面作为定位基准，铣削加工上端面，粗铣气缸盖3的凸轮轴孔；按照图4的顺序，通过凸轮轴轴承盖螺栓4固紧气缸盖前轴承盖5、上轴承盖1（4处）后，用成型刀具Ⅰ精铣一阶凸轮轴孔，粗铣二阶凸轮轴孔；然后用成型刀具Ⅱ精铣二阶凸轮轴孔，粗铣+精铣三、四、五阶凸轮轴孔；采取3-4mm微型铣刀（依实际需求选取），通过转换头与数控加工中心主轴连接，再于数控加工中心中编入型线方程以确定刀具走向。

所述的凸轮轴2的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段的（图3所示）型线设计为均匀分布（如图6-图9所示），凸轮轴2的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段型线相位偏转360/n°，使得在发动机运转时，抵消异形槽产生的惯性力，满足动平衡要求，后进行CAE润滑、模态、应力分析，小范围调整角度以使动平衡得到满足。

所述的凸轮轴2单处轴颈（图3所示）型线以泰勒级数为基础引申计算得出，采取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段式结构，每段相距120°；槽深最深处较轴颈深0.5-1mm，初期设计选值0.5mm，后经拓扑运算根据CAE分析对该值进行优化；轴颈的异形槽加工应平滑过渡，曲率连续不产生尖点，避免不利于轴颈强度的缺陷产生；异形槽尾端加工采取直线走刀形式加工，角度较图5径向偏移30°。

所述的凸轮轴2的轴颈A段、轴颈B段、轴颈C段、轴颈D段型线加工采取微型铣刀（依实际需求选取），通过转换头与五轴联动数控加工中心刀具主轴连接，再于数控加工中心中编入型线方程（泰勒级数采取3阶）以确定刀具走向；起始点为异形槽首端，刀具Z-Y向进给，加工至凹槽最深处后沿30°（4中提及结构处）走出，旋转凸轮轴2，重复此操作。

图4是加工凸轮轴轴孔时螺栓拧紧顺序图，在加工凸轮轴轴孔时，按照1-10的先后顺序将凸轮轴轴承盖螺栓4拧紧。