随着人们对高速大功率柴油机强化要求的不断提高,在柴油机设计与研究过程中需要考虑的因素也越来越多。曲轴作为关键部件,其强度、刚度、摩擦副上的摩擦润滑性能及它们之间的耦合行为都对整机可靠性起到不可忽略的影响。本文旨在从多学科的角度对高速大功率柴油机曲轴进行全面综合的分析研究,主要运用仿真分析手段,结合试验验证,探讨包含非线性连接单元的多体系统动力学仿真模型的建模方法和精度,并研究曲轴工作过程中存在的各种非线性因素对曲轴动态特性、变形协调和轴承润滑性能的影响规律。主要研究内容如下:基于动态子结构模态缩聚理论和模态叠加法,对曲轴进行瞬时动力学分析,将模态贡献因子作为建立曲轴动态子结构缩聚模型时的模态评价准则,探讨了模态选择策略,并进行了模态截断收敛性分析。建立了包含零部件动态子结构缩聚模型以及非线性连接单元的曲轴轴系多体系统动力学仿真模型。研究了弹流润滑的基本理论,以及温度和形状误差对轴承润滑性能的影响机理。通过曲轴系扭振试验对仿真模型的精度进行验证,分别研究了主轴承处计及油膜压力和刚性轴颈假设时,曲轴自由端扭振、轴振、弯振,和各轴颈轴心轨迹的变化规律。研究了轴颈弹性变形对轴承润滑性能的影响规律。对实际曲轴工作过程中存在的非线性影响因素导致曲轴动态特性和轴承润滑性能的变化规律进行研究。主要研究的影响因素有供油压力、油槽的结构和尺寸、不同油品、表面粗糙度、单缸熄火、温度和形状误差,主要研究的曲轴动态特性包括自由端的扭振、轴振、弯振特性,以及影响曲轴与机体连接副处变形协调的轴心轨迹、轴颈倾斜角度和轴承间隙等,主要研究的轴承润滑性能有最大油膜压力、最小油膜厚度、粗糙接触的压力与比例、摩擦功损失和润滑油的充油率、进油量、泄油量等。最后对曲轴多学科仿真分析方法进行了提炼和归纳,以算例说明了学科间耦合分析对数值仿真计算的意义。