铁路货车变刚度弹簧组疲劳强度设计方法研究

（：JournalofMechanicalStrength2006，281）141"145

#################################################################!研究简报!

铁路货车变刚度弹簧组疲劳强度设计方法研究"

STUDYONFATIGUEDESIGNMET ODOFALTER-RIGIDITYCOIL

SPRINGSETOFRAILWAYVE ICLE

""商跃进

王红

（兰州交通大学机电工程学院，兰州730070）

SHANGyuejinWANGHon9

（SchoolofMechano-ElectronicEngineering，LanzhoujiaotongUnioersity，Lanzhou730070，China）

摘要

根据不等高变刚度弹簧组的运用特点，提出采用“当量挠度法”对变刚度弹簧组进行疲劳强度设计的方法。

利用弹簧的运用实践和相关标准，提出确定弹簧疲劳性能参数的经验方法，以两种货车转向架变刚度弹簧组为例，进行理论分析和试验验证。研究表明，文中提出的设计方法具有很好的可行性。

关键词Abstract

弹簧

设计方法

当量挠度法

变刚度

性能参数

疲劳

中图分类号U260.4

T~114

Basedontheoperatingconditionofalter-rigiditycoilspringset，an“eCuivalentflexibilitymethod”isintroduced

tomakefatiguedesignonthealter-rigiditycoilspringset.Accordingtotheoperatingpracticeandrelativestandardofthe

anexperientialmethodforthefatiguebehaviorparametersofthespringisputforward.Thetwotypesofalter-rigidityspring，

coilspringsetoffreightcarareanalyzed，andthetheoreticalresultsarevalidatedbyexperiment.Theresultsshowsthatthede-signmethodpresentedisfeasible.

KeywordsSpring；Designmethod；EIuivalentflexibility；Alter-rigidity；Behaviorparameters；FatigueCorresPondingauthor：S~ANGyuejin，E-mail：shangcao!sina.com，Tel：+86-931-4939099

（TheprojectsupportedbytheYouthscientificandTechnologicalfundProjectofGansuProvinceofchina3Zs041-A25-004）.

Manuscriptreceived20040401，inrevisedform20040811.

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引言

随着铁路货车速度的提高和载重量的不断增加，

空重车的重量之差加大，如果仍沿用等刚度的弹簧，很难保证货车的运行性能。为此，日本、法国、美国、英国等国的货车转向架都不同程度地采用了变刚度弹簧，

转K2和转K4等新型转向架也已采用变我国转8G、

刚度弹簧组。由于变刚度弹簧组在我国尚处于起步阶段，对此类弹簧的设计方法还不完善，所以研究其设计方法是非常必要和有益的。

［1］是沿用传统的目前货车变刚度弹簧设计方法

等刚度弹簧的设计方法，不仅是基于静强度设计的，而且很难反映变刚度弹簧组中各弹簧的相互关系。本文针对铁路货车变刚度弹簧组提出一种采用“当量挠度法”进行疲劳强度设计的方法。

铁路车辆弹簧的主要失效形式是疲劳折断。目

前，国外发达国家（如日本、法国、德国等）都已经从传统的静强度设计转向根据材料的疲劳极限图进行疲劳

［2］强度设计。疲劳极限图是根据试验获得的指定寿

命下不同平均应力（或应力比）的极限循环应力绘制的曲线图，它反映材料的疲劳极限变化趋势。疲劳极限图有多种形式，如~aigh图、其Goodman-smith图等，中，由于Goodman-sm信息量大，直观ith图形式简单，

反映平均应力对疲劳极限的上下限应力及应力幅值的

［2，3］影响。因此，目前在国际上得到广泛应用。

在Good-Goodman-smith图以屈服极限为限界，

取平均应力为横man提出的线性经验公式的基础上，

坐标，最大应力为纵坐标，用直线替代实际疲劳极限应力线后得到的一种简化疲劳极限图（见图1）。

屈服极限!通过测定材料的强度极限!b、s和对称循环下的疲劳极限!后，即可得到材料的剪切-1N目前许多材料的Goodman-smGoodman-smith图。ith

图是在拉压试验的基础上获得的，而弹簧钢一般按剪切应力进行强度设计和校核，使用此类

2

2.1

变刚度弹簧组“当量挠度法”疲劳强度设计

压缩弹簧的疲劳强度设计公式

（。"20040401收到初稿，20040811收到修改稿。甘肃省青年科技基金资助项目3Zs041-A25-004）

男，河北南皮人，汉族。兰州交通大学机电工程学院副教授，硕士，主要从事机车车辆构件疲劳强度与可靠性等领域的""商跃进，1969年3月生，

教学与科研工作。发表论文10余篇。参加了大型构件的疲劳强度分析、螺旋弹簧等零部件的疲劳试验等课题的研究。