曲轴是内燃机传动系统中最重要的部件之一,它的工作状态直接关系到整台内燃机的可靠性。随着对内燃机性能和环保要求的不断提高,前端附件也在不断增加,负载功率及负载变化的范围更为广泛,这些附件都直接从曲轴获取动力,其旋转振动作为曲轴的外加激振力矩,使曲轴的工作状态更加恶劣。因此,研究前端附件轮系和轴系的耦合效应,基于轮系设计降低轴系扭振,同时有利于轮系的平稳运行,对轮系和轴系同步开发和一体化设计具有重要意义。以某六缸直列增压中冷天然气发动机为研究对象,基于EXCITE-Designer软件,建立扭振集总参数模型,对轴系进行自由振动和强迫振动计算。研究耦合轮系对系统模态和振型的影响,对比单一轴系计算结果表明:耦合轮系后,轴系主导的扭转固有频率增大,各谐次共振频率都出现滞后,有利于发动机的平稳运行;轮系应避免过低的扭振模态,过小的扭转模态会引起低谐次轮系共振,会加剧轴系的扭振;耦合轮系后,高谐次的扭振幅值得到了很好的抑制,在轮系设计合理的前提下,轴系的扭振幅值会有大幅度的下降;轴系的扭振应力分布也会发生改变,需要重点关注低阶模态所在零点位置,均有可能成为最大受力部位。研究轮系负载波动对轴系的影响,设置轮系为正弦载荷波动形式。研究结果表明:对于当量转动惯量较小的附件轮系,载荷波动对曲轴扭振影响不大,而当量转动惯量较大的部件通过影响轴系3.0谐次扭振幅值,对轴系产生较大的影响。通过改变附件轮系传动系统的刚度和阻尼参数,研究各参数对系统模态和扭振幅值的影响。结果表明:阻尼参数对轴系的固有频率没有影响,但是会使扭振幅值曲线趋于更加平顺。轮系和系统的各阶模态都会随着刚度的减小而减小,应控制一阶模态不要太低,否则会引起轴系较大的扭振幅值。研究增加附件轮系对系统模态和扭振的影响规律。分析发现,附件轮系3在其共振转速内对轴系扭振幅值几乎没有影响,总的扭振幅值呈下降趋势。由于扭振幅值的减小,动态扭振应力下降,自由端增加附件轮,使得飞轮端的输出扭矩一部分转移到自由端,自由端静态扭转应力增加,飞轮端静态扭转应力减小。进行考虑轮系的一缸随机失火计算,研究基于多个循环的部分失火对曲轴扭振幅值和扭振应力的影响。一缸在失火工况下,各谐次激振力矩都出现了大幅值的下降,作用结果表现为自由端扭振幅值在低转速工况下急剧增大,但是分析发现主要是由于0.5谐次和1.0谐次的滚振引起的,滚振对曲轴强度没有影响。对比曲轴扭振应力计算结果,一缸失火时,最大扭振应力下降1.5%。