近年来,资源匮乏和大气污染促使节能环保成为人们关注的热点问题。而保有量巨大的汽车有着严重的能源消耗和污染排放问题,因此降低汽车发动机中各摩擦副的摩擦损失对节能减排有着重要的意义。凸轮-挺柱副是汽车发动机的关键摩擦副,其摩擦损失可占到整机的13%。本文以凸轮-挺柱副为研究对象,研究了其一个周期中的润滑状态变化和摩擦系数分布;针对低摩擦设计,本文探讨了不同的弹簧参数和钠填充物体积对凸轮-挺柱副的摩擦损失影响,同时研究了不同的涂层对凸轮-挺柱副的低摩擦影响;最后,探索了启动阶段凸轮-挺柱系统的动力学和润滑状态变化,并分析了涂层在启动过程中的减摩作用。首先,本文在综合考虑挤压项和热的情况下,建立了凸轮-挺柱副的热弹流数学模型,联合求解了Reynolds方程、弹性变形方程、载荷平衡方程和能量方程组,得到了凸轮-挺柱副的热弹流结果。结果表明,最小油膜厚度的变化趋势与卷吸速度相对应,最大油膜压力和最大油膜温度的分布与接触压力的曲线有很强的相关性;另外,摩擦系数曲线的变化趋势与最大油膜压力的变化相对应。在所建立的热弹流模型的基础上,数值模拟了凸轮-挺柱系统的结构参数对其润滑和摩擦学方面的影响。研究表明,较小弹簧刚度和预紧力具有较小的摩擦系数和摩擦损失,而不同体积的钠填充物对摩擦损失的影响很小。然后,建立了考虑涂层影响的热弹流数值模型,分析了涂层的机械参数和热参数对凸轮-挺柱副的润滑和摩擦系数的影响,以及涂层厚度、环境温度和涂层位置对摩擦副的影响。研究结果表明,“低热特性”涂层和“软涂层”可以显著地降低凸轮-挺柱副的摩擦系数,而“高热特性”涂层和“硬涂层”则会使凸轮-挺柱副的摩擦系数增大;而且它们的影响会随着涂层厚度的增大而增大。在三种涂层位置中,凸轮和挺柱均进行涂层的减摩效果,大于只对挺柱进行涂层的减摩效果,而只对凸轮进行涂层的减摩效果最小。最后,探索了冷启动和热启动过程中凸轮-挺柱副的润滑状态变化情况,研究了涂层在启动阶段对凸轮-挺柱副的影响。结果表明:启动过程中,最小油膜厚度、最大油膜温度和摩擦功率的曲线呈现周期性增大的趋势,摩擦系数曲线表现为周期性减小;冷启动阶段的摩擦系数比热启动大很多;“低热特性”涂层可以显著降低启动过程中的摩擦系数和摩擦功率。