低碳合金钢凸轮轴渗碳热处理工艺设计(4)
1.1.3 凸轮轴的功能
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。
在汽车发动机的各个零件及机构中，配气机构是非常重要的，配气机构必须根据发动 机气缸内所发生的工作过程，保证正确地打开和关闭气门。而凸轮轴是配气机构中最重要、最关键的零件，它决定着气门的升程曲线和气门开关时刻，从而直接影响发动机的进排气量，影响发动机的动力性、经济性和排放。
在顶置凸轮轴的发动机中，凸轮轴置于气缸盖上，凸轮直接作用于摇臂或者挺杆来控制气门。除单顶置凸轮轴外，还有双顶置凸轮轴（DOHC）的，其中一根凸轮轴操纵进气门，另一根控制排气门。
这种单顶置凸轮轴发动机，由于没有推杆和挺杆，因而减小了配气机构的惯性力，减少了气门产成颤动的倾向，同时也减少了系统的变形量。而且这种单顶置凸轮轴发动机还有一个优点，由于运动质量小，凸轮轮廓可以设计的比较陡一些，可以使气门能够更快的打开和关闭，保持更多的时间停留在全开的位置上，改善发动机的换气，提高容积的效率，这样可提高发动机的性能，特别是高速下的性能。
1.1.4 凸轮轴的性能要求
由于发动机的发展趋势为多气缸多气门设计，而每一个气门的进气与排气都必须由凸轮轴上的凸轮外形控制。所以凸轮轴的发展趋势是一个凸轮轴上排列着越来越多的凸轮，如果是三缸以下的发动机，不论是两气门还是四气门，排气凸轮与进气凸轮还可以排在一根凸轮轴上。如果是四缸以上，则必须配备两根凸轮轴，其中一根凸轮轴控制进气门，另一根控制排气门。
凸轮轴是内燃机配气系统中关键的零件之一，整个配气机构是由凸轮轴驱动的，凸轮的设计对整个配气系统的性能起着决定性的作用。凸轮轴刚性差、易变形；精度高，加工难度大；因此，对于凸轮轴的设计、加工、选材、加工工艺等都提出了许多要求。
综合凸轮轴的工作环境和对其进行失效分析的情况，提出凸轮轴具有以下性能要求：
（1）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。
（2）凸轮轴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。
（3）凸轮轴需要具有较好的耐磨性能和切削加工性能。
（4）凸轮轴要具有准确的尺寸，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。
1.1.5 凸轮轴选材及其热处理工艺
针对不同的零件，选用不同的材料，以达到降低生产成本，提高经济效益的目的。
（1） 根据使用要求合理选择材料
一般凸轮材料选用45、45Mn2、40Cr等优质结构钢，表面淬火后硬度达到50~55 HRC。当对凸轮的要求更高时，可用15 、20 、20Cr 、20Mn2 等低碳钢渗碳，淬火后硬度达到58~63 HRC，渗碳层厚度为0.8~1.2 mm，也可用GCr15 钢淬火，硬度达到60~64 HRC。对于形状复杂的弧面凸轮，一般采用38CrMoAl进行氮化处理。一般用于低速轻载的凸轮可采用HT200 和HT250。实践证明，比较重要的凸轮，采用球墨铸铁QT600-3 经等温淬火使其硬度达到45~50 HRC，也可得到良好的耐磨性。