Коленчатый вал и соединенные с ним детали представляют упругую систему, которая под действием внешней переменной нагрузки испытывает колебательное движение. При этом происходит относительное перемещение масс, вызывающее закручивание и изгиб коленчатого вала.

Колебания, сопровождающиеся периодическим закручиванием участков вала, называются крутильными.

В результате периодического изменения сил давления газов и сил инерции суммарный крутящий момент двигателя непрерывно изменяется. Неравномерность крутящего момента является причиной возникновения крутильных колебаний в системе коленчатого вала. Крутильные колебания действуют не только на детали кривошипного механизма, но и на механизмы передач и приводов.

Как известно из общей теории колебаний, система, состоящая из массивного диска, закрепленного на упругом стержне длиной, и закрученная моментом М на угол, совершает свободные синусоидальные колебания с частотой.

Такие колебания называются собственными или свободными, а параметр — собственно частотой колебаний. В реальных системах (коленчатых валах) свободные колебания достаточно быстро затухают, так как энергия возбуждения, внесенная в систему, расходуется на преодоление внешних и внутренних сопротивлений.

Если в систему периодически подводить энергию, равную энергии, затраченной на преодоление сопротивлений, колебания становятся незатухающими.

Колебания, возникающие в реальных коленчатых валах под воздействием периодически изменяющихся моментов внешних сил, называются вынужденными. Периодически изменяющимися внешними усилиями являются неравномерные по величине крутящие моменты, действующие на каждом кривошипе. Как следует из динамического расчета, крутящий момент имеет периодический, но не гармонический (синусоидальный) характер.

Для проведения расчета кривую крутящего момента заменяют суммой гармонических кривых — гармоник, представляющих синусоиды с различными амплитудами, начальными фазами и частотами.

При совпадении частоты какой-либо гармонической составляющей возбуждающего момента с одной из собственных круговых частот колебаний системы возникает резонанс. При резонансе в элементах вала образуются наибольшие амплитуды колебаний и, следовательно, наибольшие напряжения. Длительное воздействие напряжений, возникающих при резонансе в элементах вала, может привести к их усталостному разрушению. Крутильные колебания коленчатого вала отрицательно влияют также на работу связанных с ним механизмов и приборов двигателя.