在汽车发动机的复杂构造中,曲轴与凸轮轴无疑是两个至关重要的角色。尽管您可能见过各种形状和尺寸的发动机,但几乎所有依靠燃料和空气燃烧运行的发动机,都离不开这两个耐用部件。今天,就让我们深入了解一下曲轴与凸轮轴的主要区别。
一、轴的基础认知
在探讨曲轴与凸轮轴之前,先来认识一下 “轴”。轴是一种坚固耐用的长杆状机械部件,主要功能是通过不同的连杆和齿轮,将动力和扭矩传递到机器的其他可移动部分,就像车床的主轴一样。通过与不同类型、尺寸和形状的齿轮啮合,轴能够增加扭矩。大多数轴的两端都安装有轴承,如滚珠轴承或轴颈轴承,以确保轴的平稳转动。在发动机中,轴的应用更为关键,发动机的整体性能很大程度上取决于轴在复杂且频繁的发动机循环中所能承受的硬度、刚度以及所使用的材料。轴主要分为曲轴、凸轮轴、车轴和主轴等类型。
二、曲轴:动力转换的枢纽
位置与构造
曲轴位于发动机末端、油底壳上方,是一根坚固的金属杆,它是活塞与其他发动机部件之间的关键连接纽带。其独特的阶梯状结构,各结构之间的间隙与连杆相连,通过这种连接传递能量并使轴旋转。
功能与使用类型
曲轴的主要功能堪称一项 “神奇转换”,它能将活塞的线性(上 / 下)运动转化为车轴的旋转运动,进而为汽车车轮的转动提供动力。具体来说,连杆将活塞的往复运动通过不同齿轮转变为车轮的旋转运动。
使用类型有单缸曲轴,V型双缸曲轴,多缸倾斜曲轴以及V型多缸曲轴
三、凸轮轴:气门控制的关键
构造与原理
凸轮轴是活塞发动机的重要部件,它是一根圆柱杆,表面分布着多个凸轮。这些凸轮负责控制气门的打开和关闭动作。凸轮轴的机械设计需要具备高强度和良好的支撑,凸轮通常由轴以均匀速度驱动。
工作过程与作用
进气冲程:当发动机活塞向下移动,在活塞上方形成空间,活塞在气缸内受气体压力作往复运动,并通过连杆带动凸轮轴旋转。此时,凸轮鼻到达摇臂(弹簧加载),使进气门打开。燃料喷射器与活塞上方空间的压力差,促使燃料 - 空气混合物填充该空间。
排气冲程:当发动机活塞向上移动,将燃烧后的废气推向阀门时,皮带轮通过正时皮带或齿轮系带动凸轮轴旋转。凸轮挤压摇臂(弹簧加载),使排气门打开。活塞与排气歧管之间的压力差,将气缸上部的剩余气体排出。
凸轮轴的凸轮凸角轮廓和形状经过精心优化,以确保气门平稳且精确地运行,有效降低气门机构噪音。如果凸轮处于高急动度水平,声压水平会增大,意味着高转速时气门机构噪音更大;而将凸轮轮廓调整到较低加加速度水平,凸轮能持续与从动件(弹簧加载)接触,气门机构噪音便会逐渐降低。由此可见,凸轮轴在控制气门高转速时的噪声和振动方面起着关键作用。
四、曲轴与凸轮轴的区别对比
为了更清晰地了解曲轴与凸轮轴的差异,我们通过以下表格进行对比:
曲轴 | 凸轮轴 | |
机械性能 | 将活塞的往复直线运动转化为旋转运动,输出发动机动力 | 控制气门的开启和关闭时机与开度大小,配合活塞完成进气、压缩、做功、排气冲程 |
安装位置 | 缸体的曲轴箱内,位于气缸下方 | 发动机缸盖内(顶置凸轮轴)或缸体侧面(侧置凸轮轴) |
驱动方式 | 由活塞连杆驱动,是发动机的动力输出端 | 由曲轴通过正时皮带 / 正时链条 / 齿轮驱动,转速为曲轴的1/2(四冲程发动机) |
材质 | 常用球墨铸铁、锻钢制造 | 常用铸铁、合金铸铁制造 |

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