发动机工作时，曲柄连杆机构产生的惯性力与反扭矩都是曲轴转角的函数，其大小和方向都周期性变化。它们作用在机体上，并通过机体传给支架，使机体和支架产生振动。振动会使固定螺栓、管路接头等松动，导致发动机支架开焊，乘车人员疲劳，影响仪表读数等后果。因此，设计发动机时，要尽可能降低发动机的振动，使发动机具有良好的平衡性。
反扭矩是输出扭矩的反力矩，这一力矩无法消除，因此研究发动机的平衡性时不包括这一力矩。除反扭矩外，作用在发动机机体和支架上的自由力有往复惯性力和离心力，对于多缸发动机，这些力在某一参考平面内会形成一系列作用在机体上的力矩。
对某一类型的发动机，如果作用在机体上的自由力及自由力形成的力矩的总和为零，那么这一类型的发动机就消除了自由力和力矩所引起的振动，称为完全平衡；否则，便是不平衡或不完全平衡。对一具体的发动机，如果满足以下6个条件，则发动机是完全平衡的：
（1）∑Pj1＝0，即各缸作用在机体上的一阶惯性力的合力等于0。
（2）∑Pj2＝0，即各缸作用在机体上的二阶惯性力的合力等于0。
（3）∑Pr＝0，即各缸作用在机体上的离心力的合力等于0。
（4）∑Mj1＝0，即各缸作用在机体上的一阶惯性力形成的力矩和等于0。
（5）∑Mj2＝0，即各缸作用在机体上的二阶惯性力形成的力矩和等于0。
（6）∑Mr＝0，即各缸作用在机体上的离心力形成的力矩和等于0。
多缸发动机的平衡性与气缸数目、曲轴形状及V型发动机的缸排夹角等有关。某些发动机（如四行程6缸发动机），其各缸作用在机体上的自由力和自由力形成的力矩可以相互抵消而达到完全平衡。某些发动机则不能互相抵消，可采取设置平衡机构的方法加以平衡或任其存在。
下面以四行程直列4缸发动机为例，分析它的平衡性。
根据发动机工作均匀性的要求，4缸发动机的曲柄夹角为4π/4＝π，满足曲柄夹角π的曲轴形状可以有多种形式。但从满足平衡性的要求来说，曲轴前后镜面对称最好。图9－10所示为四行程直列4缸发动机曲柄夹角为π的三种不同形状的曲轴，其平衡分析如图9－11所示。
图9－10 四行程直列4缸发动机的曲轴形状（a、b、c）
由曲柄连杆机构受力分析可知，往复惯性力Pj如下：
Pj＝Pj1＋Pj2
式中，Pj1——一阶惯性力，Pj1＝－mj Rω2cosα；
Pj2——二阶惯性力，Pj2＝－mjλRω2cos（2α）。
离心力为Pr＝－mr Rω2。
所以，三种曲轴一阶惯性力的合力如下：
图9－11 四行程直列4缸发动机的平衡(www.xing528.com)
二阶惯性力的合力为
离心力的合力为
∑Pr＝0
从惯性力的平衡情况看，三种曲轴的结果是相同的。但从惯性力矩的平衡情况看就有较大差别。曲轴a的一阶惯性力矩和为
式中，L——缸心距。
曲轴b的一阶惯性力矩和为
曲轴c的一阶惯性力矩和为
同样，三种曲轴离心力形成的力矩和分别为
曲轴a的二阶惯性力矩和为
同理，可求得曲轴b、c的二阶惯性力矩和为零。
根据上述分析，对于四行程直列4缸的曲轴，从惯性力与惯性力矩的平衡来看，以曲轴c为最好。因此，四行程直列4缸发动机都采用像曲轴c这样前后镜面对称的曲轴。
用相同的方法，可以分析各种多缸发动机的平衡情况，V型发动机的分析不仅要考虑两列气缸的作用总和，还要考虑气缸夹角对平衡的影响。
分析了发动机的平衡情况后，就应该采取相应的平衡措施，以避免（或减少）不平衡的力与力矩传出机体。一般多缸发动机曲轴只要曲轴夹角相等，它的离心力与一阶惯性力都能达到平衡，无须采用平衡措施。
平衡措施有平衡重与平衡轴两种。
平衡重是在曲柄臂沿曲柄销相反的方向或与曲柄成一定的夹角方向上加上具有一定质量的重块，主要用来平衡离心力（或力矩）和一阶惯性力（或力矩）。平衡轴是在采用一级（或二级）传动的轴上加上具有一定质量的重块，主要用来平衡一阶、二阶惯性力矩及二阶惯性力。由于二阶惯性力及二阶惯性力矩的数值相对较小，而且平衡轴的结构十分复杂，因此除了5缸发动机因二阶惯性力矩数值相对较大而利用平衡轴来平衡外，其他多缸发动机的二阶惯性力及惯性力矩在一般情况不采取平衡措施。
有些发动机其惯性力及力矩已达到平衡，但曲轴上仍有平衡重，这主要是为了减轻主轴承的负荷。
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