随着国民经济的发展，汽车成为人们日常生活中不可或缺的交通工具。近年来，我国的汽车产业发展迅猛，公安部交通管理局2018年7月16日发布，截至6月底，全国机动车保有量达3.19亿辆。载货汽车保有量达2470万辆，2018年上半年新注册登记载货汽车达172万辆，明显高于去年同期156万辆的登记量，为历史最高水平。在汽车工业的带动下,汽车主要配件——制动空压机的需求量也急剧增加。制动空压机作为汽车的制动系统元件之一,人们对其工作时的可靠性和安全性要求也越来越高,此外,空压机在工作时产生的振动和噪声会影响人们的身心健康,污染环境,因此必须对其进行动态分析和动态设计,以满足工作时的安全可靠性与低振动、低噪声的要求,这就要求对空压机进行优化设计改进结构以减小工作过程中的各种动态力。

空气压缩机（简称空压机）是一种用来提高气体压力或输送气体的机器。以空气压缩机为主要结构的气压制动系统，主要以压缩空气作为动力源，因其安全、经济、高效的特点，广泛应用于货车、大客车上。

随着压缩机的发展和强化指标的不断提高,研究如何降低压缩机的噪声和减少振动成为了重要的课题。曲柄连杆机构是往复压缩机中最主要的动力总成件。压缩机的振动很大程度上是由曲轴引起的,曲轴振动系统是一个具有一定刚度和惯量的弹性体,在压缩机运转时产生振动,曲轴的振动将破坏曲轴系的原有平衡状态,导致机体的振动和噪音显著增大,使压缩机的性能变坏。因此在产品的开发改进中,对曲轴的运动学与动力学进行研究分析显得非常地重要。

随着计算机硬件技术的飞跃发展和多体动力学软件的成熟,采用多体系统动力学对曲轴系统进行动力优化分析成为可能。与传统的曲轴系统双质量模型和截断简支梁法相比,采用多体系统动力学模型分析可以考虑更多的因素,如可以考虑曲轴活塞连杆等其它弹性部件的柔性特性,更精确的可考虑曲轴系统构件运动副之间的摩擦、刚度、阻尼以及主轴承油膜的作用。

国内外大量研究人员对于空气压缩机的曲轴仿真与分析研究完成了很多工作：

兰州理工大学的缴文会根据往复活塞空气压缩机的工作原理，对曲柄连杆机构进行动力学分析，并结合数学软件MATLAB，得到了曲轴正常工作时交变载荷周期性变化规律，并确定了危险工况；使用PRO/E进行三维建模，将模型导入ANSYS，模拟载荷与约束进行静力学分析；通过ANSYS进行曲轴模态分析利用模态分析，得出了曲轴前十阶固有频率和振型，得出了曲轴一个工作周期内应力和位移随时间的变化规律；通过瞬态响应动力学分析结果，得到危险点最大应力值和最小应力值，在ANSYS疲劳模块中分析曲轴在交变载荷下的疲劳累积损伤系数和寿命；使用优化设计模块AWE/DesignXplorer进行优化设计。

武汉理工大学的宋青青以EQ1141G型车用空压机为研究对象，运用理论分析和计算机数值仿真相结合的方法，对其曲轴连杆系进行多体动力学仿真。首先利用理论公式结合Matlab程序设计语言对曲轴连杆机构进行运动学仿真，然后采用ADAMS多体动力学仿真软件分别建立曲轴连杆机构的多刚体动力学模型和多柔体动力学模型，最后基于多柔体动力学模型的仿真结果用有限元分析软件对曲轴进行瞬态动力学分析进而获得一周期中的曲轴动力响应特性，从而找到该型压缩机的危险位置，并进行优化设计。

苏州大学机电工程学院的李正伟、盛小明提出双曲柄连杆机构驱动的活塞式空压机来解决普通活塞式空压机存在噪声、振动和缸体磨损等问题；同时设计了基于对称双曲柄活塞驱动的二次增压双作用空压机和双级双作用空压机，提高了空压机的输出压力和流量，并可实现低压大流量和高压小流量的输出控制；降低空压机的振动和噪声，提高平稳性，降低活塞和气缸缸体的磨损，提高空压机的使用寿命。

哈尔滨工程大学的张森森对其所在实验室的级联往复式压缩机进行了动力学分析，对于压缩机的力学特性、载荷源特性等方面进行了研究。利用 Pro/e 软件对压缩机的曲柄连杆机构进行三维建模；计算各缸气体压力，利用气缸压力对该机型的曲轴瞬时转速进行计算。对曲柄连杆机构的运动、受力进行分析，进行机构平衡的计算，利用迁移率法对曲轴的轴心轨迹进行计算；对轴系进行当量简化，进行扭振的自由振动和强迫振动计算，并对空压机进行了扭振的测量，通过自由振动一阶固有频率的对比，验证了轴系简化模型和计算结果的正确性；建立整机的简化模型，利用实测机组响应，运用最小二乘法对机组进行了力源识别仿真计算；对空压机进行激励、传递路径的优化。

兰州理工大学的屈真真根据车用制动空压机的基本计算参数为基础，分析曲柄连杆机构的运动规律、计算部件受力。建立曲轴力学分析的计算模型，得到曲轴运转过程中所受载荷的变化规律；并利用MATLAB软件和ANSYS仿真软件，分别仿真得到活塞位移、活塞速度、活塞加速度的运动规律曲线。以有限元分析软件ANSYS为平台，得出六种不同曲轴转角工况下的应力云图和应变云图，确定应力最大和变形最大的位置及数值。以曲轴动静态性能分析为基础，以有限元分析软件ANSYS WORKBENCH为平台进行曲轴参数化建模，利用其的目标驱动优化功能确定优化方案。