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机车车辆串联橡胶垫的高圆弹簧刚度的计算分析 孤夜狼 13车辆工程2班 20131310010204 摘要：随着我国铁路进入高速重载的新时代，铁路列车运行的平稳性与安全性越来越重要。轴箱弹簧是机车转向架的关键部件之一，其性能的稳定性直接影响机车运行的安全及平稳。弹簧承载情况及工作环境十分复杂，所以，弹簧的强度、疲劳寿命具有非常大的随机性，是广大工程技术研究人员十分关注的问题。因此，研究细化弹簧强度和精确计算串联橡胶垫的高圆钢弹簧刚度参数具有重要的理论及实际意义。 关键词： 高圆弹簧 ；橡胶垫 ； 刚度 ； 稳定性 Abstract : With Chinas railway enter a new era of speed and heavy duty，the smooth and security running of railway trains becomes more important．Spring is one of the key components in vehicle, the stability of which affect the safety and stabilization of vehicle operation. There is very large randomicity in strength and fatigue life of spring for the complicated status of load and work environment. For its importance of practical application, the problem catches many engineers to research. Keywords : flexicoil spring ; rubber pad ; stiffness ; stability 引言; 近十年多来，中国的铁路发展迅猛，列车经过几次大提速，运行速度有了显著提高。随着运行速度的提高，不可避免地加剧了机车车辆的振动和噪声，严重影响了列车的舒适性和安全性，因此对列车减振系统相应地提出了更高的要求。 由高圆钢制弹簧和橡胶垫串联组成的悬挂装置在铁道机车车辆中使用十分普遍，准确计算其各向刚度，特别是横向刚度值是保证机车车辆动力学性能的前提。在机车车辆中大量使用螺旋弹簧，而螺旋弹簧的刚度显著影响机车车辆的运行稳定性、安全性和曲线通过性能。到目前为止，有许多计算弹簧刚度的方法，但都无法在设计阶段取得试验数据，只能用其它相近弹簧的试验数据代替。另外，弹簧本身就不是弹性直杆，弹性直杆不能解决弹簧两端的切口对刚度的影响，不能计算出精确的弹簧刚度。在铁路机车车辆设计和方案论证阶段如果机车车辆悬 挂系统的刚度参数不能准确确定，机车车辆系统动力学分析结果存在较大的分析误差，会给铁道车辆新产品开发带来困难及经济损失。 故其在很多方面扮演着相当重要的角色，对车辆的舒适性和安全性也起着相当重要的作用，因此其刚度的研究分析十分必要。本文以高圆弹簧一端加橡胶和上下两端加橡胶垫两种不同结构型式进行计算强度，并分析两种结构的稳定性和影响因素。 高圆弹簧加橡胶垫的刚度 高圆弹簧加橡胶垫的结构被广泛应用于新一代的内燃机车、电力机车及车辆上,作为二系悬挂装置。橡胶垫的作用有两点:一是减小高圆弹簧的水平向刚度;二是显著降低高圆弹簧的应力水平。橡胶垫的应用,既改善了高圆弹簧的水平刚度特性,还保证它的运用可靠性和耐久性。在结构型式上,可以是高圆弹簧一端加橡胶垫,或上下两端加橡胶垫,所加橡胶垫可以是实心圆垫,也可以是中空圆垫。一般圆垫为单层,也有用双层的。 1.1、高圆弹簧和橡胶元件 1.1.1、高圆弹簧 螺旋弹簧即扭转弹簧，是承受扭转变形的弹簧，它的工作部分也是密绕成螺旋形。扭转弹簧的端部结构是加工成各种形状的扭臂，而不是勾环；扭转弹簧常用于机械中的平衡机构。 由高圆钢制造而成的弹簧叫做高圆弹簧，高圆弹簧和橡胶垫串联组成的悬挂装置在铁道机车车辆中使用十分普遍。 高圆弹簧如右图[1]所示： 1.1.2、橡胶元件 橡胶弹性元件由于具有典型的非线性刚度特性，同吋可以满足多向刚度的要求，在满足机车车辆动力学参数方面比金屈零件具有更强的优势，因此在机车车辆转向架中橡胶弹性元件得到了越来越多的应用。机车牟辆在运行过程中会受到来自轮轨间强烈的瞬时冲击载荷，不仅会引起机车车辆的破坏，也会导致机车车辆的强烈的共振。为衰减这些冲击和振动，满足机车本辆各利动力学指标（例如，稳性指标、脱轨系数、轮重减载率、轮轨冲等），在轮对和构架之间、转向架车体之间以及其他各种关节之间装有弹性元件（包括橡胶弹黄，各种橡胶关节