凸輪軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中重要的零件，凸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工質(zhì)量好壞，直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。近年來，因環(huán)境保護(hù)的需要，正在開發(fā)低油耗、低污染的發(fā)動(dòng)機(jī)。為了解決汽車尾氣無污染排放問題，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速、高輸出功率，許多發(fā)動(dòng)機(jī)采用多氣門及配氣相位、氣門升程可變的結(jié)構(gòu)，這就增加了氣門彈簧的載荷。同時(shí)，為了降低油耗及摩擦損耗，凸輪與搖臂間采用滾子結(jié)構(gòu)，凸輪與滾子的接觸面形成高壓力區(qū)，這對(duì)凸輪軸運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性、動(dòng)平衡、耐磨性能及抗扭強(qiáng)度提出了更高的要求。另外，為了達(dá)到汽車輕型化、低成本的目的，在不影響各個(gè)零件性能要求的前提下，應(yīng)該使零件盡可能簡化加工、降低重量，材料使用也更趨合理。

一般來說，直列式發(fā)動(dòng)機(jī)中，一個(gè)凸輪就對(duì)應(yīng)一個(gè)氣門。V型發(fā)動(dòng)機(jī)或水平對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)則是每兩個(gè)氣門共享一個(gè)凸輪。而轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和無閥配氣發(fā)動(dòng)機(jī)由于其特殊的結(jié)構(gòu)，并不需要凸輪。

為了實(shí)現(xiàn)輕量化，易于加工且低成本，以及發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速、高輸出功率，發(fā)動(dòng)機(jī)部件，尤其是凸輪軸的設(shè)計(jì)必須重新考慮，要求其結(jié)構(gòu)緊湊、功能高度集中、重量輕，能承受更高的接觸壓力。在目前的凸輪軸應(yīng)用中，已經(jīng)將缸蓋潤滑系統(tǒng)集中于中空式凸輪軸，將實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)直噴的燃油泵驅(qū)動(dòng)組件在凸輪軸上實(shí)現(xiàn)，將VVT(可變正時(shí)氣門)在凸輪軸尾端使用。在配氣機(jī)構(gòu)中，對(duì)凸輪軸各個(gè)部位的性能要求是不同的。對(duì)于凸輪和燃油泵驅(qū)動(dòng)輪，要求耐磨損、耐膠著、耐點(diǎn)蝕；對(duì)于軸頸要求滑動(dòng)性能好；對(duì)于軸則要求剛性、彎曲、扭轉(zhuǎn)性能好。

隨著汽車輕量化發(fā)展，凸輪軸向輕量化、功能高度集中和低成本方向發(fā)展，裝配凸輪軸的優(yōu)勢逐漸被人們認(rèn)可和接受。

裝配式凸輪軸的軸和凸輪分開制造，然后裝配在一起。凸輪一般采用碳鋼或粉末冶金材料，軸頸采用粉末冶金件或集中于芯軸的鋼管上，芯軸則采用冷拔薄壁無縫鋼管。碳鋼凸輪可進(jìn)行高頻淬火或滲碳處理，具有較高的耐膠著、耐點(diǎn)蝕性能。

在設(shè)計(jì)方面裝配式凸輪軸可將凸輪寬度設(shè)計(jì)較窄，間隔亦可很小，凸輪的排列非常緊湊。它與傳統(tǒng)凸輪軸相比具有重量輕、加工成本低、材料利用合理等優(yōu)點(diǎn)，與實(shí)心軸凸輪軸相比，重量減輕多達(dá)45％。

裝配式凸輪軸的關(guān)鍵技術(shù)是連接方法，因其連接方法不同而決定制造工藝及設(shè)備。裝配式凸輪軸始于上個(gè)世紀(jì)80年代，最先研制開發(fā)的是焊接連接式凸輪軸。上個(gè)世紀(jì)80年代中期燒結(jié)連接式凸輪軸投入使用，同期出現(xiàn)了擴(kuò)管法生產(chǎn)的凸輪軸。上世紀(jì)90年代后期滾花連接式凸輪軸開始研制。隨著新的連接方法的出現(xiàn)，裝配式凸輪軸制造技術(shù)也不斷地被更新。

焊接連接式凸輪軸由于焊接時(shí)容易產(chǎn)生熱變形，使凸輪軸的尺寸精度降低，激烈的熱變化也容易使焊接部位產(chǎn)生裂紋，質(zhì)量難以保證；燒結(jié)連接式凸輪軸在進(jìn)行粉末燒結(jié)成型凸輪的同時(shí)，凸輪又要在液相狀態(tài)下與鋼管擴(kuò)散連接，此過程必須在1000℃以上燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行，在高溫下軸容易產(chǎn)生彎曲，造成尺寸精度誤差，而且在燒結(jié)時(shí)，對(duì)材料的性能也有限制，需要大型燒結(jié)爐，熱效率不高；擴(kuò)管法首先使凸輪與鋼管配合，然后從管內(nèi)側(cè)加液壓或機(jī)械擴(kuò)管，為承受擴(kuò)管內(nèi)壓，凸輪壁要有一定的厚度，同時(shí)，為了使擴(kuò)管容易進(jìn)行，必須使用薄壁鋼管，且由于高壓作業(yè)的特殊要求，也使其設(shè)備大型化；冷熱套過盈連接法雖然在機(jī)械零件生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，但在凸輪軸生產(chǎn)中未必合適，因?yàn)樵谕馆喤c軸熱套連接時(shí)，凸輪被加熱，產(chǎn)生軟化現(xiàn)象，難以保證摩擦?xí)r的耐磨性，許多凸輪在工作時(shí)，會(huì)向軸端導(dǎo)熱，使得工作初始與完了時(shí)的連接過盈量發(fā)生變化，連接器度不能保持一致；滾花法在可靠性、精度、設(shè)備、能耗等方面都有一定的優(yōu)越性。

進(jìn)一步開發(fā)組合式凸輪軸的重點(diǎn)將在于開發(fā)材料及優(yōu)化加工工藝。市場上目前正在大力開發(fā)應(yīng)用復(fù)合材料，例如陶瓷材料等制造凸輪軸。公司正在進(jìn)行組合式凸輪軸的擴(kuò)展功能研發(fā)。比如燃油泵啟動(dòng)件和傳感器組件的集成也日漸受到青睞。SOHC凸輪軸上進(jìn)氣口或出氣口凸輪節(jié)的同步可通過CamInCam?嵌套式凸輪軸來實(shí)現(xiàn)。

裝配式凸輪軸目前以較快的速度發(fā)展，主要應(yīng)用于高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)上。隨著裝配式凸輪軸生產(chǎn)技術(shù)的提高，性能會(huì)更好、成本更低、技術(shù)多樣化的裝配式凸輪軸將會(huì)涌現(xiàn)出來。