1、第二章 转向架结构与力学分析,本章要点： 轮对 轴箱装置 架体 弹性悬挂元件的结构、设计及计算 减振元件 动力转向架的传动系统 动力转向架悬挂结构,第一节 转向架结构原理,要点： 转向架的作用 转向架的构成 转向架的分类,一、转向架的作用和要求,承载能力大。可增加车辆的载重、长度和容积。 转向架相对车体在平面上自由回转。易于较长的车辆能自由通过小半径曲线，减少运行阻力与噪声，提高运行速度。 支承车体,承受并传递从车体至轮轨的各种载荷，轴重分配均匀。 便于安装弹簧减振装置，保证车辆具有良好的动力性能和运行品质。另外，有转向架车辆在通过两轨头高低不平处时，车体支承点的垂直移动量仅为二轴车轮对支点的
2、一半，从而提高了运行的平稳性。 便于安装制动装置，传递制动力，满足运行要求。 便于在转向架上安装牵引电机及减速装置，驱动轮对(或车轮),为列车提供牵引动力。 便于转向架的互换、制造和维修，转向架为车辆的一个独立部件。,二、转向架的基本构成,轮对及轴箱装置 构架 转向架支承车体装置 弹性悬挂装置 齿轮变速传动装置 制动装置,上海地铁新型转向架,上海地铁新型转向架,轮对,轴箱,构架,摇枕,基础制动装置,三、转向架结构分类,按车轴的数目和类型 按轴箱定位方式 按弹簧装置的型式 按摇枕弹簧的横向跨距 按车体与转向架之间的载荷传递方式 铰接式转向架的车体与转向架连接方式,1、车轴的数目和类型,2、轴箱定
3、位方式,a.固定定位 b.导框式定位 c.干摩擦导柱式定位 d.油导筒式定位 e.拉板式定位 f.拉杆式定位 g.转臂式定位 h.橡胶弹簧定位,拉杆式轴箱定位,橡胶弹簧定位,干摩擦导向柱定位,3、弹簧装置的型式,4、摇枕弹簧的横向跨距,5、车体与转向架之间的载荷传递方式,6、铰接式转向架的车体与转向架 连接方式,第二节 轮对,轮对的组成及基本要求 车轴 车轮,第三节 轴箱装置,滚动轴承轴箱装置的特点 车辆滚动轴承轴箱装置的型式 滚动轴承的选型、精度等级及材质,第四节 弹性悬挂元件的结构、 设计及计算,一、弹性元件的作用及主要特性 二、钢弹簧结构及计算 三、橡胶元件结构及计算 四、橡胶堆弹簧的刚
4、度计算 五、空气弹簧结构及计算 六、弹簧总刚度与车体自振频率值的计算,一、弹性悬挂元件的作用及主要特性,为了减少有害的车辆冲动，车辆必须设有缓和冲动和衰减振动的装置，即弹簧减振装置。在车辆振动系统中又称为弹性悬挂装置。 据其主要作用分类： （1）主要起缓和冲动的弹簧装置，如中央及轴箱的螺旋圆弹簧； （2）主要起衰减(消耗能量)振动的减振装置，如垂向、横向减振器； （3）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。,1、弹簧装置的主要作用,主要体现在二个方面： （1）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
5、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）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。,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： 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 刚度 弹簧产生单位挠度所需的力的大小 柔度 单位载荷作用下产生的挠度,弹簧挠力图,(a)线性弹簧特性；(b)分段线性弹簧特性；(c)非线性弹簧特性,二、钢弹簧结构及计算,(一)螺旋弹簧结构及主要参数 1、结构 在铁路车辆上通常采用簧条截面为圆形的圆柱压缩螺旋弹簧，
6、故又称圆簧。 簧条每端约有34圈的长度制成斜面，使弹簧卷成后，两端成平面，以保证弹簧平稳站立，并尽量减少偏载。 2、材料 常用的弹簧材质有55Si2Mn和60Si2Mn两种。 3、工艺 多为热卷。 4、主要参数 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，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。,车辆用弹簧钢化学成分,（二）单卷弹簧的轴向(垂向)特性计算,弹簧挠度裕量系数Kvd 弹簧在静载重作用下各簧圈之问的间隙总和盘(即弹簧最大挠度)与静挠度fd比值。 弹簧指数m（旋挠比） 其值为：m=D/d 铁路车辆弹簧一般取m=47 有效圈数n 起
7、弹性变形部分的工作圈数。,(三)双卷弹簧的轴向(垂向)特性计算,构造： 为避免卷与卷之间发生卡住或簧组转动，要求双卷(或多卷)弹簧中紧挨着的两层弹簧的螺旋方向不能一致，一个左旋，另一个则右旋。 特性 1弹簧指数相等 2应力相等 3挠度相等,(四)两级弹簧的轴向(垂向)特性,构造：,特性,(五)螺旋弹簧径向(横向)特性,以螺旋弹簧的横向弹性来代替吊杆的作用，制成的无摇动台式高速客车转向架，具有结构简单、重量轻、维修方便等特点。 转向架中央弹簧同时承受垂向力和横向力的作用，并产生相应的挠度。,1径向刚度计算,同时承受轴向(垂向)力P和径向(横向)力Q的螺旋弹簧的一般计算，如图所示。 计算分两种情况
8、。 (1)弹簧的两个端面与支撑体的接触面之间为刚性接触，并假定在P和Q力作用下，弹簧的上、下支承面在运动过程中保持平行弹簧的计算高度H值，是指弹簧在垂向载荷P作用下，弹簧上、下支承面之间的高度H和簧条直径d之差。 (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)，并假定在P和Q力作用下，弹簧的上、下支承面能相对转动,2径向稳定性计算,保证弹簧具有必要的径向稳定性，即径向弹性稳定性和倾覆稳定性两个方面,三、空气弹簧结构及计算,1空气弹簧装置的应用及特点 采用空气弹簧主要优点： (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
9、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)空气弹簧和高度控制阀并用时，可使车体住不同静载荷下，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。利用空气弹簧的横向弹性特性，可以代替传统的转向架摇动台装置，从而简化结构，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。缺点： 采用空气弹簧的缺点是由于它的附件(如高度控制阀、差压阀)较多，成本较高
10、，并增加了维护与检修的工作量。,2空气弹簧装置系统的组成,1列车制动主管；2T形支管；3截断塞门；4滤尘止回阀；5空气弹簧贮风缸；6连结软管；7高度控制阀；8空气弹簧本体；9差压阀；10附加空气室,3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。 双曲囊式空气弹簧，使用寿命长，制造工艺比较简单。但刚度大，振动频率高，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、自由膜式等形式。,双曲囊式空气弹簧,1上盖板；2气嘴；3紧固螺钉；4钢丝圈；5法兰盘；6橡胶囊；7中 腰环钢丝圈；8下盖板,约束膜式空气弹簧,自由膜式空气弹
11、簧,1上盖板；2橡胶垫；3下盖板；4橡胶囊,4高度控制阀和差压阀,(1)高度控制阀 主要作用及要求： 维持车体在不同静载荷下都与轨面保持一定的高度；在直线上运行时，车辆在正常的振动情况下不发生进、排气作用；在车辆通过曲线时，由于车体的倾斜，使得转向架左右两侧的高度控制阀分别产生进、排气的不同作用，从而减少车辆的倾斜。 分类 按动作方式：可分为机械式和电磁式两种 按组成：可分为有延时机构和无延时机构； 按进、排气传动方式：可分为直顶式和杠杆式等。 工作原理： 由于车体静载荷的增加(或减小)，空气弹簧被压缩(或伸长)使空气弹簧高度降低(或增高)。随之，车体距轨面高度发生改变，这样，高度控制机构使进
12、、排气机构工作，向空气弹簧充气(或排气)，当空气弹簧内压与所承受的静载荷相平衡时，空气弹簧恢复到原来高度，高度控制饥构停止工作，进、排气机构处于关闭状态，充分(或排气)停止。,（1）高度控制阀,高度控制阀的主要特性及参数,截止频率 为保证在直线运行时，车辆在正常振动过程中，空气弹簧不发生充、排气作用，要求高度控制阀工作的频率必须低于车辆的垂直低主振频率，称为截止频率。只有车辆高度变化的频率低于该值时(如静止状态车辆载荷的变化及车辆通过曲线时)高度控制阀才充、排气。对于高速车辆，因弹簧悬挂装置的刚度非常柔软，则要求较低的截止频率。由上可以看出，截止频率是延时机构正常工作的重要参数。一般该值为1H
13、z左右。 无感区 为避免车辆载荷发生微小变化而高度控制阀就发生充、排气作用，以及为安装高度控制阀必然存在的高度差确定所允许的适宜值，需要该阀有无感区，在无感区高度变化的范围内，高度控制阀不发生充、排气作用。一般无感区约为4mm。 延迟时间 高度控制阀设有延时机构，目的是使高度控制阀具有“截止频率”和“无感区”的性能。为此需要有确定的延迟时间，一般为1s左右。 充、排气时间设有该参数值是为保证转向架左右高度控制阀充气快慢尽可能一致，以减小空气弹簧承载的不均衡性，并保证在规定的时间内，空气弹簧的充、排气量的多少，符合所规定的要求。所以，它是保证高度控制阀充、排气的快慢符合规定要求的特性参数。例如：
14、规定某容积为121的空气弹簧，内压从零升到0.42MPa时，充气时间为5.5s，而从0.42MPa降至0.2MPa时，排气时间为7.75s。 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0.6MPa。 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。,（2）差压阀,差压阀是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，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。所以，差压阀在空气弹簧悬挂系统装置中起保证安
15、全的作用。,差压阀原理及结构,选择差压阀的差压值时注意事项,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。 差压阀的压差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)。 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。 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0.0
16、80.12MPa。,第五节 减振元件,一、减振元件的作用及分类 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，而减振器的作用是减小振动。 分类 按阻力特性：常阻力和变阻力两种减振器； 安装部位：轴箱减振器和中央(摇枕)减振器； 减震方向：垂向和横向减振器； 结构特点：摩擦减振器和油压减振器。,二、液压减震器的结构及工作原理,SFK1型油压减振器 1压盖；2橡胶垫；3套；4防尘罩；5油封圈；6螺盖；7密封盖；8密封圈；9 托垫；10弹簧； 11缸端；12活塞杆；13缸筒；14贮油筒；15心阀；16弹簧；17阀座；18涨圈；19套阀； 20进油阀；21锁环；22阀瓣； 23防锈帽；24、25螺母。,活塞部分,l25见前图；26一活塞部分；27调整垫；28节流孔；29调整垫。,进油阀部分,缸端密封部分,缸端密封部分,
