疲劳强度与相关振动动态特性是评价发动机配气机构的重要性能指标之一，随着大功率大扭矩发动机的发展，凸轮轴作为配气机构的一个重要组成部分其承受的载荷更加复杂多变。目前国内外对凸轮轴的研究大多集中在材料、工艺及型线设计等方面，而合理的分析与优化凸轮轴的振动及疲劳强度特性却日益成为一个重要的研究课题。在此过程中CAE技术已经成为工程分析与学术探索中不可或缺的手段。本文根据目前车用内燃机凸轮轴在设计分析与工程应用中受到关注的热点问题，通过CAE技术分别对某1.6L汽油机、某493柴油机和某V12柴油机进行了凸轮轴的型线设计、径向振动动态优化研究、扭转振动分析及疲劳强度的分析计算这四个方面的研究，形成了从凸轮型线优化到动态特性研究再至疲劳强度计算这样一个逐次递进的研究体系，对凸轮轴的设计优化与工程分析具有一定的指导意义。　　论文首先以1.6L汽油机的单阀系多体动力学模型为例，通过三种型线函数拟合的方法对凸轮型线进行了优化设计，包括高次多项(Polydyne)拟合函数、分段加速度(ISAC)拟合函数和高次多项-分段加速度(Poly-ISAC)非对称拟合函数三种型线，并分析了这三种凸轮型线设计的差异性，对主要的动力学和运动学参数进行了比较。　　在凸轮轴的径向振动动态特性研究中综合考虑了轴承支承刚度、轴颈摩擦状况、曲轴转速波动及缸内爆发压力等因素的影响，建立了某493柴油机凸轮轴的多体动力学模型，采用高次多项-分段加速度拟合的凸轮型线作为优化方案，在凸轮轴运动学及轴承径向力、轴承接触段凸轮轴径向运动速度及谐次振动等方面与原机数据进行对比分析，并研究了机油动力粘度及轴承配合相对间隙对凸轮轴径向动态特性的影响。　　除了在凸轮轴径向的振动动态特性分析外，论文还进行了凸轮轴在扭转振动方面的计算分析，获得了发动机轴系（曲轴及四根凸轮轴）的强迫扭转振动及自由扭转振动的结果，并对凸轮轴扭振评价指标以及滚振问题进行了探索性的研究。　　论文最后以凸轮轴的强度及疲劳分析为主要内容，通过发动机曲轴轴系动力学分析获得了凸轮轴在实际工作状态下承受的动态载荷及其相应的瞬态应力过程，并以此进行了凸轮轴多轴疲劳的研究。论文还分析了曲轴转速波动对凸轮轴瞬态应力的影响，疲劳安全系数则是基于Haigh疲劳极限图和修正系数的计算方法进行数值预测的。