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对汽车进行轻量化设计是实现汽车节约能源重要措施之一,受到广大研发人员的广泛关注。曲轴作为汽车“心脏”---内燃机的重要部件,对其进行结构轻量化设计具有十分重要的意义。本课题对曲轴进行轻量化设计,且从多个方面分析了该轻量化设计方案的可靠性。本课题的研究如下:以DK4-A柴油机曲轴为设计基础,在保证外形结构尺寸与原柴油机相关配合不变的情况下,对该曲轴进行轻量化设计;基于响应面分析法理论,确定轻量化设计方案,得到的轻量化曲轴质量是20.15kg,比原曲轴质量减少了2.76kg;搭建曲轴动平衡仿真实验平台,得到轻量化曲轴比原曲轴的振动特性更好,消耗的能量更低;基于仿真手段测得轻量化曲轴主轴颈、连杆轴颈的负荷数据,得到轻量化曲轴主轴颈、连杆轴颈的负荷均比原曲轴要小;运用仿真测得的相关数据以及流体润滑相关知识,得到轻量化曲轴的润滑特性满足使用要求;使用Ansys Workbench对轻量化曲轴进行强度分析,并针对其薄弱位置进行部分结构优化,得到轻量化曲轴的强度满足使用要求,且经过对其部分结构优化后,该曲轴强度增加;基于多体动力学理论,利用Adams对轻量化曲轴的进行动力学分析,得到多体动力学分析结果与强度校核结果分布情况类似,且在该计算模型中得到的活塞位移、速度值和理论计算值的误差分别是:1.06%和2.39%,即该计算模型是可靠的;利用Ansys nCode对轻量化曲轴进行疲劳分析,得到结果:若以曲轴每天工作8小时、每年工作10个月计算,则该曲轴可以使用10.43年,满足曲轴的寿命要求;为了获得轻量化曲轴的振动特性,为进一步减小曲轴的振动提供指导,本课题使用两种计算方法对轻量化曲轴进行模态分析,两种计算方法的最大误差是3.73%,如此不仅得到了轻量化曲轴的振动特性,为进一步提高曲轴工作性能提供指导,还验证计算模型的准确性,增加分析结果的可靠度。