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摘 要：本文以弹性力学为理论基础，根据弹性力学中的有限元方法对凸轮轴信号轮进行静态仿真分析，从而得出凸轮轴信号轮的位移、应力、应变的受力分布情况。在本论文中，以ANSYS软件为平台，进行静态分析，并且将分析结果以图形的形式展现出来，由分析结果可以清楚的表明受力状况以及受力集中部分，由此我们可以清楚的得到凸轮轴信号轮的易损部分，并且给与相应的改进建议。
关键词：静态仿真;凸轮轴信号轮;有限元
1. 引言
发动机是汽车的动力源，而信号轮相当于控制发动机的开关，其相位角度的设计及精确控制，对发动机各个气缸的协调工作起着至关重要的作用，信号轮提供信号给转速传感器，转速传感器再把信号传递给ECU，ECU收到该信号就控制发动机喷油时刻及点火时刻。
当信号盘旋转时，根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势，而产生的交变电动势控制着气缸点火时间及顺序，需要信号盘具有精确的相位角度;由于电磁感应式传感器输出电压的峰值随转速的大小而变化，在发动机启动时的低速状态下，感应电压很低，也需要信号盘的信号齿具有良好的磁感应性能，以提高信号输出灵敏度[1]。
凸轮轴信号轮用以采集曲轴的转速和确定每个气缸的燃油喷射和点火正时，并且检测发动机的转速。信号轮的外形尺寸对信号传输的准确性起着至关重要的作用，虽然它不属于承受较大转矩的零件，但是即使微小的变形量也可能导致失效，所以对它的变形量分析有着非常重要的意义。
本课题中主要对凸輪轴信号轮通过ANSYS分析其受力状况。
1.1 问题描述
本课题主要应用ANSYS软件对凸轮轴信号轮进行画图建模，并且利用其有限元功能对凸轮轴信号轮进行静态仿真模拟，并对其仿真结果进行分析，得出凸轮轴信号轮的等效应力图，变形位移图，等效应变云图等。
1.2技术路线
（1）画出凸轮轴信号轮的工程三维图，查找凸轮轴信号轮相应的力学性能和所选材料属性，为后期的分析过程做好准备。
（2）研究分析凸轮轴信号轮的受力情况，以便于后期施加约束与载荷）。
（3）在ANSYS环境中完成上述简化模型的三维建模。
（4）将建好的三维模型导入并对模型进行网格划分和后处理。
（5）完成对分析结果和分析经验的总结和评判工作。
2. 计算分析模型分析
凸轮轴信号盘是传感器的信号转子，装配在凸轮轴上，利用其外圆的4个凸齿，在磁场里旋转过程中产生周期性交变电动势，控制发动机点火顺序，保证点火正时。主要利用其良好的磁感应性能及精确的相位角度，保证发动机各个气缸的协调工作，下面是凸轮轴信号轮的三维图。由于凸轮轴信号轮外齿用于接收曲轴通过皮带传过来的转速和转角信号，内齿用于发出信号[2]。在分析中我们选择添加圆柱面作为辅助面，以便方便受力分析。
图2-1添加内圆柱面
2.1凸轮轴信号轮我们所选用的材料为结构钢，材料性能如下表
表2-1 凸轮轴信号轮材料主要参数
2.2 添加约束
由于凸轮轴信号轮接受的是曲轴传过来的转速的零件，它所受到的为皮带传过来的切向力，由此在本课题中我们假设信号轮在X方向没有受力，只在Y方向受到皮带传过来的切向力，为1.98 ×104 N。以信号轮内部的内圆选择为固定面，轴向与径向都固定约束。进行网格划分，我们采用的单元类型是四面体单元，为了获得较高的精度，网格大小为1.0640mm，划分网格之后的节点数为44074个，生成单元25137个。
3. 研究结果
3.1 结构静态仿真分析
完成以上的设置也就做好了仿真分析的前处理工作，可以进入解节点进行静态分析。系统则开始根据给定的边界条件、载荷及网格划分调用解算器进行求解，解算过程完成后，求解得出各种仿真分析结果。
3.2 仿真分析结果
图3-1凸轮轴信号轮应变图
图3-2凸轮轴信号轮形变图
图3-3凸轮轴信号轮应力图
4. 结论
从节点位移云图上看，节点位移主要在轮辐与轮缘的接合面处。从轮子的应力分布图上可知轮子在圆孔周围及内轮缘下半部分和外轮缘的大部分表面的应力较大，而内轮缘上半部分几乎没有应力集中，应力最小。其中最大应力出现在内轮缘下半部分与轮辐的结合处，而最小应力出现在内轮缘上半部。从整体分布来看，应力在信号轮外边缘分布较为集中，但应力不是很大。
另外，从图中我们可以看到它的最大应力和变形都出现在轮的外缘，所以在设计时，一开始为了保证外齿部分的强度，将内圆在外齿处进行了加厚，以形成这种内圆的不规则形状，可以有效的防止齿轮失效。
因此在制造凸轮轴信号轮时为保证轮子的强度及寿命，一定要保证轮子轮辐与轮缘的接合面处的强度，防止轮子在过大负荷运转时出现应力断裂疲劳损坏等情况。
参考文献
[1] 于春雷. 某型航空活塞发动机活塞的有限元分析[硕士学位论文].南京航空航天大学，2011.12
[2] 闫大芳，粉末冶金凸轮轴信号盘的研发 [J]. 东风汽车有限公司科技情报所，2013.04
关键词：静态仿真;凸轮轴信号轮;有限元
1. 引言
发动机是汽车的动力源，而信号轮相当于控制发动机的开关，其相位角度的设计及精确控制，对发动机各个气缸的协调工作起着至关重要的作用，信号轮提供信号给转速传感器，转速传感器再把信号传递给ECU，ECU收到该信号就控制发动机喷油时刻及点火时刻。
当信号盘旋转时，根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势，而产生的交变电动势控制着气缸点火时间及顺序，需要信号盘具有精确的相位角度;由于电磁感应式传感器输出电压的峰值随转速的大小而变化，在发动机启动时的低速状态下，感应电压很低，也需要信号盘的信号齿具有良好的磁感应性能，以提高信号输出灵敏度[1]。
凸轮轴信号轮用以采集曲轴的转速和确定每个气缸的燃油喷射和点火正时，并且检测发动机的转速。信号轮的外形尺寸对信号传输的准确性起着至关重要的作用，虽然它不属于承受较大转矩的零件，但是即使微小的变形量也可能导致失效，所以对它的变形量分析有着非常重要的意义。
本课题中主要对凸輪轴信号轮通过ANSYS分析其受力状况。
1.1 问题描述
本课题主要应用ANSYS软件对凸轮轴信号轮进行画图建模，并且利用其有限元功能对凸轮轴信号轮进行静态仿真模拟，并对其仿真结果进行分析，得出凸轮轴信号轮的等效应力图，变形位移图，等效应变云图等。
1.2技术路线
（1）画出凸轮轴信号轮的工程三维图，查找凸轮轴信号轮相应的力学性能和所选材料属性，为后期的分析过程做好准备。
（2）研究分析凸轮轴信号轮的受力情况，以便于后期施加约束与载荷）。
（3）在ANSYS环境中完成上述简化模型的三维建模。
（4）将建好的三维模型导入并对模型进行网格划分和后处理。
（5）完成对分析结果和分析经验的总结和评判工作。
2. 计算分析模型分析
凸轮轴信号盘是传感器的信号转子，装配在凸轮轴上，利用其外圆的4个凸齿，在磁场里旋转过程中产生周期性交变电动势，控制发动机点火顺序，保证点火正时。主要利用其良好的磁感应性能及精确的相位角度，保证发动机各个气缸的协调工作，下面是凸轮轴信号轮的三维图。由于凸轮轴信号轮外齿用于接收曲轴通过皮带传过来的转速和转角信号，内齿用于发出信号[2]。在分析中我们选择添加圆柱面作为辅助面，以便方便受力分析。
图2-1添加内圆柱面
2.1凸轮轴信号轮我们所选用的材料为结构钢，材料性能如下表
表2-1 凸轮轴信号轮材料主要参数
2.2 添加约束
由于凸轮轴信号轮接受的是曲轴传过来的转速的零件，它所受到的为皮带传过来的切向力，由此在本课题中我们假设信号轮在X方向没有受力，只在Y方向受到皮带传过来的切向力，为1.98 ×104 N。以信号轮内部的内圆选择为固定面，轴向与径向都固定约束。进行网格划分，我们采用的单元类型是四面体单元，为了获得较高的精度，网格大小为1.0640mm，划分网格之后的节点数为44074个，生成单元25137个。
3. 研究结果
3.1 结构静态仿真分析
完成以上的设置也就做好了仿真分析的前处理工作，可以进入解节点进行静态分析。系统则开始根据给定的边界条件、载荷及网格划分调用解算器进行求解，解算过程完成后，求解得出各种仿真分析结果。
3.2 仿真分析结果
图3-1凸轮轴信号轮应变图
图3-2凸轮轴信号轮形变图
图3-3凸轮轴信号轮应力图
4. 结论
从节点位移云图上看，节点位移主要在轮辐与轮缘的接合面处。从轮子的应力分布图上可知轮子在圆孔周围及内轮缘下半部分和外轮缘的大部分表面的应力较大，而内轮缘上半部分几乎没有应力集中，应力最小。其中最大应力出现在内轮缘下半部分与轮辐的结合处，而最小应力出现在内轮缘上半部。从整体分布来看，应力在信号轮外边缘分布较为集中，但应力不是很大。
另外，从图中我们可以看到它的最大应力和变形都出现在轮的外缘，所以在设计时，一开始为了保证外齿部分的强度，将内圆在外齿处进行了加厚，以形成这种内圆的不规则形状，可以有效的防止齿轮失效。
因此在制造凸轮轴信号轮时为保证轮子的强度及寿命，一定要保证轮子轮辐与轮缘的接合面处的强度，防止轮子在过大负荷运转时出现应力断裂疲劳损坏等情况。
参考文献
[1] 于春雷. 某型航空活塞发动机活塞的有限元分析[硕士学位论文].南京航空航天大学，2011.12
[2] 闫大芳，粉末冶金凸轮轴信号盘的研发 [J]. 东风汽车有限公司科技情报所，2013.04