聊一聊摩托车发动机排气门的有限元分析

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摩托车发动机配气机构是发动机的重要组成部分，是现进气和排气过程的关键装置，对发动机的性能、振动以及噪音影响很大。气门（包括进气门和排气门）是发动机配气机构的重要部件，气门的好坏决定着发动机工作的可靠程度。气门在气缸中不断循环地开启、关闭进气口和排气口，确保气缸内新鲜空气吸入和废气排出。由于发动机的气门一直处于在高温、腐蚀、冲击和交变载荷的工作环境中，因此，负责排气任务的排气门比进气门要求更高。排气门的设计、结构、形状、材料、加工工艺，以及其他相关零件如气门座、气门导管、气门弹簧、凸轮及冷却系统等都会影响它的性能和使用寿命。目前，业内的研究方向一般是发动机排气门的失效机理、动力学特性以及材料，这些研究都涉及较多复杂因素。在气门材料没有突破的情况下，目前的重点研究方向是通过改进结构来提高排气门的性能和使用寿命。有限元分析公司的相关问题可以到网站了解下，我们是业内领域专业的平台，您如果有需要可以咨询，相信可以帮到您，值得您的信赖！http://www.nataid.com/

排气门的作用是通过与气门座配合对燃烧室进行密封，并按工作循环的需要定时开启和关闭，适时排出废气。排气门由盘部和杆部两部分组成。盘部用来封闭燃烧室的排气通道，杆部则主要为气门的运动导向。与进气门相比，排气门的工作条件更加恶劣。首先，排气门高面与气缸的高温燃气室直接接触，且被排出的高温废气冲刷，冷却条件很不理想，因此，排气门受热严重，温度很高。其次，排气门还要承受气缸内燃气高压和气门弹簧力的作用，且在气门运动组件惯性力的作用下，排气门也会对气门座产生冲击。此外，排气门盘部直接与高温燃气中的腐蚀性气体接触，易受腐蚀。针对恶劣的工作条件，要求排气门必须有足够的强度、刚度、耐热、耐磨和抗腐蚀能力，需要对其进行有限元分析。

排气门设计既要满足更好现换气的功能，又要兼顾可靠性和耐久性。由于排气门与气缸燃烧室接触，受热膨胀时会对排气门产生较大的压力，因此，若增加气门盘底的厚度，则使气门的总质量增加，导致落座的冲击力和热容量增大，气门磨损加剧，同时会产生较大的噪音。但是，减轻气门重量又会导致其强度和刚度的不足而引起失效。综合以上因素，排气门的结构设计为锥形结构，摩托车发动机出现的故障中，排气门的失效占一定的比例。排气门的失效形式主要有以下几种：1）由于材料选用不合理，使气门的强度和硬度达不到要求，导致气门掉头、掉块以及变形；2）由于设计不合理导致锥面磨损、杆部断裂；3）由于选材不良和制造精度不高导致杆部崩落。由于排气门在较恶劣的环境中工作，导致这些失效的原因是复杂的，是多种因素综合影响的结果。因此，排气门的改进设计也需要从冲击产生的应力应变、高温产生的温度场及材料性能等方面综合分析。

本文采用PMECHANICA模块对气门进行改进设计。根据已知的条件建立气门模型，然后设定单位和材料属性，定义约束载荷以及设计参数，进行灵敏度分析，再根据结果改善模型。并通过PMECHANICA模块的全局灵敏度分析确定设计参数的范围，从而进行改进设计。PE中建立排气门模型时，单位设置为毫米牛顿秒(N)。气门材料为21-4N钢34-36，其密度为37900，泊松比为03，弹性模量E为210GP，切变模量G为81GP，热膨胀系数为51310，热传导系数为2596W(K)。