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车辆弹簧的刚度与其振频率有关。
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4）钢弹簧
a.螺旋弹簧（圆簧）
在铁道车辆上通常采用簧条截 面为圆形的圆柱压缩螺旋弹簧，故又 称圆簧。常用的弹簧材质有55SiMn和 60SiMn两种。
制造弹簧时分冷卷与热卷，车 辆转向架上采用的簧条直径一般都比 较粗，故多为热卷。另外，制造时还 要将簧条每端约有３/４圈的长度制成 斜面，使弹簧卷成后，两端成平面， 以保证弹簧平稳站力，并尽量减少偏 载。两端的３/４圈作为支持平面，称 为弹簧支持圈。
刚度（K）： 弹簧产生单位挠度所需的力的大小。
柔度（i）： 单位载荷下，弹簧产生的挠度称为弹簧的柔 度。
弹簧刚度特性表达式：
线性： K=
=常量
非线性：K= 3
三、弹簧减振装置
弹簧特性的另一种表示法：弹簧挠力图
3 2
α
螺旋钢弹簧 变形 （线性特性）
变形
二极螺旋钢弹簧 （分段线性特性）
α2 α1
1 α3
还有采用三卷弹簧。多卷弹簧与单卷弹簧相比，可以明显减
小弹簧所占空间位置，使结构紧凑。这对于铁道车辆载重量
大，转向架弹簧所占空间位置受到多方面条件限制，采用双
卷弹簧是很适宜的。
为避免卷与卷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应相反，一个左旋，另
一个则右旋。
12
双卷弹簧的旋 向相反
24
c.橡胶具有体积基本不变的特性，即几乎是不可压缩的， 它的弹性变形是由于形状的变化所致。因此，在设计制造 中，应保证橡胶元件形状改变的可能性； d.橡胶元件的散热性不好，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； e.橡胶元件的疲劳损坏，主要是由于应力集中处产生裂纹、 或橡胶和金属粘合处发生的剥离、以及在压缩时侧面产生 的摺皱等现象逐渐发展造成； f.橡胶变形受载荷形式影响较大，承受剪切载荷时橡胶弹 簧变形最大，而承受压缩载荷时变形最小。因此，承受剪 切变形的橡胶弹簧承载能力小而柔度大，承受压缩变形的 橡胶弹簧承载能力大而柔度小，受拉伸的橡胶弹簧很少用。
22
橡胶件主要缺点： 不耐高温，不耐低温，耐油性差； 使用时间长容易老化； 性能离散度大，同批产品性能差别可达 10%。
23
橡胶元件主要特性： a.橡胶具有特殊的蠕变特性。即压缩橡胶元件时，载荷 加大到一定载荷后，虽不再增载，但其变形仍在继续，且卸去 载荷后，橡胶元件也不能恢复原状。这种特性通常称为时效蠕 变或弹性滞后现象。因此，橡胶的动刚度比静刚度大，其增大 的倍率与动载荷的频率和振幅有关，一般要增大10%～40%。 b.橡胶元件的性能（弹性、强度）受温度影响较大，当 温度变化后这些性能也随之改变。大多数橡胶元件随着温度升 高，刚度和强度有明显降低，随着温度降低，刚度和强度都有 提高，一般先变硬，后变脆。因此，当温度在-30°～+70°时， 设计的橡胶元件可依据不同的使用温度，选用不同材质的橡胶， 使之在一定工作温度下有比较稳定的弹性特性；
25
橡胶弹簧在车辆上的安装
26
6)空气弹簧 橡胶空气弹簧，又称空气悬挂。是一种夹织物 橡胶囊，内充压缩空气，可膨胀，利用气体的体积 弹性起弹簧作用的减震橡胶制品。其结构与无内胎 轮胎相似，由内胶层（气密层）、外胶层、帘布耐 压层及钢丝圈组成。一般用人工成型（类似于外胎 成型），用隔膜定型硫化机硫化制成。和金属弹簧 相比，有质量小、舒适性好、耐疲劳、使用寿命长 等优点，它同时具有减震和消音作用。广泛用于汽 车、火车及冲床等各种机械上。
并联：KΣ = K?1+K2+…+Kn 并联时弹簧系统的当量刚度等于各弹簧 刚度的代数和。 串联： KΣ = ？1/（1/K1+1/K2+…+1/Kn ) 串联时总刚度等于各个弹簧刚度的倒数 之和的倒数。当K1=K2=…=Kn=K时: KΣ =K/n 串并联同时存在时，先求各级并联的弹 簧当量刚度，再求各级串联的总刚度。
第六章 城轨车辆转向架
§6—2 转向架的主要组成部分
三、弹簧减振装置
弹簧减振装置的主要功能是：缓和和衰减车辆振 动和冲击，使车辆运行平稳，提高列车乘坐舒适性。
车辆上的弹簧减振装置分为三类： 第一类：起缓和冲击作用的弹簧装置； 第二类：起衰减振动作用的减振器； 第三类：起弹性约束作用的定位装置。
1
三、弹簧减振装置
1. 弹性元件
1）弹簧装置的作用： 铁道车辆弹簧装置的作用主要体现在两方面： 一是使车辆质量及载荷比较平均的传递给各轮轴； 二是缓和因线路的不平顺、轨缝、道岔、钢轨磨耗 或沉降不均匀，以及车轮擦伤、车轮不圆、轴颈偏心等 原因引起的车辆振动和冲击。
2
三、弹簧减振装置
2）弹簧的主要特性：
弹簧的主要特性有：挠度、刚度、柔度。 挠度（f）： 弹簧在外力作用下产生弹性变形的大小或弹 性位移量（动、静挠度）。
13
14
15
b.扭杆弹簧 抗侧滚扭力杆主要由扭杆、扭臂和吊杆 组成。扭杆是一根具有一定扭转刚度的弹簧 杆，两端装有扭臂，通过吊杆把车底架和扭 臂的一端铰接。
16
当车体发生侧滚时，连杆的垂向位移带动扭臂，并 使扭杆产生扭转变形，产生一对力偶，抑制车体的侧 滚，从而提高乘客乘坐的舒适性。
17
抗侧滚扭杆在车辆上的安装
变形
橡胶弹簧 （非线性特性）
4
三、弹簧减振装置
3）弹簧串联、并联刚度计算 为了改善弹簧特性，适应安装位置及空间大小 需要，在铁路车辆上时常采用组合弹簧。这些弹簧 有并联、串联、串并联三种
5
209T型客车（转向架弹簧装置）
6
7
货车转K2转向架
8
货车转K 5转向架弹簧装置
9
弹簧串联、并联刚度的计算：
18
抗侧滚扭杆在车辆上的安装
19
抗侧滚扭杆在车辆上的安装
20
抗侧滚扭杆在车辆上的安装
21
5）橡胶弹簧 铁道车辆上采用的橡胶元件具有以下优点： 可以自由确定形状，使各个方向的刚度根据设计要求确 定。利用橡胶的三维特性，可使弹簧能同时承受多个方向载 荷，以便简化结构； 可避免金属件之间的磨耗，安装、拆卸简便，并不需润 滑，故有利于维修，降低维修成本； 可减轻自重； 具有较高内阻，对高频振动的减振以及隔音性有良好效 果； 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非线性特性。
11
螺旋弹簧的主要参数：
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；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。
在设计车辆悬挂装置中的弹簧时，为提高车辆运行平
稳性，在结构空间位置、车钩高差等条件允许的情况下，应
尽量增大弹簧总静挠度。
转向架的弹簧装置中，时常采用双卷弹簧，个别情况
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4）钢弹簧
a.螺旋弹簧（圆簧）
在铁道车辆上通常采用簧条截 面为圆形的圆柱压缩螺旋弹簧，故又 称圆簧。常用的弹簧材质有55SiMn和 60SiMn两种。
制造弹簧时分冷卷与热卷，车 辆转向架上采用的簧条直径一般都比 较粗，故多为热卷。另外，制造时还 要将簧条每端约有３/４圈的长度制成 斜面，使弹簧卷成后，两端成平面， 以保证弹簧平稳站力，并尽量减少偏 载。两端的３/４圈作为支持平面，称 为弹簧支持圈。
刚度（K）： 弹簧产生单位挠度所需的力的大小。
柔度（i）： 单位载荷下，弹簧产生的挠度称为弹簧的柔 度。
弹簧刚度特性表达式：
线性： K=
=常量
非线性：K= 3
三、弹簧减振装置
弹簧特性的另一种表示法：弹簧挠力图
3 2
α
螺旋钢弹簧 变形 （线性特性）
变形
二极螺旋钢弹簧 （分段线性特性）
α2 α1
1 α3
还有采用三卷弹簧。多卷弹簧与单卷弹簧相比，可以明显减
小弹簧所占空间位置，使结构紧凑。这对于铁道车辆载重量
大，转向架弹簧所占空间位置受到多方面条件限制，采用双
卷弹簧是很适宜的。
为避免卷与卷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应相反，一个左旋，另
一个则右旋。
12
双卷弹簧的旋 向相反
24
c.橡胶具有体积基本不变的特性，即几乎是不可压缩的， 它的弹性变形是由于形状的变化所致。因此，在设计制造 中，应保证橡胶元件形状改变的可能性； d.橡胶元件的散热性不好，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； e.橡胶元件的疲劳损坏，主要是由于应力集中处产生裂纹、 或橡胶和金属粘合处发生的剥离、以及在压缩时侧面产生 的摺皱等现象逐渐发展造成； f.橡胶变形受载荷形式影响较大，承受剪切载荷时橡胶弹 簧变形最大，而承受压缩载荷时变形最小。因此，承受剪 切变形的橡胶弹簧承载能力小而柔度大，承受压缩变形的 橡胶弹簧承载能力大而柔度小，受拉伸的橡胶弹簧很少用。
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橡胶件主要缺点： 不耐高温，不耐低温，耐油性差； 使用时间长容易老化； 性能离散度大，同批产品性能差别可达 10%。
23
橡胶元件主要特性： a.橡胶具有特殊的蠕变特性。即压缩橡胶元件时，载荷 加大到一定载荷后，虽不再增载，但其变形仍在继续，且卸去 载荷后，橡胶元件也不能恢复原状。这种特性通常称为时效蠕 变或弹性滞后现象。因此，橡胶的动刚度比静刚度大，其增大 的倍率与动载荷的频率和振幅有关，一般要增大10%～40%。 b.橡胶元件的性能（弹性、强度）受温度影响较大，当 温度变化后这些性能也随之改变。大多数橡胶元件随着温度升 高，刚度和强度有明显降低，随着温度降低，刚度和强度都有 提高，一般先变硬，后变脆。因此，当温度在-30°～+70°时， 设计的橡胶元件可依据不同的使用温度，选用不同材质的橡胶， 使之在一定工作温度下有比较稳定的弹性特性；
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橡胶弹簧在车辆上的安装
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6)空气弹簧 橡胶空气弹簧，又称空气悬挂。是一种夹织物 橡胶囊，内充压缩空气，可膨胀，利用气体的体积 弹性起弹簧作用的减震橡胶制品。其结构与无内胎 轮胎相似，由内胶层（气密层）、外胶层、帘布耐 压层及钢丝圈组成。一般用人工成型（类似于外胎 成型），用隔膜定型硫化机硫化制成。和金属弹簧 相比，有质量小、舒适性好、耐疲劳、使用寿命长 等优点，它同时具有减震和消音作用。广泛用于汽 车、火车及冲床等各种机械上。
并联：KΣ = K?1+K2+…+Kn 并联时弹簧系统的当量刚度等于各弹簧 刚度的代数和。 串联： KΣ = ？1/（1/K1+1/K2+…+1/Kn ) 串联时总刚度等于各个弹簧刚度的倒数 之和的倒数。当K1=K2=…=Kn=K时: KΣ =K/n 串并联同时存在时，先求各级并联的弹 簧当量刚度，再求各级串联的总刚度。
第六章 城轨车辆转向架
§6—2 转向架的主要组成部分
三、弹簧减振装置
弹簧减振装置的主要功能是：缓和和衰减车辆振 动和冲击，使车辆运行平稳，提高列车乘坐舒适性。
车辆上的弹簧减振装置分为三类： 第一类：起缓和冲击作用的弹簧装置； 第二类：起衰减振动作用的减振器； 第三类：起弹性约束作用的定位装置。
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三、弹簧减振装置
1. 弹性元件
1）弹簧装置的作用： 铁道车辆弹簧装置的作用主要体现在两方面： 一是使车辆质量及载荷比较平均的传递给各轮轴； 二是缓和因线路的不平顺、轨缝、道岔、钢轨磨耗 或沉降不均匀，以及车轮擦伤、车轮不圆、轴颈偏心等 原因引起的车辆振动和冲击。
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三、弹簧减振装置
2）弹簧的主要特性：
弹簧的主要特性有：挠度、刚度、柔度。 挠度（f）： 弹簧在外力作用下产生弹性变形的大小或弹 性位移量（动、静挠度）。
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b.扭杆弹簧 抗侧滚扭力杆主要由扭杆、扭臂和吊杆 组成。扭杆是一根具有一定扭转刚度的弹簧 杆，两端装有扭臂，通过吊杆把车底架和扭 臂的一端铰接。
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当车体发生侧滚时，连杆的垂向位移带动扭臂，并 使扭杆产生扭转变形，产生一对力偶，抑制车体的侧 滚，从而提高乘客乘坐的舒适性。
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抗侧滚扭杆在车辆上的安装
变形
橡胶弹簧 （非线性特性）
4
三、弹簧减振装置
3）弹簧串联、并联刚度计算 为了改善弹簧特性，适应安装位置及空间大小 需要，在铁路车辆上时常采用组合弹簧。这些弹簧 有并联、串联、串并联三种
5
209T型客车（转向架弹簧装置）
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货车转K2转向架
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货车转K 5转向架弹簧装置
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弹簧串联、并联刚度的计算：
18
抗侧滚扭杆在车辆上的安装
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抗侧滚扭杆在车辆上的安装
20
抗侧滚扭杆在车辆上的安装
21
5）橡胶弹簧 铁道车辆上采用的橡胶元件具有以下优点： 可以自由确定形状，使各个方向的刚度根据设计要求确 定。利用橡胶的三维特性，可使弹簧能同时承受多个方向载 荷，以便简化结构； 可避免金属件之间的磨耗，安装、拆卸简便，并不需润 滑，故有利于维修，降低维修成本； 可减轻自重； 具有较高内阻，对高频振动的减振以及隔音性有良好效 果； 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非线性特性。
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螺旋弹簧的主要参数：
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；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。
在设计车辆悬挂装置中的弹簧时，为提高车辆运行平
稳性，在结构空间位置、车钩高差等条件允许的情况下，应
尽量增大弹簧总静挠度。
转向架的弹簧装置中，时常采用双卷弹簧，个别情况