螺旋弹簧横向静刚度计算及动刚度频变分析

张名扬，张开林，姚远

(西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川 成都 610031)

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等截面圆柱形螺旋压缩弹簧因结构简单可靠、变形范围宽泛等优点广泛应用于仪表、电器、交通运输等行业[1-3]。在轨道交通领域，螺旋弹簧被大量应用在机车车辆的悬挂装置上，起缓和因轮对行径线路不平顺、轨缝、道岔、钢轨磨耗和不均匀下沉以及车轮不圆、轴颈偏心等原因引起的振动和冲击[4]。螺旋弹簧的动态传递特性显著影响着列车运行的安全性、平稳性和舒适性，准确分析其刚度特性是保证动力学计算精度的前提。

轮轨冲击振动对列车运行速度十分敏感。列车在高速运营时，轮轨间动作用力显著增强，激励频率范围变宽[5]。激励产生的中高频振动传递到转向架及车体，造成零部件的振动特性与低速时大不相同[6]。当列车侧向通过道岔时，剧烈的轮轨横向冲击将导致十分复杂的轮岔动态相互作用，引起车辆较强的横向振动，导致较大的脱轨系数，对行车安全产生不利影响。弹簧的横向刚度关系到列车曲线通过性和横向运动性能，而振动频率又会影响弹簧动态传递特性[7]。现有文献大多仅对弹簧垂向刚度进行分析，而横向动刚度的研究近似空白，故探究不同激励频率下螺旋弹簧横向刚度特性是具有理论价值和工程意义的。

本文对螺旋弹簧的横向静刚度及动刚度进行有限元分析。依据计算结果，对Krettek刚度公式进行修正，提高公式的计算精度。……