摘要：凸轮轴的作用是控制进、排气门按时开闭，同时驱动分电器、油泵和机油泵等机件进行工作。凸轮轴主要由凸轮轴颈、凸轮、驱动齿轮和偏心轮等组成。凸轮轴经长期使用后，会出现凸轮轴弯曲、轴颈和凸轮的磨损，齿轮磨损或损坏。康明斯公司在本文中就柴油发电机凸轮轴以及轴承的检修方法做了详细阐述，希望为用户和机修人员带来帮助。本文围绕凸轮轴的作用与结构、凸轮轴的检修方法及凸轮轴的使用维护要点三个方面，系统阐述凸轮与凸轮轴轴颈的结构特点与功能要求，详细介绍凸轮轴弯曲检查、凸轮凸角检修、轴颈圆度与圆柱度检查、端隙检查、轴颈测量、磁力探伤、齿轮损伤检查、轴向间隙检查及凸轮轴承检查等检修方法，并从润滑维护、装配规范、运行监控与定期检查四个方面提出使用维护要点，为柴油发电机凸轮轴与轴承的检修与维护提供技术参考。
一、凸轮轴的作用与结构
凸轮轴的作用是控制各缸气门开启和关闭，每一个进气门、排气门分别有相对应的凸轮进行控制，使进、排气门的开、闭符合发动机工作顺序、配气相位及气门开度的变化规律等要求。由于在发动机工作中，凸轮受气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此要求凸轮表面耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度，因此，凸轮轴一般采用优质钢模锻而成，也有采用合金铸铁或球墨铸铁的，外观如图1所示。
1. 凸轮
（1）功能要求。凸轮承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷，要求凸轮表面有良好的耐磨性、足够的刚度，故凸轮表面一般经热处理后精磨。
（2）形状与排列。凸轮的形状直接影响气门开启和关闭的时刻和气门的开度，凸轮的排列影响发动机的工作顺序。因此，凸轮的轮廓必须符合发动机工作顺序和配气相位要求。
（3）凸轮轮廓的组成。如图2所示的凸轮轮廓中，O点为凸轮轴的轴心，圆弧EA为凸轮的基圆，AB和DE为凸轮的缓冲段，其中圆弧AM段为消除气门间隙阶段，至M点是气门开启，至B点缓冲结束。此阶段中，凸轮的升程变化速度较慢，即气门开启是速度较慢。
（4）工作段与缓冲段。BCD为凸轮的工作段，此段升程较快，BC段气门的开度由小逐渐变大，直至C点时气门开度最大，它决定了气门的最大开度。CD段气门开度由大到小，DN端为气门缓冲阶段，这段气门关闭的速度较慢，直至N点气门处于关闭状态，NE段为出现气门间隙阶段，即此阶段的气门间隙由小变大到E点结束。
（5）凸轮型线的分类。按凸轮升程曲线的形态，凸轮型线可分为圆弧凸轮、切线凸轮与函数凸轮三类，圆弧凸轮结构简单、加工方便，切线凸轮在缓冲段具有较好的加速度控制，函数凸轮可按配气相位与动力性能要求灵活设计。
（6）凸轮的润滑。凸轮与挺柱之间的润滑依靠飞溅机油或压力机油供给，凸轮表面应保持良好油膜，避免边界摩擦导致凸轮早期磨损。
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图1 康明斯柴油机凸轮轴零件图 |
图2 凸轮轮廓示意图 |
2. 凸轮轴轴颈
（1）支承作用。凸轮轴轴颈的作用是支承凸轮轴。凸轮轴各道轴颈的直径有的相等，但也有的从前往后逐渐减小，以便于安装。
（2）润滑通道。有些发动机其摇臂的润滑是靠凸轮轴轴承处通过缸体上的油道输送润滑油。为此，在凸轮轴颈上(2，4道)有两个不通的圆弧形节油槽，润滑油经该槽间歇地输送到摇臂轴。
（3）节流作用。该槽对油量有节流作用，防止供油过多而造成摇臂轴过量润滑，其目的有二：一是减小气门油封的负担，防止吸入汽缸；二是汽缸盖的温度高，是润滑油的加热源，可防止润滑油变稀，润滑性能变坏。
（4）轴颈数量与布置。凸轮轴轴颈的数量随发动机缸数与结构形式而定，一般四缸机有3～5道轴颈，六缸机有4～7道轴颈，轴颈的布置应保证凸轮轴具有足够的支承刚度，避免因弯曲变形导致配气相位偏移。
（5）轴颈表面要求。轴颈表面应具有较高的尺寸精度与表面光洁度，圆度与圆柱度误差应控制在允许范围内，以保证与轴承的配合间隙稳定。
3. 驱动齿轮与偏心轮
（1）正时齿轮。凸轮轴前端装有正时齿轮，通过正时齿轮与曲轴正时齿轮啮合，保证凸轮轴转速为曲轴转速的一半，从而实现四冲程发动机的配气相位要求。
（2）机油泵驱动齿轮。部分机型的凸轮轴上装有机油泵驱动齿轮，用于驱动机油泵工作，其磨损量应控制在允许范围内。
（3）偏心轮。凸轮轴上还设有偏心轮，用于驱动输油泵或其他附件，偏心轮表面磨损量应控制在允许范围内。
（4）驱动齿轮的润滑。驱动齿轮与正时齿轮啮合处的润滑依靠飞溅机油供给，应保持机油清洁与油位正常。
4. 凸轮轴的支承与轴向定位
（1）支承方式。凸轮轴通过各道轴颈支承在气缸体的凸轮轴轴承孔内，轴承多为衬套式结构，压装在气缸体轴承座孔中。
（2）轴向定位。凸轮轴的轴向位置由止推凸缘或止推垫片限定，止推凸缘固定在气缸体前端面上，位于凸轮轴第一道轴颈端面与正时齿轮之间。
（3）轴向间隙。凸轮轴轴向间隙应控制在0.15～0.33mm范围内，过大或过小都会影响配气相位与润滑效果。
（4）轴承润滑。凸轮轴轴承的润滑依靠气缸体上的油道供给压力机油，轴承上油孔应与气缸体油道孔对齐。
二、凸轮轴的检修方法
1. 凸轮轴的弯曲检查
（1）检查方法。可将凸轮轴安装于车床两顶针间，或以V形铁安放在平板上以两端轴颈为支点，用百分表检查各中间轴颈的偏差。
（2）判断标准。如果最大弯曲量大于0.025mm时，应进行冷压校正修复。
（3）修复要求。冷压校正后应复查弯曲量，确认在允许范围内方可装复使用。
2. 凸轮凸角的检修
（1）检查方法。凸轮凸角的检验，可用标准样板测量，也可以用千分尺测量（如图3所示）。
（2）磨损极限。当凸轮顶端的磨损量大于1mm时（柴油机1.2mm），应堆焊修复或更换凸轮轴。
（3）表面修整。凸轮的表面如有击痕、毛刺及不均匀的磨损时，应用凸轮轴专用磨床进行修整，或根据标准样板予以细致的修理。
（4）堆焊修复。凸轮高度因磨损减少至一定限度时，可进行合金焊条堆焊，然后进行光磨恢复原来的几何形状。
3. 凸轮轴颈的圆度及圆柱度
（1）误差要求。凸轮轴颈的圆度及圆柱度的误差应不大于0.03mm，轴颈磨损量应不大于1mm。
（2）修复方法。在修理时，可用磨小轴颈尺寸和配用相应尺寸的凸轮轴承；或用镀铬加大，再磨至与之配合的修理尺寸或标准尺寸。
（3）选配原则。轴颈磨小后应选配相应加大尺寸的轴承，确保配合间隙符合要求。
4. 检查凸轮轴的端隙
（1）端隙标准。端隙应为0.15～0.33mm。
（2）调整方法。如果不在规定范围内，就应拆卸齿轮更换垫片。
（3）垫片厚度。止推垫片的厚度为9.14～9.45mm。
5. 检查凸轮轴轴颈
（1）测量方法。用千分尺测量凸轮轴径，如图4所示。
（2）机型标准。6BT型柴油机凸轮轴颈为50.70mm；KTTA型柴油机凸轮轴轴颈为63.37mm。
（3）更换标准。如小于这个数值则凸轮轴应更换。
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图3 柴油机凸轮磨损检查 |
图4 柴油机凸轮轴颈磨损检查 |
6. 探伤
（1）探伤方法。用磁力探伤法检查是否凸轮表面裂纹、刮伤等损失。
（2）报废标准。有以下情况者，凸轮轴不能使用：
① 在整圆周方向有裂纹。
② 在黑色的或阴影的区域内有裂纹或损伤。
③ 有长度超过6mm的裂纹。
④ 有离边缘距离近于5mm裂纹或损伤。
⑤ 在一个凸轮型上有多于两处以上的裂纹或损伤。
（3）退磁要求。凸轮轴经磁力探伤后，必须完全地退磁，消除磁性，并彻底清洗后才能使用。
（4）第三方检测。在技术不达标时，请委托第三方进行检测。
7. 齿轮损伤检查
（1）螺纹损伤。凸轮轴装正时齿轮固定螺母的螺纹有损伤，应堆焊修复。正时齿轮键与键槽须吻合，否则应换新键。
（2）驱动齿轮磨损。机油泵驱动齿轮，其磨损量应不大于0.5mm；偏心轮表面磨损量应不大于0.5mm，当大于时应予堆焊修复。
（3）齿轮磨损过大。驱动齿轮磨损过大时，则应更换凸轮轴。
（4）齿轮损坏。检查凸轮轴齿轮是否有裂纹、齿和断裂或齿面凹坑，如果零件已损坏就必须更换。
8. 凸轮轴轴向间隙检查
（1）轴向间隙定义。凸轮轴轴向间隙指的是轴承在未安装于轴或轴承箱时，将其内圈或外圈的一方固定，然后使未被固定的一方做径向或轴向移动时的移动量。根据移动方向，可分为径向游隙和轴向游隙。
（2）推力凸缘调整法。增减固定在气缸体前端面上，位于凸轮轴第一道轴颈端面与正时齿轮或链轮之间的推力凸缘的厚度来调整。检查方法如图5所示，用塞尺塞入推力凸缘与正时齿轮端面之间，测得的间隙应为0.10mm左右，若超过，可减小隔圈厚度或更换止推凸缘。
（3）百分表测量法。凸轮轴轴向间隙检查拆下气门传动组其他零件后，用百分表头抵住凸轮轴轴端，前后推动凸轮轴，百分表指针的摆动量即为凸轮轴轴向间隙。
9. 凸轮轴承检查
（1）配合间隙检查。凸轮轴颈与凸轮轴轴承的配合间隙，检查方法如图6所示，一般为0.03-0.07mm，最大不得大于0.15mm，当配合间隙大于0.15mm时，应更换新轴承。
（2）轴承选配。应根据凸轮轴颈尺寸选配同级修理尺寸的凸轮轴承。将选好的凸轮轴轴承用专用工具冲入，注意凸轮轴轴承油孔，应对准汽缸体上的油道孔。
（3）过盈量要求。为防止凸轮轴轴承转动，轴承与轴承座孔的配合一般应有0.05-0.1mm的过盈量。
（4）铰削要求。为获得轴颈与轴承间有0.03-0.07mm的配合间隙和保证各道轴承的同轴度，应用铰削凸轮轴轴承的专用铰刀进行铰削。轴承铰削后，其轴承内孔圆度和圆柱度误差应不大于0.01mm，表面粗糙度小于0.8μm。
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图5 凸轮轴轴向间隙检测示意图 |
图6 凸轮轴颈和座孔配合间隙检查 |
三、凸轮轴的使用维护要点
1. 润滑维护
（1）保持机油清洁。机油中的杂质会加速凸轮与挺柱、轴颈与轴承的磨损，应定期更换机油与机油滤清器，保持机油清洁度。
（2）检查机油压力。凸轮轴轴承的润滑依靠压力机油供给，应定期检查机油压力是否在正常范围内，发现压力异常应及时排查。
（3）检查油道通畅。大修时应检查气缸体油道与凸轮轴轴承油孔是否通畅，油孔应对准气缸体油道孔，避免供油不足。
（4）关注节油槽状态。凸轮轴颈上的节油槽应保持通畅，避免堵塞导致摇臂轴润滑不足或过量润滑。
2. 装配规范
（1）轴承压装。轴承压装时应使用专用工具，注意轴承油孔与气缸体油道孔对齐，轴承与轴承座孔应保证0.05-0.1mm的过盈量。
（2）轴承铰削。轴承压装后应用专用铰刀铰削至规定配合间隙，铰削后应检查内孔圆度、圆柱度与表面粗糙度。
（3）正时对正。安装凸轮轴时应按正时标记对正正时齿轮，确保配气相位符合说明书要求。
（4）轴向间隙调整。装配后应检查凸轮轴轴向间隙，通过增减止推垫片厚度调整至0.15～0.33mm范围内。
（5）拧紧力矩控制。正时齿轮固定螺母与止推凸缘固定螺栓应按说明书规定力矩拧紧，避免松动导致正时偏移。
3. 运行监控
（1）监听异常声响。运行中监听配气机构有无异常声响，凸轮轴轴承间隙过大时会产生周期性敲击声。
（2）观察配气相位。通过观察气门开启与关闭时刻判断配气相位是否正常，凸轮磨损或正时偏移会导致配气相位变化。
（3）关注功率与油耗。凸轮磨损会导致气门开度不足、充气效率下降，表现为功率下降与油耗上升。
（4）检查机油消耗。凸轮轴轴承间隙过大会导致机油泄漏量增加，机油消耗量异常升高。
4. 定期检查
（1）定期检查配气相位。按说明书要求定期检查配气相位，发现偏差应及时调整。
（2）定期检查气门间隙。气门间隙异常会加剧凸轮与挺柱的冲击载荷，应按说明书要求定期检查调整。
（3）大修时全面检查。发动机大修时应全面检查凸轮轴弯曲、凸轮磨损、轴颈磨损、齿轮损伤与轴承间隙，超差时按要求修复或更换。
（4）记录检查数据。将各项检查数据记录归档，便于跟踪凸轮轴磨损趋势与制定维修计划。
总结
凸轮轴作为柴油发电机配气机构的核心部件，其作用是控制各缸气门按时开启与关闭，并驱动分电器、油泵和机油泵等机件工作。凸轮轴由凸轮、凸轮轴轴颈、驱动齿轮和偏心轮等组成，凸轮轮廓的形状直接决定气门开启时刻、开启持续角度与开度，凸轮轴轴颈则承担支承与润滑油输送功能。凸轮轴经长期使用后会出现弯曲、轴颈与凸轮磨损、齿轮磨损或损坏等失效形式，检修时应依次进行弯曲检查、凸轮凸角检修、轴颈圆度与圆柱度检查、端隙检查、轴颈测量、磁力探伤、齿轮损伤检查、轴向间隙检查及凸轮轴承检查，并根据检查结果采取冷压校正、堆焊修复、磨削修整或更换凸轮轴与轴承等处理措施。在使用维护方面，应做好润滑维护、装配规范、运行监控与定期检查，通过保持机油清洁、检查机油压力与油道通畅、规范轴承压装与铰削、正时对正与轴向间隙调整、监听异常声响与观察配气相位及大修时全面检查等措施，保障凸轮轴长期可靠工作，确保柴油发电机配气机构与整机性能稳定。
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