安卓，于德政，李一，梁锋

（华晨汽车工程研究院动力总成设计处，辽宁 沈阳 110141）

前言

在发动机的配气机构中，凸轮轴的凸轮与杯式挺柱是一对重要的摩擦副。发动机运转过程中，随着凸轮轴的转动，凸轮与杯式挺柱接触表面承受周期性的冲击载荷和滑动摩擦，如果在此过程中，该摩擦副磨损严重，会影响发动机的正常运转。

某1.5升增压直喷汽油机试验过程中，进、排气凸轮轴的凸轮与挺柱接触表面发生异常磨损，其中凸轮磨损位置主要发生在凸轮桃尖两侧 30°～40°范围内。经过材料匹配分析、配气机构多体动力学仿真计算、并结合润滑系统试验、耐久试验，通过更改凸轮材料、优化凸轮型线、优化发动机润滑系统等措施，最终解决了该问题。

1 问题分析

1.1 材料匹配分析

该发动机为组合式凸轮轴，凸轮材料为GCr15，表面硬度不低于56HRC，挺柱材料为20CrMo，表面硬度为770HV3（相当于 63HRC），前者为高碳铬轴承钢，后者为合金结构钢，两者均属于钢质类材料，对于滑动摩擦，同一摩擦副中的两者采用相同或相似材料，且硬度相差不太大的情况下易产生粘着。由此推断，此种材料匹配方案可能为导致该异常磨损的因素之一。

1.2 配气机构型线分析

凸轮磨损区域位于凸轮桃尖两侧30°～ 40°范围内，通过配气机构动力学仿真计算，凸轮与挺柱表面接触应力的峰值发生在该区域内（如图1、图2所示）。

其中，接触应力：

式中：

FQ为作用在凸轮外形法线方向的载荷（包括弹簧力、集中质量惯性力）；

ρ为凸轮曲率半径