教学课件第三部分转向架结构原理及基本部件.ppt

第三部分,转向架结构原理及基本部件,第一节 转向架的作用与组成,一、转向架的作用,第一节 转向架的作用与组成,一、转向架的作用,第一节 转向架的作用与组成,一、转向架的作用 定义：把两个或几个轮对用专门的构架(侧架)组成的一个小车，称为转向架。转向架的基本作用及要求：1增加车辆的载重、长度与容积，提高列车运行速度；2通过轴承装置使车轮沿钢轨的滚动转化为车体沿线路运行的平动；3支承车体，承受并传递从车体至轮对之间或从轮轨至车体之间的各种载荷及作用力。并使轴重均匀分配；,第一节 转向架的作用与组成,一、转向架的作用4保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线；5转向架的结构要便于弹簧减振装置的安装，使之具有良好的减振特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，减小动应力，提高车辆运行平稳性和安全性；6充分利用轮轨之间的粘着，传递牵引力和制动力，放大制动缸所产生的制动力，使车辆具有良好的制动效果，以保证在规定的距离之内停车；7在转向架与车体之间尽可能减少联结件，并要求结构简单，装拆方便，以便于转向架可单独制造和检修。,第一节 转向架的作用与组成,二、转向架的组成,第一节 转向架的作用与组成,二、转向架的组成1轮对轴箱装置2弹性悬挂装置 位于轮对与构架(侧架)之间的弹性悬挂装置，称为轴箱悬挂装置(又称第一系悬挂)，位于构架(侧架)与车体(摇枕)之间的弹性悬挂装置称为摇枕(中央)悬挂装置(又称第二系悬挂)。大多数货车转向架只设有摇枕悬挂装置或轴箱悬挂装置，称为一系悬挂；而客车转向架既设有摇枕悬挂装置，又设有轴箱悬挂装置，称为两系悬挂。弹性悬挂装置包括弹簧装置、减振装置和定位装置等。3构架或侧架 构架有铸钢构架、焊接构架等。4基础制动装置 踏面制动、盘形制动（轮盘、轴盘）。5转向架支承车体的装置 转向架的承载方式可以分为心盘集中承载、心盘部分承载和非心盘承载三种。,第二节 转向架的分类,一、按转向架的轴数、类型及轴箱定位方式分类(一)轴数与类型 根据国家标准(GB/T128142002)，按容许轴重，车辆所用的车轴基本上可分为B、C、D、E、F、G六种。一般货车采用B、D、E、F、G五种轴型，客车采用C、D两种轴型。除少数特殊用途车辆之外，新型货车主要采用D、E两种轴型，新型客车主要采用D轴。,第二节 转向架的分类,一、按转向架的轴数、类型及轴箱定位方式分类(二)轴箱定位方式 约束轮对与构架之间相对运动的机构，称为轴箱定位装置，通常也称为轴箱定位。对轴箱定位装置的基本要求是：在纵向和横向具有适宜的弹性定位刚度值，其值是该装置主要参数；它的结构形式应能保证良好地实现弹性定位作用，性能稳定，结构简单可靠，无磨耗或少磨耗，制造、组装和检修方便，重量轻，成本低。,第二节 转向架的分类,一、按转向架的轴数、类型及轴箱定位方式分类,第二节 转向架的分类,一、按转向架的轴数、类型及轴箱定位方式分类1 固定定位：如图2-3(a)所示。2 导框式定位：如图2-3(b)所示。3 干摩擦导柱式定位：如图2-3(c)所示。4 油导筒式定位：如图2-3(d)所示。5 拉板式定位：如图2-3(e)所示。6 拉杆式定位：如图2-3(f)所示。7 转臂式定位：如图2-3(g)所示。8 橡胶弹簧定位：如图2-3(h)所示。,第二节 转向架的分类,第二节 转向架的分类,第二节 转向架的分类,第二节 转向架的分类,二、按弹簧悬挂装置分类 1 一系弹簧悬挂(主要用于货车）2 二系弹簧悬挂(主要用于客车）,第二节 转向架的分类,二、按弹簧悬挂装置分类 内侧悬挂、外侧悬挂、中心悬挂。,第二节 转向架的分类,二、按弹簧悬挂装置分类 外轴箱悬挂转向架轴承安装在车轮外侧的结构型式；内轴箱悬挂转向架轴承安装在轮对车轮内侧的结构型式。相对于外轴箱悬挂转向架而言，具有重量轻、易于通过曲线、噪声低等特点，通常在城市轨道车辆上采用。,第二节 转向架的分类,三、按垂向载荷的传递方式分类(一)车体与转向架之间的载荷传递 1心盘集中承载 2非心盘承载 3心盘部分承载,第二节 转向架的分类,三、按垂向载荷的传递方式分类(二)转向架中央(摇枕)悬挂装置的载荷传递,第二节 转向架的分类,三、按垂向载荷的传递方式分类,无摇动台、无摇枕转向架（三无）,有摇动台、有摇枕转向架,无摇动台、有摇枕转向架,第二节 转向架的分类,三、按垂向载荷的传递方式分类(三)构架(侧架)与轮对轴箱之间的载荷传递,第二节 转向架的分类,四、按车轴与车轮结合紧密程度分类,第三节 轮 对,一、轮对组成及基本要求,第三节 轮 对,一、轮对组成及基本要求 对车辆轮对的要求是：应有足够的强度，以保证在容许的最高速度和最大载荷下安全运行；应在强度足够和保证一定使用寿命的前提下，使其重量最小，并具有一定弹性，以减小轮轨之间的相互作用力；应具备阻力小和耐磨性好的优点，这样可以只需要较少的牵引动力并能提高使用寿命；应能适应车辆直线运行，同时又能顺利通过曲线，还应具备必要的抵抗脱轨的安全性。,第三节 轮 对,二、车 轴,第三节 轮 对,二、车 轴1.轴颈2.轮座3.防尘板座4.轴身,第三节 轮 对,二、车 轴 根据国家标准 GB/T128142002，标准型滚动轴承车轴有RB2、RD2、RE2、RC2A、RC、RC、RD、RD、RD3A、RD4A、RD3B型。其中RB、RD、RE、REA、REB型用于货车，RD3、RD4型既可用于货车，也可用于客车，其余用于客车。RC、RD型车轴为发电机传动车轴。,第三节 轮 对,二、车 轴(二)车轴材质及要求 车轴采用优质碳素钢，如平炉钢或电炉钢钢锭或专门的车轴钢坯加热锻压成型，经过热处理(正火、或正火后再回火)和机械加工制成。,第三节 轮 对,二、车 轴(三)空心车轴,第三节 轮 对,二、车 轴(三)空心车轴 主要工艺：实心轴坯钻、镗孔成型；离心铸造一次成型；厚壁无缝钢管轴颈锻缩成型；多段摩擦焊接成型等。,第三节 轮 对,三、车 轮(一)车轮各部分名称及作用,第三节 轮 对,三、车 轮(一)车轮各部分名称及作用,第三节 轮 对,三、车 轮(一)车轮各部分名称及作用 车轮踏面需要做成一定的斜度，其作用是：1便于通过曲线。2可自动调中。3踏面磨耗沿宽度方向比较均匀。,第三节 轮 对,三、车 轮(一)车轮各部分名称及作用 钢轮在离轮缘内侧70 mm处测量所得的直径为名义直径，该圆称为滚动圆，即以滚动圆的直径作为车轮名义直径。我国货车标准轮径为840mm，客车标准轮径为915mm。,(二)车轮种类,第三节 轮 对,三、车 轮 按其用途可分为客车用、货车用、机车用车轮。按其结构分有整体轮与轮箍轮。轮箍轮又可分铸钢辐板轮心、辗钢辐板轮心及铸钢辐条轮心的车轮。整体轮按其材质又可分为辗钢轮、铸钢轮等。为降低噪音，减小簧下质量，国外还采用弹性车轮、消音(消除噪音)车轮、S形辐板车轮等新型车轮。,(二)车轮种类,第三节 轮 对,三、车 轮目前我国采用辗钢整体轮和铸钢整体轮以及少量的轮箍轮。1辗钢整体轮：简称辗钢轮，是由钢锭或轮坯经加热辗轧而成，并经过淬火热处理。辗钢轮的材质用CL60钢材。适应高速、重载运输发展的需要，近些年来又开发、研制了S形辐板整体辗钢轮。它的结构主要特点：辐板为不同圆弧连接成的S形状；LM型踏面；取消了辐板孔；适当减薄轮毂孔壁厚度(为40 mm)。,第三节 轮 对,三、车 轮2铸造形式车轮 新型铸钢轮与整体辗钢轮相比，明显的区别是：(1)铸钢车轮是由钢水在生产线上直接铸造成型。与辗钢车轮相比，省去了铸锭、截断再加热、水压机压型、冲孔、轧制等诸多工序，因生产工序少、劳动力消耗少、生产能耗低。(2)由于采用石墨型浇铸工艺，避免了辗钢轮由于下料偏差引起的尺寸和重量偏差，使新型铸钢轮尺寸精确、几何形状好、内部组织均匀、质量分布均匀，轮轨之间动力作用相对小。(3)新型铸钢车轮辐板为深盆形结构(又称流线形结构)，耐疲劳、抗热裂的性能均优于辗钢车轮。新型铸钢车轮的化学成分与辗钢车轮相近，二者的标准中所有技术要求相同，探伤和检验的标准相同。而铸钢车轮轮辋的要求更高一些。,第三节 轮 对,三、车 轮3 轮箍轮，又称带箍轮或有箍轮4 高速轻型车轮静不平衡值与运行速度V之间关系为：80V120 km/h时为125g.m(1.25N.m)；120V200 km/h时为75gm(0.75N.m)；V200 km/h时为50gm(0.5N.m)。,第三节 轮 对,三、车 轮5 弹性车轮 根据橡胶元件的受力状态，弹性车轮的结构形式分承压、承剪和承剪压三种。前二种形式由于结构限制，如同时要求做到比较理想的径向和轴向缓冲性能是比较困难的，采用较多的是承剪压式橡胶元件弹性车轮。,第三节 轮 对,四、轮对形状尺寸与线路的相互关系(一)轮缘内侧距离与线路尺寸的关系 轮缘内侧距有严格规定，因为它影响到如下几个方面：1保证轮缘与钢轨之间有一定游间，以减少轮缘与钢轨的磨耗，并实现轮对的自动调中作用，并且，避免对轮对两侧车轮直径的允许公差要求过高，避免轮轨之间的过分滑动及偏磨现象。轮缘与钢轨之间最小游间e可由下式求得：e1433(1359322)10 mm 2安全通过曲线。假定一侧轮缘紧贴钢轨，则另一侧车轮踏面的安全搭载量e1可由下式求得：e135022130145646 mm,第三节 轮 对,四、轮对形状尺寸与线路的相互关系(一)轮缘内侧距离与线路尺寸的关系 如果考虑到运用中可能产生的不利因素：(1)钢轨头部圆弧半径最大为13 mm；(2)钢轨负载后造成的弹性外挤开为8 mm；(3)车轮踏面外侧圆弧半径为6 mm；(4)轮对负载后内侧距离减小量为2 mm。按最不利的条件累计后，则车轮踏面安全搭载量e1为：e1461386217mm 由上述计算可知，足以保证行车安全，不会因搭载量不足而导致车辆脱轨。,第三节 轮 对,四、轮对形状尺寸与线路的相互关系(一)轮缘内侧距离与线路尺寸的关系 3安全通过辙叉。铁路技术管理规程规定，辙叉心作用面至护轮轨头部外侧的距离不小于1391 mm，而辙叉翼轨作用面至护轮轨头部外侧的距离不大于1348 mm(1).轮对最大内侧距离加上一个轮缘厚度应小于或等于1391 mm，如大于1391 mm，车轮将骑入辙叉的另一侧，导致脱轨；(2).轮对最小内侧距离应大于1348 mm，否则，轮缘内侧面将被护轮轨挤压，不能安全通过道岔。,第三节 轮 对,四、轮对形状尺寸与线路的相互关系(二)踏面斜度与曲线半径,第三节 轮 对,四、轮对形状尺寸与线路的相互关系(二)踏面斜度与曲线半径,则有,式中 R曲线半径，也是轮对纯滚动时转动半径；r0 车轮半径；踏面斜度或等效斜度；b轮对的两滚动圆距离之半；y轮对横向位移量。,第三节 轮 对,四、轮对形状尺寸与线路的相互关系(二)踏面斜度与曲线半径(1)车轮踏面必须有斜度，增大踏面斜度，可以通过较小的半径曲线；(2)为了使车辆顺利通过曲线，曲线区段(R650 m时)的轨距要加宽。,第四节 轴 箱 装 置,轴箱装置的作用是：将轮对和侧架或构架联系在一起，使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动；承受车辆的重量，传递各方向的作用力；保证良好的润滑性能，减少磨耗，降低运行阻力；良好的密封性，防止尘土、雨水等物侵入及甩油，从而避免破坏油脂的润滑，甚至发生燃轴等事故。一、滚动轴承轴箱装置(一)滚动轴承轴箱装置的特点(二)车辆滚动轴承轴箱装置的形式,第四节 轴 箱 装 置,1.圆柱滚动轴承与轴箱,图2-24 RD型车轴与轴承轴箱1-车轴；2防尘挡圈；3毛毡；4轴箱后盖；542726T轴承；6152726T轴承；7压板；8防松片；9螺栓；10轴箱盖；11轴箱体。,第四节 轴 箱 装 置,图2-25 RD型滚动轴承轴箱内各零部件1车轴；2防尘挡圈；342726T轴承内圈；4152726T轴承内圈；5轴箱体；6轴箱后盖；7螺栓；8螺母9弹簧垫圈；1042726T轴承外圈；11152726T轴承外圈；12152726T轴承挡圈；13压板；14防松片；15螺钉；16轴箱前盖。,第四节 轴 箱 装 置,轮对两端轴箱装置横向力的传递顺序分别是：右端：车轴防尘挡圈与后轴承内圈，经内圈挡边后轴承滚子后轴承外圈右挡边，经后轴承外圈前轴承外圈轴箱盖(前盖)螺栓(紧固前盖的)轴箱体。左端：车轴螺栓(紧固压板的)压板前轴承挡圈前轴承滚子前轴承外圈左挡板，经前轴承外圈后轴承外圈轴箱后盖螺栓(紧固后盖的)轴箱体。,第四节 轴 箱 装 置,第四节 轴 箱 装 置,2.圆锥滚动轴承,第四节 轴 箱 装 置,2.圆锥滚动轴承,353130A型紧凑型轴承,第四节 轴 箱 装 置,2.圆锥滚动轴承,353130A、353130B、353130C型紧凑型轴承主要轮廓尺寸如下：,353139A型：,353139B型：,353139C型：,第四节 轴 箱 装 置,二、滚动轴承的选型,车辆滚动轴承选型方法很多，目前较常用的是根据额定动载荷来选取。额定动载荷是指额定寿命为100万转时，轴承所能承受的负荷，它是代表轴承负荷能力的主要指标。额定寿命是指一批同型号、同尺寸的轴承，在相同条件下转动时，其中90%的轴承在疲劳剥离前能够达到或超过的总转数，或在一定转速下的工作小时数。,第四节 轴 箱 装 置,二、滚动轴承的选型,选用轴承的程序如下。1.确定轴承的工作条件：(1)轴承所承受负荷的大小和方向(径向、轴向或径向与轴向同时作用)；(2)负荷性质(稳定负荷、交变复荷或冲击负荷)；(3)轴承转速；(4)轴承工作环境(温度、湿度、酸度等)；(5)机器部件结构上的特殊要求(调心性能、轴向位移、可调整游隙，以及对轴承的尺寸和旋转精度的要求等)；(6)要求轴承的寿命。,第四节 轴 箱 装 置,二、滚动轴承的选型,2.根据轴承的工作条件，选择轴承类型及确定轴承精度等级。3.选用轴承：根据轴承的负荷、转速和要求的寿命，计算所需轴承额定动负荷，并按此值在轴承产品样本中选取适用的轴承(计算值“样本”的值)。,第四节 轴 箱 装 置,三、高速车辆对滚动轴承的要求 着重解决的问题是：尽力降低轴承运转温度和实现小型轻量化。(一)轴承的选型、精度等级、材质及热处理硬度 型式：世界高速铁路所采用的轮对轴承主要是圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承两种结构。一般采用圆锥滚子轴承 精度高：我国几种准高速客车转向架引进SKF公司轴承的精度等级为P6级，相当我国E级精度等级。经过适当的热处理，其硬度控制在HRC5865。,第四节 轴 箱 装 置,三、高速车辆对滚动轴承的要求(二)轴承润滑脂 高速列车车轴轴承，使用高基油粘度会使轴承工作温度高，减少润滑脂寿命，造成轴承早期疲劳损坏，所以基本要求是粘度低，同时考虑轴承内润滑脂填充少。(三)润滑脂的填充量 润滑脂填充量与车辆运行有密切关系，尤其是对于高速运行的车辆更为重要，填充量过多，在高速情况下，特别容易引起温度迅速升高，所以，高速车辆轴承的润滑脂的填充量要少，以减少轴承内润滑脂搅动损耗的能量，防止轴温过高。,第四节 轴 箱 装 置,三、高速车辆对滚动轴承的要求(四)轴承密封 采用整体金属迷宫式。优点是结构简单，装卸和检修方便，检修成本低，无磨损，不产生附加运行阻力及摩擦生热，有利于控制轴温，寿命长，密封性能稳定，所以能满足客车的应用要求。(五)轴承游间的影响 轴承径向游隙：径向游隙对轴承的工作性能有重要影响，选择最佳的径向游隙，使轴承寿命高，摩擦阻力小和磨损少。轴承轴向游隙：轴承轴向工作游隙对转向架性能有影响，轴向游隙愈小，转向架性能愈佳。,第四节 轴 箱 装 置,三、高速车辆对滚动轴承的要求(六)轴承的运转温度及为降低轴温采取的措施 降低轴温采取的措施：如轴承材质要好，适当提高精度、光洁度和可靠性；保证良好的润滑状态，选取适宜的润滑脂粘度，填充量要少；连续不停车运行时间应有一定限制；改善振动性能等。,第五节 弹性悬挂元件,作用：缓和冲动和衰减振动，称为弹簧减振装置，在车辆振动系统中又称为弹性悬挂装置。分类：可分为三类：一类是主要起缓和冲动的弹簧装置，如中央及轴箱的螺旋圆弹簧；二类是主要起衰减(消耗能量)振动的减振装置，如垂向、横向减振器；三类是主要起定位(弹性约束)作用的定位装置，如轴箱轮对纵、横方向的弹性定位装置，摇动台的横向缓冲器或纵向牵引拉杆。,第五节 弹性悬挂元件,一、弹性元件的作用及主要特性 弹簧装置的作用主要体现在二个方面：一是使车辆的质量及载荷比较均衡地传递给各轮轴，并使车辆在静载状况下(包括空、重车)，两端的车钩距轨面高度应满足“铁路技术管理规程”规定的要求，以保证车辆的正常联挂；二是缓和因线路的不平顺、轨缝、道岔、钢轨磨耗和不均匀下沉，以及因车轮擦伤、车轮不圆、轴颈偏心等原因引起车辆的振动和冲击。,第五节 弹性悬挂元件,一、弹性元件的作用及主要特性 2 弹簧的主要特性 弹簧的主要特性是挠度、刚度和柔度。挠度是指弹簧在外力作用之下产生的弹性变形的大小或弹性位移量；而弹簧产生单位挠度所需的力的大小，称为该弹簧的刚度；单位载荷作用下产生的挠度称为该弹簧的柔度。,第五节 弹性悬挂元件,一、弹性元件的作用及主要特性,第五节 弹性悬挂元件,一、弹性元件的作用及主要特性,弹簧刚度特性的表达式为：线性弹簧,非线性弹簧,第五节 弹性悬挂元件,一、弹性元件的作用及主要特性,3.弹簧的串联、并联刚度的计算,第五节 弹性悬挂元件,一、弹性元件的作用及主要特性,3.弹簧的串联、并联刚度的计算,并联时，各弹簧挠度相等，每个弹簧上分布的载荷分别为：P1K1f；P2K2f；PnKnf故有 PP1P2Pn(K1K2Kn)fKf 式中 KK1K2Kn串联时，各弹簧产生挠度为f1，f2，fn。所以，组合弹簧的总挠度f为：ff1f2fn 故有 fi1Pi2PinP(i1i2in)PiP,第五节 弹性悬挂元件,一、弹性元件的作用及主要特性,3.弹簧的串联、并联刚度的计算,ii1i2in（弹簧系统的总柔度等于各弹簧柔度的代数和）,当K1K2KnK时：,第五节 弹性悬挂元件,一、弹性元件的作用及主要特性,3.弹簧的串联、并联刚度的计算,车辆静载荷作用下的挠度称为静挠度，弹簧装置刚度小，静挠度大，使得车体自振频率低，这对车辆运行平稳性有利。所以，在条件允许的情况下，应尽可能采用较大的弹簧静挠度。,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算,第五节 弹性悬挂元件,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算 螺旋圆弹簧的主要参数有：簧条直径d，弹簧平均直径D，有效圈数n，总圈数N，弹簧全压缩高度Hmin，弹簧自由高度H0，弹簧指数mD/d，垂向静挠度fv和垂向刚度Kv等。两端的3/4圈作为支持平面，是弹簧辅助部分，起传递载荷作用，称为弹簧支持圈。,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(二)单卷弹簧的轴向(垂向)特性计算,第五节 弹性悬挂元件,G剪切弹性模数，弹簧钢G79.4GPa；Pv作用于弹簧上的垂向静载荷；Pmax作用于弹簧上的最大垂向载荷其值为：PmaxPv(1Kvd)；D弹簧平均直径（也称为弹簧的中径），为弹簧圈内、外径的平均值；m弹簧指数，又称旋挠比，其值为：C应力修正系数，其值为：fmax最大挠度，其值为 fmaxfv(1Kvd)；n有效圈数；N弹簧总圈数，为工作圈数与支持圈圈数之和；Hmin弹簧全压缩高度，即弹簧在全压死状态下的高度；H0弹簧自由高度，为无载荷状态下的高度；许用应力，其取值见表2-12。,二、钢弹簧结构及计算(二)单卷弹簧的轴向(垂向)特性计算,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(三)双卷弹簧的轴向(垂向)特性计算,为避免卷与卷之间发生卡住或簧组转动，要求双卷(或多卷)弹簧中紧挨着的两卷层弹簧的螺旋方向不能一致，一个左旋，另一个则右旋。双卷弹簧完全代替单卷弹簧必须满足以下条件：双卷弹簧的外卷和内卷的指数m1和m2、应力和2、挠度f1和f2，要分别等于单卷弹簧的m、和f，以此来导出双卷和单卷弹簧之间的尺寸关系。,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(三)双卷弹簧的轴向(垂向)特性计算,1 弹簧指数相等，即：CC1C2 2 使应力相等，意味着充分利用了材料的强度，即：设单卷弹簧的载荷为P，双卷弹簧外卷和内卷的载荷分别为P1和P2，则有：PP1P2,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(三)双卷弹簧的轴向(垂向)特性计算,3取各卷弹簧的挠度相等，以保证(双卷簧与单卷簧)性能一样，即：,nDn1D1n2D2,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(三)双卷弹簧的轴向(垂向)特性计算,，,由此可得,式中,因42比(1+2)d2 小得多,故可略去不计，所以：,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(三)双卷弹簧的轴向(垂向)特性计算,在许可条件下，应尽量降低弹簧刚度、增加弹簧静挠度，需要经过反复修正。设计时有两种方法使用较多：一种方法可将内、外卷所承受的载荷按1/32/3的比例进行分配；对于三卷组合弹簧的内、中、外三卷所承受的载荷按1/72/74/7的比例进行分配。然后分别进行各单卷弹簧参数、簧卷间隙和组合当量刚度等值的设计计算，并适当给以修正，满足设计要求。另一种方法是依据设计任务书提出的具体要求(如自重、载重、挠度、刚度等值)，参照已有车辆双卷弹簧的参数值(估计取值，如内、外卷的平均直径、簧条直径、有效圈数等)，直接分别计算内、外卷弹簧的刚度、挠度、应力及稳定性校核，并经过反复修正，取得符合设计要求的弹簧参数、簧卷间隙和组合当量刚度等值。,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(四)两级刚度弹簧的轴向(垂向)特性,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(四)两级刚度弹簧的轴向(垂向)特性,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(四)两级刚度弹簧的轴向(垂向)特性,货车不等高双卷弹簧的设计，工程设计中一般采用刚度分配法：（1）根据转向架结构模式，初步确定所需空车静挠度fk，求出空车弹簧刚度K1=PK/fk(2)确定弹簧拐点fA，fA1.7fk(3)根据容许的钩高差h，确定重车工况下的弹簧挠度，fZh=fk+h(4)求出第二级刚度K2，,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(四)两级刚度弹簧的轴向(垂向)特性,一般情况下，空车弹簧静挠度fK20 mm左右，相对摩擦系数0.100.15(相对摩擦系数的意义见本章第六节)；重车当量静挠度fd40 mm左右，相对摩擦系数0.080.1。,（5）求出内、外弹簧的刚度比a。根据弹簧安装所需的空间，按单卷弹簧相应的公式，即可求出不等高双卷弹簧的参数。,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(五)螺旋弹簧径向(横向)特性计算,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(五)螺旋弹簧径向(横向)特性计算,(1)弹簧的两个端面与支撑体的接触面之间为刚性接触，刚度公式,(2)弹簧的两个端面与支撑体的接触面之间为弹性接触(如设有橡胶垫)，刚度公式,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(六)车辆的抗侧滚装置,增加车体抗侧滚得主要措施：措施之一是在转向架中央悬挂装置中设置抗侧滚装置，采用空气弹簧的转向架大都设置有抗侧滚装置。措施之二是采取外侧悬挂，尽量增大中央悬挂装置中空气弹簧或钢弹簧的横向间距，以增大其角刚度，从而增强抗侧滚性能。,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(六)车辆的抗侧滚装置,(一)抗侧滚扭杆装置的作用原理。,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(六)车辆的抗侧滚装置,(一)抗侧滚扭杆装置的作用原理。,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(六)车辆的抗侧滚装置,(二)抗侧滚扭杆装置的设置位置及主要性能要求,(1)应具有前述的作用特点和适宜的抗侧滚扭转刚度，同时应具有能适应空气弹簧(中央弹簧)上、下支承两个部分之间相对运动的随动性。(2)在垂向、横向及纵向的三个方向上，均应尽量减小对中央悬挂装置刚度的影响。(3)扭杆与转臂之间应有足够大的刚度。(4)应注意防止车辆高频振动的传递。,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算(六)车辆的抗侧滚装置,(二)抗侧滚扭杆装置的设置位置及主要性能要求,抗侧滚扭杆装置的最佳抗扭刚度值如何选择，应根据车辆结构及车体重心的高低、转向架结构及悬挂参数、运行速度、线路条件、通过道岔的型号及速度等诸多因素来考虑。应进行必要的理论分析计算和试验工作而确定。一般客车抗侧滚扭杆装置的扭转刚度最佳值为1.52MNm/rad。,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,采用橡胶元件具有下列优点：1.可以自由确定形状，使各个方向的刚度根据设计要求确定。利用橡胶的三维特性可同时承受多向载荷，以便于简化结构；2.可避免金属件之间的磨耗，安装、拆卸简便，并无需润滑，故有利于维修，降低成本；3.可减轻自重；4.具有较高内阻，对高频振动的减振以及隔音性有良好的效果；5.弹性模量比金属小得多，可以得到较大的弹性变形，容易实现预想的良好的非线性特性。,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,它的缺点主要是耐高温、耐低温和耐油性能比金属弹簧差，使用时间长易老化，而且性能离散度大，同批产品的性能差别可达10%以上。车辆上的橡胶元件，主要应用于弹簧装置与定位装置。(一)橡胶元件设计时的注意事项 1.橡胶具有特殊的蠕变特性，即压缩橡胶元件时，当载荷加到一定数值后，虽不再增载，但其变形仍在继续，而当卸去载荷后，也不能立即恢复原状。因此，橡胶的动刚度比静刚度大，其增大的倍率与动载荷的频率和振幅有关，一般要增大10%40%。2.橡胶元件的性能(弹性、强度)受温度影响较大。因此，当温度在30+70 时，设计的橡胶元件可依据不同使用温度，选用不同材质的橡胶，使之具有比较稳定的弹性特性，以满足运用要求。,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,3.橡胶具有体积基本不变的特性，即几乎是不可压缩的。它的弹性变形是由于形状改变所致，因此，必须保证橡胶元件形状改变的可能性。4.橡胶的散热性不好，故不能把橡胶元件制成很大的整块，需要时应做成多层片状，中间夹以金属板，以增强散热性。5.橡胶元件的疲劳损坏，主要由于应力集中处产生的裂纹，所以，设计时应特别注意防止出现这些现象。为了防止形成应力集中，与橡胶接触的配件表面不应该有锐角、凸起部位的沟孔，在形状上尽量使橡胶表面的变形比较均匀。6.橡胶变形受载荷形式影响较大，承受剪切载荷时橡胶变形最大，而承受压缩载荷时其变形最小。因此，承受剪切变形的橡胶弹簧承载能力小而柔度大，承受压缩变形的橡胶弹簧承载能力大而柔度小，受拉伸的橡胶弹簧则很少使用。,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算 1.静弹剪模数(G)、静弹性模数(Ea)、表观弹剪模数(Ga)及动弹性模数的计算 拉伸变形时 Ea3G 压缩变形时 EaiG,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算 形状系数SAl/Af，即S为橡胶元件的承载面积Al与自由面积Af之比 GajG j弯曲变形影响系数，其值为：,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算2.应力计算橡胶元件在简单拉伸和压缩变形时，其应力和应变的关系式为：,一般应变量控制在15%，此时可近似地取：,橡胶弹簧剪切应力和剪切应变的关系式为：,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算3.静刚度和动刚度的计算 直柱形橡胶弹簧如图2-41所示(上、下支承面与金属体不粘接)压缩刚度 剪切刚度 端部带圆角的直柱形橡胶弹簧 a.圆形截面,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算3.静刚度和动刚度的计算b.矩形截面，等截面部分的长边为a，短边为b，压缩刚度 衬套式橡胶弹簧：a.轴向剪切或轴向扭转的橡胶衬套,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算3.静刚度和动刚度的计算 衬套式橡胶弹簧：a.轴向剪切或轴向扭转的橡胶衬套 轴向剪切刚度 轴向扭转刚度,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算3.静刚度和动刚度的计算 a.轴向剪切或轴向扭转的橡胶衬套衬套的长度随半径线性改变 轴向剪切刚度 轴向扭转刚度,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算3.静刚度和动刚度的计算 a.轴向剪切或轴向扭转的橡胶衬套衬套切应力和半径无关而为常数，轴向剪切刚度 轴向扭转刚度,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算3.静刚度和动刚度的计算 b.同时承受压缩和剪切的橡胶衬套橡胶衬套为径向变形,径向刚度 橡胶衬套为弯曲变形,弯曲刚度,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算3.静刚度和动刚度的计算 空心圆锥橡胶弹簧 a.空心圆锥橡胶弹簧承受轴向载荷,轴向压缩刚度 b.空心圆锥橡胶弹簧承受径向载荷,径向刚度,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算3.静刚度和动刚度的计算 空心圆锥橡胶弹簧 c.空心圆锥橡胶弹簧承受弯矩载荷,弯曲刚度 d.空心圆锥橡胶弹簧承受扭转力矩,同轴扭转刚度,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算3.静刚度和动刚度的计算(2)橡胶弹簧的动刚度计算橡胶弹簧的动刚度主要依靠实验测定,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件结构及计算,(二)橡胶元件的有关计算,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(一)空气弹簧装置的应用及特点 1.空气弹簧的刚度可选择低值，以降低车辆的自振频率。2.空气弹簧具有非线性特性，3.空气弹簧的刚度随载荷而改变，从而保持空、重车时车体的自振频率几乎相等，使空、重车不同状态的运行平稳性接近。4.和高度控制阀并用时，可按车体在不同静载荷下，保持车辆地板面距轨面的高度不变。5.空气弹簧可以同时承受三向的载荷，并且有较大的径向变形能力。从而实现“三无”结构（无摇枕、无摇动台、无磨耗），可简化转向架的结构，减轻自重。6.在空气弹簧本体和附加空气室之间装设有适宜的节流孔，可以代替垂向液压减振器。7.空气弹簧具有良好的吸收高频振动和隔音性能。,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(二)空气弹簧装置系统的组成 主要是由空气弹簧本体、附加空气室、高度控制阀、差压阀及滤尘器等组成。,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(三)空气弹簧的分类及组成 空气弹簧大体上可分为囊式和膜式两类。1.囊式空气弹簧，可分为单曲、双曲和多曲等形式。,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(三)空气弹簧的分类及组成 2.膜式空气弹簧，可分为约束膜式、自由膜式等形式。,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(三)空气弹簧的分类及组成 2.膜式空气弹簧，可分为约束膜式、自由膜式等形式。,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(四)高度控制阀和差压阀 1.高度控制阀 高度控制阀一般可分为机械式和电磁式两种，按组成的不同又可分为有延时机构和无延时机构；按引起高度控制阀产生进、排气作用的传动方式还可分为直顶式和杠杆式等。,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(四)高度控制阀和差压阀 1.高度控制阀高度控制阀的主要特性及参数如下。(1)截止频率：一般该值为1Hz左右。(2)无感区：一般无感区约为4 mm。(3)延迟时间：一般为1 s左右。(4)充、排气时间：。(5)供风风压：要求列车供风的风压符合高度控制阀正常工作所需的数值，铁道车辆列车管风压一般为0.6 MPa。(6)检修期：为保证高度控制阀的正常工作，减少维修量，延长使用寿命，保证质量，要规定无检修期。例如：对某型高度控制阀规定车辆运行20万 km之内无检修。,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(四)高度控制阀和差压阀 2.差压阀 当左右两侧空簧压差小于某一定值时(一般为0.08 MPa)左右两个阀都处于关闭状态，左右两个空簧均不相通。若左边空簧压力增高，并超过该定值时，即阀中下室空气压力大于上室空气压力，左阀的弹簧受压缩，打开阀门，使压力空气从左边流向右边。,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(四)高度控制阀和差压阀 在选择差压阀的差压值时，应注意以下几点：(1)在转向架左右两侧空气弹簧为均载条件下，车辆正常运行时，该压差值应不影响由于车辆振动所引起的空气弹簧内压变化的值。(2)差压阀的差压值应高于车辆在曲线(包括过渡曲线)上运行时，仅是由于车体两侧增减载的载荷变化，使左右两个空气弹簧内压变化的压差值(包括高度控制阀的充、排气作用)。(3)在上述两个要求的允许条件下，尽量取较小的压差值，使各空气弹簧承载不会发生过分的不均衡，以提高车辆的运行平稳性和抗脱轨性能。(4)当转向架一侧空气弹簧发生破裂事故时，另一侧空气弹簧内压不能过高，并仍使车辆能以较低速安全运行，以便于事故的处理。一般差压阀的压差值取为0.080.12 MPa。在取值时应根据车型的结构形式、载重、车体重心高度、运行条件、运行速度以及采用空气弹簧和高度控制阀的形式等因素考虑确定。,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(五)自由膜式空气弹簧刚度计算,垂向刚度计算,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(五)自由膜式空气弹簧刚度计算,横向刚度计算,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧结构及计算,(六)空气弹簧节流孔,第六节 减振元件,一、车辆减振元件的作用及分类,铁路车辆采用的减振器按阻力特性可分为常阻力和变阻力两种减振器；按安装部位可分为轴箱减振器和中央(摇枕)减振器；按减振方向可分为垂向、横向和纵向减振器；按结构特点又可分为摩擦减振器和油压减振器。,减振器的作用减小振动。它的作用力总是与运动的方向相反，起着阻止振动的作用。通常减振器有变机械能为热能的功能，减振阻力的方式和数值的不同，直接影响到振动性能。,第六节 减振元件,二、摩擦式减振器,(一)变摩擦楔块式减振器1.变摩擦楔块式摩擦减振器,第六节 减振元件,二、摩擦式减振器,(一)变摩擦楔块式减振器2.阻力特性及计算,第六节 减振元件,二、摩擦式减振器,(一)变摩擦楔块式减振器2.阻力特性及计算,向下运动时,向上运动时,第六节 减振元件,二、摩擦式减振器,(一)变摩擦楔块式减振器2.阻力特性及计算,向下运动时,向上运动时,第六节 减振元件,二、摩擦式减振器,(一)变摩擦楔块式减振器2.阻力特性及计算,摩擦减振器摩擦力的大小，通常用相对摩擦系数来表示，相对摩擦系数的定义是悬挂装置中的摩擦力与垂向力的比值。,第六节 减振元件,二、摩擦式减振器,(二)常摩擦楔块式减振器,第六节 减振元件,二、摩擦式减振器,(三)利诺尔减振器,第六节 减振元件,三、油压减振器,为保证油压减振器装置良好的减振性能，应充分注意以下各点：(1)油压减振器良好的减振性能主要是依靠活塞杆装置上的节流装置、进油阀装置和选择适宜的减振油液而确定的。(2)当减振器工作时，内部油压较高(可高达2.5 MPa)，所以必须具有良好的密封性，以确保减振特性和使用寿命。另外，对活塞杆装置应设有导向装置(如导向套)，使活塞杆中心线和油缸中心线保持一致。(3)对于减振器两端联接部的联接方式，要考虑减振器与被相连部件结构之间运动的随动性，在各个方向(包括转角)具有适宜的弹性，满足相互之间力、位移等的传递，其弹性变形又可减少活塞与油缸、活塞杆与导向套之间的偏心，使活动顺滑，减少偏磨。为此，不同形式与作用特性的油压减振器的两端联接方式，需要用不同形式的弹性橡胶节点。(4)为保证油压减振器正常工作，应合理地选择在转向架上的安装空间位置(如高度、角度等)，并兼顾方便装拆与检修。,第六节 减振元件,三、油压减振器,(一)垂向和横向油压减振器,(二)抗蛇行减振器,