转向架是使用怎样的结构来承载车体载荷的？同时是怎样实现转向架相对车体的转动和俯仰的？
好的，咱们来聊聊火车转向架这玩意儿，它是怎么把沉甸甸的车体稳稳托住，又怎么让火车在轨道上灵活变身，这其中的门道可不少。
转向架：车体的大脚丫，也是灵活的枢纽
你可以把转向架想象成火车车体的“大脚丫”，它承担着整个车体的重量，并且直接接触铁轨。但它可不是简单的一对轮子，而是由一套精巧的结构组成的，主要目的是：
1. 承载车体载荷： 把车体巨大的重量均匀分散到各个轮子上，保证列车运行的稳定。
2. 引导运行方向： 保证车轮沿着铁轨的方向前进。
3. 实现转向： 当火车通过曲线时，它能让车轮自动调整角度，平稳地跟随轨道。
4. 吸收冲击和振动： 缓冲来自轨道不平整和运行过程中的各种冲击，让乘客乘坐得更舒适。
承载车体载荷的结构：精密的“骨架”
转向架承载车体载荷的关键在于它的“梁架”结构。最核心的是构架（Bogie Frame），这通常是一个焊接而成的钢性框架，就像一个坚固的“H”形或者“C”形结构。
侧梁（Side Frame）： 构架的两个纵向的长梁，通常是箱形或工字形的结构，非常坚固。它们承受着大部分的垂向载荷。
横梁（Cross Member）： 连接两侧侧梁的横向梁，用来保证整个构架的稳定性，并提供安装各种部件的支点。
那么，车体的载荷是如何传递到这个构架上的呢？这主要通过心盘（Center Plate）和导向销（Guide Pin）来实现。
1. 心盘： 位于转向架构架的中心位置，是一个大而圆的金属盘。车体底部有一个与之对应的心盘，当车体安放在转向架上时，两个心盘就互相咬合。心盘的表面通常是光滑的，并且会进行润滑，这样车体就可以在这个盘上相对转向架进行旋转。这个心盘承担了车体载荷的大部分垂向载荷。
2. 导向销： 在心盘的周围，还会有一到四个导向销，它们插入车体下方的孔洞中。导向销的作用是限制车体相对于转向架的横向移动和转动，确保它们能够相对滑动，但不会发生剧烈的错动。
所以，从车体到转向架的载荷传递是这样的：
车体重量首先由车体下方的承载结构（比如地板或者横梁）传递到转向架上的心盘。
心盘将大部分垂向载荷传递给转向架的构架。
构架通过其坚固的梁架结构，将载荷均匀地分散到各个车轴和车轮上。
实现转向架相对车体的转动和俯仰：巧妙的联动
转向架之所以能够灵活地跟随轨道转向，以及在通过高低不平的线路时保持稳定，是依靠一系列的机构和部件协同作用的。
1. 相对车体的转动（曲线转向）：
这主要依靠心盘和导向机构的配合。
心盘的滑动： 当火车进入曲线时，轨道的曲率会产生一个推力，这个推力会作用在车轮上，并试图将车轮推离轨道的切线方向。由于车体和转向架之间的心盘具有一定的滑动能力，车体就可以相对转向架进行一个微小的旋转。
导向机构（导向销/导向板）： 导向销（或有时是导向板）虽然限制了车体过度的侧向移动，但允许一定范围内的相对转动。它们的设计允许车体在转向架上有一个“回转半径”，这个半径是有限的，但足够让转向架在进入曲线时，能够通过车轮的自动导向作用，与车体形成一个合适的角度。
车轮的锥度： 这是实现自动转向的“秘密武器”。火车车轮的轮缘侧（内侧）比踏面侧（外侧）直径要大，形成一个锥度。当火车进入曲线时，车轮会自然地向外侧（半径较大的外轨）移动。由于车轮安装在车轴上，车轴则固定在构架上，车轮向外移动就会带动整个转向架向外侧偏移。这个偏移的幅度，再加上心盘的滑动，就使得转向架能够相对车体完成转向，让车轮更好地贴合曲线。
可以想象一下，在过弯时，车体的惯性想让它继续沿着直线走，但轨道在改变方向。转向架通过车轮的导向，被“拉”着也跟着改变方向。而车体和转向架之间的心盘，就像一个pivot点，允许它们之间发生相对的旋转，这个旋转的幅度被导向机构限制在一个安全的范围内。
2. 相对车体的俯仰（补偿不平整）：
火车在运行中，铁轨难免会有高低不平，或者车体本身也可能存在一些细微的位移。转向架的弹簧减震系统和构架的结构，共同实现了对车体俯仰的补偿。
弹簧减震系统： 这是最直接的补偿方式。在转向架的构架上，车体并非直接“坐”在构架上，而是通过弹簧和减震器来连接。
摇枕（Swing Bolster）： 许多转向架设计中，会在构架的中心设置一个摇枕，车体的心盘直接安装在摇枕上。摇枕通过摇枕弹簧（Bolster Spring）与构架连接。这些摇枕弹簧通常是螺旋弹簧，它们位于构架的下方。当车体受到冲击或者路面不平时，车体可以通过摇枕在摇枕弹簧上进行上下运动，也就是所谓的“俯仰”。摇枕弹簧吸收了大部分的垂直冲击，并将载荷传递给构架。
辅助弹簧/减震器： 除了摇枕弹簧，还会有其他辅助弹簧和减震器，用于进一步过滤振动，提高舒适性。
构架的弹性： 虽然构架本身是钢性结构，但它也具备一定的弹性。在载荷作用下，构架的微小变形，也能在一定程度上吸收和传递一些不规则的力，从而对车体产生一定的补偿作用。
总结一下，转向架让车体“坐”得稳，还能“转”得溜：
承载： 靠坚固的构架，通过心盘和导向销，将车体重量传递给车轮。
转动： 依靠心盘的滑动、导向机构的限制，以及车轮的自动导向，让转向架与车体在曲线中形成适应性的角度。
俯仰： 通过弹簧减震系统（特别是摇枕和摇枕弹簧）的上下运动，补偿轨道不平带来的冲击和位移，保持车体的相对平稳。
这些精密的结构和巧妙的联动，共同确保了火车在高速运行中能够安全、稳定、舒适地前进，并在每一次转弯时都恰到好处地调整姿态。这背后是工程师们对力学、材料、以及车辆动力学深刻理解的体现。
转向架：车体的大脚丫，也是灵活的枢纽
你可以把转向架想象成火车车体的“大脚丫”，它承担着整个车体的重量，并且直接接触铁轨。但它可不是简单的一对轮子，而是由一套精巧的结构组成的，主要目的是：
1. 承载车体载荷： 把车体巨大的重量均匀分散到各个轮子上，保证列车运行的稳定。
2. 引导运行方向： 保证车轮沿着铁轨的方向前进。
3. 实现转向： 当火车通过曲线时，它能让车轮自动调整角度，平稳地跟随轨道。
4. 吸收冲击和振动： 缓冲来自轨道不平整和运行过程中的各种冲击，让乘客乘坐得更舒适。
承载车体载荷的结构：精密的“骨架”
转向架承载车体载荷的关键在于它的“梁架”结构。最核心的是构架（Bogie Frame），这通常是一个焊接而成的钢性框架，就像一个坚固的“H”形或者“C”形结构。
侧梁（Side Frame）： 构架的两个纵向的长梁，通常是箱形或工字形的结构，非常坚固。它们承受着大部分的垂向载荷。
横梁（Cross Member）： 连接两侧侧梁的横向梁，用来保证整个构架的稳定性，并提供安装各种部件的支点。
那么，车体的载荷是如何传递到这个构架上的呢？这主要通过心盘（Center Plate）和导向销（Guide Pin）来实现。
1. 心盘： 位于转向架构架的中心位置，是一个大而圆的金属盘。车体底部有一个与之对应的心盘，当车体安放在转向架上时，两个心盘就互相咬合。心盘的表面通常是光滑的，并且会进行润滑，这样车体就可以在这个盘上相对转向架进行旋转。这个心盘承担了车体载荷的大部分垂向载荷。
2. 导向销： 在心盘的周围，还会有一到四个导向销，它们插入车体下方的孔洞中。导向销的作用是限制车体相对于转向架的横向移动和转动，确保它们能够相对滑动，但不会发生剧烈的错动。
所以，从车体到转向架的载荷传递是这样的：
车体重量首先由车体下方的承载结构（比如地板或者横梁）传递到转向架上的心盘。
心盘将大部分垂向载荷传递给转向架的构架。
构架通过其坚固的梁架结构，将载荷均匀地分散到各个车轴和车轮上。
实现转向架相对车体的转动和俯仰：巧妙的联动
转向架之所以能够灵活地跟随轨道转向，以及在通过高低不平的线路时保持稳定，是依靠一系列的机构和部件协同作用的。
1. 相对车体的转动（曲线转向）：
这主要依靠心盘和导向机构的配合。
心盘的滑动： 当火车进入曲线时，轨道的曲率会产生一个推力，这个推力会作用在车轮上，并试图将车轮推离轨道的切线方向。由于车体和转向架之间的心盘具有一定的滑动能力，车体就可以相对转向架进行一个微小的旋转。
导向机构（导向销/导向板）： 导向销（或有时是导向板）虽然限制了车体过度的侧向移动，但允许一定范围内的相对转动。它们的设计允许车体在转向架上有一个“回转半径”，这个半径是有限的，但足够让转向架在进入曲线时，能够通过车轮的自动导向作用，与车体形成一个合适的角度。
车轮的锥度： 这是实现自动转向的“秘密武器”。火车车轮的轮缘侧（内侧）比踏面侧（外侧）直径要大，形成一个锥度。当火车进入曲线时，车轮会自然地向外侧（半径较大的外轨）移动。由于车轮安装在车轴上，车轴则固定在构架上，车轮向外移动就会带动整个转向架向外侧偏移。这个偏移的幅度，再加上心盘的滑动，就使得转向架能够相对车体完成转向，让车轮更好地贴合曲线。
可以想象一下，在过弯时，车体的惯性想让它继续沿着直线走，但轨道在改变方向。转向架通过车轮的导向，被“拉”着也跟着改变方向。而车体和转向架之间的心盘，就像一个pivot点，允许它们之间发生相对的旋转，这个旋转的幅度被导向机构限制在一个安全的范围内。
2. 相对车体的俯仰（补偿不平整）：
火车在运行中，铁轨难免会有高低不平，或者车体本身也可能存在一些细微的位移。转向架的弹簧减震系统和构架的结构，共同实现了对车体俯仰的补偿。
弹簧减震系统： 这是最直接的补偿方式。在转向架的构架上，车体并非直接“坐”在构架上，而是通过弹簧和减震器来连接。
摇枕（Swing Bolster）： 许多转向架设计中，会在构架的中心设置一个摇枕，车体的心盘直接安装在摇枕上。摇枕通过摇枕弹簧（Bolster Spring）与构架连接。这些摇枕弹簧通常是螺旋弹簧，它们位于构架的下方。当车体受到冲击或者路面不平时，车体可以通过摇枕在摇枕弹簧上进行上下运动，也就是所谓的“俯仰”。摇枕弹簧吸收了大部分的垂直冲击，并将载荷传递给构架。
辅助弹簧/减震器： 除了摇枕弹簧，还会有其他辅助弹簧和减震器，用于进一步过滤振动，提高舒适性。
构架的弹性： 虽然构架本身是钢性结构，但它也具备一定的弹性。在载荷作用下，构架的微小变形，也能在一定程度上吸收和传递一些不规则的力，从而对车体产生一定的补偿作用。
总结一下，转向架让车体“坐”得稳，还能“转”得溜：
承载： 靠坚固的构架，通过心盘和导向销，将车体重量传递给车轮。
转动： 依靠心盘的滑动、导向机构的限制，以及车轮的自动导向，让转向架与车体在曲线中形成适应性的角度。
俯仰： 通过弹簧减震系统（特别是摇枕和摇枕弹簧）的上下运动，补偿轨道不平带来的冲击和位移，保持车体的相对平稳。
这些精密的结构和巧妙的联动，共同确保了火车在高速运行中能够安全、稳定、舒适地前进，并在每一次转弯时都恰到好处地调整姿态。这背后是工程师们对力学、材料、以及车辆动力学深刻理解的体现。
网友意见
脑补强答，明天再去查资料。
第一个等高人，按我的理解心盘或者旁承之类的怼上去就行。心盘的话连接处一般为球头连接，三个旋转自由度虽然有限但是在限制范围内能够活动，保证过弯爬坡的时候自动偏转。
以东风4的各种技术文件来看，旁承作为橡胶块堆起来的玩意，自身是有一定变形允许量的，要不然通过最小曲线半径145米这个数据怎么来的？另外实际上除了9号道岔这种侧向导线半径180米的玩意之外，正线常用的12号道岔侧向导线半径也有350米，号数更大的18号道岔侧向导线半径950米，够用了。
还有胶囊式二系悬挂，我臆想的结构有两种，第一种是车厢底面与转向架各伸出一个凹球面顶台，两个凹球面顶台中间装一根两头都是球头的伸缩杆，伸缩杆外围有圆环气囊，车重由气囊承担。伸缩杆内无阻尼介质，气囊空气放干净时伸缩杆压到底。或者另外一种，两个凸头夹住冰壶状的气囊，重量也由气囊承担。（有机会拿单位的CAD画一个算了。。。这写的乱七八糟的估计都不能理解了）
气囊可以看成双脚踩在热水袋上，随你车身怎么晃悠，变形可以接受。本来气囊就是拿来变形以保证转向架可以跟车身偏移的。
第二个，曲线上的限界是会加大的，而且实际上按照我国的搞法，铁路路基的基本宽度最少也有4米，即使要装其他东西也尽量把高度压缩在轨道面以下，非要加个信号机也会放在路基外侧，怎么都够用了。
纯理论近似计算下，东风4的转向架中心距，即第2与第5轮对的轴距是12米，以轨道中线圆弧的半径为100米计算，两个转向架中线与车身中线的夹角为
arcsin(6/100)=3.44度，如果曲线半径是1000米，则转向架偏移角只有三分之一度多一点，影响小到可以忽略。
第三个，竖曲线要求变坡时三轴转向架的悬空轮悬空量必须小于轮缘高度，算下来，大坡道变坡点的竖曲线半径一般要求不小于5000米。而常规采用的心盘也好橡胶堆旁承也罢，配合一系弹簧至少能尽量让轮对贴合轨道。
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