本文根据机械系统仿真技术,以曲柄连杆机构为研究对象,运用CatiaV5R21工程软件中的零件模块对活塞组、连杆、曲轴等进行了三维建模,并且运用当中的装配和数字化装配模块进行装配和运动模拟。分析了曲柄连杆机构的实际工况,获得了曲柄连杆机构工作负载。通过理论分析,建立了活塞的运动规律,得到活塞位移方程、运动速度方程和运动加速度方程,获得曲柄连杆机构的动力学特性和规律,最后得到曲柄连杆机构各部件的受力大小和连杆轴端的受力分布。根据传统理论和有限宽度轴颈油膜的应力分布,忽略掉油孔边沿处压力峰值的影响,连杆大头轴颈载荷简化为二次抛物线分布加载在轴颈上,沿轴颈圆周方向范围按余弦规律分布进行加载。将建立的曲轴三维模型进行网格划分,添加相应的约束条件和加载荷,进行有限元仿真分析,获得了曲轴的应力分布。研究结果表面曲轴在工作过程中,应力最大处发生曲拐圆角过渡处,还有轴颈与曲柄相连的过渡圆角处,为44.7MPa,位移最大处为0.00671mm。最大值发生在第三缸做工行程时,而且发动机转速快,所以加载变化快,圆角最大受应力频繁。曲轴选择的材料屈服强度250MPa,最大应力处远远小于屈服强度,所以曲轴运转时安全的,而且最大的位移才0.00671mm,完全没有超出极限值。经应力分析结果得出,曲轴最严重受压部位为曲拐两边连接的圆角处,最大受压部位应力远低于材料的屈服强度。最后,根据模态分析理论对曲轴进行了模态分析,得到了曲轴的前10阶固有频率和振型。通过求出来前十次的振型和频率结果来看,曲轴的前六阶的固有频率接近零为刚体模态,而后四阶固有频率,振型出现扭曲变形。同时有振型图可以发现曲柄臂和主轴颈、曲柄臂和连杆颈连接处是曲轴振动中的危险区域。最低阶非零固有频率为525.196Hz。发动机的额定转速为5800转每分钟,它的频率为96.67Hz,可以得出该曲轴的最低谐次频率高于基频,不能共振,该曲轴动态性能可以满足设计要求。前六阶的固有频率对应为曲轴的刚体平动,后四阶为扭曲变形,曲轴的低阶固有频率避开了发动机的固有频率,从而避免了系统共振。