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如何设计和加工出具有合理型线
的凸轮
轴是整个配气系统设计中最为重要的问题。
对内燃机气门通过能力的要求,
际上就是对由凸轮外形所决定的气门小曲率半径应大于2mm
用静态优化设计法设计的圆弧凸轮，虽然加速度曲钱不连续，配气机构惯性力有突变，但有较大时面值。对转速不高的发动机来说，它所引起的振动和噪声较小，故在较低转速的发动机上还有一定的使用价值。但随着发动机转速的提高，振动和噪声趋向严重。为解决此问题，人们又用此法设计了函数凸轮，如复合正弦凸轮及复合摆线凸轮等。这类凸轮型线变化形式较多，但其加速度曲线都是连续的。当内燃机转速进一步提高时。配气机构的弹性变形引起气门强烈振动，严重时会破坏气门的正常工作，产生飞脱和反跳，这不仅加剧了发动机的振动、噪声和各零件间的磨损，还会使充气性能有所下降，为了解决这些问题，人们就提出了动态设计的方法E14]
在动态优化设计中，考虑弹性变形。把配气机构看成弹性系统，主要由下列指标来评价凸轮型线。
1）气门的动态加速度峰值。也就是根据单质量振动模型或多质点振动模型计算出的最大正加速度波蜂值和第一个负加速度波谷值的大小，以及落座后的气门动态响应。
2）动态充气性能。即考虑进排气管压力波动，多缸机各缸的抢气现象，配气相位对充气性能的影响。随着内燃机转速的提高，静态和动态充气性能的差别越来越大，这主要是由两部分因素引起的，一是当转速提高。吸气过程缩短，进排气管压力波的动态效应增大；另一方面气门发生飞脱和反跳，破坏了正常的静态充气性能。
3）挺柱与凸轮表面的动力润滑磨损情况以及气门头部的磨损情况。但在实际上这些指标受到一些限制，如在动态充气性能计算中必须考虑到进排气管中的压力波动情况、配气相位的影响，这就需要求解一元不等炳流动的特征线方程组，而精确求解该方程组比较困难。另外动态充气性能主要受到进排气管和气道的结构尺寸的影响，所以往往把它和凸轮型线分开计算。凸轮脚面与挺柱表面的动力润滑一般只用道森半经验公式进行计算，所以有时也不考虑，实际上所谓的动态优化设计只比静态优化设计多考虑了动态加速度峰值，一般将配气机构简化成单质点振动模型。用振动模型的动态加速度正负峰值来判断凸轮型线的好坏。
用动态优化设计方法设计的凸轮有多项动力凸轮、正弦抛物线凸轮、rL次谐波并未考虑配气机构的弹
凸轮等。多项动力凸轮只从弹性变形的角度出发设计凸轮外形,性振动，它仍然没有从根本上解决配气机构的振动等问题。
谐波凸轮从振动理论出发，先计算配气机构的自振频率，然后按照给定条件设计谐波凸轮，这种凸轮型线在理论上引起配气机构的振动最小，被认为具有较好的工作平稳性，但设计时调整工作量大，特别难以控制负加速段的波动，且这种凸轮在缓冲段和工作段连接处附近有波动，很难作出合理设计，因此限制了它的应用。
动态优化设计虽然考虑了配气机构的弹性变形和振动问题，但同限于凸轮型线的优化。而优化的目标常会使气门升程下的面积达到最大，即把凸轮的充气性能放在首位。。将凸轮型线与配气系统的动态行为统一考虑，这种模型较为全面地顾及对配气系统的各种要求，达到较好的效果[15]O基于高次方程凸轮型线设计1普通高次多项式凸轮型线的设计
整个凸轮轮廓由基圆、挺柱上升段和挺柱下降段组成，其中上升段和下降段又都各分为缓冲段和工作段两部分。上升工作段和下降工作段在桃尖最大升程处相接。上
升缓冲段和下降缓冲段各处在对应工作段与基圆之间。在缓冲段上，挺住升程很小，速度也很小，每一段所占凸轮轴转角度数叫做段长巳们。配气凸轮所对应的挺柱升程曲线在上升段和下降段各有一缓冲段，上升级冲段和下降缓冲段的设计可以是相同（对称）的，也可以不相同。例如在有些凸轮设计中，将上升缓冲段包角取得较短，而下降缓冲段的包角取得较长，其目的是使气门开启较快而关闭时落座又不致过大，但一般所见到的多数设计，其上升、下降缓冲段还是取成相同的。此外，缓冲段的设计还应考虑与基本段有连续光滑的连接。
设置缓冲段的目的是控制住气门的初速度和落座速度，由于气门间隙在发动机运转过程中会因一些零件的热膨胀和磨损而发生变化，如果没有缓冲段，则在气门间隙较大时，气门会受到较大的初始速度冲击和落座过度冲击，加剧机构的振动、嗓声以及气门和气门座锥面的冲击摩擦。安排缓冲段，并使缓冲段升程大于折算到挺柱端的气门间隙最大可能值，则气门间隙消除时刻和气门落座时刻挺柱总在缓冲段上，气门的初速度和落座速度得以控制。
多数汽车发动机的进气凸轮不同于排气凸轮，而且一般表现为排气凸轮的工作段总长大于进气凸轮，最大升程、缓冲段与工作段衔接处的挺柱升