车辆系统动力学第五章 轴箱
合集下载
车辆系统动力学【可编辑全文】
可编辑修改精选全文完整版车辆系统动力学车辆系统动力学是一门涉及汽车系统的动力性研究的学科，旨在分析和模拟汽车的动力性能。
它是由应用力学和流体力学原理来研究动态特性，从而为汽车开发工程人员提供关键性信息和支持，以实现车辆系统的有效运行。
车辆系统动力学的研究分为两个主要方面:静动力学和结构动力学。
静动力学是研究汽车静力学和动力学系统，以及它们之间的相互作用。
静动力学的研究内容包括汽车的刚性构件的静力学计算，汽车转矩和加速度的动态测定，车辆悬架系统的构造、测量和控制，动力性能的行驶特性测定，以及汽车的操纵和漂移特性的研究。
结构动力学包括研究汽车结构，如悬架、底盘和发动机，以及这些系统的动态特性测定。
车辆系统动力学的研究可以分为三个主要领域：实验动力学、分析动力学和仿真动力学。
实验动力学主要负责试验机械结构以及机械系统的动力特性测定。
它可以分析出机械系统的动力特性，以及机械系统和动力学分析模型之间的关系。
分析动力学是通过数学分析的方法，计算和分析汽车的动力特性。
仿真动力学则使用计算机模拟技术，模拟汽车在不同行驶条件下的性能，并进行动力学和控制分析。
车辆系统动力学是一个复杂的研究领域，需要广泛的原理、理论和技术来支持。
它为车辆开发工程人员提供关键的研究信息，以便更好地了解汽车的动力性能，从而更好地解决汽车发动机、悬架和底盘等系统的限制问题，实现更低排放、更安全的汽车运行。
车辆系统动力学的研究目标是提高汽车的动力性能：提高燃油经济性、排放控制效果，降低汽车维护成本，延长汽车使用寿命，减少汽车故障发生率，并提高汽车在不同地形环境下的行驶质量。
未来，随着新技术的发展，车辆系统动力学的研究将不断进步，为汽车的改进和开发提供可靠的技术支持。
从而，车辆系统动力学是一门跨学科领域的非常重要的研究领域，它不仅涉及传统的汽车工程学科，还涉及力学、控制、物理、流体、电子、计算机等学科，是一门复杂而又有应用前景的学科。
因此，车辆系统动力学是汽车研发、维护和诊断的重要基础，也是汽车系统安全、经济、高效运行的关键。
汽车系统动力学第5章 纵向动力学性能分析
第一节 动力的需求与供应
二 车辆的动力供应
图5-5 不同输入转矩下传 动系统的传动效率
图5-6 发动机额定转矩和 净转矩随转速的变化
第一节 动力的需求与供应
二 车辆的动力供应
若驱动轮滚动半径为rd,根据净转矩Mn的定义,则可得到驱动力 Fx为: Fx=MH/rd=Mnigi0/rd(5-12) 若车辆传动系统效率为ηt,则驱动力Fx为: Fx=Mnigi0/rd=ηtMeigi0/rd(5-13) 根据车辆的动力需求式(5-9)和动力供应式(5-13),即得到车 辆沿前进方向的动力供求平衡方程为: =(δimv+mc)ax+(iG+fR)(mv+mc)g+CDAu2(5-14)
第二节 动力性
三 加速能力
车辆的加速能力通常由可达到的最大加速度来表示。由于车辆 加速时需同时考虑其平移质量和转动质量的影响,前面已经定 义了一个传动系统传动比为i时的旋转质量换算系数δi。因此, 若车辆可能达到的最大加速度为amax,此时瞬时后备驱动力 Fx,ex全部用来克服加速阻力,则可得到以下关系: Fx,ex=(δimv+mc)amax(5-16) amax=(5-17) 若不考虑旋转质量的影响(即令δi=1),则加速性能曲线与后备 驱动力曲线一致。
图5-3 车辆上坡时的行驶阻力曲线图
第一节 动力的需求与供应
一 车辆对动力的需求
各行驶阻力分量对总行驶阻力的影响程度与车辆的行驶状态有 关。通常,对野外高速行驶的乘用车而言,空气阻力起主导作用; 而对商用货车,空气阻力的影响相对较小。图5-4所示为典型 商用车在不同行驶条件下各阻力分量 引起的相对燃油消耗百分比。需强调的是,除空气阻力外,其他 所有行驶阻力分量均与车重有关。这也意味着减小车重对节省 能耗有显著意义。
车辆动力学基础
车辆动力学基础第一章1．车体在空间的位置由6个自由度的运动系统描述。
浮沉、摇头、点头、横摆、伸缩、侧滚2．轴重：铁道车辆的轴重是指车辆每一根轮轴能够承受的允许静载。
3．轴距：是指同一转向架下两轮轴中心之间的纵向距离。
4．轴箱悬挂：是将轴箱和构架在纵向、横向以及垂向联结起来、并使两者在这三个方向的相对运动受到相互约束的装置。
5．中央悬挂：是将车体和构架/侧架联结在一起的装置，一般具有衰减车辆系统振动、提高车辆运行平稳性和舒适性的作用。
6．曲线通过：曲线通过是指车辆通过曲线时，曲线通过能力的大小，反映在系统指标上，主要表现为车辆轮轨横向力、轮对冲角以及轮轨磨耗指数等的大小上。
7．自由振动：是指在短时间内，由于某种瞬间或过渡性的外部干扰而产生的振动，其振动振幅如果逐渐变小，该系统将趋于稳定；相反，若振幅越来越大，则系统将不稳定。
第二章1．车辆的动力性能主要包括运行稳定性（安全性）、平稳性（舒适性）以及通过曲线能力等。
2．车辆脱轨根据过程不同大体可分为爬轨脱轨、跳轨脱轨、掉道脱轨。
3．目前我国车辆部门主要采用脱轨系数和轮重减载率两项指标。
4．当横向力作用时间t小于0.05s时，用0.04/t计算所得的值作为标准值。
5．不仅仅依靠脱轨系数来判断安全性的原因：（1）轮重较小时与其对应的横向力一般也较小，计算脱轨系数时受到轮重和横向力的测量误差的影响就较大，因此要获得正确的脱轨系数比较困难。
（2）垂向力较小时，使用该垂向力和与其对应的横向力得到的脱轨系数很容易达到脱轨限界值；另一方面，单侧车轮轮重减小时，另一侧车轮轮重一般会增大，此时极小的轮对冲角变化会导致较大的横向力，从而加大了脱轨的危险性。
（3）根据多次线路试验来看，与其说脱轨系数值较大容易导致列车脱轨，还不如说轮重减少的越多越容易导致列车脱轨。
6．评价铁道车辆乘坐舒适性最直接的指标就是车体振动加速度。
第三章1．轮对的组成：轮对由一根车抽和两个相同的车轮组成。
05第五章 汽车操纵动力学
3.转弯时的轮胎垂向力和侧倾角
（1）轮胎力的前后分配 （2）各个分配系数的核对
图 5-34 各系数的关系
5.6.2 在包括内倾工况下的参数研究 ⒈ 技术参数说明
基本技术参数说明 表5-4
变量列表
表5-5
⒉结果分析
rR1 图5-35 IdU /rR1的关系
rR1 图5-36 IdU /rR1的变化关系
稳 定 性
回正性 直线行驶性（侧向风敏感 性﹑路面不平敏感性）
§5.3汽车操纵稳定性模型建立的坐标系
5.3.1 轮胎与车轮的坐标系
图5-2 轮胎与车轮轴坐标系
5.3.2
车辆的坐标系
图5-3 车辆坐标系
5.3.3惯性、车辆及中间坐标系
说明： 1.Z轴平行于ZE轴 2.X轴位于包含XV轴的铅 垂平面内 3.XE轴与X轴的夹角为
5.4.4频率响应特性
⒈用横摆角速度表示 频率响应函数 H j 为
r
H j r
B1 j B0 r 2 2 20j 0
B C j（5－10）
图5-11 横摆角速度幅频特性
后轮侧偏刚度
绕z轴转动惯量
kr
Iz
N/rad
kgm2
22500
1850
各种因素对汽车操纵稳定性的影响
1）不同速度下的特性
2）不同轮胎对应的特性
图5-17不同车速时小型车横摆角速度瞬态响应
图5-18后轮安装不同轮胎时的角速度瞬态响应
§5.5线性三自由度汽车操纵稳定性模型
5.5.1三自由度操纵稳定性模型建立
车辆系统动力学第五讲学习资料
• 半径大的车轮试图向前多行走一些距离，但是由于 左右车轮联结在同一根车轴上，只能以平均速度前 进，结果使得半径较大的车轮向着被拉回的方向滑 动，半径较小的车轮向行进方向滑动，同时车轮也 绕垂直轴作回转运动，该回转运动使得接触面上产 生回转滑动现象。
三、蠕滑率与蠕滑力确定
• 滑动的大小称为蠕滑率。 • 蠕滑率可以根据接触面的移动速度得到。 • 1、蠕滑率定义 • 2、蠕滑力与蠕滑系数
• 上式仅适用于新轮和新轨接触状态。
三、Kalker滚动接触线性理论
• 理论：认为各项蠕滑率都很小时，滑动区也就很 小，其影响可以忽略。因此，可以假定黏着区覆 盖了轮轨接触的全部面积。
• 质点进入接触区时，先在前导边缘处接触，在此 瞬间，尚未产生切向力，此后质点即沿并平行于 滚动方向穿过接触区，由于无滑动的结果，切向 力即逐步增长，最后，质点在接触区的后端边缘 处离开，与此同时，切向力再降落为零。
• 1、蠕滑率定义
• Carter定义的纵向蠕滑率和横向蠕滑率分别 为：
• 20世纪70年代初，UIC考虑到在较大蠕滑情 况下车轮在钢轨上的运动，对蠕滑率作了
更为确切的定义，使蠕滑率的物理概念更 为清晰。
• 以轮轨接触椭圆的中心为原点，建立O123坐标系 统。O1轴为车轮前进方向，它与Ox轴相重合； O2轴在轮轨接触平面内，大致与车轴轴线方向平 行（与车轴方向有一摇头角ψ），且在yz平面内， 与Oy轴间的夹角即为接触角δ；O3轴为接触椭圆 的法向。实际上，只要将Oxyz坐标系绕Ox轴转动 一接触角δ，即成为O123坐标系统。
在正常情况下，当车轮沿纵向滚动时，AOF表示其接触表面。开始 接触于A点，脱离于F点，曲线ABF表示极限切向力的分布，而且 ADCF是切向力的实际分布曲线。
三、蠕滑率与蠕滑力确定
• 滑动的大小称为蠕滑率。 • 蠕滑率可以根据接触面的移动速度得到。 • 1、蠕滑率定义 • 2、蠕滑力与蠕滑系数
• 上式仅适用于新轮和新轨接触状态。
三、Kalker滚动接触线性理论
• 理论：认为各项蠕滑率都很小时，滑动区也就很 小，其影响可以忽略。因此，可以假定黏着区覆 盖了轮轨接触的全部面积。
• 质点进入接触区时，先在前导边缘处接触，在此 瞬间，尚未产生切向力，此后质点即沿并平行于 滚动方向穿过接触区，由于无滑动的结果，切向 力即逐步增长，最后，质点在接触区的后端边缘 处离开，与此同时，切向力再降落为零。
• 1、蠕滑率定义
• Carter定义的纵向蠕滑率和横向蠕滑率分别 为：
• 20世纪70年代初，UIC考虑到在较大蠕滑情 况下车轮在钢轨上的运动，对蠕滑率作了
更为确切的定义，使蠕滑率的物理概念更 为清晰。
• 以轮轨接触椭圆的中心为原点，建立O123坐标系 统。O1轴为车轮前进方向，它与Ox轴相重合； O2轴在轮轨接触平面内，大致与车轴轴线方向平 行（与车轴方向有一摇头角ψ），且在yz平面内， 与Oy轴间的夹角即为接触角δ；O3轴为接触椭圆 的法向。实际上，只要将Oxyz坐标系绕Ox轴转动 一接触角δ，即成为O123坐标系统。
在正常情况下，当车轮沿纵向滚动时，AOF表示其接触表面。开始 接触于A点，脱离于F点，曲线ABF表示极限切向力的分布，而且 ADCF是切向力的实际分布曲线。
车辆系统动力学第七讲
第五章 客车悬挂系统与车辆 动力学性能关系
主要内容：
第一节 客车轴箱悬挂系统
第二节 客车中央悬挂系统
第三节 不同速度客车转向架悬挂特点 第四节 轴箱定位参数对系统动力学性能 影响 第五节 中央悬挂参数与系统动力学性能 关系
第三节 不同速度客车转向架悬挂特点
一、普通客车转向架悬挂特点 中央悬挂装置为外侧圆弹簧悬挂，其缺点是在空 载和满载时，车体和构架间在垂向上有较大的相 对位移，并且一般不能够提供较大的横向和纵向 相对位移，不能够很好地防止车辆高频振动的传 递； 减振形式单一，一般只在中央悬挂位置设置垂向 油压减振器，而无中央悬挂横向减振器和轴箱垂 向减振器等。
第四节 轴箱定位参数对系统动力学性能 影响
• 转向架的任务是满足车辆不同运行速度下稳定性 要求和良好的曲线通过能力，并尽可能降低传递 给车体的动态作用。 • 为了提高车辆运行的平稳性，车辆必须在走行部 安装缓和冲击和衰减振动的装置，最大限度地实 现车辆系统优良的动力学性能。
• 车辆上采用的弹簧减振装置，按其主要作用的不 同，分为三类： 主要起缓和冲击作用的弹簧装置，如中央及轴箱 螺旋弹簧； 主要起衰减（消耗能量）振动作用的减振装置， 如垂向、横向以及抗蛇行减振器； 主要起定位（弹性约束）作用的定位装置，如轴 箱轮对前后和左右方向的弹性定位装置。
• 五、中央悬挂横向跨距
二系横向悬挂距离越大系统临界速度越高。 横向悬挂距离越大，支撑车体的面积也越大，系统 也就越稳定。
第六节 高速动车组轴箱载荷特性
• 高速动车组轮对与构架间轴箱载荷一般有 四种： 轴箱弹簧力 定位节点横向力 定位节点纵向力 轴箱垂向减振器阻尼力。
• 一、轴箱弹簧垂向载荷
• 轮轨横向力小使得轮轴横向力和轨排力小，不至 于影响到轴箱滚动轴承受力状态和产生轨道整体 平移，进而恶化轨道不平顺； • 轮轨脱轨系数和减载率低是为了确保曲线通过时 的安全性，磨耗功率小是为了减轻轮轨间磨耗， • 轮对冲角小是为了使得轮对在曲线通过时能够以 径向位置顺利通过曲线。
主要内容：
第一节 客车轴箱悬挂系统
第二节 客车中央悬挂系统
第三节 不同速度客车转向架悬挂特点 第四节 轴箱定位参数对系统动力学性能 影响 第五节 中央悬挂参数与系统动力学性能 关系
第三节 不同速度客车转向架悬挂特点
一、普通客车转向架悬挂特点 中央悬挂装置为外侧圆弹簧悬挂，其缺点是在空 载和满载时，车体和构架间在垂向上有较大的相 对位移，并且一般不能够提供较大的横向和纵向 相对位移，不能够很好地防止车辆高频振动的传 递； 减振形式单一，一般只在中央悬挂位置设置垂向 油压减振器，而无中央悬挂横向减振器和轴箱垂 向减振器等。
第四节 轴箱定位参数对系统动力学性能 影响
• 转向架的任务是满足车辆不同运行速度下稳定性 要求和良好的曲线通过能力，并尽可能降低传递 给车体的动态作用。 • 为了提高车辆运行的平稳性，车辆必须在走行部 安装缓和冲击和衰减振动的装置，最大限度地实 现车辆系统优良的动力学性能。
• 车辆上采用的弹簧减振装置，按其主要作用的不 同，分为三类： 主要起缓和冲击作用的弹簧装置，如中央及轴箱 螺旋弹簧； 主要起衰减（消耗能量）振动作用的减振装置， 如垂向、横向以及抗蛇行减振器； 主要起定位（弹性约束）作用的定位装置，如轴 箱轮对前后和左右方向的弹性定位装置。
• 五、中央悬挂横向跨距
二系横向悬挂距离越大系统临界速度越高。 横向悬挂距离越大，支撑车体的面积也越大，系统 也就越稳定。
第六节 高速动车组轴箱载荷特性
• 高速动车组轮对与构架间轴箱载荷一般有 四种： 轴箱弹簧力 定位节点横向力 定位节点纵向力 轴箱垂向减振器阻尼力。
• 一、轴箱弹簧垂向载荷
• 轮轨横向力小使得轮轴横向力和轨排力小，不至 于影响到轴箱滚动轴承受力状态和产生轨道整体 平移，进而恶化轨道不平顺； • 轮轨脱轨系数和减载率低是为了确保曲线通过时 的安全性，磨耗功率小是为了减轻轮轨间磨耗， • 轮对冲角小是为了使得轮对在曲线通过时能够以 径向位置顺利通过曲线。
车辆系统动力学
ห้องสมุดไป่ตู้
2. 系统具有整体性
系统虽是由多种元素组成，但系统的性能不 是各元素性能的简单组合，而是相互影响的，所 以这种组合使系统的整体功能获得新的内容，具 有更高的价值。例如一辆汽车是由发动机、传动 系、车轮、车身、操纵系统组成。单有发动机只 能发出动力，不会自己行走，但当发动机装在具 有车轮的汽车底盘上，就成为可以行走的汽车， 成为一种交通工具，其功能就与一台发动机大不 相同。由此可见，研究系统特性应从整体的观点 来看。系统的性能是由其整体性能为代表，而不 是由某一个元素所能代替的。
1.3 汽车系统动力学的 研究方法
• 1.3.1 比例的物理模型 • 1.3.2 数学等效模型 • 1.3.3 数学模型
1.3.1 比例的物理模型
模型与实物的物理本质相同，仅在尺 寸上有差别。
尺寸比例为 1 ：1 的，即称为足尺模 型，如撞车试验中的汽车模型。
按比例缩小的，即为缩尺模型。例 如风洞试验中的汽车模型，用以预测空气 动力学性能；造波池中船体模型；土木工 程中结构模型；光弹分析中金属零件的塑 料模型以及电路设计中的电路板模型。
车辆系统动力学
目录
第一章 绪论 第二章 路面 第三章 汽车空气动力学 第四章 充气轮胎动力学 第五章 汽车转向系统动力学 第六章 驾驶员-汽车闭环操纵系统动力学 第七章 汽车前轴和转向轮系统的振动 第八章 动力转向系统动力学 第九章 汽车悬架控制系统动力学 第十章 汽车碰撞研究的几个基本问题 第十一章 多刚体系统动力学及其在汽车中的应用
根据美国著名学者绪方胜彦的定义： “讨论动态系统的数学模型和响应的学 科”。
1.2 汽车系统动力学的研究内 容和特点
1.2.1 汽车系统动力学的研究特点：
1. 系统动力学要对系统所处环境进行研究，并找 出其特性，如路面不平整特性、空气动力特性等， 在此基础上对系统在真实环境下进行动态分析；
2. 系统具有整体性
系统虽是由多种元素组成，但系统的性能不 是各元素性能的简单组合，而是相互影响的，所 以这种组合使系统的整体功能获得新的内容，具 有更高的价值。例如一辆汽车是由发动机、传动 系、车轮、车身、操纵系统组成。单有发动机只 能发出动力，不会自己行走，但当发动机装在具 有车轮的汽车底盘上，就成为可以行走的汽车， 成为一种交通工具，其功能就与一台发动机大不 相同。由此可见，研究系统特性应从整体的观点 来看。系统的性能是由其整体性能为代表，而不 是由某一个元素所能代替的。
1.3 汽车系统动力学的 研究方法
• 1.3.1 比例的物理模型 • 1.3.2 数学等效模型 • 1.3.3 数学模型
1.3.1 比例的物理模型
模型与实物的物理本质相同，仅在尺 寸上有差别。
尺寸比例为 1 ：1 的，即称为足尺模 型，如撞车试验中的汽车模型。
按比例缩小的，即为缩尺模型。例 如风洞试验中的汽车模型，用以预测空气 动力学性能；造波池中船体模型；土木工 程中结构模型；光弹分析中金属零件的塑 料模型以及电路设计中的电路板模型。
车辆系统动力学
目录
第一章 绪论 第二章 路面 第三章 汽车空气动力学 第四章 充气轮胎动力学 第五章 汽车转向系统动力学 第六章 驾驶员-汽车闭环操纵系统动力学 第七章 汽车前轴和转向轮系统的振动 第八章 动力转向系统动力学 第九章 汽车悬架控制系统动力学 第十章 汽车碰撞研究的几个基本问题 第十一章 多刚体系统动力学及其在汽车中的应用
根据美国著名学者绪方胜彦的定义： “讨论动态系统的数学模型和响应的学 科”。
1.2 汽车系统动力学的研究内 容和特点
1.2.1 汽车系统动力学的研究特点：
1. 系统动力学要对系统所处环境进行研究，并找 出其特性，如路面不平整特性、空气动力特性等， 在此基础上对系统在真实环境下进行动态分析；
车辆系统动力学资料课件
车辆系统动力学资料课件
• 车辆系统动力学概述 • 车辆动力学模型建立与仿真 • 车辆系统动力学性能分析与优化 • 车辆系统动力学控制策略与应用 • 总结与展望
01 车辆系统动力学概述
车辆系统动力学的发展历程
20世纪60年代
20世纪70年代
车辆系统动力学开始得到关注和研究，主 要涉及车辆的稳定性、操纵性和乘坐舒适 性等方面。
车辆系统动力学优化实例
实例1
某型汽车的稳定性优化，通过优化悬挂系统和车身结构，显著提高 了车辆在高速行驶和弯道行驶时的稳定性。
实例2
某型卡车的平顺性优化，通过优化驾驶室和货箱的结构，有效降低 了驾驶员在长途运输中的疲劳程度和货物的破损率。
实例3
某型跑车的操控性优化，通过优化车身结构、悬挂系统和制动系统 ，提高了车辆在高速行驶和紧急制动情况下的操控性能。
03
研究成果与应用
研究人员已经将车辆系统动力学控制 策略应用于实际车辆中，并取得了良 好的控制效果。
车辆系统动力学控制算法设计与实现
控制算法设计
算法实现方法
算法实现方法包括基于MATLAB/Simulink的仿真 实现、基于实际车辆的实验实现等。
车辆系统动力学控制算法的设计需要考虑多 种因素，如车辆动力学特性、道路条件、驾 驶员行为等。
随着计算机技术的发展，车辆系统动力学 开始进入仿真模拟阶段，通过计算机模拟 来研究车辆的动力学行为。
20世纪80年代
20世纪90年代至今
车辆系统动力学的研究范围不断扩大，开 始涉及到安全、控制、智能驾驶等领域。
车辆系统动力学得到了广泛应用，不仅在 汽车领域，还在航空、航天、军事等领域 得到应用。
车辆系统动力学的研究对象和研究方法
• 车辆系统动力学概述 • 车辆动力学模型建立与仿真 • 车辆系统动力学性能分析与优化 • 车辆系统动力学控制策略与应用 • 总结与展望
01 车辆系统动力学概述
车辆系统动力学的发展历程
20世纪60年代
20世纪70年代
车辆系统动力学开始得到关注和研究，主 要涉及车辆的稳定性、操纵性和乘坐舒适 性等方面。
车辆系统动力学优化实例
实例1
某型汽车的稳定性优化，通过优化悬挂系统和车身结构，显著提高 了车辆在高速行驶和弯道行驶时的稳定性。
实例2
某型卡车的平顺性优化，通过优化驾驶室和货箱的结构，有效降低 了驾驶员在长途运输中的疲劳程度和货物的破损率。
实例3
某型跑车的操控性优化，通过优化车身结构、悬挂系统和制动系统 ，提高了车辆在高速行驶和紧急制动情况下的操控性能。
03
研究成果与应用
研究人员已经将车辆系统动力学控制 策略应用于实际车辆中，并取得了良 好的控制效果。
车辆系统动力学控制算法设计与实现
控制算法设计
算法实现方法
算法实现方法包括基于MATLAB/Simulink的仿真 实现、基于实际车辆的实验实现等。
车辆系统动力学控制算法的设计需要考虑多 种因素，如车辆动力学特性、道路条件、驾 驶员行为等。
随着计算机技术的发展，车辆系统动力学 开始进入仿真模拟阶段，通过计算机模拟 来研究车辆的动力学行为。
20世纪80年代
20世纪90年代至今
车辆系统动力学的研究范围不断扩大，开 始涉及到安全、控制、智能驾驶等领域。
车辆系统动力学得到了广泛应用，不仅在 汽车领域，还在航空、航天、军事等领域 得到应用。
车辆系统动力学的研究对象和研究方法
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一节 车辆悬挂 第二节 车辆系统动力学性能对轴箱定位要求 第三节 客车轴箱定位结构 第四节 中央悬挂装置 第五节 不同速度客车悬挂特点
第五章 轴箱定位型式
任尊松
6
第一节 车辆悬挂
悬挂装置种类：
中央弹簧装置（绝大多数客车、货车） 弹性旁承支重结构（低速客车） 各种型式的减振器 轴箱弹簧装置（绝大多数客车、少量新型货车） 轴箱定位装置（高速客车普遍采用）
第五章 轴箱定位型式
任尊松
15
第二节 动力学性能对轴箱定位要求
1、轴箱定位装置基本功能：
➢ 抑制蛇行运动，确保车辆运动的安全性和稳定性。 ➢ 将轮对和构架或侧架联结在一起，使轮对的转动转化
为车体沿钢轨的平动，并限制轮对过大的横向移动； ➢ 将车辆的垂直、水平载荷（包括牵引力和制动力）传
递给轮对； ➢ 将轴承密封，并保证良好的润滑性能，减少摩擦，降
第五章 轴箱定位型式
任尊松
12
弹簧静挠度确定
限制条件： • 车钩高度变化：要求相邻两节车辆的车钩高
度不超过一定的限度； • 空间结构位置：增加静挠度受到空间结构位
置限制； • 弹簧材料强度和规格：受到产品规格限制； • 车体在簧上的侧滚角：车体倾斜不能过大； • 基础制动等装置的悬挂位置限制。
第五章 轴箱定位型式
轴箱定位装置：在轴箱装置中，轴承在内侧定位 轴箱，轴箱与安装了轴箱弹簧的转向架一起上下 运动，同时在前后（纵向）和左右（横向）方向 上固定、定位转向架构架，使得轮对和构架（或 侧架）两者间的相对运动受到相互约束，因此从 这一角度来说，轴箱装置又称为轴箱定位装置。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
5
主要内容
任尊松
8
悬挂装置设计要求
• 减小振动 • 抑制蛇行运动 • 保证运行安全 • 有利于曲线通过 • 满足检修、制造 • 使用耐久可靠 • 成本低 • 通用性好
第五章 轴箱定位型式
动力学性能
制造与成本
任尊松
9
悬挂装置设计优选
• 线路状态 • 车辆检修运用条件 • 技术设备和要求 • 其他因素
优选
第五章 轴箱定位型式
任尊松
13
二、弹簧挠度比的合理分配
• 基本原则：通常将静挠度的大部分分配在中 央弹簧；
• 基本因素：弹簧静挠度的大小和分配决定了 系统的自振频率和主振型，即决定了系统的 自振特性；
• 车体以低频振动为主，构架以高频振动为主。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
14
弹簧挠度比的合理分配
考虑的主要因素：
• 对平稳性的影响 • 对稳定性的影响 • 空间位置的可能性 • 空间位置的合理性
1. 干摩擦导柱式弹性定位
第五章 轴箱定位型式
任尊松
22
第五章 轴箱定位型式
任尊松
23
定位方式
➢ 组成：导柱、导柱定位座、弹性定位套、橡 胶缓冲垫；
➢ 配合：弹性定位套内套与弹簧支柱间动配合， 端盖与弹簧支柱下端内圆面过盈配合；
➢ 功能实现：定位间隙很小，且弹性定位套中 的橡胶具有一定的刚度，实现轮对轴箱与构 架间在纵向与横向的定位，能够起到抑制轮 对蛇形运动的作用。
第五章 轴箱定位 任尊松
北京交通大学
第五章 轴箱定位型式
任尊松
1
第五章 轴箱定位型式
任尊松
第五章 轴箱定位型式
任尊松
第七章 轴箱定位型式
任尊松
4
轴箱定位
轴箱定位：轴箱悬挂装置主要由轴箱弹簧、垂向 减振器和定位装置组成。轴箱与构架的连接方式 对车辆系统动力学性能有着十分重要的影响，这 一连接通常称为轴箱定位。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
17
轴箱定位装置基本目的
➢ 提高蛇行运动的临界速度； ➢ 保持车辆直线区段高速运行稳定性
和平稳性； ➢ 提高车辆曲线通过性能，有利于缓
和由于线路不平顺而产生的横向力； ➢ 减轻车轮与钢轨磨耗。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
18
第三节 客车轴箱定位结构
➢ 为了引导轴箱的上下运动，轴箱架的前后、左右 侧都设有光滑平面。如果磨损增加而使其松动， 就会发生单轴蛇行运动，进而加剧左右晃动。
任尊松
10
弹簧装置参数确定
弹簧静挠度确定 (原则、方法、限制条件)
弹簧挠度比的合理定位型式
任尊松
11
弹簧静挠度确定
基本原则：
增大静挠度。选择柔软的弹簧装置，加大弹簧 静挠度，可降低车体自振频率和运行中的振动 加速度。
基本方法：
转向架通常采用串联的两系弹簧悬挂装置，以 获得更大的弹簧总静挠度，达到改善振动性能 的目的。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
7
悬挂装置作用
• 传递车辆载荷 • 缓和和衰减车辆振动
作用性能：对于保证车辆运行的平稳性和安全 性具有重要的意义。
车辆的运行性能主要决定于悬挂装置中诸如弹 簧和各种弹簧元件、减振器、弹簧支承以及各 种拉杆、定位装置等的结构型式的选择是否合 理，设计参数是否选用恰当。
第五章 轴箱定位型式
➢ 为了达到高速行驶，一直以来都在研究无间隙构 造。即使定位非常牢固，也需要随着弹簧的上下 运动而发生变形的弹性，其前后左右的刚性会对 车辆的行驶性能产生很大的影响，就这一点，一 直以来都在进行各种研究。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
19
轴箱悬挂主要部件
➢ 轴箱钢弹簧—提供垂向刚度,传递车轮与构 架之间载荷，影响乘座舒适性；
低运行阻力； ➢ 防止雨水、灰尘等异物侵入，使其具有良好的使用环
境，保证车辆安全、可靠运行。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
16
轴箱定位装置基本要求
纵向和横向应该具有合适的定位刚度值， 且一般有纵向定位刚度值大、横向定位 刚度值小；
结构简单可靠； 无磨耗或少磨耗； 制造检修方便； 重量轻； 成本低。
➢ 轴箱定位装置—提供纵向、横向定位刚度及 部分垂向刚度；
➢ 轴箱垂向减振器—提供垂向减振器阻尼，降 低转向架垂向（点头）振动,改善垂向振动 性能 ；
第五章 轴箱定位型式
任尊松
20
轴箱定位形式
干摩擦导柱式弹性定位 橡胶堆定位 拉板式定位 拉杆式定位 转臂式定位
第五章 轴箱定位型式
任尊松
21
第五章 轴箱定位型式
任尊松
24
性能评估
➢ 优点：定位严密、转动灵活，能抑制轮对蛇行 运动，保持轮对轴箱装置纵、横向定位作用。
➢ 缺点：曲线通过能力受到限制，高速运行稳定 性差。
➢ 应用转向架：206、206G、206P 、209T、209P、 209PK（普通客车转向架）。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
6
第一节 车辆悬挂
悬挂装置种类：
中央弹簧装置（绝大多数客车、货车） 弹性旁承支重结构（低速客车） 各种型式的减振器 轴箱弹簧装置（绝大多数客车、少量新型货车） 轴箱定位装置（高速客车普遍采用）
第五章 轴箱定位型式
任尊松
15
第二节 动力学性能对轴箱定位要求
1、轴箱定位装置基本功能：
➢ 抑制蛇行运动，确保车辆运动的安全性和稳定性。 ➢ 将轮对和构架或侧架联结在一起，使轮对的转动转化
为车体沿钢轨的平动，并限制轮对过大的横向移动； ➢ 将车辆的垂直、水平载荷（包括牵引力和制动力）传
递给轮对； ➢ 将轴承密封，并保证良好的润滑性能，减少摩擦，降
第五章 轴箱定位型式
任尊松
12
弹簧静挠度确定
限制条件： • 车钩高度变化：要求相邻两节车辆的车钩高
度不超过一定的限度； • 空间结构位置：增加静挠度受到空间结构位
置限制； • 弹簧材料强度和规格：受到产品规格限制； • 车体在簧上的侧滚角：车体倾斜不能过大； • 基础制动等装置的悬挂位置限制。
第五章 轴箱定位型式
轴箱定位装置：在轴箱装置中，轴承在内侧定位 轴箱，轴箱与安装了轴箱弹簧的转向架一起上下 运动，同时在前后（纵向）和左右（横向）方向 上固定、定位转向架构架，使得轮对和构架（或 侧架）两者间的相对运动受到相互约束，因此从 这一角度来说，轴箱装置又称为轴箱定位装置。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
5
主要内容
任尊松
8
悬挂装置设计要求
• 减小振动 • 抑制蛇行运动 • 保证运行安全 • 有利于曲线通过 • 满足检修、制造 • 使用耐久可靠 • 成本低 • 通用性好
第五章 轴箱定位型式
动力学性能
制造与成本
任尊松
9
悬挂装置设计优选
• 线路状态 • 车辆检修运用条件 • 技术设备和要求 • 其他因素
优选
第五章 轴箱定位型式
任尊松
13
二、弹簧挠度比的合理分配
• 基本原则：通常将静挠度的大部分分配在中 央弹簧；
• 基本因素：弹簧静挠度的大小和分配决定了 系统的自振频率和主振型，即决定了系统的 自振特性；
• 车体以低频振动为主，构架以高频振动为主。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
14
弹簧挠度比的合理分配
考虑的主要因素：
• 对平稳性的影响 • 对稳定性的影响 • 空间位置的可能性 • 空间位置的合理性
1. 干摩擦导柱式弹性定位
第五章 轴箱定位型式
任尊松
22
第五章 轴箱定位型式
任尊松
23
定位方式
➢ 组成：导柱、导柱定位座、弹性定位套、橡 胶缓冲垫；
➢ 配合：弹性定位套内套与弹簧支柱间动配合， 端盖与弹簧支柱下端内圆面过盈配合；
➢ 功能实现：定位间隙很小，且弹性定位套中 的橡胶具有一定的刚度，实现轮对轴箱与构 架间在纵向与横向的定位，能够起到抑制轮 对蛇形运动的作用。
第五章 轴箱定位 任尊松
北京交通大学
第五章 轴箱定位型式
任尊松
1
第五章 轴箱定位型式
任尊松
第五章 轴箱定位型式
任尊松
第七章 轴箱定位型式
任尊松
4
轴箱定位
轴箱定位：轴箱悬挂装置主要由轴箱弹簧、垂向 减振器和定位装置组成。轴箱与构架的连接方式 对车辆系统动力学性能有着十分重要的影响，这 一连接通常称为轴箱定位。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
17
轴箱定位装置基本目的
➢ 提高蛇行运动的临界速度； ➢ 保持车辆直线区段高速运行稳定性
和平稳性； ➢ 提高车辆曲线通过性能，有利于缓
和由于线路不平顺而产生的横向力； ➢ 减轻车轮与钢轨磨耗。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
18
第三节 客车轴箱定位结构
➢ 为了引导轴箱的上下运动，轴箱架的前后、左右 侧都设有光滑平面。如果磨损增加而使其松动， 就会发生单轴蛇行运动，进而加剧左右晃动。
任尊松
10
弹簧装置参数确定
弹簧静挠度确定 (原则、方法、限制条件)
弹簧挠度比的合理定位型式
任尊松
11
弹簧静挠度确定
基本原则：
增大静挠度。选择柔软的弹簧装置，加大弹簧 静挠度，可降低车体自振频率和运行中的振动 加速度。
基本方法：
转向架通常采用串联的两系弹簧悬挂装置，以 获得更大的弹簧总静挠度，达到改善振动性能 的目的。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
7
悬挂装置作用
• 传递车辆载荷 • 缓和和衰减车辆振动
作用性能：对于保证车辆运行的平稳性和安全 性具有重要的意义。
车辆的运行性能主要决定于悬挂装置中诸如弹 簧和各种弹簧元件、减振器、弹簧支承以及各 种拉杆、定位装置等的结构型式的选择是否合 理，设计参数是否选用恰当。
第五章 轴箱定位型式
➢ 为了达到高速行驶，一直以来都在研究无间隙构 造。即使定位非常牢固，也需要随着弹簧的上下 运动而发生变形的弹性，其前后左右的刚性会对 车辆的行驶性能产生很大的影响，就这一点，一 直以来都在进行各种研究。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
19
轴箱悬挂主要部件
➢ 轴箱钢弹簧—提供垂向刚度,传递车轮与构 架之间载荷，影响乘座舒适性；
低运行阻力； ➢ 防止雨水、灰尘等异物侵入，使其具有良好的使用环
境，保证车辆安全、可靠运行。
第五章 轴箱定位型式
任尊松
16
轴箱定位装置基本要求
纵向和横向应该具有合适的定位刚度值， 且一般有纵向定位刚度值大、横向定位 刚度值小；
结构简单可靠； 无磨耗或少磨耗； 制造检修方便； 重量轻； 成本低。
➢ 轴箱定位装置—提供纵向、横向定位刚度及 部分垂向刚度；
➢ 轴箱垂向减振器—提供垂向减振器阻尼，降 低转向架垂向（点头）振动,改善垂向振动 性能 ；
第五章 轴箱定位型式
任尊松
20
轴箱定位形式
干摩擦导柱式弹性定位 橡胶堆定位 拉板式定位 拉杆式定位 转臂式定位
第五章 轴箱定位型式
任尊松
21
第五章 轴箱定位型式
任尊松
24
性能评估
➢ 优点：定位严密、转动灵活，能抑制轮对蛇行 运动，保持轮对轴箱装置纵、横向定位作用。
➢ 缺点：曲线通过能力受到限制，高速运行稳定 性差。
➢ 应用转向架：206、206G、206P 、209T、209P、 209PK（普通客车转向架）。