摘要：利用MSC.Patran前处理系统，建立了某款摩托车内燃机气门锁紧机构有限元模型，再利用非线性有限元分析软件MSC.Marc进行强度计算分析，得出内燃机在实际运行中最大载荷下，气门弹簧上座的应力云图，并通过MSC.Marc后处理系统观察各部位应力分布及大小，进一步校核安全系数，清楚、准确地找出各设计方案优劣，为确定气门弹簧上座结构优化设计方案提供指导，最终满足气门锁紧机构的实际使用功能要求。

    内燃机气门锁紧机构，由气门锁夹、气门弹簧上座和气门等零部件组成，其中，气门锁夹和气门弹簧上座是固定发动机心脏部件----气门的重要零部件，其性能直接影响气门功能的实现，失效后会影响发动机的正常工作和寿命。现有主流发动机，除通用汽油机外，均采用气门锁夹＋气门弹簧上座来固定气门位置。气门锁夹的作用是在气门弹簧力的作用下，把气门弹簧上座、气门锁夹和气门紧紧固定。
    图1所示的气门锁夹，是内燃机配气机构的一个重要部件，在气门部件上的位置如图2所示。由图中看到，气门锁夹的R弧与气门上的锁夹槽相配合；气门锁夹的外锥面与气门弹簧上座的内锥面相贴合，并通过凸轮轴、挺杆、气门摇譬等，来实现它们的功能。若气门锁夹失去作用，气门就会掉人气缸内，造成重大事故。气门杆有较高的加工精度和较低的粗糙度，与气门导管保持较小的配合间隙，以减小磨损，起到良好的导向和散热作用；气门尾端的形状决定于气门弹簧上座的固定方式；采用2个外表面为锥面的气门锁夹来固定气门弹簧上座，结构简单，工作可靠，拆装方便，因此得到了广泛的应用。



    气门锁夹外锥面有很多种角度，相应，气门弹簧上座的内锥面也有多种角度与之匹配，为了提高发动机关键零部件的强度和使用寿命，气门弹簧上座的内、外锥面角度选择非常重要。
    根据结构设计要求，该发动机气门锁紧机构中的气门弹簧上座使用合金钢材料，应具备承受变形和循环交变载荷的能力，保证实际运行工况下具有一定的强度而不被损坏。因此，在进行结构设计时，对该构件的结构尺寸和质量要加以控制，要求在结构设计时，在满足零件使用功能、结构要求的前提下，尽可能进行优化，既要满足零件在实际使用中的强度，又要保证避免过头设计。由于气门弹簧上座在使用中承受较大的循环交变载荷，从而利用有限元分析软件计算该气门弹簧上座在工作载荷工况下的应力大小和分布情况很有必要.
    笔者对2种设计方案进行了计算分析，得出最大应力和应力分布，并对2个设计方案进行对比确定最后方案。利用MSC.Software公司的非线性有限元分析软件MSC.Marc，对气门弹簧上座在承受最大工作载荷时，气门弹簧上座所受到的强度进行了分析计算，得到各个部位的应力结果，并通过MSC.Marc后处理系统功能，观察各部位应力分布情况及大小，进一步校核安全系数，清楚、准确地找出了各设计方案的优劣，为确定气门弹簧上座的结构设计方案提供指导，最终满足零件的实际使用功能要求。

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