摘要：发动机配气正时与燃油喷射正时的精确性直接决定功率输出、燃油经济性及排放水平。不同机型采用不同的正时定位方式——链条传动通常依靠链节标记与齿轮刻线对正，皮带传动则多依赖专用工装定位，而高精度样机调试需采用百分表测量法按设计值逐缸校准。本文以康明斯QSX15发动机为对象，系统阐述凸轮轴及其正时齿轮的安装工艺，涵盖下剪式惰轮、下非剪式惰轮、可调整惰轮以及凸轮轴剪式/非剪式齿轮的装配顺序、卸载/加载操作、螺栓拧紧力矩与转角要求。重点给出齿轮侧隙（0.25mm垫片法）的调整步骤，区分剪式齿轮组与非剪式齿轮组的差异化设定方法，并明确严禁在特定齿轮间设定侧隙的维修禁令。最后将正时楔块与曲轴锁销的拆卸、盘车复核及最终验收合并阐述，形成从部件安装到正时校验的完整操作闭环。
一、 正时系统装配前的准备与通用原则
1. 正时定位的三种技术路线
发动机正时的精确对正因机型设计不同而采用差异化的方法：
（1）链条传动式：正时链条上通常设有彩色链节（或标记链节），需与进排气凸轮轴链轮及曲轴链轮上的正时标记严格对正。装配时须确保链条张紧器已正确安装，且在曲轴旋转两圈后标记仍能重合。
（2）皮带传动式：正时皮带一般无链节标记，需依靠专用定位工装（如凸轮轴锁定工具、曲轴TDC定位销）将各轴固定在绝对位置，再安装皮带并调整张紧轮。不同发动机型号的工装不通用，维修时必须配备对应机型的专用工具。
（3）工装+百分表精确校准法：对于新开发的样机或大修后需验证设计参数的场合，上述标记法和工装法仅提供粗定位，最终需按发动机设计值，采用百分表测量活塞上止点、气门升程及喷油泵供油起始角，通过多次转动曲轴并记录数据来精确确定正时。该方法程序复杂，但精度最高，一般仅用于研发或特殊精度要求的再制造。
2. 凸轮轴安装的基本要求
若凸轮轴在维修中被拆下，重新安装时应先完成凸轮轴、密封垫及其后盖板的固定，如图1所示。凸轮轴后盖板螺栓的拧紧扭矩为 40 N·m [30 ft-lb]，需按交叉顺序均匀拧紧，以防止盖板变形导致凸轮轴轴向间隙失准。在凸轮轴间隙和正时调整之前，必须根据“初始检查”部分的说明确认凸轮轴楔块已正确安装并装配到位（不同机型通过铭牌标识区分，如图2的QSX15发动机铭牌位置示意）。
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图1 凸轮轴后盖板和密封垫安装示意图 |
图1 康明斯柴油机铭牌示意图 |
二、 惰轮组件的安装工艺
1. 下剪式惰轮的安装与卸载
下剪式惰轮是齿轮系中消除啮合侧隙的关键部件，其内部包含剪式（分体式）齿轮结构，通过弹簧或轴向力使主、副齿轮产生相对转动，以消除齿侧间隙。安装前，必须对下剪式惰轮进行卸载——将两根齿轮螺栓尽可能拧出，直到剪式齿轮的副齿与主齿错位消失、轮齿对正为止，否则强行压入会导致预紧力错误。
如图3所示。在止推轴承、轴和下部剪式惰轮的接触面上涂抹 Lubriplate™ 装配润滑脂后，安装止推轴承、轴和惰轮。轴的端面印有“TOP”（顶部）字样，安装时必须朝向发动机顶部。齿轮挡板上的槽口应朝向剪式齿轮方向，以保证润滑油路畅通。安装挡板及螺钉后，按星形交替方式拧紧所有螺钉：如图4所示。先施加 70 N·m [52 ft-lb] 的初扭矩，然后按相同交替次序将每根螺钉再旋转 60° ± 5°（转角法，如图5所示）。完成上述步骤后，拧紧所有齿轮螺栓，使喷油器下剪式惰齿轮加载（即使剪式齿轮副恢复错齿预紧力），加载扭矩为 28 N·m [248 in-lb]。
特别警示：剪式齿轮螺钉若未达到规定扭矩，发动机运转中可能松脱，导致齿轮系错位、气门与活塞碰撞，造成发动机严重损坏。装配时必须使用经校准的扭矩扳手和角度规。
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图3 涂抹 Lubriplate ™ |
图4 凸轮轴剪式齿轮螺钉安装 |
图5 拧紧正时齿轮螺栓（转角法） |
2. 下非剪式惰轮的安装
下非剪式惰轮为普通整体齿轮，无剪式结构，用于传递动力但不参与侧隙消除。如图6所示，同样将 Lubriplate™ 涂抹在止推轴承、轴和齿轮上，安装时轴端“TOP”字样朝上。齿轮挡板槽口朝向剪式齿轮一侧。安装挡板和螺钉后，按星形方式施加 70 N·m [52 ft-lb] 初扭矩，再按相同次序旋转 60° ± 5° 完成终紧，如图7所示。
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图6 下非剪式惰齿轮涂抹 Lubriplate™ 方法 |
图7 凸轮轴下非剪式惰齿轮螺钉位置 |
3. 可调整惰轮的松装与隔板定位
可调整惰轮是正时调整中最关键的部件，其位置可在一定范围内移动，用于补偿齿轮系累积侧隙并优化啮合。安装前，用2个标准定位销将隔板固定到缸体上，确保隔板位置精确，如图8所示。将 Lubriplate™ 涂抹到隔圈、轴和可调整惰轮上，安装隔圈、轴和惰轮（轴端“TOP”朝上），如图9所示。重要：轴可以安装到不同方位，但若方位错误将无法正确设置齿轮侧隙，必须严格按维修手册指定的方位安装。
可调整惰轮采用松驰安装——即在后续正时调整完成之前，其最终位置未被固定。安装挡板和螺钉后，用手拧紧螺钉，然后拧松“一道”（即 60°），如图10所示。使惰轮可在一定范围内自由移动，为后续塞尺调整做准备。齿轮挡板上的槽口朝向齿轮方向。
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图8 可调整惰齿轮隔板位置 |
图9 可调整惰齿轮位置 |
图10 拧紧可调整惰齿轮挡板和螺钉 |
三、 凸轮轴齿轮组件的安装与区别
QSX15发动机根据配置不同，前端的凸轮轴齿轮可能为剪式结构或非剪式结构，二者的安装工艺有明确区别。
1. 凸轮轴剪式齿轮的安装
安装前，凸轮轴前端锥面和齿轮内径必须保证清洁、干燥（如图11所示），使用不起毛的布擦拭锥面，并在齿轮内径上涂抹薄薄一层 Loctite™ 609（零件号 3823718），如图12所示。该厌氧胶用于填充锥面配合间隙，防止微动磨损。组装前应避免机油污染接头，否则会导致胶粘失效和齿轮松脱。
同样，安装前必须卸载凸轮轴剪式齿轮——将两根齿轮螺栓尽可能拧出，直到剪式齿轮轮齿对正。凸轮轴剪式齿轮应紧贴凸轮轴前端锥面，若过松将在锥面上转动，造成正时漂移。将齿轮套入锥面但不要安装过紧。注意：有两种齿轮固定垫圈——粉末金属垫圈（有曲面，不可继续使用）和实心加工垫圈（平面，检查无损坏可复用）。剪式齿轮的装配垫圈直径大于凸轮轴装配垫圈，按图13位置安装垫圈和螺钉。完成后，用手拧紧，再拧松“一道”（60°），如图14所示。使齿轮保持松装状态，以便后续可调整惰轮能够移动到最终位置。此时不要座合齿轮。
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图11 对凸轮轴剪式齿轮进行清理 |
图12 润滑油涂敷在凸轮轴齿轮的内径 |
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图13 凸轮轴剪式齿轮装配垫圈和螺钉位置 |
图14 凸轮轴剪式齿轮拧松螺钉60° |
2. 凸轮轴非剪式齿轮的安装
非剪式齿轮为整体齿轮，无分体副齿结构。安装前同样要求锥面和内径清洁干燥（如图15所示），在内径涂抹 Loctite™ 609（如图16所示）。粉末金属喷油器齿轮固定垫圈（曲面）不可继续使用，必须更换为实心加工垫圈。齿轮与锥面应完全贴合（若过松需更换），套入后不要安装过紧。安装垫圈和螺钉后用手拧紧（位置如图17所示），再拧松 60°，保持松装以允许可调整惰轮就位。
3. 凸轮轴齿轮（附加说明）
对于采用单凸轮轴齿轮的机型，其安装原则同上：锥面清洁干燥、涂抹 Loctite™ 609、齿轮完全贴合锥面、安装垫圈和螺钉、手拧后拧松60°，如图18所示。区别在于其装配垫圈直径小于剪式齿轮的装配垫圈，选件时不可混淆。
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图15 凸轮轴非剪式齿轮清洁方法 |
图16 非剪式齿轮内径上涂抹机油 |
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图17 非剪式齿轮装配垫圈和螺钉 |
图18 单凸轮轴齿轮拧松螺钉60° |
四、 齿轮侧隙调整工艺
侧隙调整是正时装配中最关键的环节，其目标是在所有齿轮副中建立统一的啮合间隙（以 0.25mm 垫片为基准），并通过移动可调整惰轮消除齿轮系累积间隙。根据齿轮类型不同，分为两种调整方法。
1. 剪式齿轮组侧隙调整
适用范围：凸轮轴齿轮为剪式结构，下惰轮为剪式结构（或凸轮轴非剪式 + 下惰轮剪式的组合）。
操作步骤：
（1）在调整过程中，必须保持凸轮轴剪式齿轮处于卸载状态（两根齿轮螺栓拧出使副齿对正）。
（2）严禁在可调整惰轮与下剪式惰轮之间设定侧隙，否则将导致剪式结构过载损坏。
（3）将 0.25 mm [0.010 in] 的塞尺（公差范围 0.225~0.275 mm）插入可调整惰轮与宽（后侧）凸轮轴剪式齿轮之间的啮合处（见示意图19）。
（4）仅用手压，使可调整惰轮向发动机中心方向移动（即向啮合方向），直到垫片两侧均无可见间隙。在此过程中，凸轮轴上的两个齿轮应有轻微的旋转（允许的轴向游隙被消除）。
（5）塞尺应能顺利推入和拔出，且推拉时感觉到轻微的摩擦阻力——表明侧隙已被设定为 0.25mm 标准值。
（6）对于采用非剪式凸轮轴齿轮+剪式下惰齿轮的组合，侧隙设定步骤与上述方法相同，仅啮合对象不同，但操作逻辑完全一致。
2. 非剪式齿轮组侧隙调整
适用范围：所有齿轮均为非剪式普通齿轮。
操作特点：该调整无需拆下下部前齿轮室盖，通过盖板上的检修孔（位置如图2所示）即可将塞尺插入下非剪式惰轮与可调整惰轮之间。检修孔用螺塞密封，螺塞可从后侧推出，便于操作。
操作步骤：
（1）在可调整惰轮与凸轮轴齿轮的啮合处插入 0.25mm 塞尺（如图21位置一）。
（2）在可调整惰轮与下非剪式惰轮的啮合处插入另一片 0.25mm 塞尺（如图21位置二）。
（3）仅用手压，移动可调整惰轮，使两处齿轮副的轮齿与塞尺之间均无间隙。
（4）同样以推拉塞尺时感到轻微阻力为合格标志。
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图19 调整侧隙（剪式齿轮组） |
图20 盖板检修孔（非剪式齿轮组） |
图21 可调整惰齿轮和齿轮之间的插入垫片 |
五、 正时齿轮的最终拧紧与加载
1. 可调整惰轮的最终固定
在侧隙设定合格后，保持可调整惰轮位置不变（不使其移动），拧紧其装配螺钉：初拧 30 N·m [22 ft-lb]，再按相同次序旋转每根螺钉 60°，如图22所示。拧紧后取出全部塞尺。
2. 凸轮轴剪式齿轮的加载与终紧
（1）拧紧所有齿轮螺栓，如图23所示。使凸轮轴剪式齿轮加载（即使剪式副齿恢复错齿预紧力），扭矩为 28 N·m [248 in-lb]。此时凸轮轴齿轮在锥面上应略有转动。
（2）紧固剪式齿轮固定螺钉：初拧 136 N·m [100 ft-lb]，再额外转动 90°。
（3）为消除螺纹蠕变和垫圈压缩变形，松开螺钉 360°，然后按“扭矩+角度法”再次紧固：如图24所示，先施加 136 N·m，再旋转 90°。此“松-紧”两步法可确保最终预紧力稳定且一致。
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图22 可调整惰齿轮旋转每根螺钉60°角 |
图23 将凸轮轴剪式齿轮所有螺钉拧紧 |
图24 剪式齿轮螺钉用扭矩加角度法拧紧 |
3. 凸轮轴非剪式齿轮的终紧
（1）仅用手压，顺时针旋转凸轮轴齿轮，直到齿轮系无侧隙（曲轴齿轮与凸轮轴齿轮轮齿接触为止）。
（2）拧紧固定螺钉：136 N·m + 90°，松开 360°，再次以 136 N·m + 90° 终紧，如图25所示。
（3）如图26所示，随后拧紧剪式齿轮固定螺钉至 148 N·m [110 ft-lb]。
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图25 拧紧凸轮轴非剪式齿轮固定螺钉 |
图26 拧紧凸轮轴剪式齿轮固定螺钉 |
4. 凸轮轴剪式齿轮的附加旋向操作（针对剪式组合）
（1）拧紧剪式齿轮固定螺钉至 148 N·m。
（2）逆时针旋转气门凸轮轴齿轮（如图27所示），直到两凸轮轴齿轮之间无侧隙。
（3）如图28所示，拧紧非剪式齿轮固定螺钉（扭矩值同 148 N·m）。
（4）在所有齿轮系表面涂敷干净的 15W-40 机油（如图29所示），并通过下齿轮室盖上的检修孔润滑下惰齿轮和曲轴齿轮，如图30所示。
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图27 逆时针旋转气门凸轮轴齿轮 |
图28 拧紧非剪式齿轮固定螺钉 |
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图29 所有齿轮系上涂敷干净的机油 |
图30 润滑下惰齿轮和曲轴 |
六、 正时楔块与曲轴锁销的拆卸、盘车复核与最终验收
1. 正时楔块与曲轴锁销的拆卸
所有齿轮终紧及润滑完成后，进入最后的解锁阶段，操作顺序至关重要：
（1）拆下喷油器和凸轮轴正时楔——该楔块在装配过程中用于将凸轮轴锁定在绝对相位位置，防止装配齿轮时凸轮轴发生旋转。拆卸时应猛烈向上拉动楔块（而非旋转或撬动，如图31所示），这是最有效且不损伤楔块及缸盖配合面的方法。若拉动困难，可轻轻敲击楔块侧面使其松动，但不得使用撬棍以免损坏座孔。
（2）拆下曲轴锁销——该锁销在装配过程中将曲轴固定于第一缸压缩上止点（TDC）位置，如图32所示。拆下锁销后，应立即在锁销安装孔处安装密封堵头，防止机油泄漏或灰尘进入飞轮壳内部。
关键时序要求：必须先拆凸轮轴正时楔，再拆曲轴锁销，顺序不可颠倒。若先拆曲轴锁销，在后续拆卸凸轮轴楔块时可能因凸轮轴弹簧力导致曲轴意外转动，造成活塞与气门干涉风险。
2. 手动盘车复核（两步法）
（1）初步盘车检查：拆卸完毕后，使用盘车工具缓慢、均匀地顺时针旋转曲轴至少两整圈（720°曲轴转角），全程感受旋转阻力是否均匀。若在某一角度出现突然卡滞或阻力急剧增大，应立即停止，检查是否有齿轮啮合异常、活塞与气门干涉或螺栓干涉。
（2）正时标记复核对正：盘车两圈后，将曲轴再次转至第一缸压缩上止点位置（飞轮刻度线对准壳体标记），检查凸轮轴齿轮上的正时标记是否与齿轮室盖上的固定指针对齐。对于QSX15双凸轮轴结构，两侧凸轮轴齿轮标记均应与各自对应的指针重合，偏差不得超过 ±1°曲轴转角（约相当于齿轮齿距的1/4）。若偏差超限，则需松开可调整惰轮及凸轮轴齿轮重新执行侧隙调整和终紧步骤。
（3）辅助仪表验证（可选但推荐） ：对于大修后的发动机或更换了曲轴/凸轮轴的维修，建议使用百分表进一步验证——将百分表测头抵住第一缸进气门弹簧座，再次缓慢盘车，读取气门开始开启时的曲轴角度，与发动机铭牌上的设计值对比，偏差应在 ±2°曲轴转角以内。
3. 最终装配与清洁
（1）安装下齿轮室盖板：确保密封垫片完好（如有损坏需更换），按交叉顺序拧紧盖板螺栓至规定扭矩，检修孔螺塞应涂覆少量密封胶后旋紧。
（2）机油预润滑：在所有齿轮系表面、凸轮轴轴颈及轴承表面再次涂抹干净的 15W-40 发动机机油，确保初次起动时各摩擦副有足够润滑。
（3）清理作业区域：确认所有工具、塞尺、垫片、旧密封垫等杂物已清出齿轮室和气缸盖区域，防止遗留物造成运转损坏。
4. 启动试验与热态复查
（1）启动前手动预注油：若发动机大修后首次启动，应使用电动预润滑泵或手动预注油工具，使机油压力表出现压力后再行启动，避免干摩擦。
（2）怠速运行检查：启动发动机后，以怠速运转 3~5 分钟，倾听前齿轮室有无异常啮合噪声（如尖锐哨音、周期性的敲击声）。轻微均匀的齿轮啮合音为正常，若出现周期性“嗒嗒”声，应停机检查侧隙是否过小。
（3）热态复查（建议） ：发动机达到正常工作温度（水温 75~85℃）后，熄火并再次手动盘车，确认热膨胀后无卡滞现象。使用诊断仪（电控机型）或正时灯（机械泵机型）复查喷油正时或点火正时，确保与标准值一致。
5. 维修记录归档
完成全部操作后，应记录以下数据并存档：凸轮轴齿轮螺栓最终扭矩值、侧隙设定所用塞尺厚度、盘车复核的标记偏差角度、启动后有无异常噪声。这些记录为后续保养和大修提供基准参考。
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图31 拆下凸轮轴正时楔 |
图32 拆下曲轴锁销 |
总结
康明斯QSX15发动机正时系统的安装与调整遵循“先松装、后侧隙、再终紧”的三阶段逻辑。惰轮和凸轮轴齿轮安装时保持松装或卸载状态，为可调整惰轮的位移留出空间；通过0.25mm塞尺在指定啮合处设定标准侧隙（剪式组与非剪式组的插入位置不同，且严禁在可调整惰轮与下剪式惰轮之间设定侧隙）；侧隙合格后按顺序固定可调整惰轮、加载剪式齿轮并执行“扭矩+转角+松开重拧”的双重紧固工艺。收尾阶段须按“先拆凸轮轴正时楔、再拆曲轴锁销”的顺序解锁，随后必须手动盘车两圈以上复检正时标记，确认无干涉且偏差合格后方可封盖、预润滑并启动试车。不同齿轮类型（剪式/非剪式）的螺栓扭矩值及加载方向有严格区分，维修中须依据具体配置选择正确工艺，装配前务必保证锥面无油、涂抹指定厌氧胶，以确保正时系统长期稳定可靠。启动后的怠速监听与热态复查是验证装配质量的最后防线，不可省略。
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