汽车发动机作为重要的动力装置,国内外多年来对其结构及工作特性做了大量的研究,目前,曲柄连杆结构作为发动机输出机构已经被广泛应用,曲柄连杆结构发动机工作稳定,可靠性高,但是活塞和连杆在运动时速度和加速度变化剧烈,对零件有极大的冲击,会产生周期的噪音和振动。因此,优化其结构以及尝试新的发动机动力输出机构成为了新的课题。本文提出凸轮-活塞式四冲程发动机的工作机构,研究其结构模型及其影响工作特性的重要参数。发动机采用了往复摆动的发动机活塞气缸组以及空间凸轮机构,省略了传统的曲柄连杆机构的连杆,使活塞力直接作用到凸轮,采用八个气缸循环做功方式,提高了发动机的功率密度与输出稳定性。本文的主要研究内容有以下五个方面:(1)研究了凸轮活塞式发动机的整体结构与组成构件,分析该发动机的工作原理,工作方式与动力转换方式,选择合适的凸轮结构运动规律。并且对发动机凸轮结构的一些重要参数进行了必要的研究及设计,在Solid works软件中进行了建模,证明了凸轮设计的正确性。(2)对凸轮实际轮廓的解析过程进行详细分析,利用回转变换张量法求得了凸轮轮廓与滚子轮廓的矢量函数,建立了准确的凸轮滚子的数学模型。然后利用凸轮轮廓的矢量函数分析了凸轮机构的传动角以及压力角,对影响凸轮机构压力角的参数进行了详细分析;根据凸轮和滚子的啮合传动要求,求出了凸轮和滚子的主曲率和诱导法曲率,分析了影响凸轮轮廓和滚子轮廓曲率的各项参数。(3)分析了发动机凸轮和滚子之间的相对速度,研究了影响凸轮和滚子之间的相对速度的各项参数;对凸轮和滚子之间的相对加速度进行了分析,重点分析了接触方式为直线时的赫兹接触理论的应用。对凸轮和滚子的综合曲率半径和材料弹性系数进行了详细计算,得出了凸轮和滚子的最大应力。(4)对发动机的凸轮结构进行了动力学分析,建立凸轮机构的五自由度的动力学微分方程;分析了五自由度的动力学模型的发动机的凸轮结构的受力状况,以及各个自由度的振动响应。(5)对发动机的结构进行了建模与仿真,将Solidworks建立的凸轮-活塞式发动机模型导入了 Adams,对其进行了运动学和动力学仿真,表明采用凸轮机构可以满足发动机工作循环的要求;然后对滚子和凸轮的接触面的最大应力进行了分析,验证了利用赫兹接触理论将凸轮和滚子之间的接触应力进行的初步的分析是正确的。本文通过对凸轮-活塞式发动机的结构与工作特性的分析,对研究开发新结构的发动机有借鉴作用。