关节轴承具有自调心、承载力高、寿命长等优点,普遍运用于工程机械、航天航空等领域。关节轴承试验机可进行寿命、可靠性、摩擦磨损机理的研究。关节轴承试验机的机身作为承受全部加载力的部分,机身的性能对于试验机的工作有很大的影响。本文运用现代设计与仿真分析方法对机身进行有限元分析,对其动态性能和失荷振动进行模拟研究,最后进行结构优化设计,对于保证轴承寿命试验机完成各项功能具有重要意义。首先,对试验机机身进行了受力分析,角刚度计算以及强度的校核。从机身振动和变形的角度出发说明了试验机机身分析的必要性。其次,对试验机机身进行有限元分析,得到机身在满载下各部位变形和应力分布状况,同时计算出原机身的角变形。结果表明试验机机身处于安全状态,但结构冗余比较大,分析结果为结构优化提供参考依据。再次,以研究关节轴承寿命试验机的动态性能为目标,一方面对试验机机身进行了模态分析,获得了固有振动频率和相应的振型,分析了每种振型对试验机工作的影响;另一方面对试验机由于实验夹具突然断裂而引起的失荷造成试验机的振动进行了分析,得到了能够减轻机器振动的两个主要因素;最后基于试验机动态分析结果给出减振隔振的措施和内置油箱设计。最后,以试验机机身质量为目标进行优化,对试验机的机身进行参数化建模并进行优化设计。用以机身质量为目标的尺寸优化以及形状优化两种优化方法寻求机身的理想结构,并对两种优化方法得到的结果进行分析。与原方案对比,机身的质量都有明显的减少,但其变形量和应力状态与原机身没有很大差别并且都在安全范围之内,最后得到试验机机身合理的结构形式。