-轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)原理及基本部件課件

E_mail***@***.1第二章轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)原理及基本部件第一節(jié)轉(zhuǎn)向架的作用與組成第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類第三節(jié)輪對第四節(jié)軸箱裝置第五節(jié)彈性懸掛元件第六節(jié)減振元件2第一節(jié)轉(zhuǎn)向架的作用與組成一、轉(zhuǎn)向架的作用二、轉(zhuǎn)向架的組成3第一節(jié)轉(zhuǎn)向架的作用與組成（4）保證車輛安全、靈活地在線路如直線、曲線上運(yùn)行；（5）具有良好的減振性能，減小振動、沖擊和動應(yīng)力，提高車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性、安全性和可靠性；（6）利用輪軌間的粘著，傳遞牽引力和制動力，；（7）要求結(jié)構(gòu)簡單，裝拆、檢修方便。5第一節(jié)轉(zhuǎn)向架的作用與組成二、轉(zhuǎn)向架的組成一般轉(zhuǎn)向架的組成可以分為以下幾個部分，如圖2-1所示。輪對軸箱裝置：軸箱與軸承裝置是聯(lián)系構(gòu)架（或側(cè)架）和輪對的活動關(guān)節(jié)，使輪對的滾動轉(zhuǎn)化為車體沿鋼軌的平動。彈性懸掛裝置：為減少線路不平順和輪對運(yùn)動對車體的各種動態(tài)影響（如垂向振動，橫向振動等），轉(zhuǎn)向架在輪對與構(gòu)架（側(cè)架）之間或構(gòu)架（側(cè)架）與車體（搖枕）之間，設(shè)有彈性懸掛裝置。前者稱為軸箱懸掛裝置（又稱第一系懸掛），后者稱為搖枕（中央）懸掛裝置（又稱第二系懸掛）。目前，我國大多數(shù)貨車轉(zhuǎn)向架只設(shè)有搖枕懸掛裝置，客車轉(zhuǎn)向架既設(shè)有搖枕懸掛裝置，又設(shè)有軸箱懸掛裝置。126第一節(jié)轉(zhuǎn)向架的作用與組成構(gòu)架或側(cè)架：構(gòu)架(側(cè)架)是轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)，它把轉(zhuǎn)向架各答零、部件組成—個整體。所以它不僅僅承受、傳遞各作用力及載荷，而且它的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸大小都應(yīng)滿足各零、部件的結(jié)構(gòu)、形狀及組裝的要求（如應(yīng)滿足制動裝置、彈簧減振裝置、軸箱定位裝置等安裝的要求）?；A(chǔ)制動裝置：為使運(yùn)行中的車輛能在規(guī)定的距離范圍內(nèi)停車，必須安裝制動裝置，其作用是傳遞和放大制動缸的制動力，使閘瓦與輪對之間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向架的內(nèi)摩擦力轉(zhuǎn)換為輪軌之間的外摩擦力(即制動力)，從而使車輛承受前進(jìn)方向的阻力，產(chǎn)生制功效果。347第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類一、按轉(zhuǎn)向架的軸數(shù)、類型及軸箱定位方式分類二、按彈簧懸掛裝置分類三、按彈簧橫向跨距分類四、按垂向載荷的傳遞方式分類9第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類一、按轉(zhuǎn)向架的軸數(shù)、類型及軸箱定位方式分類（一）軸數(shù)與類型車輛所用車軸基本上可分為B、C、D、E、F、G六種軸型，一般貨車采用B、D、E、F、G五種軸型，客車采用C、D兩種軸型。按軸數(shù)分類，轉(zhuǎn)向架有二軸、三軸和多軸的，大多數(shù)客貨車采用二軸轉(zhuǎn)向架。（二）軸箱定位方式軸箱定位相關(guān)知識（1）軸箱定位裝置：約束輪對與構(gòu)架之間相對運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，稱為軸箱定位裝置。110第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類（2）軸箱定位位置的基本要求：它應(yīng)該在縱向和橫向具有適應(yīng)的彈性定位剛度值，其值是該裝置主要參數(shù)；它的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能保證良好地實(shí)現(xiàn)彈性定位作用，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單可靠，無磨耗或少磨耗，制造檢修方便，重量輕，成本低。（3）軸箱彈性定位的作用：可以避免車輛在運(yùn)行速度范圍內(nèi)發(fā)生蛇行運(yùn)動失穩(wěn)，還能保證車輛在曲線上運(yùn)行時具有良好的導(dǎo)向性能，減少輪對與鋼軌之間的沖擊與側(cè)壓力，減輕車輪輪緣與鋼軌的磨耗，確保車輛運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性。11第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類（3）干摩擦導(dǎo)柱式定位：安裝在構(gòu)架上的導(dǎo)柱及坐落在軸箱彈簧托盤上的支持環(huán)均裝配有磨耗套，導(dǎo)柱插入支持環(huán)，發(fā)生上下運(yùn)動時，兩磨耗套之間是干摩擦，他的作用原理是由于軸箱橡膠墊產(chǎn)生不同方向的剪切變形，實(shí)現(xiàn)彈性定位作用。如圖2-4所示。圖2-4干摩擦導(dǎo)柱式定位13第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類（4）油導(dǎo)筒式定位：把安裝在構(gòu)架上的軸箱導(dǎo)柱及坐落在軸箱彈簧托盤上的導(dǎo)筒做成活塞和油缸的形式，導(dǎo)柱插入導(dǎo)筒。導(dǎo)柱在導(dǎo)筒內(nèi)上下移動時，油液可以進(jìn)出導(dǎo)柱的內(nèi)腔，產(chǎn)生減振作用。它的作用原理是，當(dāng)構(gòu)架與軸箱之間產(chǎn)生水平方向的相對運(yùn)動時，利用導(dǎo)柱和導(dǎo)筒傳遞縱向力和橫向力，在通過軸箱橡膠墊傳遞給軸箱體，使橡膠墊產(chǎn)生不同方向的剪切變形，實(shí)現(xiàn)彈性定位。如圖2-5所示。圖2-5油導(dǎo)筒式定位14第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類（5）拉板式定位：用特種彈簧鋼制成薄形定位拉板，一端連軸箱，另一端通過橡膠節(jié)點(diǎn)連構(gòu)架。利用拉板在縱、橫向的不同剛度來約束構(gòu)架與軸箱的相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)彈性定位。如圖2-6所示。圖2-6拉板式定位15第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類（7）轉(zhuǎn)臂式定位（又稱彈性鉸定位）：定位轉(zhuǎn)臂一端與圓筒形軸箱體固接，另一端以橡膠彈性節(jié)點(diǎn)與焊在構(gòu)架上的安裝座相連。橡膠彈性節(jié)點(diǎn)容許軸箱相對構(gòu)架有較大上下方向位移，但它里邊的橡膠件使軸箱橫向與縱向位移的定位剛度不同，以適應(yīng)縱、橫兩個方向不同彈性定位剛度的要求。如圖2-8所示。圖2-8轉(zhuǎn)臂式定位17第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類（8）橡膠彈簧定位：軸箱和構(gòu)架間設(shè)有橡膠彈簧，合理選取剛度，實(shí)現(xiàn)彈性定位。如圖2-9所示。圖2-9橡膠彈簧定位18第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類二、按彈簧懸掛裝置分類1.一系彈簧懸掛：在采用一系懸掛的車輛上，從車體至輪對之間，只設(shè)有一系彈簧減振裝置。如圖2-10所示。所謂“一系”，一般是指車體的振動只經(jīng)過一次（空間三維方向均包括）彈簧減振裝置實(shí)施減振。一系彈簧懸掛結(jié)構(gòu)簡單，便于檢修、制造，成本低，多用于對運(yùn)行品質(zhì)要求相對較低的貨車。2.二次彈簧懸掛：在采用二系懸掛的車輛上，從車體至輪對之間，設(shè)有二系彈簧減振裝置。如圖2-11所示。在轉(zhuǎn)向架中同時有搖枕彈簧減振裝置和軸箱彈簧減振裝置，使車體的振動經(jīng)達(dá)二次彈簧減振裝置衰減。二系彈簧懸掛轉(zhuǎn)向架零部件多，成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但減振效果好，多用于對運(yùn)行品質(zhì)要求較高的客車轉(zhuǎn)向架。19第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類三、按彈簧橫向跨距分類對心盤集中承載的轉(zhuǎn)向架，按搖枕懸掛中彈簧的橫向跨距與側(cè)架中心線的位置關(guān)系分為內(nèi)側(cè)懸掛、外側(cè)懸掛、中心懸掛。分別如圖2-12（a）、（b）（c）所示。圖2-12彈簧裝置的橫向跨距

21第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類四、按垂向載荷的傳遞方式分類（一）車體與轉(zhuǎn)向架之間的載荷傳遞心盤集中承載：在車體上的全部重量通過前后兩個心盤分別傳遞給前后轉(zhuǎn)向架的兩個下心盤。我國大多數(shù)客、貨車轉(zhuǎn)向架都是這種承載方式。圖2-13（a）所示。非心盤承載：該種形式的轉(zhuǎn)向架沒有心盤裝置，雖然有的轉(zhuǎn)向架上還有類似心盤的裝置存在，但它似作為牽引及轉(zhuǎn)動中心之用，而車體上的全部重量通過中央彈簧懸掛裝置直接傳遞給轉(zhuǎn)向架構(gòu)架。其中有的轉(zhuǎn)向架在中央彈簧懸掛裝置與構(gòu)架之間安裝有旁承裝置時，對這種轉(zhuǎn)向架又稱為旁承承載。圖2-13（b）所示。1222第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類心盤部分承載：這種承載方式的結(jié)構(gòu)是上述兩種承載方式結(jié)構(gòu)的組成，即車體上的重量按一定比例分配，分別傳遞給心盤與旁承，使之共同承載。這種承載方式在旁承結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，我國也有車輛采用這種承載形式。圖2-13（c）所示。3圖2-13車體載荷傳遞方式23第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類載荷傳遞方式1、具有搖動臺裝置的轉(zhuǎn)向架：這種結(jié)構(gòu)的載荷傳遞特點(diǎn)是心盤（或旁承）承載后通過搖動臺將載荷傳遞給構(gòu)架。2、無搖動臺裝置的轉(zhuǎn)向架：按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為非心盤承載和心盤集中承載兩種：(1)非心盤承載的無搖動臺轉(zhuǎn)向架圖2-15非心盤承載，無搖動臺裝置25第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的分類(2)心盤集中或部分承載的無搖動臺轉(zhuǎn)向架有搖枕：如圖2-16，車體通過心盤或旁承坐落在搖枕上，搖枕兩端坐落在左右搖枕彈簧上，左右搖枕彈簧又直接坐落在構(gòu)架的兩個側(cè)梁（或側(cè)架）上。這種轉(zhuǎn)向架設(shè)有搖枕彈簧裝置，但無搖動臺結(jié)構(gòu)，三大件式貨車貨車轉(zhuǎn)向架都采用這種承載方式。圖2-16心盤承載，無搖動臺裝置26第三節(jié)輪對一、輪對組成及基本要求二、車軸三、空心車軸四、車輪五、輪對形狀尺寸與線路的相互關(guān)系29第三節(jié)輪對一、輪對組成及基本要求1.輪對：如圖2-19，由一根車軸1和兩個相同的車輪2組成，在輪軸接合部采用盈配合，使兩者牢固的結(jié)合在一起，為保證安全，絕不允許有任何松動現(xiàn)象發(fā)生。圖2-19輪對30第三節(jié)輪對2.輪對基本要求：（1）應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證在容許的最高速度和最大載荷下安全運(yùn)行；（2）應(yīng)在強(qiáng)度足夠和保證一定使用壽命的前提下，使其重量最小，并具有一定彈性，以減小輪軌之間的相互作用；（3）應(yīng)具備阻力小和耐磨性好的優(yōu)點(diǎn)，這樣可以只需要較小的牽引動力并能提高使用壽命；（4）應(yīng)適用車輛直線運(yùn)行，同時又能順利通過曲線，還應(yīng)具備必要的抵抗脫軌的安全性。31第三節(jié)輪對二、車軸（一）車軸各部位名稱及作用鐵路車輛所用車軸絕大多數(shù)是圓截面實(shí)心車軸。如圖2-20所示。圖2-20滾動軸承車軸32第三節(jié)輪對1.軸頸：用以安裝滑動軸承的軸瓦或滾動軸承，負(fù)擔(dān)著車輛重量，并傳遞各方向的靜、動載荷。2.防塵板座：是軸頸和輪座的中間過渡部分，以減小應(yīng)力集中。3.輪座：是車軸與車輪配合的部位。為了保證輪軸之間有足夠的壓緊力，輪座直徑比輪孔徑要大0.10-0.35mm，同時為了便于輪軸壓裝，減少應(yīng)力集中，輪座外側(cè)（靠防塵板座側(cè)）直徑向外逐漸減小，成為錐體，其小端直徑比大端直徑要小1mm，錐體長12-16mm。輪座是車軸受力最大的部位。4.軸身：是車軸中央部分，該部位受力較小。33第三節(jié)輪對（二）車軸分類標(biāo)準(zhǔn)型滾動軸承車軸有RB2、RD2、RE2、RC2A、RC3、RC4、RD3、RD4、RD3A、RD4A、RD3B型。其中RB2、RD2、RE2、RE2A、RE2B型用于貨車，RD3、RD4既可用于貨車，也可用于客車，其余用于客車。RC4、RD4型車軸為發(fā)電機(jī)傳動車軸，在車軸一端有發(fā)電機(jī)皮帶輪安裝軸。（三）車軸材質(zhì)及要求車軸采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼，如平爐鋼或電鋼鋼錠或?qū)ｉT的車軸鋼坯加熱鍛壓成型，經(jīng)過熱處理（正火或正火后再回火）和機(jī)械加工制成。為了提高車軸的疲勞強(qiáng)度，對軸頸、防塵板座和輪座要進(jìn)行滾動強(qiáng)化和精加工。34第三節(jié)輪對三、空心車軸作用：車軸是轉(zhuǎn)向架輪對重要組成部分，直接影響車輛運(yùn)行的安全性，又是轉(zhuǎn)向架簧下質(zhì)量的主要組成部分，特別是對于高速車輛和重載車輛，降低車輛簧下部分質(zhì)量對改善車輛運(yùn)行平穩(wěn)性和減小輪軌間動力作用有重要影響。空心車軸比實(shí)心車軸可減輕20%-40%的質(zhì)量，一般可減輕重60～100kg，甚至更多?？招能囕S的結(jié)構(gòu)形式：如圖2-21所示。由于車軸主要承受橫向彎矩作用，截面中心部分應(yīng)力很小，制成空心后，對車軸強(qiáng)度影響很小。35第三節(jié)輪對空心車軸主要生產(chǎn)工藝：實(shí)心軸坯鉆、鏜孔成型；離心鑄造一次成型；厚壁無縫鋼管軸頸鍛縮成型；多段摩擦焊接成型等。我國采用厚壁無縫鋼管軸頸鍛縮成型方案，已做多年實(shí)踐研究工作。壁厚要求：為避免發(fā)生車軸彎曲共振，壁厚不能太薄，國外實(shí)驗(yàn)研究表明，空心軸內(nèi)外徑之比最大為60%。圖2-21空心車軸36第三節(jié)輪對四、車輪（一）車輪各部分名稱及作用目前我國鐵路車輛上使用的車輪絕大多數(shù)是整體輾鋼輪，如圖2-22(a)所示，它包括踏面、輪緣、輪輞、幅板和輪轂等部分，在車輪與鋼軌的接觸面稱為踏面。一個突出的圓孤部分稱為輪緣，是保持車輛沿鋼軌運(yùn)行，防止脫軌的重要部分。輪輞是車輪上踏面下最外的一圈。輪轂是輪與軸互相配合的部分，輻板是聯(lián)接輪輞與輪轂的部分，輻板上有兩個圓孔，便于輪對在切削加工時與機(jī)床固定和搬運(yùn)輪對之用。37第三節(jié)輪對圖2-22整體碾鋼論(a)整體輪(b)直輻板形輪(c)S形輻板輪(d)輪箍輪1-踏面2-輪緣3-輪輞4-幅板5-輪轂6-輪箍7-扣環(huán)8-輪心38第三節(jié)輪對（二）車輪種類按其用途可分為客車用、貨車用、機(jī)車用車輪。按其結(jié)構(gòu)分為整體輪與輪箍輪。輪箍輪又可分為鑄鋼輻板輪、輾鋼輻板輪以及鑄鋼輻條輪心的車輪。目前我國采用輾鋼整體輪和鑄鋼整體輪以及少量的輪箍輪。圖2-23彈性車輪

39第三節(jié)輪對五、輪對形狀尺寸與線路的相互關(guān)系輪對在正常線路上行駛時，輪緣內(nèi)側(cè)距離和踏面幾何形狀是影響行車安全和運(yùn)行平穩(wěn)性的重要因素。（一）輪緣內(nèi)側(cè)距離與線路尺寸的關(guān)系輪緣內(nèi)側(cè)距有嚴(yán)格規(guī)定，因?yàn)樗绊懙饺缦聨讉€方面：1.保證輪緣與鋼軌之間有一定游間，以減少輪緣與鋼軌的靡耗，并實(shí)現(xiàn)輪對的自動調(diào)中作用，并且，避免對輪對兩側(cè)車輪直徑的允許公差要求過高，避免輪軌之間的過分滑動及偏磨現(xiàn)象。每側(cè)輪緣與鋼軌之間的平均最小游間為5mm，為限制輪對蛇形運(yùn)動的振幅，輪緣與鋼軌之間的游間也不宜過大。2.保證安全通過曲線，不至于脫軌。3.安全通過轍叉，不至于脫軌或受到擠壓。40第三節(jié)輪對（二）踏面斜度與曲線半徑1.車輪踏面必須有斜度，增加踏面斜度，可能通過較小的半徑曲線；2.為了使車輛順利通過曲線，曲線區(qū)段（R≤650m時）的軌距要加寬。41第四節(jié)軸箱裝置一、滾動軸承軸箱裝置二、滾動軸承的選型三.高速車輛對滾動軸承的要求42第四節(jié)軸箱裝置軸箱裝置的作用：1.將輪對和側(cè)架或構(gòu)架聯(lián)系在一起，使輪對沿鋼軌的滾動轉(zhuǎn)化為車體沿線路的平動；2.承受車輛的重量，傳遞各方向的作用力；3.保證良好的潤滑性能，減少磨耗，降低運(yùn)行阻力；4.良好的密封性，防止塵土、雨水等物侵入及甩油，從而破壞油脂的潤滑，甚至發(fā)生燃油等事故。43第四節(jié)軸箱裝置一、滾動軸承軸箱裝置（一）滾動軸承軸箱裝置的特點(diǎn)1.降低了車輛起動阻力和運(yùn)行阻力，在牽引力相同條件下，可以提高牽引列車的重量和運(yùn)行速度；2.改善了車輛走行部的工作條件，減少了燃軸等慣性事故；3.減輕了日常養(yǎng)護(hù)工作，延長了檢修周期，縮短了檢修時間，加速車輛的周轉(zhuǎn)，節(jié)省油脂，降低運(yùn)營成本低。44第四節(jié)軸箱裝置（二）車輛滾動軸承軸箱裝置的形式1.滾動軸承構(gòu)成及分類滾動軸承構(gòu)成：滾動軸承由外圈、內(nèi)圈、滾子和保持架（隔離環(huán)）組成，內(nèi)外圈和滾子是用高碳鉻鋼制成，保持架用青銅或鍛鋼制成。滾子與內(nèi)、外圈之間有一定的徑向和軸向油隙，以保證滾子自由滾動，載而分布合理與傳遞軸向與徑向力。保持架使?jié)L子和滾子之間保持一定距離，防止相互擠壓而被卡住。滾動軸承分類：按滾子的形狀可分為圓柱滾動軸承、圓錐滾動軸承和球面滾動軸承。

45第四節(jié)軸箱裝置2.圓柱滾動軸承與軸箱圖2-24所示是RD3型滾動軸承軸箱裝置。它用于206型、209型等客車轉(zhuǎn)向架上，為無導(dǎo)框式。車輛運(yùn)行中，RD3型滾動軸承軸箱裝置承受并傳遞垂向、縱向和橫向三個方向的力。圖2-24RD3型滾動軸承軸箱裝置46第四節(jié)軸箱裝置2.圓錐滾動軸承（1）組成：圖2-25為無軸箱式，用于21t軸重貨車轉(zhuǎn)向架上，由軸承（197726T）1、油封組成2、前蓋3、防松片4、通氣栓5和密封座、后檔等組成。圖2-25197726T圓錐滾動軸承47第四節(jié)軸箱裝置(2)特點(diǎn)：既能承受徑向力，又能承受軸向力；結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，檢修方便，由于無軸箱體而重量輕。(3)使用情況：97720T、97726T、97730T系列已停止生產(chǎn)并被逐步取代。197720T、197726T、197730T系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)更合理，逐步代替前一系列，為主打型號。353130A、353130B、353130C為新開發(fā)緊湊型系列，減少了軸承零件，縮短了軸向?qū)挾龋m用于RE2B型車軸，滿足提速重載需求。48第四節(jié)軸箱裝置二、滾動軸承的選型車輛滾動軸承選型方法：方法很多，目前較通用的是根據(jù)額定動載荷來選取額定動載荷：額定壽命為100萬轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷。選用軸承的程序：確定工作條件；根據(jù)工作條件,選取軸承類型,確定精度等級；根據(jù)軸承的負(fù)荷,轉(zhuǎn)速和壽命,計(jì)算額定動載荷,再在產(chǎn)品樣本中選取軸承。鐵路車輛軸承特點(diǎn)：鐵路軸承載荷工況復(fù)雜,要求耐振,耐沖擊,壽命高，且要求有較小的尺寸與重量,一般為非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。49第四節(jié)軸箱裝置三.高速車輛對滾動軸承的要求影響軸承性能的主要因素：軸承結(jié)構(gòu)（形式、保持架、內(nèi)部形狀）；軸承質(zhì)量（材質(zhì)、熱處理、精度）；潤滑油（質(zhì)量、數(shù)量、種類）；密封（形式、質(zhì)量）和工作環(huán)境。高速車輛軸承要解決的主要問題：降低軸承運(yùn)轉(zhuǎn)溫度；小型化輕量化高速車輛對滾動軸承的各項(xiàng)要求：1.軸承的選型、精度等級、材質(zhì)及熱處理硬度2.軸承潤滑脂3.潤滑脂的填充量4.軸承的密封5.軸承游間6.軸承溫度及降溫措施50第五節(jié)彈性懸掛元件一、彈性元件的作用及主要特性二、鋼彈簧結(jié)構(gòu)及計(jì)算三、橡膠元件特點(diǎn)及應(yīng)用四、空氣彈簧特點(diǎn)及應(yīng)用51第五節(jié)彈性懸掛元件彈簧減振裝置：為了減少有害的車輛沖動，車輛設(shè)置的緩和沖動和衰減振動的裝置。按作用分為三類：一類是主要起緩和沖動的彈簧裝置，如中央及軸箱的螺旋圓彈簧；二類是主要起衰減（消耗能量）振動的減振裝置，如垂向、橫向減振器；三類是主要起定位（彈性約束）作用的定位裝置，如軸箱輪對縱、橫方向的彈性定位裝置，搖動臺的橫向緩沖器或縱向牽引拉桿。上述各類裝置在車輛振動系統(tǒng)中又稱為彈性懸掛裝置。這些裝置對車輛運(yùn)行是否平穩(wěn)，能否順利通過曲線并保證車輛安全運(yùn)行，都起著重要的用途，故應(yīng)合理地設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)，選擇適宜的各個參數(shù)。52第五節(jié)彈性懸掛元件彈簧裝置的主要作用鐵道車輛彈簧裝置的作用：（1）是使車輛的質(zhì)量與載荷比較均衡地傳遞給各輪軸，并使車輛在靜載狀況下（包括空、重車）兩端的車鉤距軌面高度應(yīng)滿足“鐵路技術(shù)管理規(guī)程”規(guī)定的要求，以保證車輛的正常聯(lián)掛；（2）是緩和因線路的不平順、軌縫、道岔、鋼軌磨耗和不均勻下沉，以及因車輪擦傷、車輪不圓、軸頸偏心等原因引起車輛的振動和沖擊。（3）提高車輛運(yùn)行的舒適性和平穩(wěn)性，延長車輛和軌道使用壽命。153第五節(jié)彈性懸掛元件彈簧的主要特性彈簧的主要特性：撓度、剛度和柔度。撓度：指彈簧在外力作用下產(chǎn)生的彈性變形的大小或彈性位移量；剛度：彈簧產(chǎn)生單位撓度所需的力的大小，稱為該彈簧的剛度，一般用K表示；柔度：單位載荷作用下產(chǎn)生的撓度稱為該彈簧的柔度，一般用i表示。254第五節(jié)彈性懸掛元件彈簧的串聯(lián)、并聯(lián)剛度的計(jì)算鐵道車輛時常采用組合彈簧，有并聯(lián)、串聯(lián)、串并聯(lián)三種形式，如圖2-26所示。3圖2-26彈簧系統(tǒng)布置（a）并聯(lián)、（b）串聯(lián)、（c）串并聯(lián)對于車輛懸掛系統(tǒng)的要求：應(yīng)采用盡可能大的彈簧靜撓度，即小的彈簧剛度，這樣可降低車體的自振頻率，提高運(yùn)行平穩(wěn)性。455第五節(jié)彈性懸掛元件二、鋼彈簧結(jié)構(gòu)及計(jì)算1.螺旋彈簧結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)在鐵路車輛中通常采用簧條截面為圓形的圓柱壓縮螺旋彈簧，故又稱圓簧。如圖2-27所示。彈簧材質(zhì)主要采用硅錳鋼，也有車輛采用碳鋼或鉻錳鋼。1.外層簧2.內(nèi)層簧螺旋圓彈簧的主要參數(shù)有：簧條直徑d，彈簧平均直徑D，有效圈數(shù)n，總?cè)?shù)N，彈簧全壓縮高度Hmin，彈簧自由高度H0，彈簧指數(shù)m=D/d，垂向靜撓度fv和垂向剛度Kv等。圖2-27雙卷螺旋彈簧56第五節(jié)彈性懸掛元件2.雙卷彈簧轉(zhuǎn)向架的彈簧裝置中，為提高載重，減小彈簧占用空間，時常采用雙卷彈簧。使用雙卷彈簧替代單卷彈簧要求：（1）內(nèi)外卷彈簧的螺旋方向要一個左旋，一個右旋，防止卡簧或簧組轉(zhuǎn)動；（2）彈簧指數(shù)相等；（3）應(yīng)力相等，充分利用材料強(qiáng)度；（4）各卷彈簧撓度相等，以保證性能一致。57第五節(jié)彈性懸掛元件3.兩級彈簧一級剛度彈簧存在問題：隨著貨車載重增加，空、重車簧上質(zhì)量相差懸殊，若還采用以及剛度彈簧，有可能使空車彈簧靜撓度過小，自振頻率過高，其振動性能不良。兩級剛度彈簧作用：在空重車差別很大貨車上應(yīng)用，空車時第一級彈簧承載，彈簧剛度小，靜撓度較大，改善車輛運(yùn)行品質(zhì)，輪重減載率小，有利于防止脫軌發(fā)生；重車時第二級彈簧承載，彈簧剛度大，避免彈簧撓度過大影響車鉤高度?？杉骖欂涇嚨目罩剀囂匦?。適用情況：一般只有在空重車質(zhì)量差別很大時，才適用兩級剛度螺旋彈簧組，按其結(jié)構(gòu)形式分為三種，如圖2-28所示。58第五節(jié)彈性懸掛元件圖2-28兩級剛度彈簧形式59第五節(jié)彈性懸掛元件4.車輛的抗側(cè)滾裝置車輛側(cè)滾問題：為能改善車輛垂向振動性能，需要相當(dāng)柔軟的垂向懸掛裝置（如采用空氣彈簧或柔軟的鋼彈簧），當(dāng)然同時也就出現(xiàn)了車體側(cè)滾振動的角剛度也隨之變得相對柔軟，車輛運(yùn)行時車體側(cè)滾角角位移增大，故需要設(shè)計(jì)出既能保證車輛具有良好垂向振動性能，又能提高抗側(cè)滾性能的轉(zhuǎn)向架。解決問題的方法：抗側(cè)滾措施之一是在轉(zhuǎn)向架中央懸掛裝置中設(shè)置抗側(cè)滾裝置；抗側(cè)滾措施之二是盡量增大中央懸掛裝置中空氣彈簧或鋼彈簧的橫向間距，以增大其角剛度，從而增強(qiáng)抗側(cè)滾性能。60第五節(jié)彈性懸掛元件抗側(cè)滾裝置：(1)抗側(cè)滾扭桿裝置的作用原理抗側(cè)滾扭桿裝置結(jié)構(gòu)及原理如圖2-29所示。

圖2-29抗側(cè)滾扭桿裝置及其示意圖

61第五節(jié)彈性懸掛元件（2）抗側(cè)滾扭桿裝置的設(shè)置位置及主要性能要求設(shè)置位置：主要性能要求：(1)應(yīng)具有前述的作用特點(diǎn)和適宜的抗側(cè)滾動扭轉(zhuǎn)剛度，同時應(yīng)具有適應(yīng)空氣彈簧（中央彈簧）上、下支承兩個部分之間相對運(yùn)動的隨動性。(2)在垂向、橫向及縱向的三個方向上，均應(yīng)盡量減小對中央懸掛裝置剛度的影響。(3)扭桿與轉(zhuǎn)臂之間應(yīng)有足夠大的剛度。(4)應(yīng)注意防止車輛高頻振動的傳遞。62第五節(jié)彈性懸掛元件三、橡膠元件特點(diǎn)及應(yīng)用（一）鐵道車輛上采用橡膠元件的優(yōu)缺點(diǎn)橡膠元件優(yōu)點(diǎn)：1.可以自由確定形狀，使各個方向的剛度根本設(shè)計(jì)要求確定。利用橡膠的三維特性可同時承受多向載荷，以便于簡化結(jié)構(gòu)；2.可避免金屬件之間的磨耗，安裝、拆卸簡便，無需潤滑，故有利于維修，降低成本；3.可減輕自重；4.具有較高內(nèi)阻，對高頻振動的減振以及隔音性有良好的效果；5.彈性模量比金屬小得多，可以得到較大的彈性變形，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)想的良好的棵線性特性。橡膠元件缺點(diǎn)：主要是耐高溫、耐低溫和耐油性能比金屬彈簧差，使用時間長易老化，而且性能離散度大，同批產(chǎn)品的性能差別可達(dá)10%。63第五節(jié)彈性懸掛元件（二）鐵道車輛上采用橡膠元件的安裝位置鐵道車輛上的橡膠元件，主要應(yīng)用于彈簧裝置與定位裝置。此外，車體與搖枕、搖枕與構(gòu)架、軸箱與構(gòu)架、彈簧支撐面等金屬直接接觸的部位，經(jīng)常采用橡膠襯墊、襯套、止擋等橡膠原件。（三）橡膠元件設(shè)計(jì)時的注意事項(xiàng)1.橡膠具有特殊的蠕變特性，具有彈性滯后，動剛度比靜剛度大，其增大倍率與動載荷振動頻率和振幅有關(guān)；橡膠的蠕變特性：即壓縮橡膠原件時，當(dāng)載荷加到一定數(shù)值后，雖不再增載，但其變形任在繼續(xù)，而當(dāng)卸去荷載后，也不能立即恢復(fù)原狀。通常稱為時效蠕變或彈性滯后現(xiàn)象。64第五節(jié)彈性懸掛元件2.橡膠元件的性能（彈性、強(qiáng)度）受溫度影響較大；3.橡膠具有何種基本不變的特性，即幾乎是不可壓縮的；4.橡膠的散熱性不好，故不能把橡膠元件制成很大的整塊，需要時應(yīng)做成多層片狀，中間夾以金屬板，以增強(qiáng)散熱性；5.橡膠變形受載荷形式影響較大，承受剪切載荷時橡膠變形最大，而承受壓縮載荷時其變形最小，一般用于受剪或受壓。65第五節(jié)彈性懸掛元件四、空氣彈簧特點(diǎn)及應(yīng)用（一）鐵道車輛上采用空氣彈簧的優(yōu)缺點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：1.空氣彈簧的剛度可選擇低值，以降低車輛的自振頻率。2.空氣彈簧具有非線性特性，可以根據(jù)車輛振動性能的需要，設(shè)計(jì)成具有比較理想的彈性特性曲線。3.空氣彈簧的剛度隨載載荷而改變,從而保持空、重車時車體自振頻率幾乎相等，使空、重車不同狀態(tài)的運(yùn)行平穩(wěn)性接近。4.空氣彈簧和高度控制閥并用時，可按車在不同靜載何上，保持車輛地板面距軌面的高度不變。5.同一空氣彈簧可以同時承受三維方向的載荷。6.在空氣彈簧本體和附加空氣室之間裝調(diào)有適宜的節(jié)流孔，可以代替垂向安裝的液壓減振器。7.空氣彈簧具有良好的吸收高頻振動和隔音性能。主要缺點(diǎn)：空氣彈簧的附件（如高度控制閥、差壓閥）較多，成本較高，并增加了維護(hù)與檢修的工作量。66第五節(jié)彈性懸掛元件（二）橡膠元件的應(yīng)用根據(jù)其顯著特點(diǎn)，在地鐵車輛、高速客車和高速動車組上廣泛應(yīng)用。（三）空氣彈簧裝置系統(tǒng)的組成空氣彈簧裝置的整個系統(tǒng)如圖2-30所示。圖2-30空氣彈簧裝置系統(tǒng)67第五節(jié)彈性懸掛元件（四）空氣彈簧的分類及組成空氣彈簧大體上可分為囊式和膜式兩類。1.囊式空氣彈簧這類空氣彈簧使用壽命長，制造工藝比較簡單。但剛度大，振動頻高，所以鐵道車輛上已不采用。2.膜式空氣彈簧可分為約束膜式、自由膜式等形狀（1）約束膜式空氣彈簧結(jié)構(gòu)：如圖2-31示，由內(nèi)外筒及橡膠囊組成。特點(diǎn)：剛度小，振動頻率低，但橡膠囊工作狀況復(fù)雜，耐久性差。圖2-31約束膜式空氣彈簧68第五節(jié)彈性懸掛元件（2）自由膜式空氣彈簧自由膜式空氣彈簧的結(jié)構(gòu)：如圖2-32所示，由上蓋板1、橡膠墊2、下蓋板3和橡膠囊4組成。自由膜式空氣彈簧的特點(diǎn)：由于它沒有約束橡膠囊變形的內(nèi)、外筒，可以減輕橡膠囊的磨耗，提高了使用壽命。它本身的安裝高度比較低，可以明顯降低車輛地板面距軌面的高度。重量輕，并且其彈性特性可以通過改變上蓋板邊緣的包角加以適當(dāng)調(diào)整，使彈簧具有良好的負(fù)載特性。在無搖動臺裝置的空氣彈簧轉(zhuǎn)向架上應(yīng)用較多。圖2-32自由膜式空氣彈簧69第五節(jié)彈性懸掛元件3、空氣彈簧的密封密封要求高，以保證彈簧性能穩(wěn)定和節(jié)省壓縮空氣。一般采用壓力自封式和螺釘緊封式兩種密封形式。壓力自封式，是利用空氣囊內(nèi)部的空氣壓力將橡膠囊的端面與蓋板（或內(nèi)、外筒）卡緊加以密封；螺釘緊封式，是利用金屬卡板與螺釘夾緊加以密封。壓力自封式的結(jié)構(gòu)簡單，組裝檢修方便，應(yīng)用較多。4、空氣彈簧橡膠囊組成由內(nèi)、外橡膠層、簾線層和成型鋼線圈組成。70第五節(jié)彈性懸掛元件（五）高度控制閥、差壓閥和節(jié)流孔1.高度控制閥高度控制閥作用及要求：保持車體在不同靜載荷下高度基本不變，與軌面保持一定高度；在直線正常運(yùn)行情況下不發(fā)生進(jìn)、排氣作用；在曲線時，轉(zhuǎn)向架左右側(cè)高度閥產(chǎn)生進(jìn)、排氣動作，減小車體傾斜。高度控制閥分類：一般可分為機(jī)械式和電磁式兩種；按組成的不同又可分為有延時機(jī)構(gòu)和無延時機(jī)構(gòu)；按引起高度控制閥產(chǎn)生進(jìn)、排氣作用的傳動方式還可分為直頂式和杠桿式等。高度控制閥的組成：如圖2-33所示。一般是由高度控制機(jī)構(gòu)、進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)和延長時機(jī)構(gòu)等部分組成。71第五節(jié)彈性懸掛元件圖2-33高度控制閥組成72第五節(jié)彈性懸掛元件2.差壓閥差壓閥作用：保證一個轉(zhuǎn)向架兩側(cè)空氣彈簧的內(nèi)壓之差，不能超過為保證行車安全規(guī)定的某一定值（一般≤0.08Mpa），若超出時，則差壓閥自動溝通左右兩側(cè)的空氣彈簧，使壓差維持在該定值以下。差壓閥在空氣彈簧懸掛系統(tǒng)裝置中起保證安全的作用。如圖2-34所示。圖2-34差壓閥結(jié)構(gòu)示意圖73第五節(jié)彈性懸掛元件3.空氣彈簧節(jié)流孔空氣彈簧節(jié)流孔作用：在空氣彈簧本體和附加空氣室之間裝設(shè)有適宜的節(jié)流孔，當(dāng)車輛振動，空氣彈簧垂向變位時，上述兩者之間將產(chǎn)生壓力差，空氣流過節(jié)流孔，由于流動阻力而耗散部分振動能量，起到減振作用。空氣彈簧節(jié)流孔形式：可分為固定節(jié)流孔和可變節(jié)流孔?？諝鈴椈晒?jié)流孔應(yīng)用：一般采用空氣彈簧懸掛裝置的車輛，都采用這種減振方式。74第六節(jié)減振元件一、車輛減振元件的作用及分類二、摩擦式減振器三、油壓減振器75第六節(jié)減振元件一、車輛減振元件的作用及分類車輛減振元件的作用：車輛上采用的減振器與彈簧一起構(gòu)成彈簧減振裝置。彈簧主要起緩沖作用、緩和來自軌道的沖擊和振動的激擾力，而減振器的作用是減小振動，它的作用力總是與運(yùn)動的方向相反，起著阻止振動的作用。車輛減振元件的類別：按阻力特性可分為常阻力和變阻力兩種減振器；按安裝部位可分為軸箱減振器和中央（搖枕）減振器；按減振方向可分為垂向和橫向減振器；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為摩擦減振器和油壓減振器。76第六節(jié)減振元件二、摩擦式減振器摩擦減振器特點(diǎn)與應(yīng)用：其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，制造維修比較方便；其缺點(diǎn)是摩擦力隨摩擦面狀態(tài)變化，且由于摩擦力與振動速度基本無關(guān)，振幅小時有可能由于摩擦阻力過大出現(xiàn)硬性沖擊，而振幅大時又可能摩擦阻力小而不能迅速衰減振動。摩擦式減振器廣泛用在貨車轉(zhuǎn)向架上。摩擦減振器減振原理：借助金屬摩擦副的相對運(yùn)動產(chǎn)生的摩擦力，將車輛振動動能轉(zhuǎn)