第四章-走行部主要部件結(jié)構(gòu)與設(shè)計

1、第四章 走行部主要部件結(jié)構(gòu)與設(shè)計,思考題：,1）車輪踏面為什么必須有斜度？ 2）錐形踏面與磨耗型踏面接觸點與磨耗的特點是什么？ 3）為什么要進(jìn)行軸箱定位？ 4）抗側(cè)滾穩(wěn)定器的作用原理是什么？ 5）為什么空氣彈簧系統(tǒng)一定要安裝高度控制閥？ 6）空氣彈簧系統(tǒng)為什么要設(shè)置差壓閥？ 7）為什么SKF1液壓減振器在拉伸和壓縮過程中阻力不相等，而KONI減振器則相同？ 8）轉(zhuǎn)向架與車體間的連接裝置應(yīng)滿足哪些要求？ 9）有搖枕和無搖枕的車體連接結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點有哪些？,輪對軸箱裝置,一輪對,1. 輪對的組成及作用,組成：車軸、車輪。 城軌車輛一般采用整體車輪， 輪軸結(jié)合部位采用過盈配合。 作用：, 承受全部載荷

2、及沖擊； 與鋼軌粘著產(chǎn)生牽引力,或制動力；, 輪對滾動使車輛前進(jìn)。,組裝：車輪熱套到車軸,(也可采用液壓套裝)，,1,二、 車 輪 結(jié) 構(gòu) 及 其 局 部 損 傷 示 意 圖,2,車輪的種類：輾鋼輪，輪箍輪，彈性車輪,11,彈性車輪, 結(jié)構(gòu)形式,有承剪型、承壓型和壓剪復(fù) 合型等三種，見右圖?，F(xiàn)代 城軌車輛上用得最多的是壓 剪復(fù)合型橡膠彈性車輪。 剪壓復(fù)合型橡膠彈性車輪是 一種既能承剪又能承壓的結(jié) 構(gòu)。通常將橡膠元件采用眾 所周知的V形布置（見右 圖）。由于這種結(jié)構(gòu)能使剪 力和壓力的分配可以隨橡膠 元件的V形角的改變而改 變，即軸向剛度與徑向剛度 能達(dá)到人們所期望的最佳匹 配，因此，這種剪壓復(fù)合

3、型 橡膠彈性車輪代表了彈性車 輪的發(fā)展方向。,彈性車輪 主要優(yōu)點：可減小車輛簧下部分質(zhì)量，降低輪軌力，緩和沖擊，提高列車運行平穩(wěn)性，改善車輪與車軸的運用條件，減小磨耗和噪聲。 壓縮型 壓剪型,圖1,12, 特點 A垂向彈性可明顯降低車輪垂向加速度 早在1933年，希施費爾德 （Hirschfeld）就對橡膠彈性車 輪的垂向沖擊加速度進(jìn)行了研 究，其成果列于圖1和圖2中。 圖1表示車輪垂向沖擊加速度與 車輪靜撓度的關(guān)系，可以看出： 當(dāng)完全剛性的車輪在剛性道床 的軌道上運行時（通常輕軌線,1.75mm,路或地鐵線路的混凝土道床是 很硬的），沖擊加速度高達(dá) 30g，但只要存在一個不大的 靜撓度時，該

4、沖擊加速度就會 迅速下降，例如，當(dāng)靜撓度為 1.75mm時，其值降至10g。,靜擾度：增大彈簧的靜擾度，可以改善車輛運行的平穩(wěn)性。,圖2,圖2表示車輪垂向沖擊加速度與 運行速度的關(guān)系，曲線a代表完全 剛性的鋼制車輪，是一條直線，加 速度值很高，但車輪稍具彈性時， 就會使高速度運行的沖擊加速度顯 著下降（見曲線b），當(dāng)彈性位移 為2mm左右時，沖擊加速度已下降 到了允許的范圍之內(nèi)（見曲線d）。 由圖1和圖2可得出如下重要結(jié)論：,只要在靜載荷作用下能有2mm 左右的垂向靜撓度，車輪垂向沖擊 加速度就可以降到令人滿意的程 度，并能有效保護(hù)鋼軌、車輪、軸 承和軸懸式電動機。,13,B橡膠彈性車輪能顯著

5、降低噪聲 圖3是橡膠彈性車輪與剛性車輪的噪聲比 較結(jié)果。 由圖3可見，當(dāng)車速為60km/h時，橡膠 彈性車輪的噪聲比剛性車輪低20多Phon 特別需要指出的是，橡膠彈性車輪在降 低曲線噪聲方面具有明顯效果。根據(jù)德 國漢堡地鐵試驗結(jié)果，橡膠彈性車輪在 曲線區(qū)間可以減少噪聲達(dá)2022dB(A)。 圖4表示橡膠彈性車輪降低曲線噪聲的效 果，該圖摘自美國Standard公司的資 料，其試驗條件是：裝有Acousta-Flex橡 膠彈性車輪的車輛，以56km/h以下的低 速，通過半徑為140ft(約40m)的小曲線。 由圖4可見，在上述情況下，車外噪聲能,圖4,降低約25dB(A)。,14,橡膠彈性車輪

6、之所以能明顯降低噪聲，主要原因是： 1、由于橡膠能吸收高頻振動、降低沖擊，并使輪軌間（特 別是在曲線上）的摩擦得到改善。 2、另外，采用剛性車輪時，由于輪箍在軌道上滾動而出現(xiàn) 的噪聲會通過輪心的膜片作用而大大強化，并以體噪聲 的形式傳至車體，而采用橡膠彈性車輪時，該噪聲被橡,膠層隔絕。 剛性車輪 橡膠彈性車輪 圖5 輪緣磨耗比較,C橡膠彈性可明顯減少輪緣磨耗 橡膠彈性車輪通過曲線時的輪緣 磨耗與剛性車輪的比較情況見圖 5所示。 由于橡膠彈性車輪的軸向彈性， 使通過曲線及道岔時輪緣剛性貼 靠鋼軌滑行的情況受到了彈性約 束，摩擦力及其造成的輪緣磨耗 大大降低（最大可降低40%）。,德國高鐵事故車輪

7、,整體式輾鋼輪/組合式彈性車輪,缺點：輪箍圈金屬材料容易產(chǎn)生疲勞裂紋。,彈性車輪目前一般用在輕軌車輛上的較多。,整體車輪采用：踏面光滑、踏面彈性，或安裝消聲器，如阻尼器等。,名,義,滾,動,圓,直,徑,2. TB踏面及輪緣 A. 幾個關(guān)鍵的名稱和尺寸（標(biāo)準(zhǔn)踏面） 輪緣的作用：為保證車輪在軌道上正常運行，防止脫軌，同時引 導(dǎo)車輪在曲線上轉(zhuǎn)向。 TB型踏面：高25mm，厚32mm，輪緣角65,輪緣,踏面, 踏面：,1:20斜面的作用：在直線 上自動對中；在曲線上使 外輪滑動量小。是車輪與 鋼軌接觸的主要部分。 1:10斜面的作用：通過小 曲線時，接觸于1:10斜面 上，可進(jìn)一步減小外輪滑 動量。

8、滾動圓：離輪緣內(nèi)側(cè)70mm 處的直徑，為滾動圓。名義直徑600840mm 標(biāo)準(zhǔn)錐形踏面外形圖 輪緣內(nèi)側(cè)面有R16的倒角， 以引導(dǎo)車輪順利通過護(hù)軌。,帶錐形踏面的輪對 在軌道上的運動與 啤酒桶在線軌的運 動相似,4,解釋：為什么踏面是有斜度的？,踏面設(shè)置坡度的理由： 1.便于通過曲線； 2.可自動調(diào)中； 3.能順利通過道岔； 4.使車輪磨耗均勻； 5.防止車輪脫軌。,磨,耗,率,0,B. 標(biāo)準(zhǔn)踏面存在的主要問題,TB踏面和輪緣磨損嚴(yán)重（尤其是在 新踏面投入運用的前期） 原因：錐形踏面與鋼軌的接觸區(qū) 域，明顯地僅為狹小面積接觸，因 此產(chǎn)生局部磨耗，使踏面呈凹形， 但當(dāng)踏面達(dá)到某種凹形程度后，外 形

9、便保持相對穩(wěn)定。 C. 解決方法：采用磨耗形（凹形、 曲形、弧形）踏面 研究表明：當(dāng)錐形踏面磨耗到一定,(單位：毫米/萬公里) 運行公里 磨耗率與運行公里的關(guān)系圖,的凹形程度后，外形便相對穩(wěn)定， 磨耗速度減?。ù藭r輪軌接觸區(qū)域 較寬）因此，我們可直接將新 踏面做成磨耗形狀即磨耗形踏 面。 5,輪軌接觸情況,輪軌接觸點,3. 磨耗形踏面的定義：,將新的車輪踏面外形直接做成與標(biāo)準(zhǔn)錐形踏面磨耗后 的形狀相類似（或近似）的這樣一種踏面，稱為磨耗 形踏面（亦稱凹形、曲形、弧形踏面）。,磨耗形踏面外形圖,6,優(yōu)點：,（1）延長鏇輪公里（因輪軌接觸點變化范圍較大，使 輪軌磨耗較均勻），并減少鏇輪時的車削量；

10、 （2）在同樣的接觸應(yīng)力下，容許更高軸重（因輪軌接,觸面積較大）；,（3）減少了曲線上的輪緣磨耗（因錐形踏面在曲線上 時輪軌為兩點接觸，而磨耗形踏面在曲線上時輪軌 為一點接觸）。,缺點：,等效斜度大蛇行穩(wěn)定性差。,鏇輪：車輛跑合一段時間后，踏面的幾何形狀發(fā)生了變化， 此時會影響到車輛的運行性能，所以需要鏇修恢復(fù)其幾何形狀。,錐形踏面的斜度為0.05，而磨耗形踏面的等效斜度通常為0.15左右甚至更大; 踏面等效斜度大有利于曲線通過，但對機車的蛇行穩(wěn)定性不利。對于速度較高的機車，在設(shè)計時，必須要考慮這個因素。,需鏇削處 需鏇削處,磨耗處 磨耗處,需鏇削處 需鏇削處,磨耗處 磨耗處,8,第一接觸點

11、第二接觸點 唯一接觸點,軌面接觸范圍 幾乎為一點 踏面接觸范圍 約為9.5mm,軌面接觸范圍 約為14.5mm 踏面接觸范圍 約為24mm 9,磨耗形踏面與軌面的接觸點的變動范圍較寬， 因此磨耗也比較均勻。,目前，我國已把磨耗形踏面定位標(biāo)準(zhǔn)踏面外形。 LM磨耗踏面外形,輪徑小的優(yōu)點：降低車輛重心，減小簧下質(zhì)量，縮短固定軸距。 缺點：阻力增加，輪軌接觸應(yīng)力增大，踏面磨耗較快, 對車輛振動也有影響。 我國標(biāo)準(zhǔn)輪徑： 電力機車地鐵840mm ，貨車840mm，客車915mm， 柴油機車輪徑為1050毫米,電力機車輪徑為1250毫米。 蒸汽機車各種車輪的直徑因機型而異，動輪直徑通常在13702000毫

12、米之間。,CRH1 915mm CRH2 860(全磨耗790mm) CRH3 920mm CRH5 890mm,輪對形狀尺寸與線路的相互作用 (一) 輪緣內(nèi)側(cè)距離與線路尺寸的關(guān)系 保證輪緣與鋼軌間有一定的游間，以減少輪緣與鋼軌的磨耗，實現(xiàn)輪對的自動調(diào)中作用，避免輪對兩側(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。 最小輪緣間隙=軌距-（輪緣內(nèi)側(cè)距+2輪緣厚度） =1433-（1359+232）=10mm 則最小游間為5mm。游間越小，輪對蛇形運動的振幅越小。 2. 安全通過曲線 車輪踏面安全的安全搭載量輪對的最小內(nèi)側(cè)距最薄輪緣厚度輪輞厚最大軌距 =1350+22+130-1

13、456=46mm,游間過大增大蛇形運動的振幅； 游間過小增大輪緣與鋼軌間的磨耗。,為了便于機車車輛轉(zhuǎn)向，曲線區(qū)段的軌距都要適當(dāng)加寬，一般最大軌距為1456mm。 當(dāng)輪對運行到曲線區(qū)段時，由于離心現(xiàn)象，一側(cè)車輪輪緣緊靠外軌，另一側(cè)車輪踏面在內(nèi)軌上應(yīng)保證有足夠的寬度，以防止輪對對踏面單位接觸應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂紋或變形，嚴(yán)重時會引起車輪脫軌。 內(nèi)側(cè)車輪在內(nèi)軌上的這個必要的寬度，叫做安全搭載量。,3. 安全通過轍叉1.翼軌 2.輪緣 3.叉心 4.轍叉 5.護(hù)輪軌,翼軌作用面至護(hù)輪軌頭外側(cè)面的距離不大于1348mm。否則，輪緣內(nèi)側(cè)面將被護(hù)軌輪擠壓，不能安全通過道岔。,叉心作用面至護(hù)輪軌頭部外側(cè)面的距離不

14、小于1391mm;如小于1391mm，車輪輪緣將騎入叉心的另一側(cè)面而導(dǎo)致脫軌。,轍叉（frog） 使車輪由一股鋼軌越過另一股鋼軌的設(shè)備，由叉心、翼軌和聯(lián)結(jié)零件組成。按平面形式分，有直線轍叉和曲線轍叉兩類；按構(gòu)造類型分，有固定轍叉和活動轍叉兩類。,(二) 踏面斜度與曲線半徑 徑向通過曲線，可減小運行阻力，減小輪軌之間的磨耗，有利于避免脫軌現(xiàn)象的發(fā)生。 外側(cè)半輪半徑：r0+y， 內(nèi)側(cè)半輪半徑：r0-y 由 得 (1) 純滾線橫移量 y一定時 踏面斜度越大，通過的曲線半徑R越小。 軌距加寬 (2) 一定，R越小，則y越大，外側(cè)輪緣間隙減小，因此軌距要加寬。當(dāng)R650m時要考慮軌距加寬。,踏面斜度,y

15、純滾線橫移量,二、車軸 絕大多數(shù)為圓截面實心軸。 (一)車軸各部位名稱及作用 軸頸，2.防塵板座， 3.輪座， 4. 軸身 軸頸：車軸上與軸承相作用的部分； 輪座：車輪壓裝處，也是車軸上直徑最大的部分； 防塵板座：客、貨車車軸上軸頸與輪座之間的過渡處，其上裝有滑動軸箱的防塵板或滾動軸箱的后擋板;,表 標(biāo)記圓直徑,軸身：兩車輪之間的部分，有些客、貨車車軸的軸身自輪座向中央逐漸縮小，也有一些軸身通長為圓柱形，采用盤形制動的制動盤組裝在軸身上。,(二)車軸材質(zhì)及要求 優(yōu)質(zhì)碳素鋼，鍛壓成型 (三)空心車軸車軸 通常是實心的，但車軸應(yīng)力在截面上的分布是不均勻的,越接近表面就越大,而在中心的應(yīng)力很小。因此

16、有可能采用空心車軸代替實心車軸，以減輕簧下重量對機車車輛和線路的有害影響?？招能囕S在一些國家的鐵路上雖已試用多年,但由于在運用中受力狀態(tài)復(fù)雜,仍在研究改進(jìn)中。 與實心車軸比，減輕質(zhì)量20-40%； 降低了簧下質(zhì)量，從而減小輪軌動力作用； 特別適用于高速和重載車輛。,采用高強材料,2. 軸箱裝置形式,按軸承類型分，有滑動軸承軸箱和滾動軸承軸箱之 分。 城軌車輛均采用滾動軸承軸箱，而滾動軸承軸 箱又有圓柱滾動軸承、圓錐滾動軸承和球面滾動軸 承（即調(diào)心軸承）三種。,上海地鐵和北京地鐵車輛的軸箱軸承均采用圓柱滾 動軸承。,三軸箱的作用和形式 1. 作用,活動關(guān)節(jié)連接輪對與構(gòu)架的活動關(guān)節(jié)； 保證輪對能夠

17、相對構(gòu)架在彈簧振動時作垂向運動， 在通過曲線時還能少量橫移。 傳力傳遞牽引力、橫向力和垂向力；,運動實現(xiàn)輪對與構(gòu)架間的垂向運動和橫動。,16,E. 軸箱軸承,為什么采用滾動軸承?,采用滾動軸承的優(yōu)點：能顯著 地改善車輛走行部分的工作條 件，減小運行阻力和啟動阻力， 減少燃軸的慣性事故，減輕維 護(hù)和檢修工作，減低運營成本。 滾動軸承類型,有(1)圓柱滾子軸承、(2)圓錐滾子軸 承和球面滾子軸承（調(diào)心軸承） 等。但城軌車輛上大多采用圓 柱滾子軸承（見右圖），該軸 承能同時承受徑向力和軸向力。 要求軸承的承載能力大、強度高、耐沖擊、壽命長。,26,2.形式 滾子滾動軸承：圓柱、圓錐和球面滾子軸承 軸

18、承組成：外圈、內(nèi)圈、滾子和保持架（隔離環(huán)） （1）圓柱滾子軸承與軸箱 特點：承受徑向載荷的能力較大，承受軸向載荷稍差；結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本低、檢修方便、運用比較安全可靠。 RD3型滾動軸承軸箱裝置，用于206，209客車轉(zhuǎn)向架,RD3型滾動軸承軸箱,橫向力的傳遞過程： 往右端傳遞力 車軸 防塵擋圈與后軸承內(nèi)圈 后軸承滾子 后軸承外圈 前軸承外圈 軸箱蓋 軸箱體 往左端傳遞力 車軸 壓板 前軸承內(nèi)圈 前軸承滾子 前軸承外圈 后軸承外圈 軸箱后蓋 軸箱體,為改善軸箱密封性能，用橡膠迷宮式取代毛氈式密封,圓柱滾子軸承,（2）圓錐滾子軸承與軸箱 197726T圓錐滾子軸承，無軸箱式，用于貨車轉(zhuǎn)向架

19、，承受軸向力能力較強。 特點：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。 高鐵動車組一般采用圓錐滾子軸承。,圓錐滾子軸承,圓錐滾動軸承特點： 結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，檢修方便，由于無軸箱體而重量輕。 在高速、高負(fù)荷下，圓錐滾子軸承的軸向負(fù)荷主要是由滾道承受，而滾子與滾道的接觸面之間主要是滾動摩擦；而圓柱滾子軸承則主要靠兩個擋邊承受軸向負(fù)荷，滾子端面與擋邊之間是滑動摩擦。 摩擦力矩小，導(dǎo)致溫度低。,CRH2軸箱,CRH5軸箱,二. 滾動軸承的選型 主要根據(jù)額定動載荷來選?。?00萬轉(zhuǎn)時承受的載荷額定壽命 選用軸承的程序如下： 確定工作條件 負(fù)荷大小和方向,

20、 (2) 負(fù)荷性質(zhì)(穩(wěn)定,交變或沖擊) (3)轉(zhuǎn)速, (4) 工作環(huán)境 (5)機器部件結(jié)構(gòu)上的特殊要求, (6)軸承壽命. 2. 根據(jù)工作條件, 選取軸承類型, 確定精度等級 3. 選用軸承: 根據(jù)軸承的負(fù)荷,轉(zhuǎn)速和壽命, 計算額定動載荷, 再在產(chǎn)品樣本中選取軸承.,能否正確選用滾動軸承，對主機能否獲得良好的工作性能，延長使用壽命；對企業(yè)能否縮短維修時間，減少維修費用，提高機器的運轉(zhuǎn)率，都有著十分重要的作用。因此，不論是設(shè)計制造單位，還是維修使用單位，在選擇滾動軸承時都必須高度重視,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.,三. 高速車

21、輛對滾動軸承的要求 主要問題：降低軸承溫度，小型輕量化 影響軸承性能的主要因素是：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。 1. 軸承的選型、精度等級、材質(zhì)及熱處理硬度 圓柱、圓錐滾子軸承都能滿足高速: 200-230km/h (2)圓錐滾子軸承優(yōu)于圓柱滾子軸承：磨耗小，溫度低 (3)240km/h以上: 一般采用圓錐滾子軸承 (4)高速軸承：我國用得較多的為德國的SKF和FAG (5)ISO軸承精度：普通級、P6、P5、P4、SP、UP (6)我國軸承精度：G、E、D、C,軸承溫度及降溫措施 軸溫：與軸

22、承的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)、軸承的內(nèi)摩擦、運行條件、潤滑脂的粘度和質(zhì)量、軸承系統(tǒng)的散熱條件等 。 軸溫高影響軸承壽命。 降低軸溫的措施：好的材質(zhì)，提高精度、光潔度和可靠性；良好潤滑，適宜的潤滑脂黏度，填充量少；控制連續(xù)運轉(zhuǎn)時間；改善振動性能。,四、軸箱定位 A: 拉桿式定位軸箱（東風(fēng)4系列機車） 力的傳遞 垂向力：由軸箱彈簧傳遞 （東風(fēng)4系列機車由前后圓彈簧傳遞） 縱向力：由軸箱拉桿傳遞 橫向力：由軸箱拉桿、彈簧和橫向止檔共同傳遞 軸箱止檔,構(gòu)架側(cè)梁 軸箱彈簧 上拉桿座 上拉桿,構(gòu)架側(cè)梁 軸箱彈簧,下拉桿座 下拉桿,雙拉桿式軸箱定位原理圖,軸箱,拉桿座 單拉桿,單拉桿式軸箱定位原理圖,軸箱,27,具有橡膠

23、關(guān)節(jié)的拉桿,CRH5軸箱定位,按定位方式分類，有：,拉板式定位,拉桿式定位（東風(fēng)4型內(nèi)燃機車用）,轉(zhuǎn)臂式定位（北京地鐵車輛DK3和天津輕軌車輛用） 人字型橡膠定位（上海地鐵車輛SMC和深圳地鐵車輛用） 層疊圓錐橡膠定位（北京城鐵車輛和深圳地鐵車輛用） 導(dǎo)柱式定位,導(dǎo)框式定位（老東風(fēng)型內(nèi)燃機車用） 等等,但在現(xiàn)代城軌車輛上，使用最普遍的是人字型橡膠定位、 轉(zhuǎn)臂式定位和層疊圓錐橡膠定位。,軸箱定位實現(xiàn)輪對軸箱在垂向、縱向、橫向3個方向適當(dāng)?shù)亩ㄎ粍偠龋瑥椥远ㄎ弧?B: 轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置,轉(zhuǎn)臂式軸箱定位結(jié)構(gòu)示意圖,（天津輕軌車輛用）,19,南京地鐵車輛轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置,20, 力的傳遞,垂向

24、力：由軸箱圓彈簧傳遞； 縱向力：由轉(zhuǎn)臂定位銷傳遞；,橫向力：由轉(zhuǎn)臂定位銷和圓彈簧共同傳遞。, 結(jié)構(gòu)特點,定位轉(zhuǎn)臂一端通過彈性節(jié)點（定位銷）與構(gòu)架 上的定位銷座相連，另一端則用螺栓固定在軸 箱體的承載座上。,而彈性節(jié)點主要由彈性橡膠套、定位軸和金屬 外套組成，其中彈性橡膠套的形狀和參數(shù)對轉(zhuǎn) 向架走行性能影響較大。, 優(yōu)點,無摩擦磨損；能實現(xiàn)不同的縱向和橫向定位剛 度，可有效抑制轉(zhuǎn)向架的蛇行運動。,21,z,C: 八字形橡膠堆軸箱定位裝置,應(yīng)急支承,八字形橡膠堆軸箱定位結(jié)構(gòu)示意圖,（上海和廣州地鐵車輛用）,x,八字形橡膠堆（塊）,kz：ky：kx,=1 ：(22.5)：(1012),22,力的傳遞

25、,垂向力、縱向力和橫向力均由八字形橡膠堆傳遞 結(jié)構(gòu)特點 a. 該橡膠堆具有三向彈性特性，且可根據(jù)需要設(shè)計。 通常kz：ky：kx=1 ：(22.5)：(1012)，即垂向剛度kz 最小（約為純剪的一倍），縱向剛度kx最大。 b. 在垂向載荷作用下，橡膠同時受剪切和壓縮變形， 改變其安裝角度，可得到不同的垂向和縱向剛度，此 安裝角一般取10 11。 優(yōu)點 具有無摩擦磨損；重量輕、結(jié)構(gòu)簡單；吸收高頻振動 和減少噪音等優(yōu)點，壽命可達(dá)150萬走行公里以上。 23,24,C. 層疊圓錐橡膠軸箱定位裝置 力的傳遞 垂向力、縱向力和橫向 力均由層疊圓錐橡膠傳 遞 結(jié)構(gòu)特點 a.層疊圓錐橡膠具有三向 彈性特性

26、，且其橫向彈性 可通過在圓周上開切口來 調(diào)整； b.在垂向載荷作用下，橡 膠主要受剪切變形。 優(yōu)點 具有無摩擦磨損；重量輕、,層疊圓錐橡膠軸箱定位結(jié)構(gòu)示意圖 （北京城軌、成都地鐵車輛、深 圳地鐵長客車輛用）,結(jié)構(gòu)簡單；吸收高頻振動 和減少噪音等優(yōu)點。,25,彈簧裝置及減振器 一概述,彈簧種類：圓彈簧、板彈簧、橡膠簧及空氣彈簧； 減振器種類：液壓減振器、摩擦減振器；,一系懸掛：僅在構(gòu)架與軸箱間設(shè)有一系簧的彈簧懸 掛，一般用于低、中速貨運機車和鐵路貨車； 兩系懸掛：既有第一系彈簧，還在構(gòu)架與車體間設(shè) 有第二系簧的彈簧懸掛，用于中、高速客運機車和 鐵路客車；,采用兩系懸掛的目的：可減少彈簧裝置的合成

27、剛 度，增大其總靜撓度，以改善機車車輛鉛垂方向的 運行平穩(wěn)性和減少機車車輛對線路的動作用力。,39,請點擊鼠標(biāo)左鍵顯示后面內(nèi)容,There are several types of springs. Commonly used springs are helical, power, blade and leaf springs. 彈簧的種類很多，常用的有：螺旋彈簧、渦卷彈簧和板彈簧等。,a) Helical b) Helical c) Torsion d) Power e) Leaf f) Blade compression tension spring spring spring sprin

28、g spring spring 螺旋壓縮彈簧 螺旋拉伸彈簧 扭轉(zhuǎn)彈簧 渦卷彈簧 板彈簧 片彈簧,Types of springs 彈簧的種類,彈簧減振裝置：緩和沖動、衰減振動的裝置 三類：主要起緩和沖動的彈簧裝置，如中央及軸箱彈簧； 主要起衰減振動的減振裝置，如垂向、橫向減振器； 主要起定位作用的定位裝置，如軸箱輪對縱、橫向的彈性定位裝置，車鉤緩沖裝置。 一、彈性元件的作用及特性 1. 彈簧裝置的作用 均衡車輛系統(tǒng)中的載荷 緩和線路不平順和各種因素引起的車輛的振動 提高車輛運行的舒適性和平穩(wěn)性 延長車輛和軌道使用壽命,2. 彈簧的主要特性,線性彈簧,分段線性彈簧,P=kf,軟/硬彈簧特性,P=

29、kf,彈簧剛度特性 線性彈簧： 非線性彈簧：,彈簧的特性是：彈簧的擾度f與外載荷P之間的關(guān)系。,P=kf,3. 彈簧的串聯(lián)、并聯(lián)剛度的計算 并聯(lián)彈簧： 如果各彈簧剛度相等：,串聯(lián)彈簧： 如果各彈簧剛度相等：,串并聯(lián)彈簧剛度計算步驟： （1）先將各級并聯(lián)彈簧當(dāng)量剛度計算出來； （2）然后簡化成串聯(lián)布置的當(dāng)量彈簧系統(tǒng)； （3）計算串聯(lián)系統(tǒng)的當(dāng)量剛度。,對于車輛懸掛系統(tǒng)的設(shè)計： （1）應(yīng)采用僅可能大的彈簧靜撓度，即小的彈簧剛度； （2）可降低車體的自振頻率； （3）提高運行平穩(wěn)性。,P d 2 y,g d t,二彈簧裝置的作用 分配給各軸一定的載荷，并使所分配的重量在車 輪行經(jīng)不平順線路時不致發(fā)生顯

30、著變化； 緩和沖擊，使運行平穩(wěn)； 改善機車車輛橫向運動性能和曲線通過性能。 無彈簧時，車輪行經(jīng)不平順 處的動作用力為： Q = 2 通過不平順處的時間很短 （大約0.01秒或更短） 沖擊加速度d2y/d2t可高達(dá),無彈簧時,(510)g,40,q d 2 y,g d t,q d 2 y,g d t,有彈簧時，車輪行經(jīng)不平順處 的動作用力為： Q = 2 + k h,其中： 2 為簧下部分的動作用力；,有彈簧時,k h 為簧上部分對彈簧裝置的反作用力。 這里： P輪荷重； q簧下重量； g重力加速度； k彈簧剛度； h不平順高度。 41,P d 2 y P,g d t g,q d 2 y,g d

31、 t,1900,g,=,舉例： 設(shè)輪荷重P=10000daN（10牛），簧下死重量q=1900daN， 彈簧剛度k=100daN/mm，線路不平順度h=2mm， d2y/d2t=2g，則有： 無彈簧時， Q1 = 2 = 2 g = 20000daN,有彈簧時， Q2 = 2 + k h =, 2 g + 100 2 = 4000daN,比較：,Q2 4000 Q1 20000,= 20%,42,1.,2.,3.,由上述分析可以得出如下結(jié)論：,簧下死重量q越輕，輪軌動作用力越小，因此必須采取有 效措施盡可能降低簧下死重量q（而采用牽引電動機架懸 式驅(qū)動裝置是一種最有效的減輕簧下死重量的措施）

32、； 彈簧剛度k必須選擇合理；,為防止彈簧能量釋放過程中產(chǎn)生共振，并限制共振振幅， 必須加裝液壓減振器。,43,f,P,0,f,三圓彈簧 1. 圓彈簧的總特點： 重量輕；運動靈活；無阻尼。 2. 單圈圓彈簧的特性計算： 由材料力學(xué)可知：,P=kf力與撓度成正比,d簧條直徑； D簧圈直徑，也 稱彈簧平均直徑； R 簧圈半徑； f在載荷P作用下 的靜撓度； H0彈簧自由高 度，即無載荷下的高 度； P工作載荷。,圓彈簧特性曲線,圓彈簧的結(jié)構(gòu)及參數(shù),44,Names and parameters of cylindrical helical compression spring 圓柱螺旋壓縮彈簧各部分

33、的名稱及尺寸關(guān)系,請點擊鼠標(biāo)左鍵顯示后面內(nèi)容,(GB/T 20892009),鋼彈簧結(jié)構(gòu)及計算 1. 螺旋彈簧結(jié)構(gòu)及主要參數(shù) 通常為簧條截面為圓形的圓柱壓縮螺旋彈簧，即圓簧 材質(zhì)：55Si2Mn, 60Si2Mn 主要參數(shù)：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， 自由高度H0， 彈簧指數(shù)m=D/d， 垂向靜撓度fv， 垂向剛度Kv。,單卷彈簧的軸向（垂向）特性計算 剛度： 有效圈數(shù)： 總?cè)?shù)： 應(yīng)力： (強度) 彈簧穩(wěn)定性較核：,式中：G彈簧的剪切彈性模數(shù)， 一般彈簧鋼G=80GPa； Pmax作用于彈簧上的 最大垂向載荷； m彈簧指數(shù)，又稱旋撓比， 其

34、值為m=D/d,機車的彈簧一般取46； n有效圈數(shù)（或稱工作圈數(shù)）； N彈簧總?cè)?shù)，一般N=n+1.5。 C 應(yīng)力修正系數(shù)，是考慮簧條 的彎曲和剪應(yīng)力的非均勻分布等因 素而對應(yīng)力進(jìn)行修正。,55Si2Mn, 60Si2Mn,3. 雙圈圓彈簧的特性計算：,. 為什么要用雙圈簧代替單圈簧? 主要原因是單圈圓簧的尺寸受到安 裝處所的空間限制或者其簧條太粗。 . 注意：必須使內(nèi)外兩圓簧的旋向 相反，以防止因振動而使小簧嵌入 大簧中。 .計算： 已知：單圓簧參數(shù)D，d和n。 可求：與之等效的雙圈圓簧內(nèi)、外 圈的參數(shù)D2，d2，n2和D1，d1，n1 條件：必須保證使內(nèi)外圈簧的應(yīng)力、 撓度和修正系數(shù)等均與

35、單圈時相等。 雙圈圓彈簧的結(jié)構(gòu)及參數(shù),3. 雙卷彈簧的軸向（垂向）特性計算 （1）可提高載重，減小彈簧占用空間 （2）內(nèi)外卷彈簧的螺旋方向要一個左旋，一個右旋 （3）彈簧指數(shù)相等 （4）應(yīng)力相等，充分利用材料強度 （5）各卷彈簧撓度相等，以保證性能一致,=,=,P P P2,1,d,彈,簧,中,心,線,1,2,2,D/2,d D D,47,計算過程：,（1）修正系數(shù)相等，即m = m1 = m2,D D1 D2 d d1 d 2,(1), (2),（2）應(yīng)力相等，即 = 1 = 2,d, 2 = 2 = 2 d1 d 2 （3）總載荷相等，即P = P + P2，代入上式,d1,d2,D2/2

36、, d = d1 + d,2 2,(3),D1/2,（4）撓度相等，即f = f1 = f 2, Dn = D1n1 = D2 n2,(4), (5),幾何關(guān)系示意圖,（5）幾何關(guān)系(見附圖)，即：,d1 2,+ + 2 = 1 2 2 2 2,(6), 內(nèi)外簧的徑向間隙，一般取 = 3 5mm。,六個未知數(shù)D2，d2，n2和D1，d1，n1可由上述六個方程聯(lián)立解出。,四、車輛的抗側(cè)滾裝置,為了改善車輛垂向振動性能，通常設(shè)置相當(dāng)柔軟的垂向懸掛裝置，這也因此造成車體側(cè)滾振動的角剛度也變得柔軟，尤其是當(dāng)車輛通過道岔時，呈現(xiàn)出車體側(cè)滾較大，晃動次數(shù)多。 車體的側(cè)滾角剛度太小，可能會使車輛侵入限界。,

37、車輛的抗側(cè)滾裝置 （1）布置在車體和轉(zhuǎn)向架間，提高抗側(cè)滾性能 （2）在縱、橫、垂向?qū)χ醒霊覓煊绊懞苄?（3）扭桿和轉(zhuǎn)臂應(yīng)有足夠剛度 （4）防止高頻振動的傳遞,扭桿和扭臂是主要的受力件，使用過程中扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生反扭矩，從而抵抗車輛側(cè)滾。 連桿將扭桿與車體相連接，連桿兩頭是銷軸和軸承。,五橡膠彈簧,一般情況下，橡膠彈簧只作壓簧 和扭轉(zhuǎn)簧，不作拉簧。,因為拉伸時，橡膠對局部缺陷 和表面拉傷非常敏感。,1. 總特點,.結(jié)構(gòu)簡單，重量輕（利用橡膠的三維特性,可減輕自重）；,. 減振性能好，特別是能吸收高頻振動，且頻率越高，阻 尼越大（原因：振動時，橡膠變形內(nèi)部分子產(chǎn)生內(nèi)摩擦,消耗能量）。通常認(rèn)為其相

38、對阻尼系數(shù)D=0.030.05； （有較高內(nèi)阻，高頻吸振及隔噪好;比金屬有較大的彈性，良好的非線性特性）,橡膠元件設(shè)計時的注意事項 （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，與動載荷振動頻率和振幅有關(guān)（阻尼越大，彈性越差）； （2）性能受溫度影響很大； （3）具有體積不變特性，應(yīng)保證有足夠空間改變形狀； （4）散熱性不好，采用多層片狀結(jié)構(gòu)； （5）防止疲勞損壞； （6）變形受載荷影響較大，一般用于受剪受壓。,橡膠的基本特性： 1）阻尼特性：橡膠在變形時顯示出一種重要性能，即吸收性能，特別是吸收高頻振動的能量。 橡膠使機械能轉(zhuǎn)化為熱量，通常用橡膠的損失系數(shù)來表示。 越小，熱量

39、越小，但阻尼效果差。,原因：振動時，橡膠變形內(nèi)部分子產(chǎn)生內(nèi)摩擦消耗能量,2）硬度及彈性模數(shù) 硬度是橡膠的一個重要參數(shù)。試驗表面：橡膠的剪切模數(shù)G和楊氏彈性模數(shù)E主要取決于橡膠的硬度。 我國通用的硬度單位是肖氏硬度（HS)。我國機車工程上所用的橡膠件，一般硬度都在HS50以上，大多在HS60上下。,49,2. 性能參數(shù),. 硬度（通常用肖氏硬度HS表示）,主要性能參數(shù)；,. 剪切模數(shù)G（靜態(tài)G和動態(tài)Gd）、彈 模數(shù)E （靜態(tài)E和動態(tài)Ed）和表觀剪切 模數(shù)Ga,主要取決于硬度HS（見右圖）； 靜剪切模數(shù)G與肖氏硬度HS的關(guān)系可用 下式表示：,G=0.119e0.034HS (MPa),.靜彈性模數(shù)

40、E是橡膠彈簧設(shè)計中的重 要參數(shù),它與橡膠的品種、硬度、工作 溫度、形狀尺寸、變形特點以及與金屬 支承面固結(jié)狀態(tài)等許多因素有關(guān)，試驗 表明：,A. 拉伸變形時： E3G B. 壓縮變形時： E=iG,b,b1 b1 2 2,式中：i幾何形狀和硬度影響系數(shù)，可用以下近似公式 計算：,墊圈 襯套,i=3+kS2 i=4+0.56kS2,矩形塊,i =,1 1 + 1 b2,4 + 2 + 0.56(1 + ) kS b2 b2,其中：k系數(shù)，k=10.7 0.098HS， b1， b2矩形塊的寬度和長度， S形狀系數(shù)。 這里，形狀系數(shù)S=AL/AF，即S為橡膠元件的承載面積 AL與自由面積AF之比。

41、例如： 對直徑為D、高度為H的圓柱體，S=D/(4H)； 對長度為A、寬度為B的矩形塊，S=AB/2(A+B)H。 50,C.剪切變形時：Ga=jG,式中：j彎曲變形影響系數(shù)，其值為：,j=1+H2/(12i2)-1,其中：截面回轉(zhuǎn)半徑，,H橡膠元件高度，,i幾何形狀和硬度影響系數(shù)，與前面,所述相同。,當(dāng)橡膠彈簧圓柱體的H/D或矩形塊的H/A（或H/B）的 值小于0.5時，可略去彎曲變形的影響，對于較薄的橡膠襯 套也可以同樣處理，這時近似?。?Ga=G,51,. 動靜比d=Ed /E也與硬度HS有關(guān)（見下面附圖） ； . 硬度修正系數(shù)tE溫度硬度( tE)；溫度硬度 ( tE )（溫度達(dá)240

42、時，橡膠完全失去彈性）。 tE T=15時，tE=1 1 0,-15,0,15,t（）,硬度修正系數(shù)與 溫度的關(guān)系 52,3. 計算 橡膠彈簧的彈性剛度（變形）與其初始形狀有關(guān)。 對于一般彈簧來說，載荷（力）P與剛度k、撓度h之間 符合虎克定律，即k=P/h 。 而對橡膠彈簧，載荷P=應(yīng)力承載面積AL， 且橡膠元件在簡單拉伸和壓縮變形時，其應(yīng)力與應(yīng)變 之間的關(guān)系式為： E = (1 + ) (1 + ) 2 3 式中： =h/h（h為橡膠彈簧變形量，即撓度；h 為橡膠彈簧厚度）。 該公式在拉伸應(yīng)變小于20%和壓縮應(yīng)變小于50%這個重要 的工程應(yīng)用范圍內(nèi)有足夠的精確度。從橡膠彈簧承受疲勞 強度考

43、慮，一般應(yīng)變量均控制在15%，此時可近似地 ?。?E,53,z,h,h,x,y,于是，有： P= EAL=EALh/h 于是：k=EAL/h,.中孔圓柱形橡膠彈簧的剛度k計算 承載面積 AL=(r22- r12) 自由擴脹面積AF=2h(r1+ r2) 面積比 S=AL/AF=(r2-r1)/(2h) 垂向形狀修正系數(shù)=1.2(1+1.65S2) 橫向形狀修正系數(shù)jx=jy=1+(h/r2)2/9-1 垂向剛度 kz=EAL/h (受壓),r1,r2,橫向剛度 kx =ky=jxGAL/h (受剪) .實心圓柱形橡膠彈簧的剛度k計算 只需令r1=0代入上述各式即可得出。 54,h,z .矩形橡

44、膠彈簧的剛度k計算,承載面積,AL=ab,h,自由擴脹面積AF=2h(a+b) 面積比 S=AL/AF=ab/(a+b)/(2h),垂向形狀修正系數(shù)=1+2.2S2,b,x,縱向形狀修正系數(shù)jx=1+0.29(h/a)2-1 橫向形狀修正系數(shù)jy=1+0.29(h/b)2-1 垂向剛度 kz=EAL/h (受壓) 縱向剛度 kx =jxGAL/h (受剪) 橫向剛度 ky=jyGAL/h (受剪),y,a,.橡膠彈簧應(yīng)力校驗 壓應(yīng)力=P/AL 剪應(yīng)力= Q/AL 55,復(fù)合橡膠彈簧：是由金屬螺旋彈簧及其外邊包裹的優(yōu)質(zhì)硫化橡膠共同構(gòu)成。 集金屬彈簧和橡膠彈簧的優(yōu)點于一體，克服了金屬彈簧剛性大、工

45、作噪音高及橡膠彈簧承重量小、形狀及機械性能穩(wěn)定性差等缺點。具有更高的載荷量和大變形量、減震降噪效果更好、工作平穩(wěn)、共振區(qū)間短等優(yōu)點。,六、空氣彈簧 什么是空氣彈簧？就是將壓縮空 氣密封在橡膠膜（或囊）中形成 具有一定剛度的彈性體。 1. 特點 a.剛度小，當(dāng)量靜撓度大空 氣彈簧能大幅度地增加當(dāng)量靜撓 度，可使彈簧懸掛裝置設(shè)計得很 柔軟，這樣可降低車輛的自振頻,率；,上蓋板 橡膠囊 氣室 橡膠墊,57,（1）垂向變形由空氣彈簧本體（即氣囊）和其下面的層疊橡膠堆共同承擔(dān)，確保垂向大變形量； （2）在水平方向，一方面利用積層橡膠堆進(jìn)一步降低剛性，另一方面通過改變氣囊形狀，可以產(chǎn)生一定的阻尼 ，以改善

46、乘坐舒適性。,具有一定剛度的彈性體,b. 具有非線性特性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)計成具有比較理想的彈性特性 （曲線）。在平衡位置振動幅度較小時（即正常運行時的振 動），剛度較低；若位移過大，剛度顯著增加，以限制車體 的振幅；,c. 剛度隨載荷變化空氣彈簧的剛度隨載荷而變化，從 而可基本保持空、重車時，車體自振頻率幾乎相等，使空、 重車不同狀態(tài)的運行平穩(wěn)性幾乎相同；,d. 高度可調(diào)節(jié)空氣彈簧和高度控制閥并用時，可使車 體在不同靜載荷下，保持地板面距軌面的高度基本不變； e. 可充分利用其橫向彈性同一空氣彈簧可以同時承受 三維方向的載荷。利用空氣彈簧的橫向彈性特性，

47、可以代替 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架的搖動臺裝置，從而簡化結(jié)構(gòu)，減輕自重；,58,f. 能產(chǎn)生適宜阻尼在空氣彈簧本體與附加空氣室之 間設(shè)有適宜的節(jié)流孔，可以產(chǎn)生適宜的阻尼，以代替垂 向液壓減振器；,g. 具有吸振和隔音性能空氣彈簧具有良好的吸收高 頻振動和隔音性能；,h. 缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜；附件多；制造成本高；維護(hù)檢修復(fù) 雜。,2. 空氣彈簧裝置系統(tǒng)組成,系統(tǒng)組成,主要有空氣彈簧本體、附加空氣室（也稱輔助風(fēng)缸）、 高度控制閥、差壓閥和濾塵器等組成（見下頁附圖）。,59,空氣彈簧拆裝2,空氣彈簧疲勞測試,空氣彈簧拆裝1,壓力空氣傳遞過程（見下圖）： 壓力空氣由列車主風(fēng)管1T形支管2截斷塞門3濾塵止 回閥4空氣彈簧

48、貯風(fēng)缸5主管（在車底架上）連接軟 管6高度控制閥7附加空氣室10和空氣彈簧本體8。 請思考：為什么要有 差壓閥？ 這是因為： 在曲線上時，左右 兩只氣囊必須保證一 定的壓差，否則車體 將會發(fā)生傾斜； 車體左右搖擺振動 時，也必須保證一定 的壓差，否則將加劇,搖擺。,60,差壓閥：主要由2個單向閥組成，它是保證一個轉(zhuǎn)向架兩側(cè)空氣彈簧的內(nèi)部空氣壓力之差不能超過某一定值。 由于空氣彈簧存在進(jìn)、排氣時間和速度上的差異，使得靜止或運行中的轉(zhuǎn)向架左右兩側(cè)空氣彈簧的內(nèi)壓有區(qū)別。 防止由于一只氣囊充氣而另一只氣囊沒有充氣而向一邊嚴(yán)重傾斜，使車輛穩(wěn)定性下降，甚至脫軌。 DP5設(shè)定的壓力差為（15020）kPa.

49、,節(jié)流孔：起到衰減振動的作用。當(dāng) 空氣彈簧產(chǎn)生垂向振動時，在空氣 彈簧本體和附加空氣室之間將產(chǎn)生 壓力差，空氣流過節(jié)流孔時，由于 阻力而耗散部分的振動能量，使之 具有減振作用。振動速度越大，阻 尼越大。,61,高度調(diào)節(jié)閥工作原理,為了保持車體距軌面的高度不 變，在車體與轉(zhuǎn)向架間裝有高度 調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)空氣彈簧橡膠囊中 的壓縮空氣（充氣、放氣或保持 壓力），使車輛地板面不受車內(nèi) 乘客的多少和分布不均的影響， 基本始終保持水平。,調(diào)節(jié)過程：,在正常載荷位置，即h=H時，充氣通路,VL和放氣通路LE均被關(guān)閉；,當(dāng)車體載荷增加時，此時hH，閥動 作，使VL通路開啟，壓縮空氣向空氣 彈簧充氣，直至地板面上

50、升到標(biāo)定高度 （即h達(dá)到H高度）為止；,當(dāng)車體載荷減小時，此時hH，閥動 作，使LE通路開啟，空氣彈簧向大氣 排氣，直至地板面下降到標(biāo)定高度（即 h達(dá)到H高度）為止。,62,高度調(diào)整閥結(jié)構(gòu)和工作原理 載荷增加進(jìn)氣過程,高度調(diào)整裝置,安裝示意圖,如何保證高度調(diào)整閥僅在靜態(tài)需要調(diào)整 時才起作用，而對動態(tài)振動(車體、轉(zhuǎn)向架) 不起作用？高度調(diào)整閥必須：,1、具有不惑帶(不靈敏帶)（）； 2、具有時間延遲（秒）； 3、內(nèi)腔充滿硅油起阻尼作用。,載荷減少排氣過程,高度調(diào)整閥具體安裝位置 高度調(diào)整閥特性,不惑帶 時間延遲 空氣流量 工作角度, 秒 m3/秒 ,注：空氣流量按照J(rèn)R流 量試驗方法 工作油特性

51、 種類：硅油（信越化學(xué) KF96） 粘度：C.S 25 溫度系數(shù)： 流動點：以下 63,3. 空氣彈簧的結(jié)構(gòu)和分類,空氣彈簧大體上可分為囊式 和膜式兩種。, 囊式空氣彈簧又可分為單曲、,雙曲和多曲等形式。,雙曲囊式空氣彈簧結(jié)構(gòu)見右 圖。,特點：制造工藝簡單，使用 壽命長；但剛度大，振動頻 率高。故現(xiàn)代車輛上基本不 用。, 膜式空氣彈簧可分為約束膜 式和自由膜式兩種，見右圖。,64,住友生產(chǎn)的自由膜式空氣彈簧.,約束膜式空氣彈簧：由內(nèi)、外筒將橡膠囊約束在內(nèi)。 特點：剛度小，振動頻率低，可方便地通過調(diào)整約束裙 （內(nèi)、外筒）的形狀來控制其彈性特性。但橡膠囊（膜） 工作狀況復(fù)雜，耐久性差。,自由膜式空

52、氣彈簧：無內(nèi)、外約束筒。 自由膜式空氣彈簧的特點：,(1)無約束橡膠囊變形的內(nèi)、外筒，可減輕橡膠囊的磨 耗，提高使用壽命；,(2)安裝高度低，可明顯降低車輛地板面距軌面的高度； (3)具有良好的負(fù)載特性，其彈簧特性可通過改變上蓋板 邊緣的包角加以適當(dāng)調(diào)整； (4)重量輕。,故在現(xiàn)代城軌車輛上，自由膜式空氣彈簧應(yīng)用 最廣泛。,65,空氣彈簧的設(shè)計計算：,1）垂向剛度計算： 自由模式空氣彈簧的垂向（軸向）的剛度：,p0空氣彈簧的內(nèi)壓力，通常p00.6MPa.影響幾何參數(shù)R的選取。 Pa大氣壓力，一般取Pa=0.1MPa. A0靜平衡位置時空氣彈簧的有效承壓面積。 V0靜載荷作用下空氣彈簧的容積（本

53、體容積+附加空氣室容積） n多變指數(shù)，取n=1.31.38 a空氣彈簧垂直特性形狀系數(shù)。,載荷P=(p0-pa)A0,2)橫向剛度計算 K1空氣彈簧的橫向特性形狀系數(shù)。 b橫向特性形狀系數(shù)，取決于空氣彈簧幾何形狀。,3）阻尼計算 自由振動： 強迫振動的振幅： 強迫振動的加速度： 當(dāng)已知最佳阻尼時，節(jié)流孔的最佳直徑：,第四節(jié) 減振元件,減振器的作用：減小振動。它的作用力總是與運動的方向相反，起著阻止振動的作用。 分為：摩擦減振器和液壓減振器,減小彈簧回彈力，減小振動的幅度。,摩擦減振器特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，制造維修比較方便；但摩擦力隨摩擦面的狀態(tài)和改變而變化，摩擦力與振動速度基本無關(guān)，有時可能

54、會出現(xiàn)當(dāng)振幅小時，摩擦阻力過大形成對車體的硬性沖擊；而振幅大時，摩擦阻力過小又不能使振動迅速衰減。一般用于貨車轉(zhuǎn)向架上。,Ride Control摩擦減振器：,楔塊斜面、搖枕斜面 以及楔塊的主摩擦面 與磨耗板貼緊。 此摩擦阻力不隨轉(zhuǎn)向架 的載荷變化。,液壓減振器特點：利用液體粘滯阻力所作的負(fù)功吸收振動能量。優(yōu)點為阻力是振動速度的函數(shù)，振幅大時衰減量也大。但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)比較困難、成本較高及受外界溫度影響。一般用于機車和客車轉(zhuǎn)向架上。,液壓減振器 1. 工作原理：利用液體的粘滯阻力作負(fù)功來吸收振動能量 2. 特性,FV， 即F=qV 阻尼力F主要取決于： 節(jié)流孔的大小q； 活塞運動速度之快慢

55、V。,節(jié)流孔,F,節(jié)流孔小 節(jié)流孔大,進(jìn)油孔,0,阻尼特性曲線,V,69,液壓工作原理,V,F 3. 圓彈簧和液壓減振器共同工作時的特性 圓彈簧的,特性曲線,0 F,f,圓彈簧,液壓減 振器,V與f的關(guān)系,F與f的關(guān)系,減振器的,圓彈簧和液壓減振器 共同工作示意圖,特性曲線 圓彈簧和 減振器的 聯(lián)合工作 特性曲線,0 F 0,f f,70,振幅,阻尼力,線性阻尼,4.,液壓減振器的結(jié)構(gòu)（雙向往復(fù)流動減振器） 最主要的部件是活塞閥和進(jìn)油閥 1.壓蓋； 2.橡膠墊； 3.套； 4.防塵罩； 5.油封圈； 6.螺蓋； 7.密封蓋； 8.密封圈； 9.托墊； 10.彈簧； 11.缸蓋； 12.活塞；

56、13.缸筒； 14.貯油筒； 15.心閥； 16.彈簧； 17.閥座； 18.漲圈； 19.套閥； 20.進(jìn)油閥； 21.鎖環(huán)； 22.閥瓣； 23.防銹帽； 24.螺母；,25.螺母。,71,直徑為2mm的節(jié)流孔，一部分露出套閥，減振器阻力大學(xué)決定于該節(jié)流孔的大小。,油壓最高可達(dá)2.5MPa,拉伸阻力：,雙向液壓減振器阻力特性分析：,壓縮阻力：,雙向液壓減振器阻力特性分析：,汽車雙向流動減振器原理仿真,單向循環(huán)流動液壓減振器工作原理（KONI液壓減振器）,特點： 1）由于拉壓過程中油液流經(jīng)相同的阻尼閥，因此拉壓行程中的減振阻力近似相等，具有對稱特性。 2）由于在拉壓過程中油液流動的方向相同，

57、因此能夠消除油缸中油液與空氣混合產(chǎn)生的乳化現(xiàn)象。 3）阻尼調(diào)整方便，不需要結(jié)體減振器，僅調(diào)節(jié)阻尼閥中的彈簧壓縮量即可使阻尼達(dá)到理想值。,單向液壓減振器阻力特性分析：,5. 液壓減振器阻尼特性的調(diào)節(jié) 2 3 通過調(diào)節(jié)心閥上的節(jié)流孔的大小及彈 簧預(yù)壓縮量來實現(xiàn) A. 閥座端面加墊片節(jié)流孔變小，阻,節(jié)流孔,尼增大，同時減小工作范圍； B. 心閥頂面加墊片節(jié)流孔變大，阻 尼減小，同時增大工作范圍； C. 彈簧上部加墊片節(jié)流孔不變，阻 尼不變，但增大工作范圍 72,一般液壓減振器與抗蛇形液壓減振器的性能比較,與一般液壓減振器相比，抗蛇形液壓減振器只是節(jié)流孔的結(jié)構(gòu)不通過，從而造成節(jié)流特性發(fā)生變化。即抗蛇形液壓減振器的卸荷速度V0遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一般液壓減振器的卸荷速度。 抗蛇形液壓減振器一定是縱向安裝在車體與轉(zhuǎn)向架之間，也稱縱向減振器。 可以同時滿足有效抑制蛇