转向架结构原理及基本部.ppt

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1、车辆构造,主讲 E_mail*,西南科技大学网络教育系列课程,2,第二章 转向架结构原理及基本部件,第一节 转向架的作用与组成第二节 转向架的分类第三节 轮对第四节 轴箱装置第五节 弹性悬挂元件第六节 减振元件,3,第一节 转向架的作用与组成,一、转向架的作用二、转向架的组成,4,第一节 转向架的作用与组成,一、转向架的作用 转向架概念：把两个或几个轮对用专门的构架（或侧架）组成的一个小车，称为转向架。常见的多轴车辆一般采用带转向架的结构形式。转向架基本作用及要求：（1）增加车辆载重、长度和容积，提高运行速度；（2）正常情况下保证车体都能可靠坐落在转向架上，通过轴箱装置使车轮沿钢轨的滚动转化为

2、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或从轮对至车体之间的各种载荷和作用，使轴重均匀分配；,1,2,5,第一节 转向架的作用与组成,（4）保证车辆安全、灵活地在线路如直线、曲线上运行；（5）具有良好的减振性能，减小振动、冲击和动应力，提高车辆的运行平稳性、安全性和可靠性；（6）利用轮轨间的粘着，传递牵引力和制动力，；（7）要求结构简单，装拆、检修方便。,6,第一节 转向架的作用与组成,二、转向架的组成 一般转向架的组成可以分为以下几个部分，如图2-1所示。轮对轴箱装置：轴箱与轴承装置是联系构架（或侧架）和轮对的活动关节，使轮对的滚动转化为车体沿钢轨的平动。弹性悬挂装置：为

3、减少线路不平顺和轮对运动对车体的各种动态影响（如垂向振动，横向振动等），转向架在轮对与构架（侧架）之间或构架（侧架）与车体（摇枕）之间，设有弹性悬挂装置。前者称为轴箱悬挂装置（又称第一系悬挂），后者称为摇枕（中央）悬挂装置（又称第二系悬挂）。目前，我国大多数货车转向架只设有摇枕悬挂装置，客车转向架既设有摇枕悬挂装置，又设有轴箱悬挂装置。,1,2,7,第一节 转向架的作用与组成,构架或侧架：构架(侧架)是转向架的基础，它把转向架各答零、部件组成个整体。所以它不仅仅承受、传递各作用力及载荷，而且它的结构、形状和尺寸大小都应满足各零、部件的结构、形状及组装的要求（如应满足制动装置、弹簧减振装置、轴箱

4、定位装置等安装的要求）。基础制动装置：为使运行中的车辆能在规定的距离范围内停车，必须安装制动装置，其作用是传递和放大制动缸的制动力，使闸瓦与轮对之间产生的转向架的内摩擦力转换为轮轨之间的外摩擦力(即制动力)，从而使车辆承受前进方向的阻力，产生制功效果。,3,4,8,第一节 转向架的作用与组成,转向架支承车体的装置：转向架支承车载的方式（又可称为转向架的承载方式）不同，使得转向架与车体相联结部分的结构及形式也各有所异，但都应满足二个基本要求；安全可靠地支承车体，承载并传递各作用力（如直向力、振动力等）；为使车辆顺利通过曲线，车体与转向架之间应绕不变的旋转中心相对转动。转向架的承载方式可以分为心盘

5、集中承载、非心盘承载和心盘部分承载三种。,5,图2-1 转向架组成图,9,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、按弹簧悬挂装置分类三、按弹簧横向跨距分类四、按垂向载荷的传递方式分类,10,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 车辆所用车轴基本上可分为B、C、D、E、F、G六种轴型，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。按轴数分类，转向架有二轴、三轴和多轴的，大多数客货车采用二轴转向架。（二）轴箱定位方式 轴箱定位相关知识（1）轴箱定位装置：约束轮对与构架之间相对运动的机构，称为轴箱定位装置。,

6、1,11,第二节 转向架的分类,（2）轴箱定位位置的基本要求：它应该在纵向和横向具有适应的弹性定位刚度值，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，制造检修方便，重量轻，成本低。（3）轴箱弹性定位的作用：可以避免车辆在运行速度范围内发生蛇行运动失稳，还能保证车辆在曲线上运行时具有良好的导向性能，减少轮对与钢轨之间的冲击与侧压力，减轻车轮轮缘与钢轨的磨耗，确保车辆运行的安全性和平稳性。,12,第二节 转向架的分类,轴箱定位装置结构形式：（1）固定定位：轴箱与侧架铸成一体或用紧固件连成一体，轴箱与侧架不能产生任何相对于运动。如图2-2

7、所示。,图2-2 转臂式定位,（2）导框式定位：轴箱上有导槽，侧架或构架上有导框，构架的导框插入轴箱的导槽内，铅垂方向允许有较大相对位移，前后左右仅容许有相对小的间隙。如图2-3所示。,图2-3 导框转臂式定位,2,13,第二节 转向架的分类,（3）干摩擦导柱式定位：安装在构架上的导柱及坐落在轴箱弹簧托盘上的支持环均装配有磨耗套，导柱插入支持环，发生上下运动时，两磨耗套之间是干摩擦，他的作用原理是由于轴箱橡胶垫产生不同方向的剪切变形，实现弹性定位作用。如图2-4所示。,图2-4 干摩擦导柱式定位,14,第二节 转向架的分类,（4）油导筒式定位：把安装在构架上的轴箱导柱及坐落在轴箱弹簧托盘上的导

8、筒做成活塞和油缸的形式，导柱插入导筒。导柱在导筒内上下移动时，油液可以进出导柱的内腔，产生减振作用。它的作用原理是，当构架与轴箱之间产生水平方向的相对运动时，利用导柱和导筒传递纵向力和横向力，在通过轴箱橡胶垫传递给轴箱体，使橡胶垫产生不同方向的剪切变形，实现弹性定位。如图2-5所示。,图2-5 油导筒式定位,15,第二节 转向架的分类,（5）拉板式定位：用特种弹簧钢制成薄形定位拉板，一端连轴箱，另一端通过橡胶节点连构架。利用拉板在纵、横向的不同刚度来约束构架与轴箱的相对运动，实现弹性定位。如图2-6所示。,图2-6 拉板式定位,16,第二节 转向架的分类,（6）拉杆式定位：拉杆两端分别与构架和

9、轴箱销接，拉杆可以容许轴箱与构架在上下方向有较大相对位移。拉杆中的橡胶垫、套分别限制轴箱与构架之间的横向与纵向位移，实现弹性定位。如图2-7所示。,图2-7 拉杆式定位,17,第二节 转向架的分类,（7）转臂式定位（又称弹性铰定位）：定位转臂一端与圆筒形轴箱体固接，另一端以橡胶弹性节点与焊在构架上的安装座相连。橡胶弹性节点容许轴箱相对构架有较大上下方向位移，但它里边的橡胶件使轴箱横向与纵向位移的定位刚度不同，以适应纵、横两个方向不同弹性定位刚度的要求。如图2-8所示。,图2-8 转臂式定位,18,第二节 转向架的分类,（8）橡胶弹簧定位：轴箱和构架间设有橡胶弹簧，合理选取刚度，实现弹性定位。如

10、图2-9所示。,图2-9 橡胶弹簧定位,19,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：在采用一系悬挂的车辆上，从车体至轮对之间，只设有一系弹簧减振装置。如图2-10所示。所谓“一系”，一般是指车体的振动只经过一次（空间三维方向均包括）弹簧减振装置实施减振。一系弹簧悬挂结构简单，便于检修、制造，成本低，多用于对运行品质要求相对较低的货车。2.二次弹簧悬挂：在采用二系悬挂的车辆上，从车体至轮对之间，设有二系弹簧减振装置。如图2-11所示。在转向架中同时有摇枕弹簧减振装置和轴箱弹簧减振装置，使车体的振动经达二次弹簧减振装置衰减。二系弹簧悬挂转向架零部件多，成本高，结构复杂，但减

11、振效果好，多用于对运行品质要求较高的客车转向架。,20,第二节 转向架的分类,3.多级悬挂：很少用，结构过分复杂，两级悬挂设计合理的话减振效果已足够好。,图2-10 一系弹簧悬挂,图2-11 二系弹簧悬挂,21,第二节 转向架的分类,三、按弹簧横向跨距分类 对心盘集中承载的转向架，按摇枕悬挂中弹簧的横向跨距与侧架中心线的位置关系分为内侧悬挂、外侧悬挂、中心悬挂。分别如图2-12（a）、（b）（c）所示。,图2-12 弹簧装置的横向跨距,22,第二节 转向架的分类,四、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 心盘集中承载：在车体上的全部重量通过前后两个心盘分别传递给前后转向架的

12、两个下心盘。我国大多数客、货车转向架都是这种承载方式。图2-13（a）所示。非心盘承载：该种形式的转向架没有心盘装置，虽然有的转向架上还有类似心盘的装置存在，但它似作为牵引及转动中心之用，而车体上的全部重量通过中央弹簧悬挂装置直接传递给转向架构架。其中有的转向架在中央弹簧悬挂装置与构架之间安装有旁承装置时，对这种转向架又称为旁承承载。图2-13（b）所示。,1,2,23,第二节 转向架的分类,心盘部分承载：这种承载方式的结构是上述两种承载方式结构的组成，即车体上的重量按一定比例分配，分别传递给心盘与旁承，使之共同承载。这种承载方式在旁承结构比较复杂，我国也有车辆采用这种承载形式。图2-13（c

13、）所示。,3,图2-13 车体载荷传递方式,24,第二节 转向架的分类,（二）转向架中央（摇枕）悬挂装置的载荷传递 摇动台装置：车体通过心盘（或旁承）支承在摇枕上，摇枕两端支承在摇枕弹簧的上支承面，摇枕弹簧下支承面坐落在弹簧托板（或托梁)上，弹簧托板通过吊轴、吊杆与吊销悬挂在构架上。如图2-14所示。这样，摇枕、摇枕掸簧、掸簧托板吊轴与吊杆连同车体，在侧向力作用下，可做类似钟摆的摆动，使之相对构架产生左右摇动，转向架中可以横向摆动的这个部分称为摇动台装置，它具有横向弹性特性。,图2-14 摇动台装置示意图,25,第二节 转向架的分类,载荷传递方式 1、具有摇动台装置的转向架：这种结构的载荷传递

14、特点是心盘（或旁承）承载后通过摇动台将载荷传递给构架。2、无摇动台装置的转向架：按结构特点又可分为非心盘承载和心盘集中承载两种：(1)非心盘承载的无摇动台转向架,图2-15 非心盘承载，无摇动台装置,26,第二节 转向架的分类,(2)心盘集中或部分承载的无摇动台转向架有摇枕：如图2-16，车体通过心盘或旁承坐落在摇枕上，摇枕两端坐落在左右摇枕弹簧上，左右摇枕弹簧又直接坐落在构架的两个侧梁（或侧架）上。这种转向架设有摇枕弹簧装置，但无摇动台结构，三大件式货车货车转向架都采用这种承载方式。,图2-16 心盘承载，无摇动台装置,27,第二节 转向架的分类,无摇枕：如图2-17，车体通过心盘或旁承支承

15、在构架上，构架直接坐落在轴箱弹簧上，车体与构架之间没有弹簧减振装置。整体焊接构架货车转向架采用这种形式。,图2-17 心盘承载，轴箱弹簧悬挂的装置,28,第二节 转向架的分类,（三）构架（侧架）与轴箱轮对之间的载荷传递 1、转向架侧架直接置于轮对轴箱上，而无轴箱弹簧装置，如图2-16；2、转向架的每侧有一个纵长的均衡梁，均匀梁两端支于前后两个轴箱上。均衡梁上有均衡梁弹簧及座，转向架构架支悬于均衡梁弹簧之上，如图2-18（a）；3、转向架构架由轴箱顶部的弹簧支托，如图2-18（b）；4、每个轴箱左右两侧铸有弹簧托盘，转向架构架由弹簧托盘上的轴箱弹簧支托着。如图2-18（c）。,图2-18 构架与

16、轴箱轮对的载荷传递方式,29,第三节 轮对,一、轮对组成及基本要求二、车轴三、空心车轴四、车轮五、轮对形状尺寸与线路的相互关系,30,第三节 轮对,一、轮对组成及基本要求 1.轮对：如图2-19，由一根车轴1和两个相同的车轮2组成，在轮轴接合部采用盈配合，使两者牢固的结合在一起，为保证安全，绝不允许有任何松动现象发生。,图2-19 轮对,31,第三节 轮对,2.轮对基本要求：（1）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；（2）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；（3）应具备阻力小和耐磨性好的优点，这样可以只需要较小

17、的牵引动力并能提高使用寿命；（4）应适用车辆直线运行，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。,32,第三节 轮对,二、车轴（一）车轴各部位名称及作用 铁路车辆所用车轴绝大多数是圆截面实心车轴。如图2-20所示。,图2-20 滚动轴承车轴,33,第三节 轮对,1.轴颈：用以安装滑动轴承的轴瓦或滚动轴承，负担着车辆重量，并传递各方向的静、动载荷。2.防尘板座：是轴颈和轮座的中间过渡部分，以减小应力集中。3.轮座：是车轴与车轮配合的部位。为了保证轮轴之间有足够的压紧力，轮座直径比轮孔径要大，同时为了便于轮轴压装，减少应力集中，轮座外侧（靠防尘板座侧）直径向外逐渐减小，成为锥体，其小端

18、直径比大端直径要小1mm，锥体长12-16mm。轮座是车轴受力最大的部位。4.轴身：是车轴中央部分，该部位受力较小。,34,第三节 轮对,（二）车轴分类 标准型滚动轴承车轴有RB2、RD2、RE2、RC2A、RC3、RC4、RD3、RD4、RD3A、RD4A、RD3B型。其中RB2、RD2、RE2、RE2A、RE2B型用于货车，RD3、RD4既可用于货车，也可用于客车，其余用于客车。RC4、RD4型车轴为发电机传动车轴，在车轴一端有发电机皮带轮安装轴。（三）车轴材质及要求 车轴采用优质碳素钢，如平炉钢或电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。为了提

19、高车轴的疲劳强度，对轴颈、防尘板座和轮座要进行滚动强化和精加工。,35,第三节 轮对,三、空心车轴作用：车轴是转向架轮对重要组成部分，直接影响车辆运行的安全性，又是转向架簧下质量的主要组成部分，特别是对于高速车辆和重载车辆，降低车辆簧下部分质量对改善车辆运行平稳性和减小轮轨间动力作用有重要影响。空心车轴比实心车轴可减轻20%-40%的质量，一般可减轻重60 100kg，甚至更多。空心车轴的结构形式：如图2-21所示。由于车轴主要承受横向弯矩作用，截面中心部分应力很小，制成空心后，对车轴强度影响很小。,36,第三节 轮对,空心车轴主要生产工艺：实心轴坯钻、镗孔成型；离心铸造一次成型；厚壁无缝钢管

20、轴颈锻缩成型；多段摩擦焊接成型等。我国采用厚壁无缝钢管轴颈锻缩成型方案，已做多年实践研究工作。壁厚要求：为避免发生车轴弯曲共振，壁厚不能太薄，国外实验研究表明，空心轴内外径之比最大为60%。,图2-21 空心车轴,37,第三节 轮对,四、车轮（一）车轮各部分名称及作用 目前我国铁路车辆上使用的车轮绝大多数是整体辗钢轮，如图2-22(a)所示，它包括踏面、轮缘、轮辋、幅板和轮毂等部分，在车轮与钢轨的接触面称为踏面。一个突出的圆孤部分称为轮缘，是保持车辆沿钢轨运行，防止脱轨的重要部分。轮辋是车轮上踏面下最外的一圈。轮毂是轮与轴互相配合的部分，辐板是联接轮辋与轮毂的部分，辐板上有两个圆孔，便于轮对在

21、切削加工时与机床固定和搬运轮对之用。,38,第三节 轮对,图2-22 整体碾钢论(a)整体轮(b)直辐板形轮(c)S形辐板轮(d)轮箍轮1-踏面 2-轮缘 3-轮辋 4-幅板 5-轮毂 6-轮箍 7-扣环 8-轮心,39,第三节 轮对,（二）车轮种类按其用途可分为客车用、货车用、机车用车轮。按其结构分为整体轮与轮箍轮。轮箍轮又可分为铸钢辐板轮、辗钢辐板轮以及铸钢辐条轮心的车轮。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。,图2-23 弹性车轮,40,第三节 轮对,五、轮对形状尺寸与线路的相互关系 轮对在正常线路上行驶时，轮缘内侧距离和踏面几何形状是影响行车安全和运行平稳性的重要因素。（

22、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靡耗，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。每侧轮缘与钢轨之间的平均最小游间为5mm，为限制轮对蛇形运动的振幅，轮缘与钢轨之间的游间也不宜过大。2.保证安全通过曲线，不至于脱轨。3.安全通过辙叉，不至于脱轨或受到挤压。,41,第三节 轮对,（二）踏面斜度与曲线半径1.车轮踏面必须有斜度，增加踏面斜度，可能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（R650m时）的轨距要加宽。,4

23、2,第四节 轴箱装置,一、滚动轴承轴箱装置二、滚动轴承的选型三.高速车辆对滚动轴承的要求,43,第四节 轴箱装置,轴箱装置的作用：1.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；2.承受车辆的重量，传递各方向的作用力；3.保证良好的润滑性能，减少磨耗，降低运行阻力；4.良好的密封性，防止尘土、雨水等物侵入及甩油，从而破坏油脂的润滑，甚至发生燃油等事故。,44,第四节 轴箱装置,一、滚动轴承轴箱装置（一）滚动轴承轴箱装置的特点1.降低了车辆起动阻力和运行阻力，在牵引力相同条件下，可以提高牵引列车的重量和运行速度；2.改善了车辆走行部的工作条件，减少了燃轴等惯性事故；3

24、.减轻了日常养护工作，延长了检修周期，缩短了检修时间，加速车辆的周转，节省油脂，降低运营成本低。,45,第四节 轴箱装置,（二）车辆滚动轴承轴箱装置的形式1.滚动轴承构成及分类滚动轴承构成：滚动轴承由外圈、内圈、滚子和保持架（隔离环）组成，内外圈和滚子是用高碳铬钢制成，保持架用青铜或锻钢制成。滚子与内、外圈之间有一定的径向和轴向油隙，以保证滚子自由滚动，载而分布合理与传递轴向与径向力。保持架使滚子和滚子之间保持一定距离，防止相互挤压而被卡住。滚动轴承分类：按滚子的形状可分为圆柱滚动轴承、圆锥滚动轴承和球面滚动轴承。,46,第四节 轴箱装置,2.圆柱滚动轴承与轴箱 图2-24所示是RD3型滚动轴

25、承轴箱装置。它用于206型、209型等客车转向架上，为无导框式。车辆运行中，RD3型滚动轴承轴箱装置承受并传递垂向、纵向和横向三个方向的力。,图2-24 RD3型滚动轴承轴箱装置,47,第四节 轴箱装置,2.圆锥滚动轴承（1）组成：图2-25为无轴箱式，用于21t 轴重货车转向架上，由轴承（197726T）1、油封组成2、前盖3、防松片4、通气栓5和密封座、后档等组成。,图2-25 197726T圆锥滚动轴承,48,第四节 轴箱装置,(2)特点：既能承受径向力，又能承受轴向力；结构简单，制造容易，检修方便，由于无轴箱体而重量轻。(3)使用情况：97720T、97726T、97730T系列已停止

26、生产并被逐步取代。197720T、197726T、197730T系列内部结构更合理，逐步代替前一系列，为主打型号。353130A、353130B、353130C为新开发紧凑型系列，减少了轴承零件，缩短了轴向宽度，适用于RE2B型车轴，满足提速重载需求。,49,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：方法很多，目前较通用的是根据额定动载荷来选取额定动载荷：额定寿命为100万转时，轴承所能承受的载荷。选用轴承的程序：确定工作条件；根据工作条件,选取轴承类型,确定精度等级；根据轴承的负荷,转速和寿命,计算额定动载荷,再在产品样本中选取轴承。铁路车辆轴承特点：铁路轴承载荷工况复杂,要

27、求耐振,耐冲击,寿命高，且要求有较小的尺寸与重量,一般为非标准产品。,50,第四节 轴箱装置,三.高速车辆对滚动轴承的要求影响轴承性能的主要因素：轴承结构（形式、保持架、内部形状）；轴承质量（材质、热处理、精度）；润滑油（质量、数量、种类）；密封（形式、质量）和工作环境。高速车辆轴承要解决的主要问题：降低轴承运转温度；小型化轻量化高速车辆对滚动轴承的各项要求：1.轴承的选型、精度等级、材质及热处理硬度 2.轴承润滑脂 3.润滑脂的填充量 4.轴承的密封 5.轴承游间 6.轴承温度及降温措施,51,第五节 弹性悬挂元件,一、弹性元件的作用及主要特性二、钢弹簧结构及计算三、橡胶元件特点及应用四、空

28、气弹簧特点及应用,52,第五节 弹性悬挂元件,弹簧减振装置：为了减少有害的车辆冲动，车辆设置的缓和冲动和衰减振动的装置。按作用分为三类：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。上述各类装置在车辆振动系统中又称为弹性悬挂装置。这些装置对车辆运行是否平稳，能否顺利通过曲线并保证车辆安全运行，都起着重要的用途，故应合理地设计其结构，选择适宜的各个参数。,53,第五节 弹性悬挂元件,弹簧装置的主要作用铁道车辆

29、弹簧装置的作用：（1）是使车辆的质量与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；（2）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。（3）提高车辆运行的舒适性和平稳性，延长车辆和轨道使用寿命。,1,54,第五节 弹性悬挂元件,弹簧的主要特性 弹簧的主要特性：挠度、刚度和柔度。挠度：指弹簧在外力作用下产生的弹性变形的大小或弹性位移量；刚度：弹簧产生单位挠度所需的力的大小，称为该弹簧的刚度，一般用K表示；柔度：单位载荷作用下产

30、生的挠度称为该弹簧的柔度，一般用i表示。,2,55,第五节 弹性悬挂元件,弹簧的串联、并联刚度的计算 铁道车辆时常采用组合弹簧，有并联、串联、串并联三种形式，如图2-26所示。,3,图2-26 弹簧系统布置（a）并联、（b）串联、（c）串并联,对于车辆悬挂系统的要求：应采用尽可能大的弹簧静挠度，即小的弹簧刚度，这样可降低车体的自振频率，提高运行平稳性。,4,56,第五节 弹性悬挂元件,二、钢弹簧结构及计算 1.螺旋弹簧结构及主要参数 在铁路车辆中通常采用簧条截面为圆形的圆柱压缩螺旋弹簧，故又称圆簧。如图2-27所示。弹簧材质主要采用硅锰钢，也有车辆采用碳钢或铬锰钢。,1.外层簧 2.内层簧螺旋

31、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m=D/d，垂向静挠度fv和垂向刚度Kv等。,图2-27 双卷螺旋弹簧,57,第五节 弹性悬挂元件,2.双卷弹簧 转向架的弹簧装置中，为提高载重，减小弹簧占用空间，时常采用双卷弹簧。使用双卷弹簧替代单卷弹簧要求：（1）内外卷弹簧的螺旋方向要一个左旋，一个右旋，防止卡簧或簧组转动；（2）弹簧指数相等；（3）应力相等，充分利用材料强度；（4）各卷弹簧挠度相等，以保证性能一致。,58,第五节 弹性悬挂元件,3.两级弹簧一级刚度弹簧存在问题：随着货车载重增加，空、重车簧上质量相差悬殊

32、，若还采用以及刚度弹簧，有可能使空车弹簧静挠度过小，自振频率过高，其振动性能不良。两级刚度弹簧作用：在空重车差别很大货车上应用，空车时第一级弹簧承载，弹簧刚度小，静挠度较大，改善车辆运行品质，轮重减载率小，有利于防止脱轨发生；重车时第二级弹簧承载，弹簧刚度大，避免弹簧挠度过大影响车钩高度。可兼顾货车的空重车特性。适用情况：一般只有在空重车质量差别很大时，才适用两级刚度螺旋弹簧组，按其结构形式分为三种，如图2-28所示。,59,第五节 弹性悬挂元件,图2-28 两级刚度弹簧形式,60,第五节 弹性悬挂元件,4.车辆的抗侧滚装置车辆侧滚问题：为能改善车辆垂向振动性能，需要相当柔软的垂向悬挂装置（如

33、采用空气弹簧或柔软的钢弹簧），当然同时也就出现了车体侧滚振动的角刚度也随之变得相对柔软，车辆运行时车体侧滚角角位移增大，故需要设计出既能保证车辆具有良好垂向振动性能，又能提高抗侧滚性能的转向架。解决问题的方法：抗侧滚措施之一是在转向架中央悬挂装置中设置抗侧滚装置；抗侧滚措施之二是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。,61,第五节 弹性悬挂元件,抗侧滚装置：(1)抗侧滚扭杆装置的作用原理 抗侧滚扭杆装置结构及原理如图2-29所示。,图2-29 抗侧滚扭杆装置及其示意图,62,第五节 弹性悬挂元件,（2）抗侧滚扭杆装置的设置位置及主要性能要求 设置

34、位置：主要性能要求：(1)应具有前述的作用特点和适宜的抗侧滚动扭转刚度，同时应具有适应空气弹簧（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。,63,第五节 弹性悬挂元件,三、橡胶元件特点及应用（一）铁道车辆上采用橡胶元件的优缺点 橡胶元件优点：1.可以自由确定形状，使各个方向的刚度根本设计要求确定。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，无需润滑，故有利于维修，降低成本；3.可减轻自

35、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棵线性特性。橡胶元件缺点：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%。,64,第五节 弹性悬挂元件,（二）铁道车辆上采用橡胶元件的安装位置 铁道车辆上的橡胶元件，主要应用于弹簧装置与定位装置。此外，车体与摇枕、摇枕与构架、轴箱与构架、弹簧支撑面等金属直接接触的部位，经常采用橡胶衬垫、衬套、止挡等橡胶原件。（三）橡胶元件设计时的注意事项 1.橡胶具有特殊的蠕变特性，具有弹性滞后，动刚度比静刚度大，其增

36、大倍率与动载荷振动频率和振幅有关；橡胶的蠕变特性：即压缩橡胶原件时，当载荷加到一定数值后，虽不再增载，但其变形任在继续，而当卸去荷载后，也不能立即恢复原状。通常称为时效蠕变或弹性滞后现象。,65,第五节 弹性悬挂元件,2.橡胶元件的性能（弹性、强度）受温度影响较大；3.橡胶具有何种基本不变的特性，即几乎是不可压缩的；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，一般用于受剪或受压。,66,第五节 弹性悬挂元件,四、空气弹簧特点及应用（一）铁道车辆上

37、采用空气弹簧的优缺点主要优点：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，可以根据车辆振动性能的需要，设计成具有比较理想的弹性特性曲线。3.空气弹簧的刚度随载载荷而改变,从而保持空、重车时车体自振频率几乎相等，使空、重车不同状态的运行平稳性接近。4.空气弹簧和高度控制阀并用时，可按车在不同静载何上，保持车辆地板面距轨面的高度不变。5.同一空气弹簧可以同时承受三维方向的载荷。6.在空气弹簧本体和附加空气室之间装调有适宜的节流孔，可以代替垂向安装的液压减振器。7.空气弹簧具有良好的吸收高频振动和隔音性能。主要缺点：空气弹簧的附件（如高度控制阀、差压阀）较多，成本

38、较高，并增加了维护与检修的工作量。,67,第五节 弹性悬挂元件,（二）橡胶元件的应用 根据其显著特点，在地铁车辆、高速客车和高速动车组上广泛应用。（三）空气弹簧装置系统的组成 空气弹簧装置的整个系统如图2-30所示。,图2-30 空气弹簧装置系统,68,第五节 弹性悬挂元件,（四）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 这类空气弹簧使用寿命长，制造工艺比较简单。但刚度大，振动频高，所以铁道车辆上已不采用。2.膜式空气弹簧 可分为约束膜式、自由膜式等形状（1）约束膜式空气弹簧 结构：如图2-31示，由内外筒及橡胶囊组成。特点：刚度小，振动频率低，但橡胶囊工作状

39、况复杂，耐久性差。,图2-31 约束膜式空气弹簧,69,第五节 弹性悬挂元件,（2）自由膜式空气弹簧 自由膜式空气弹簧的结构：如图2-32所示，由上盖板1、橡胶垫2、下盖板3和橡胶囊4组成。自由膜式空气弹簧的特点：由于它没有约束橡胶囊变形的内、外筒，可以减轻橡胶囊的磨耗，提高了使用寿命。它本身的安装高度比较低，可以明显降低车辆地板面距轨面的高度。重量轻，并且其弹性特性可以通过改变上盖板边缘的包角加以适当调整，使弹簧具有良好的负载特性。在无摇动台装置的空气弹簧转向架上应用较多。,图2-32 自由膜式空气弹簧,70,第五节 弹性悬挂元件,3、空气弹簧的密封 密封要求高，以保证弹簧性能稳定和节省压缩

40、空气。一般采用压力自封式和螺钉紧封 式两种密封形式。压力自封式，是利用空气囊内部的空气压力将橡胶囊的端面与盖板（或内、外筒）卡紧加以密封；螺钉紧封式，是利用金属卡板与螺钉夹紧加以密封。压力自封式的结构简单，组装检修方便，应用较多。4、空气弹簧橡胶囊组成 由内、外橡胶层、帘线层和成型钢线圈组成。,71,第五节 弹性悬挂元件,（五）高度控制阀、差压阀和节流孔 1.高度控制阀高度控制阀作用及要求：保持车体在不同静载荷下高度基本不变，与轨面保持一定高度；在直线正常运行情况下不发生进、排气作用；在曲线时，转向架左右侧高度阀产生进、排气动作，减小车体倾斜。高度控制阀分类：一般可分为机械式和电磁式两种；按组

41、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。高度控制阀的组成：如图2-33所示。一般是由高度控制机构、进排气机构和延长时机构等部分组成。,72,第五节 弹性悬挂元件,图2-33 高度控制阀组成,73,第五节 弹性悬挂元件,2.差压阀 差压阀作用：保证一个转向架两侧空气弹簧的内压之差，不能超过为保证行车安全规定的某一定值（一般0.08Mpa），若超出时，则差压阀自动沟通左右两侧的空气弹簧，使压差维持在该定值以下。差压阀在空气弹簧悬挂系统装置中起保证安全的作用。如图2-34 所示。,图2-34 差压阀结构示意图,74,第五节 弹性悬挂

42、元件,3.空气弹簧节流孔空气弹簧节流孔作用：在空气弹簧本体和附加空气室之间装设有适宜的节流孔，当车辆振动，空气弹簧垂向变位时，上述两者之间将产生压力差，空气流过节流孔，由于流动阻力而耗散部分振动能量，起到减振作用。空气弹簧节流孔形式：可分为固定节流孔和可变节流孔。空气弹簧节流孔应用：一般采用空气弹簧悬挂装置的车辆，都采用这种减振方式。,75,第六节 减振元件,一、车辆减振元件的作用及分类二、摩擦式减振器三、油压减振器,76,第六节 减振元件,一、车辆减振元件的作用及分类 车辆减振元件的作用：车辆上采用的减振器与弹簧一起构成弹簧减振装置。弹簧主要起缓冲作用、缓和来自轨道的冲击和振动的激扰力，而减

43、振器的作用是减小振动，它的作用力总是与运动的方向相反，起着阻止振动的作用。车辆减振元件的类别：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和横向减振器；按结构特点又可分为摩擦减振器和油压减振器。,77,第六节 减振元件,二、摩擦式减振器 摩擦减振器特点与应用：其优点是结构简单，成本低，制造维修比较方便；其缺点是摩擦力随摩擦面状态变化，且由于摩擦力与振动速度基本无关，振幅小时有可能由于摩擦阻力过大出现硬性冲击，而振幅大时又可能摩擦阻力小而不能迅速衰减振动。摩擦式减振器广泛用在货车转向架上。摩擦减振器减振原理：借助金属摩擦副的相对运

44、动产生的摩擦力，将车辆振动动能转变成热能散逸于大气中，从而减小振动。,78,第六节 减振元件,（一）、变摩擦楔块式减振器 1、变摩擦楔块式摩擦减振器 组成：如图2-35（a）所示的转8A转向架的摩擦减振器。作用原理：如图2-35（b）所示。,图2-35 转8A转向架变摩擦楔块式摩擦减振器（a）结构图；（b）原理图1-楔块；2-螺旋弹簧；3-摇枕,79,第六节 减振元件,2.常摩擦楔块式减振器 美国ASF公司生产的常摩擦楔块式减振器如图所示，图（a）为外形图，图（B）为装配示意图。,图2-35 Ride Control(控制型)减振器（a）外形；（b）装配示意图1-侧架立柱；2-磨耗板；3-楔块

45、；4-减振器弹簧；5-摇枕弹簧；6-摇枕,80,第六节 减振元件,3.利诺尔减振器 利诺尔减振器是一种新型变摩擦减振器，如图2-36所示，由导框2、弹簧帽3、弹簧4、吊环5、吊环销6、顶子8和磨耗板9组成。,图2-36 利诺尔减振器及其安装图,81,第六节 减振元件,三、油压减振器 油压减振器特点与应用：主要是利用液体粘滞阻力所做的负功来吸收振动能量，它的优点在于它的阻力是振动速度的函数，振幅的衰减量与幅值大小有关，振幅大时衰减量也大，反之亦然；缺点在于结构复杂，成本高，维护困难，受外界温度影响。为了改善振动性能，客车广泛采用性能良好的油压减振器。（一）垂向油压减振器 油压减振器良好的减振性能

46、主要是依靠活塞杆装置上的节流孔、进油阀装置和适宜的减振油液确定的。我国铁路客车采用的SFK1型垂向油压减振器心阀侧面下部开有两个直径2mm的节流孔和两个直径5mm的卸荷孔。,82,第六节 减振元件,液压减振器工作原理：如图2-37所示，当活塞杆向上运动时(又称减振器为拉伸状态)，油缸上部油液的压力增大这样上下两部分油液的压差迫使上部部分油液经过心阀的节流孔流入油缸下部。油液通过节流孔时产生阻力，该阻力的大小与油液的流速、节流孔的形状和孔径的大小有关。当活塞扦向下运动时(又称减振器为压缩状态)，受到活塞压力的下部油液通过心阀的节流孔流入油缸上部也产生阻力，因此，在车辆振动时液压减振器起减振作用。

47、,图2-37 液压减振器工作原理,83,第六节 减振元件,（二）横向油压减振器 它的内部结构与垂向油压减振器基本相同，结构上的特点是增加了一个空气包。空气包的作用是为了使进油阀完全浸在油中，不露出油液面，防止空气进入缸筒内部。横向减振器一般是水平的安装于摇枕与构架之间。如图2-38所示。,图2-38 横向油压减振器,84,第六节 减振元件,（二）抗蛇行减振器抗蛇行减振器：为抑制高速车辆的蛇形运动，在车体与转向架之间设置的抗蛇行运动回转阻尼装置。蛇行运动回转阻装置类别：大致可分为旁承支重方式、抗蛇行运动油压减振器方式和大心盘方式。大心盘方式由于偏载、偏磨及占用空间位置较大等问题，客车转向架已不多用。1.旁承支重方式 2.抗蛇形油压减振器方式,