一種貨車轉向架搖枕鋼彈簧的設計及選擇方法

姚蘋桃

（重慶鐵路運輸高級技工學校 重慶 400030）

在涉及到具體運算時應知道以下重要公式：

◆彈簧的自由高度：H0= nt + d

◆彈簧的最小高度：Hb=（n + 1）d

◆彈簧在允許工作壓力下時的工作高度：H2= 0.4H0+ 0.6Hb

◆彈簧的初壓高度：H初= H工+ F

◆彈簧的實際工作壓力：P工=（H0－H工）P3/（H0－Hb）

◆彈簧最小工作壓力：P初=（H0－H初）P3 /（H0－Hb）

◆彈簧的圈數：n=F/（t－d）* P3/（P2－P1）

舉例說明：選擇貨車轉向架搖枕彈簧，其最大工作負荷為2500公斤，最小工作負荷為1200公斤，工作行程F=25毫米。

搖枕彈簧設計及選擇的步驟如下：

（1）確定最大工作負荷P2、最小工作負荷P1，和工作行程F

由題干我們知道P2=2500kg，P1=1200kg，F=25mm。

（2）確定彈簧材料直徑d及彈簧外徑D和彈簧節距t，在這過過程中我們要注意以下幾點：

①確定彈簧的負荷種類

表1

根據表1我們可以知道搖枕彈簧屬于負荷種類Ⅰ。

②確定彈簧料徑、外徑、節距等參數。

結合步驟①再根據螺旋彈簧壓縮特性表選擇合適的彈簧，這里僅只附上滿足題意的部分表格。

表2

表格中，d表示彈簧料徑，D表示彈簧外徑，t表示彈簧節距，P3表示彈簧極限負荷，P2表示彈簧最大工作負荷，根據彈簧負荷種類不同而變化，根據步驟①應知搖枕彈簧最大工作負荷P2應以0.6P3為標準選擇。

由題干知道最大工作負荷為2500KG，但表格中滿足P2＞2500KG的彈簧有很多，那么這個時候我們可根據以下標準進行選擇。

◆當彈簧的極限工作負荷很大 ，而工作行程不是太大時，應選外徑較小的值，能得到空間布置緊湊且工作壓力較大的目的[1]；◆當彈簧的極限工作負荷不太大，但是工作行程非常大時，則可選外徑較大的值。因外徑越大，節距也就越大，每一圈的彈簧允許變形也大，能夠滿足工作行程較大的要求[2]。

因為此類型彈簧應用在轉向架上，行程F =25mm，我們可選擇滿足工作行程大的一種方法，即第二種，由此我們可以確定，選擇的彈簧參數是：

d=30mm、D2=160mm、t=42、P3=4460kg、P2=2680kg。

（3）是確定彈簧的工作圈數

彈簧圈數n的公式為：

n=F/（t－d）*P3/（P2－P1）= 25×4460 /（42－30）×（2680－1200）=6.3

實際可取n=7。

（4）求彈簧的高度

①彈簧的自由高度

H0=nt + d =7×42 + 30 =324mm

②彈簧的最小高度

Hb=（n + 1）d = 8×30 =240mm

③彈簧在允許工作壓力下時的工作高度

H2=0.4H0+ 0.6Hb= 0.4×324 +0.6×240 =273.6mm則彈簧的實際高度可取：H工= 275mm

④彈簧的初壓高度

H初=H工+ F=275+25 =300mm

（5）核算

核算時應從以下方面進行：

①彈簧實際允許最大工作負荷應大于題干所給的最大負荷，小于表2中規定的最大允許工作負荷。

②彈簧實際最小工作負荷應大于題干中規定的最小工作負荷。

P工=（H0－H工）P3/（H0－Hb）=（324－275）×4460 /（324－240）=2601.7kg

P工＞ P2因此能滿足設計要求。

由表2可查得，所選彈簧允許得工作壓力為2680kg，P工＜ 2680kg，所以是安全的。

P初=（H0－H初）P3/（H0－Hb）=（324－300）×4460 /（324－240）=1274.3kg

P初＞ P1因此能滿足設計要求。

自此，搖枕彈簧設計及選用完畢。