汽车轻量化是改善能源消耗、环境污染等问题的有效措施之一。发动机凸轮轴是配气机构中质量最大,功能最为关键的部件之一,一台发动机的燃油经济性是否优越、动力性是否可靠、噪声与振动能否控制在较低的限度等,都与凸轮轴的设计密不可分。本文来自于上海大众动力总成有限公司自主研发课题——基于轻量化的凸轮轴动力学分析与结构优化,以某款发动机的整体式凸轮轴为研究对象,满足机械性能可靠性的前提下,基于轻量化研究实现对该凸轮轴的结构优化。论文的主要工作如下:(1)建立原发动机配气机构的简化三维模型,基于多体动力学模型完成配气机构动力学分析,研究凸轮轴与配气机构其余各部件的运动状况,验证简化后模型的合理性。(2)基于有限元模型、Miner线性累积损伤理论及子步的离散原理,完成原凸轮轴的瞬态动力学分析与疲劳寿命仿真分析研究,证明原凸轮轴结构可靠性与使用寿命远高于实际使用要求,造成材料浪费,结构优化可行。(3)基于最优化算法(拓扑优化)、结构工艺性要求及等效静态载荷算法完成原凸轮轴的结构优化,并完成优化后凸轮轴批量化智能生产工艺的设计,实现凸轮轴的轻量化研究。(4)基于瞬态动力学分析验证了优化后的凸轮轴机械结构合理可靠;基于Miner线性累积损伤理论及子步的离散原理,进行疲劳仿真分析研究,优化后凸轮轴疲劳寿命为4.102×10~8次,远高于《机动车强制报废标准规定》规定的使用寿命;基于凸轮轴扭转疲劳试验,验证优化后的凸轮轴使用寿命合理可靠;运用发动机测试台架检测优化后凸轮轴的发动机的功率质量比,相比优化前提升了2.01%,验证优化后凸轮轴能够提升发动机效率。本文研究可为同类型产品的轻量化研究提供平台借鉴。