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摩托車發動機配氣機構是發動機的重要組成部分，是實現進氣和排氣過程的關鍵裝置，對發動機的性能、振動以及噪音影響很大。氣門（包括進氣門和排氣門）是發動機配氣機構的重要部件，氣門的好壞決定著發動機工作的可靠程度。氣門在氣缸中不斷循環地開啟、關閉進氣口和排氣口，確保氣缸內新鮮空氣吸入和廢氣排出。由于發動機的氣門一直處于在高溫、腐蝕、沖擊和交變載荷的工作環境中，因此，負責排氣任務的排氣門比進氣門要求更高。排氣門的設計、結構、形狀、材料、加工工藝，以及其他相關零件如氣門座、氣門導管、氣門彈簧、凸輪及冷卻系統等都會影響它的性能和使用壽命。目前，業內的研究方向一般是發動機排氣門的失效機理、動力學特性以及材料，這些研究都涉及較多復雜因素。在氣門材料沒有突破的情況下，目前的重點研究方向是通過改進結構來提高排氣門的性能和使用壽命。
排氣門的作用是通過與氣門座配合對燃燒室進行密封，并按工作循環的需要定時開啟和關閉，適時排出廢氣。排氣門由盤部和桿部兩部分組成。盤部用來封閉燃燒室的排氣通道，桿部則主要為氣門的運動導向。與進氣門相比，排氣門的工作條件更加惡劣。首先，排氣門頂面與氣缸的高溫燃氣室直接接觸，且被排出的高溫廢氣沖刷，冷卻條件很不理想，因此，排氣門受熱嚴重，溫度很高。其次，排氣門還要承受氣缸內燃氣高壓和氣門彈簧力的作用，且在氣門運動組件慣性力的作用下，排氣門也會對氣門座產生沖擊。此外，排氣門盤部直接與高溫燃氣中的腐蝕性氣體接觸，易受腐蝕。針對惡劣的工作條件，要求排氣門必須有足夠的強度、剛度、耐熱、耐磨和抗腐蝕能力，需要對其進行有限元分析。
排氣門設計既要滿足更好實現換氣的功能，又要兼顧可靠性和耐久性。由于排氣門與氣缸燃燒室接觸，受熱膨脹時會對排氣門產生較大的壓力，因此，若增加氣門盤底的厚度，則使氣門的總質量增加，導致落座的沖擊力和熱容量增大，氣門磨損加劇，同時會產生較大的噪音。但是，減輕氣門重量又會導致其強度和剛度的不足而引起失效。綜合以上因素，排氣門的結構設計為錐形結構，摩托車發動機出現的故障中，排氣門的失效占一定的比例。排氣門的失效形式主要有以下幾種：1）由于材料選用不合理，使氣門的強度和硬度達不到要求，導致氣門掉頭、掉塊以及變形；2）由于設計不合理導致錐面磨損、桿部斷裂；3）由于選材不良和制造精度不高導致桿部崩落。由于排氣門在較惡劣的環境中工作，導致這些失效的原因是復雜的，是多種因素綜合影響的結果。因此，排氣門的改進設計也需要從沖擊產生的應力應變、高溫產生的溫度場及材料性能等方面綜合分析。
本文采用Pro/MECHANICA模塊對氣門進行改進設計。根據已知的條件建立氣門模型，然后設定單位和材料屬性，定義約束載荷以及設計參數，進行靈敏度分析，再根據結果改善模型。并通過Pro/MECHANICA模塊的全局靈敏度分析確定設計參數的范圍，從而進行改進設計。Pro/E中建立排氣門模型時，單位設置為毫米牛頓秒(mmNs)。氣門材料為21-4N鋼34-36，其密度為37900kg/m，泊松比為0.3，彈性模量E為210GPa，切變模量G為81GPa，熱膨脹系數為51.310，熱傳導系數為25.96W/(m/K)。
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