一种货车转向架摇枕钢弹簧的设计及选择方法

姚苹桃

（重庆铁路运输高级技工学校 重庆 400030）

在涉及到具体运算时应知道以下重要公式：

◆弹簧的自由高度：H0= nt + d

◆弹簧的最小高度：Hb=（n + 1）d

◆弹簧在允许工作压力下时的工作高度：H2= 0.4H0+ 0.6Hb

◆弹簧的初压高度：H初= H工+ F

◆弹簧的实际工作压力：P工=（H0－H工）P3/（H0－Hb）

◆弹簧最小工作压力：P初=（H0－H初）P3 /（H0－Hb）

◆弹簧的圈数：n=F/（t－d）* P3/（P2－P1）

举例说明：选择货车转向架摇枕弹簧，其最大工作负荷为2500公斤，最小工作负荷为1200公斤，工作行程F=25毫米。

摇枕弹簧设计及选择的步骤如下：

（1）确定最大工作负荷P2、最小工作负荷P1，和工作行程F

由题干我们知道P2=2500kg，P1=1200kg，F=25mm。

（2）确定弹簧材料直径d及弹簧外径D和弹簧节距t，在这过过程中我们要注意以下几点：

①确定弹簧的负荷种类

表1

根据表1我们可以知道摇枕弹簧属于负荷种类Ⅰ。

②确定弹簧料径、外径、节距等参数。

结合步骤①再根据螺旋弹簧压缩特性表选择合适的弹簧，这里仅只附上满足题意的部分表格。

表2

表格中，d表示弹簧料径，D表示弹簧外径，t表示弹簧节距，P3表示弹簧极限负荷，P2表示弹簧最大工作负荷，根据弹簧负荷种类不同而变化，根据步骤①应知摇枕弹簧最大工作负荷P2应以0.6P3为标准选择。

由题干知道最大工作负荷为2500KG，但表格中满足P2＞2500KG的弹簧有很多，那么这个时候我们可根据以下标准进行选择。

◆当弹簧的极限工作负荷很大 ，而工作行程不是太大时，应选外径较小的值，能得到空间布置紧凑且工作压力较大的目的[1]；◆当弹簧的极限工作负荷不太大，但是工作行程非常大时，则可选外径较大的值。因外径越大，节距也就越大，每一圈的弹簧允许变形也大，能够满足工作行程较大的要求[2]。

因为此类型弹簧应用在转向架上，行程F =25mm，我们可选择满足工作行程大的一种方法，即第二种，由此我们可以确定，选择的弹簧参数是：

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

（3）是确定弹簧的工作圈数

弹簧圈数n的公式为：

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

实际可取n=7。

（4）求弹簧的高度

①弹簧的自由高度

H0=nt + d =7×42 + 30 =324mm

②弹簧的最小高度

Hb=（n + 1）d = 8×30 =240mm

③弹簧在允许工作压力下时的工作高度

H2=0.4H0+ 0.6Hb= 0.4×324 +0.6×240 =273.6mm则弹簧的实际高度可取：H工= 275mm

④弹簧的初压高度

H初=H工+ F=275+25 =300mm

（5）核算

核算时应从以下方面进行：

①弹簧实际允许最大工作负荷应大于题干所给的最大负荷，小于表2中规定的最大允许工作负荷。

②弹簧实际最小工作负荷应大于题干中规定的最小工作负荷。

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

P工＞ P2因此能满足设计要求。

由表2可查得，所选弹簧允许得工作压力为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因此能满足设计要求。

自此，摇枕弹簧设计及选用完毕。