凸輪軸承受周期性的沖擊載荷。凸輪與挺柱之間的接觸應(yīng)力很大，相對(duì)滑動(dòng)速度也很高，因此凸輪工作表面的磨損比較嚴(yán)重。針對(duì)這種情況，凸輪軸軸頸和凸輪工作表面除應(yīng)該有的較高的尺寸精度、較小的表面粗糙度和足夠的剛度外，還應(yīng)有較高的耐磨性和良好的潤(rùn)滑。

凸輪軸通常由優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼鍛造，也可用合金鑄鐵或球墨鑄鐵鑄造。軸頸和凸輪工作表面經(jīng)熱處理后磨光。 [1]

凸輪軸的主體是一根與氣缸組長(zhǎng)度近似相同的圓柱形棒體。上面套有若干個(gè)凸輪，用于驅(qū)動(dòng)氣門。凸輪軸是通過(guò)凸輪軸軸頸支撐在凸輪軸軸承孔內(nèi)的，因此凸輪軸軸頸數(shù)目的多少是影響凸輪軸支撐剛度的重要因素。如果凸輪軸剛度不足，工作時(shí)將發(fā)生彎曲變形，影響配氣定時(shí)。

凸輪的側(cè)面呈雞蛋形。其設(shè)計(jì)的目的在于保證氣缸充分的進(jìn)氣和排氣。另外考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和運(yùn)轉(zhuǎn)的平順性，氣門也不能因開閉動(dòng)作中的加減速過(guò)程產(chǎn)生過(guò)多過(guò)大的沖擊，否則就會(huì)造成氣門的嚴(yán)重磨損、噪聲增加或是其它嚴(yán)重后果。因此，凸輪和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩輸出以及運(yùn)轉(zhuǎn)的平順性有很直接的關(guān)系。

凸輪軸的位置有下置式、中置式和上置式三種。下置式配氣機(jī)構(gòu)的凸輪軸位于曲軸箱內(nèi)，中置式配氣機(jī)構(gòu)的凸輪軸位于機(jī)體上部，上置式配氣機(jī)構(gòu)的凸輪軸位于氣缸蓋上。

現(xiàn)在大多數(shù)量產(chǎn)車的發(fā)動(dòng)機(jī)配備的是頂置式凸輪軸。頂置式凸輪軸結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)件少，傳動(dòng)鏈短，整個(gè)機(jī)構(gòu)的剛度大，使凸輪軸更加接近氣門，減少了底置式凸輪軸由于凸輪軸和氣門之間較大的距離而造成的往返動(dòng)能的浪費(fèi)。頂置式凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)由于氣門開閉動(dòng)作比較迅速，因而轉(zhuǎn)速更高，運(yùn)行的平穩(wěn)度也比較好。

凸輪軸與曲軸之間的常見傳動(dòng)方式包括齒輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)以及齒形膠帶傳動(dòng)。下置凸輪軸和中置凸輪軸與曲軸之間的傳動(dòng)大多采用圓柱形正時(shí)齒輪傳動(dòng)，一般從曲軸到凸輪軸只需要一對(duì)齒輪傳動(dòng)，如果傳動(dòng)齒輪直徑過(guò)大，可以再增加1個(gè)中間惰輪。為了嚙合平穩(wěn)并降低工作噪聲，正時(shí)齒輪大多采用斜齒輪。

鏈條傳動(dòng)常見于頂置凸輪軸與曲軸之間，但其工作可靠性和耐久性不如齒輪傳動(dòng)。在高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛使用齒形膠帶代替?zhèn)鲃?dòng)鏈條，但在一些大功率發(fā)動(dòng)機(jī)上仍然使用鏈條傳動(dòng)。齒形膠帶具有工作噪聲小、工作可靠以及成本低等特點(diǎn)。對(duì)于雙頂置凸輪軸，一般是排氣凸輪軸通過(guò)正時(shí)齒形膠帶或鏈條由曲軸驅(qū)動(dòng)，進(jìn)氣凸輪軸通過(guò)金屬鏈條由排氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)，或進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸均由曲軸通過(guò)齒形膠帶或鏈條驅(qū)動(dòng)。

凸輪軸的常見故障包括異常磨損、異響以及斷裂，異響和斷裂發(fā)生之前往往先出現(xiàn)異常磨損的癥狀。

（1）凸輪軸幾乎位于發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的末端，因此潤(rùn)滑狀況不容樂觀。如果機(jī)油泵因?yàn)槭褂脮r(shí)間過(guò)長(zhǎng)等原因出現(xiàn)供油壓力不足，或潤(rùn)滑油道堵塞造成潤(rùn)滑油無(wú)法到達(dá)凸輪軸，或軸承蓋緊固螺栓擰緊力矩過(guò)大造成潤(rùn)滑油無(wú)法進(jìn)入凸輪軸間隙，均會(huì)造成凸輪軸的異常磨損。

（2）凸輪軸的異常磨損會(huì)導(dǎo)致凸輪軸與軸承座之間的間隙增大，凸輪軸運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生軸向位移，從而產(chǎn)生異響。異常磨損還會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)凸輪與液壓挺桿之間的間隙增大，凸輪與液壓挺桿結(jié)合時(shí)會(huì)發(fā)生撞擊，從而產(chǎn)生異響。

（3）凸輪軸有時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷裂等嚴(yán)重故障，常見原因有液壓挺桿碎裂或嚴(yán)重磨損、嚴(yán)重的潤(rùn)滑不良、凸輪軸質(zhì)量差以及凸輪軸正時(shí)齒輪破裂等。

（4）有些情況下，凸輪軸的故障是人為原因引起的，特別是維修發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)對(duì)凸輪軸沒有進(jìn)行正確的拆裝。例如拆卸凸輪軸軸承蓋時(shí)用錘子強(qiáng)力敲擊或用改錐撬壓，或安裝軸承蓋時(shí)將位置裝錯(cuò)導(dǎo)致軸承蓋與軸承座不匹配，或軸承蓋緊固螺栓擰緊力矩過(guò)大等。安裝軸承蓋時(shí)應(yīng)注意軸承蓋表面上的方向箭頭和位置號(hào)等標(biāo)記，并嚴(yán)格按照規(guī)定力矩使用扭力扳手?jǐn)Q緊軸承蓋緊固螺栓。

為了提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，有些改裝店對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸進(jìn)行了改裝，其中換裝高角度凸輪軸凸輪軸（Hi－CAM）是常見的一種改裝方法。這種改裝操作并不復(fù)雜，但由于一些改裝人員對(duì)凸輪軸上凸輪的工作角度和工作原理了解不足，使得改裝后的效果并不明顯甚至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的性能惡化。

高角度凸輪軸是相對(duì)于普通凸輪軸的240°左右的凸輪工作角度而言的，高角度凸輪軸的凸輪工作角度通常可以達(dá)到280°以上。大角度的凸輪軸可以延長(zhǎng)氣門的開啟時(shí)間，增大氣門的升程，使進(jìn)氣門和排氣門實(shí)現(xiàn)早開和晚關(guān)，使更多空氣進(jìn)入氣缸，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)中、高轉(zhuǎn)速的動(dòng)力輸出。對(duì)于民用車來(lái)說(shuō)，改裝時(shí)應(yīng)該選擇凸輪工作角度在278°以下的凸輪軸，因?yàn)楣ぷ鹘嵌却笥?78°的凸輪軸會(huì)大幅度增加氣門重疊角，使發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)力提升很多，但發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)因?yàn)闅飧酌芊庑圆缓枚鴮?dǎo)致怠速嚴(yán)重抖動(dòng)甚至熄火，這樣的車輛無(wú)法適應(yīng)日常使用，而只能用于競(jìng)賽用途。

凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件之一，凸輪軸桃尖部位的硬度和白口層深度是決定凸輪軸使用壽命和發(fā)動(dòng)機(jī)效率的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。在保證凸輪有足夠高的硬度和相當(dāng)深的白口層的前提下，還應(yīng)考慮軸頸不出現(xiàn)較高的碳化物，使其具有較好的切削加工性能。

國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)凸輪軸的主要方法有：采用鋼質(zhì)鍛造毛坯經(jīng)切削加工后，凸輪桃尖部分經(jīng)高頻淬火形成馬氏體層的工藝。20世紀(jì) 70年代末，德國(guó)和法國(guó)相繼開發(fā)了凸輪軸氬弧重熔新工藝；另有以美國(guó)為主的可淬硬鑄鐵凸輪軸；以日本和法國(guó)為主的冷硬鑄鐵凸輪軸；以及凸輪部位用 Cr-Mn-Mo 合金涂料進(jìn)行鑄件表面合金化的生產(chǎn)工藝等。 [2]