随着大功率柴油机向高转速、高爆压、轻量化、低能耗方向发展,柴油机在不断强化过程中,气缸压力和惯性力等冲击载荷进一步加剧,曲轴不平衡将引起轴颈弯曲或倾斜,进而导致曲轴轴承润滑和振动特性的恶化。本文通过基础理论分析、仿真计算、优化分析等手段,以12V150大功率柴油机为研究对象,建立了曲轴轴承系统动力学与摩擦学模型,分析了曲轴平衡重对主轴承润滑和振动特性的影响。在曲轴轴承系统运动学和动力学的基础上,分析了柴油机的内外平衡性,发现12V150柴油机旋转惯性力和往复惯性力及力矩达到完全外部平衡。为克服12V刚性曲轴完全外平衡仍存在高转速引起振动加剧及润滑恶劣的不足,提出高速柴油机柔性曲轴平衡重配置方法,建立了六平衡重、八平衡重、十二平衡重的曲轴动力学模型,分析了欠平衡、临界平衡、50%过平衡和100%过平衡四种平衡状态下的曲轴各主轴承载荷,确定合适曲轴平衡重配置方案。综合对比各主轴承最大和平均主轴承载荷,发现十二平衡重布置的曲轴优于六平衡重和八平衡重,为曲轴平衡重的配置提供了参考。采用十二平衡重配置方案,研究了柔性曲轴平衡率对轴承润滑特性、振动特性的影响。现有文献针对轴承润滑和曲轴振动特性的影响分析集中于轴承宽度、轴承间隙、润滑油粘度等因素,论文综合考虑柴油机系统动力学、运动件弹性振动和动力润滑特性,分析了不同平衡率对轴承润滑与曲轴振动的影响,结果表明曲轴平衡率对润滑和振动特性影响显著,不能忽略。针对平衡率在内的十个影响因子,采用分辨率为Ⅳ的2_Ⅳ^10-5析因试验、因子效应图、统计量分析、残差概率图等方法,筛选并验证了对曲轴润滑特性影响显著的因子为平衡率、轴承宽度、轴承间隙、轴瓦修型和机油粘度。同时建立了五个因子的正交试验,通过极差分析方法确定了平衡率对轴承润滑和曲轴振动特性的影响权重,结果表明平衡率对最小油膜厚度、峰值粗糙接触压力、平均摩擦损失总功、轴向振动和扭转振动的影响权重最大,而平衡率对最大油膜压力的影响权重仅次于轴瓦修型和轴承宽度,对弯曲振动的影响权重仅次于轴承间隙。利用正交试验数据作为样本,建立了五个设计变量与平均摩擦损失总功和自由端扭转振动之间的改进神经网络非线性关系。通过仿真值与预测值的对比发现了所建立的遗传算法优化神经网络模型有较高的预测精度。并将此非线性关系作为适应度函数,采用NSGA-Ⅱ遗传算法对模型多目标优化,得到了Pareto最优解集。将原始参数与优化参数进行对比分析,发现了优化后的曲轴主轴承润滑和振动特性有了明显的改善。研究结果对大功率柴油机强化过程中的平衡重设计具有重要的理论意义及工程使用价值。