大多數(shù)汽油發(fā)動機(jī)的凸輪軸都有驅(qū)動分配器和油泵的螺旋齒輪和驅(qū)動汽油泵的偏心輪。在配有單體泵的柴油機(jī)上，凸輪軸上有一個偏心輪驅(qū)動單體泵。

凸輪軸分為整體式和組合式。整體式凸輪軸，即凸輪和偏心輪，與軸鍛造或鑄造成一體。組合凸輪軸由芯軸、凸輪、軸承軸頸和偏心輪組成，連接方式有鍵連接、熱壓配合、釬焊和燒結(jié)。組合式凸輪軸的優(yōu)點是每個總成可以獨立選擇合適的材料，減少凸輪軸的加工余量，重量輕。對于帶鋼制芯軸的凸輪軸，可以省略在軸上鉆長油孔的過程。

2.凸輪軸基本尺寸的確定

軸之間凸輪軸的尺寸取決于發(fā)動機(jī)的總體布置。凸輪軸直徑的確定和支撐數(shù)量的選擇應(yīng)保證凸輪軸的剛度。

凸輪軸的撓度可按在兩個支承點自由支承并承受一個或多個集中載荷的雙支承梁來計算。作用在凸輪上的力有：氣門彈簧力PS；閥頭上的氣體壓力pg；氣門和氣門彈簧組件的等效慣性力；搖臂慣性矩?fù)Q算成的等效慣性力；推桿和挺桿的慣性力。作用在OHC機(jī)構(gòu)凸輪上的合力p為

其中Yt——挺桿加速度；

G——重力加速度；

Gt、Gv、Gs和Gp——分別是挺桿、氣門(包括氣門鎖鐵和彈簧座)、氣門彈簧和推桿的重量；

IR——搖臂對搖臂軸的慣性矩；

Lv——搖臂軸到氣門軸線的距離；

I——搖臂比。

凸輪軸最大撓度不得超過0.03mm，下凸輪軸多為每兩缸支撐，頂置凸輪軸的高速內(nèi)燃機(jī)多采用全支撐凸輪軸。

凸輪軸的直徑dc(一般取(0.25 ~ 0.35) d，d為氣缸直徑。凸輪的基圓應(yīng)比最薄處的直徑大2 ~ 3 mm。使用整體式凸輪軸軸承時，裝配和拆卸凸輪軸的條件要求凸輪軸軸頸要加大，以便整個凸輪軸能穿過軸承孔。有時，為了便于安裝，每個軸頸的直徑從軸的一端到另一端逐漸減小。

每個氣缸同名的凸輪在軸上的相對位置取決于發(fā)動機(jī)的氣缸數(shù)量、氣缸排列和點火順序。單排四沖程發(fā)動機(jī)中各缸同名凸輪之間的夾角等于對應(yīng)缸的點火間隔角(曲軸角)的一半，二沖程發(fā)動機(jī)中則等于這個角度。確定V型發(fā)動機(jī)不同氣缸中同名凸輪的相對位置時，還必須考慮相應(yīng)挺桿之間的空間角度。

同一氣缸的進(jìn)氣凸輪和排氣凸輪在軸上的相對角位置取決于氣門正時和發(fā)動機(jī)的驅(qū)動模式。當(dāng)進(jìn)氣門和排氣門與發(fā)動機(jī)縱向排列成一排，凸輪形狀對稱時，同一氣缸內(nèi)的進(jìn)氣凸輪頂點與排氣凸輪頂點之間的夾角為C(圖7-2):

當(dāng)進(jìn)氣門和排氣門與發(fā)動機(jī)縱向排列成雙排并由凸輪軸驅(qū)動時(圖7-18)，如果排氣門搖臂的滾輪領(lǐng)先于進(jìn)氣門搖臂的滾輪/角度，則

=C/2- (3)

如果排氣門搖臂的滾輪落后于進(jìn)氣閥搖臂的滾輪/角度，則

=C/2+ (4)

3.凸輪與挺桿間的接觸應(yīng)力與潤滑

由于配氣機(jī)構(gòu)工作時凸輪與挺柱的接觸面承受很大的壓力，而且由于零件的加工誤差和變形，會形成凸輪與挺柱的點接觸，所以工作面上的接觸應(yīng)力較大。

小錐度的凸輪和大半徑的球形挺柱，可以使凸輪與挺柱的接觸點偏離挺柱軸線，使挺柱在工作中緩慢轉(zhuǎn)動，磨損趨于均勻，接觸情況不會因為凸輪與挺柱的歪斜而惡化，接觸應(yīng)力會降低。

平面筒式挺柱圓柱凸輪不僅可以補償凸輪與挺柱之間的偏斜，而且可以獲得最大接觸

在給定的凸輪和挺柱工作條件下，合理選擇凸輪和挺柱的材料匹配，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚慝@得合適的金相組織，可以有效降低凸輪和挺柱的早期磨損。

凸輪軸材料多由45、45Mn2中碳鋼或低碳鋼制成，如15Cr、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、20MnVB、球墨鑄鐵和冷硬合金鑄鐵。中碳鋼凸輪軸的所有工作面和支撐軸頸面均經(jīng)過高頻淬火，硬度為HRC 56 ~ 63。低碳鋼凸輪軸表面滲碳淬火，硬度HRC 58 ~ 63。球墨鑄鐵凸輪軸的硬度經(jīng)等溫淬火可達(dá)到HRC a3-50，經(jīng)表面淬火可達(dá)到HRC 48-55。激冷合金鑄鐵凸輪軸表面硬度可達(dá)HRC45~55，激冷合金鑄鐵凸輪軸表面硬度可硬化HRC 45 ~ 55。一般額定轉(zhuǎn)速超過3000轉(zhuǎn)/分的發(fā)動機(jī)的凸輪軸都是用合金鑄鐵制造的。目前國外用激冷合金鑄鐵和可淬硬激冷合金鑄鐵制造的凸輪軸約占總產(chǎn)量的70%。

表7-2列出了一些典型凸輪和挺桿的材料對和彈性模量e。

挺桿硬度一般需要在HRC50以上，挺桿硬度要比凸輪軸高3 ~ 7 HRC。