压裂泵传动系统是压裂泵动力端最关键的组成部分,目前五缸单作用压裂泵动力端常见的传动方式为采用一种对称的一级双斜齿轮传动系统,传动系统的关键零部件主要有主动轴、曲轴、连杆、十字头及柱塞组件等。由于动力端十字头磨损,会导致十字头与滑道间滑动副出现间隙,造成十字头受力改变,柱塞中心偏离,严重时往往会对曲轴总成的损坏产生作用。在工作过程中,由于曲轴受到外部周期性激励力的作用,传动轴系会产生扭转振动。严重时不仅会导致压裂泵动力性能降低、产生噪声,而且还会加快其它附件的损坏。为此,对压裂泵传动系统的动力学进行深入研究并对相关结构进行优化具有重要的工程意义和经济价值。本文主要进行了如下几个方面的研究:将曲柄、连杆及十字头简化为平面曲柄滑块机构,考虑滑动副间隙,基于滑块与导轨的接触碰撞模型,根据接触碰撞判别条件,建立了十字头的力学模型与数学模型,求解出了十字头所受碰撞力,并分析了曲轴转速、十字头偏置距离、偏置方式及间隙大小对十字头所受碰撞力大小的影响,证明了滑动副间隙对十字头受力的影响不能忽略。考虑外部激励载荷、齿轮啮合刚度、啮合阻尼、外部阻尼及结构阻尼的影响,不考虑曲轴的弯曲变形和纵向变形,认为支承为刚性,采用集总参数法,建立了传动轴系扭转振动的力学模型、数学模型,利用MATLAB 2014a编程,求得了系统的固有频率和主振型,采用龙哥库塔法完成了传动轴系受迫扭转振动仿真分析,分析比较了斜齿轮啮合刚度和螺旋角对五缸压裂泵传动轴系固有频率的影响,并对传动轴系动态输入扭矩和静态输入扭矩进行了仿真对比分析。通过对五拐六支承曲轴受力及强度分析,考虑传动轴系扭转振动的影响,以曲柄初始相位角为设计变量,曲轴危险截面所受弯矩最大值最小为目标函数,采用了模拟退火优化算法,优化了五拐六支承曲轴曲柄相位的布置方案。