柴油机是现代化发展进程中重要的动力设备,在军事、交通运输、工业等领域的地位举足轻重,大功率、高负荷的运行环境使柴油机的运动部件成为故障高发区,研究运动部件的故障机理、确定故障发生时的特征信号,是实现柴油机在线状态监测和故障诊断的必要途径。由曲轴、连杆和活塞组成的曲柄连杆机构是柴油机的主要运动部件,常见典型故障有拉缸、敲缸、撞缸、连杆轴承间隙异常和连杆螺栓断裂等,本文对这些典型故障进行了相关的机理分析和实验研究,为解决实际工程问题提供了有效依据。故障机理分析主要运用仿真手段、利用多体动力学软件模拟柴油机故障,分别得到了拉缸故障、敲缸故障和连杆轴承间隙异常故障的特征信号。柴油机拉缸时由于巨大的摩擦力在活塞上、下止点处换向导致系统受到冲击;活塞敲缸时其径向所受侧推力换向时产生敲击力,缸体振动随之增大;连杆轴承间隙增大时连杆力换向和缸内爆发压力会使连杆与活塞销、曲轴连杆销发生敲击,产生冲击信号。实验研究主要对失火、撞缸、连杆螺栓断裂、连杆轴承间隙异常和气门间隙异常等故障在实体机上进行模拟,分别得到了这些故障在缸盖振动和发动机瞬时转速方面的故障特征。失火故障下气缸点火相位冲击消失、瞬时转速出现波动;撞缸时气缸上止点出现较大冲击信号、瞬时转速出现抖动;连杆螺栓断裂时特征信号与撞缸类似;连杆轴承间隙异常时出现换向冲击信号;气门间隙异常时气门落座冲击幅值和相位出现变化。各故障的特征信号与理论分析相符。