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凸輪軸是活塞發動機里的一個部件。它的作用是控制氣門的開啟和閉合動作。雖然在四沖程發動機里凸輪軸的轉速是曲軸的一半（在二沖程發動機中凸輪軸的轉速與曲軸相同），不過通常它的轉速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此設計中對凸輪軸在強度和支撐方面的要求很高，其材質一般是特種鑄鐵，偶爾也有采用鍛件的。由于氣門運動規律關系到一臺發動機的動力和運轉特性，因此凸輪軸設計在發動機的設計過程中占據著十分重要的地位。
凸輪軸的主體是一根與汽缸組長度相同的圓柱形棒體。上面套有若干個凸輪，用于驅動氣門。凸輪軸
凸輪軸
的一端是軸承支撐點，另一端與驅動輪相連接。
凸輪的側面呈雞蛋形。其設計的目的在于保證汽缸充分的進氣和排氣，具體來說就是在盡可能短的時間內完成氣門的開、閉動作。另外考慮到發動機的耐久性和運轉的平順性，氣門也不能因開閉動作中的加減速過程產生過多過大的沖擊，否則就會造成氣門的嚴重磨損、噪聲增加或是其它嚴重后果。因此，凸輪和發動機的功率、扭矩輸出以及運轉的平順性有很直接的關系。
一般來說直列式發動機中，一個凸輪都對應一個氣門，V型發動機或水平對置式發動機則是每兩個氣門共享一個凸輪。而轉子發動機和無閥配氣發動機由于其特殊的結構，并不需要凸輪。
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